DE3434173C1 - Device for cooling the combustion air of a pressure-charged internal combustion engine - Google Patents

Device for cooling the combustion air of a pressure-charged internal combustion engine

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Abstract

A device for controlling the charge pressure of the charge air fed into a charge air line with a charge air cooler from an exhaust turbocharger of an internal combustion engine has a knock sensor and a control unit coupled to this. In the event of knocking combustion, the charge pressure is reduced in that charge air is diverted from the charge air line by way of a throttle valve into a secondary flow line. The secondary flow line has an expansion section in which the diverted charge air is cooled and then used as cooling air for the cooling of auxiliary units.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung der Verbrennungsluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for cooling the combustion air of a charged Internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Bei einer Brennkraftmaschine der vorstehend genannten Art (DE-OS 32 05 009) ist es bekannt, eine klopfende Verbrennung dadurch zu verhindern, daß der Druck in der Ladeluftleitung abgesenkt wird. Die Druckabsenkung wird von einem Drosselventil bewirkt, das in der Abgasleitung stromauf des Abgasturboladers angeordnet ist und von einem Klopfsensor über eine Steuereinheit gesteuert wird. Bei klopfender Verbrennung werden die Abgase, vom Drosselventil an der Turbine vorbei in die Abgasleitung geleitet, wodurch die Leistung der Turbine und damit der Ladedruck sinkt.In an internal combustion engine of the aforementioned type (DE-OS 32 05 009) it is known to have a knocking Prevent combustion by lowering the pressure in the charge air line. the The pressure reduction is brought about by a throttle valve in the exhaust line upstream of the exhaust gas turbocharger is arranged and is controlled by a knock sensor via a control unit. If the combustion knocks the exhaust gases are directed from the throttle valve past the turbine into the exhaust pipe, whereby the The power of the turbine and thus the boost pressure drops.

Des weiteren ist aus der DE-OS 24 42 151 eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem im Ansaugsystem stromab des Verdichters befindlichen Abblaseventil bekannt, das bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Ladeluftdruckes im Ansaugsystem Ladeluft abbläst, die der Brennkraftmaschine zur Kühlung zugeleitet wird.Furthermore, from DE-OS 24 42 151 a supercharged internal combustion engine with an intake system Downstream of the compressor known blow-off valve that when a predetermined Charge air pressure in the intake system blows off charge air, which is fed to the internal combustion engine for cooling.

Ferner ist aus der JP-Abstr. 56-148 614 eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem in der Ansaugluftleitung befindlichen Luft/Luft Wärmetauscher bekannt. Stromauf des Wärmetauschers ist der Ansaugluftleitung ein Teilluftstrom entnehmbar, der ein Lüfterrad antreibt, das einen Luftstrom dem Wärmetauscher zuführt, mit dem die der Brennkraftmaschine zugeführte Verbrennungsluft gekühlt wird. Von Nachteil ist jedoch dabei, daß bei einer Ladedruckabsenkung die in den Abgasen vorhandene Energie nicht unmittelbar zur Kühlung der Ladeluft verwendet wird, sondern über den verlustbehafteten Antrieb eines Lüfters erfolgt, mit dem Umluft dem im Ansaugsystem befindlichen Ladeluftwärmetauscher zugeführt wird.Furthermore, from the JP-Abstr. 56-148 614 a supercharged internal combustion engine with one in the intake air line located air / air heat exchanger known. The intake air line is upstream of the heat exchanger a partial air flow can be extracted, which drives a fan wheel that feeds an air flow to the heat exchanger, with which the combustion air supplied to the internal combustion engine is cooled. However, there is a disadvantage while the fact that when the boost pressure is reduced, the energy present in the exhaust gases is not directly used Cooling of the charge air is used, but takes place via the lossy drive of a fan, with the circulating air is fed to the charge air heat exchanger located in the intake system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung derart weiterzubilden, daß mit dem überschüssigen Ladeluftstrom eine verstärkte Ladeluftkühlung erzielt werden soll, die einer klopfenden Verbrennung entgegenwirken soll.The invention is based on the object of developing the known device in such a way that with the Excess charge air flow an increased charge air cooling is to be achieved, resulting in a knocking combustion should counteract.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Weitere Merkmale der Erfindung beinhalten die Unteransprüche. Further features of the invention are contained in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß bei einer klopfenden Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine der Ladeluftdruck in der Ladeluftleitung von einem zu einem darauffolgenden Arbeitsspiel abgesenkt werden kann.The device according to the invention has the advantage that in the event of a knocking combustion of the fuel-air mixture the charge air pressure in the charge air line of one in the combustion chamber of the internal combustion engine can be lowered for a subsequent work cycle.

Um die Energie des abgezweigten Teilluftstromes zu nutzen, wird dieser zur Kühlung der Ladeluft verwendet. Somit kann z.B. der dem Fahrtwind ausgesetzte Ladeluftkühler baulich kompakt und ausschließlich für den Grundlastbereich ausgelegt werden. Mit der brennkraftmaschinenbetriebsabhängig zuschaltbaren Ladeluftkühlung ist sichergestellt, daß die Brennkraftmaschine unter allen Betriebsbedingungen stets betriebssicher und mit einem optimierten Wirkungsgrad betreibbar ist. Dabei wird der Ladeluftstrom mit dem vom Verdichter überschüssig geförderten Teilluftstrom gekühlt (Joule-Thomson-Effekt). In order to use the energy of the branched off partial air flow, it is used to cool the charge air. Thus, for example, the intercooler exposed to the airstream can be structurally compact and exclusively for designed for the base load range. With the internal combustion engine dependent Switchable charge air cooling ensures that the internal combustion engine is always operationally reliable under all operating conditions and can be operated with an optimized degree of efficiency. The charge air flow is the same as that from the compressor Cooled excess conveyed partial air flow (Joule-Thomson effect).

In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Es zeigtIn the drawing, the device according to the invention is shown in two exemplary embodiments. It shows

F i g. 1 eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Vorrichtung zur Kühlung der Ladeluft, undF i g. 1 an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and a device for cooling the charge air, and

F i g. 2 eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einem weiteren in der Ladeluftleitung der Brennkraftmaschine angeordneten Ladeluftkühler.
Eine in der F i g. 1 mit 1 bezeichnete Brennkraftmaschine umfaßt ein Abgassystem 2 mit einem Abgasturbolader 3 und eine Ladeluftleitung 4 mit einem Ladeluftkühler 5. Einem Verdichter 6 des Abgasturboladers 3 ist ansaugseitig ein Luftfilter 7 zugeordnet. Stromab des Verdichters 6 weist die Ladeluftleitung 4 ein über einen Stellantrieb 8 betätigbares Abblaseventil 9 auf, mit dem eine Nebenstromleitung 10 absperrbar ist. Die Nebenstromleitung 10 weist stromab des Abblaseventils 9 eine Drosselstelle 11 auf, der eine Expansionsstrecke 12 folgt, die durch den Ladeluftkühler 5 begrenzt ist. An der Brennkraftmaschine 1 ist ein Meßfühler 13 befestigt, mit dem eine klopfende Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine 1 erfaßbar ist. Die Ausgangssignale des Meßfühlers 13 werden über eine signalübertragende Leitung 14 einer Steuereinheit 15 zugeführt, die den Stellantrieb 8 beeinflußt, wodurch eine Absenkung des Ladedruckes in der Ladeluftleitung 4 erfolgt.F i g. 2 shows an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger and a further charge air cooler arranged in the charge air line of the internal combustion engine.
One in FIG. 1 with 1 designated internal combustion engine comprises an exhaust system 2 with an exhaust gas turbocharger 3 and a charge air line 4 with a charge air cooler 5. An air filter 7 is assigned to a compressor 6 of the exhaust gas turbocharger 3 on the intake side. Downstream of the compressor 6, the charge air line 4 has a blow-off valve 9 which can be actuated via an actuator 8 and with which a bypass line 10 can be shut off. The secondary flow line 10 has a throttle point 11 downstream of the blow-off valve 9, which is followed by an expansion section 12 which is delimited by the charge air cooler 5. A sensor 13 is attached to the internal combustion engine 1, with which a knocking combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine 1 can be detected. The output signals of the sensor 13 are fed via a signal-transmitting line 14 to a control unit 15, which influences the actuator 8, as a result of which the charge pressure in the charge air line 4 is reduced.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist in der Ladeluftleitung 16 ein zweiter Ladeluftkühler 17 zwischen dem Ladeluftkühler 5 und dem Abblaseventil 9 angeordnet.In the embodiment of FIG. 2 is in the charge air line 16, a second charge air cooler 17 between the Intercooler 5 and the relief valve 9 are arranged.

Die Expansionsstrecke 12 der Nebenstromleitung 10 ist einerseits durch den Ladeluftkühler 17 und andererseits durch die Drosselstelle 11 begrenzt.The expansion section 12 of the secondary flow line 10 is on the one hand through the charge air cooler 17 and on the other hand limited by the throttle point 11.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 wird die der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Verbrennungsluft durch das Luftfilter 7 dem Verdichter 6 zugeführt und durch die Ladeluftleitung 4 nach einem Durchströmen des Luft-Luft-Ladekühlers 5 den Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 zugeleitet. Eine klopfende Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine 1 wird mit dem an der Brennkraftmaschine 1 angeordneten Meßfühler 13 erfaßt, und die Ausgangssignale des Meßfühlers 13 wer-During the operation of the internal combustion engine 1, the combustion air supplied to the internal combustion engine 1 is fed through the air filter 7 to the compressor 6 and through the charge air line 4 after flowing through of the air-to-air charge cooler 5 is fed to the combustion chambers of the internal combustion engine 1. A knocking Combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine 1 is carried out with the Internal combustion engine 1 arranged sensor 13 is detected, and the output signals of the sensor 13 are

den mit der signalübertragenden Leitung 14 der Steuereinheit 15 zugeführt. Die Steuereinheit 15 aktiviert den Stellantrieb 8, der das Abblaseventil 9 öffnet. Ein Teilluftstrom der Ladeluft fließt in die Nebenstromleitung 10 ab. Mit dem öffnen des Abblaseventils 9 sinkt der Ladedruck in der Ladeluftleitung 4 rasch ab, wodurch der Brennkraftmaschine sehr schnell Ladeluft mit niederem Ladedruck zugeführt wird. Der in die Nebenstromleitung 10 abgezweigte Teilluftstrom gelangt zur Drosselstelle 11. Stromauf der Drosselstelle 11 herrscht ein großer Druck und ein kleines Volumen und stromab der Drosselstelle 11 herrscht ein kleiner Druck und ein großes Volumen. Der durch die Drosselstelle 11 strömende Teilluftstrom entspannt sich und kühlt ab. Der in der Expansionsstrecke 12 befindliche Teilluftstrom weist eine niedrigere Temperatur auf als die Ladeluft. Der Teilluftstrom wird in dem Ladeluftkühler 5 als Kühlmedium zur Kühlung der Ladeluft zugeführt. Durch den herabgekühlten und der Brennkraftmaschine zugeführten Ladeluftstrom erfolgt eine stärkere Kraftstoff- Luft-Gemisch-Kühlung, durch die zusammen mit der Ladedruckabsenkung die Klopfneigung unterdrückt wird. In Abhängigkeit der Intensität der Klopfneigung wird das Abblaseventil 9 über den Stellantrieb 8 unterschiedlich weit geöffnet, so daß infolge des Teilluftstromes eine mehr oder weniger intensive zusätzliche Kühlung und Druckabsenkung des Ladeluftstromes erfolgt.which is supplied to the control unit 15 with the signal-transmitting line 14. The control unit 15 activates the Actuator 8, which opens the blow-off valve 9. A partial air flow of the charge air flows into the bypass line 10 from. With the opening of the relief valve 9, the boost pressure in the charge air line 4 drops rapidly, as a result of which the internal combustion engine is supplied very quickly with charge air with a low boost pressure. The one in the bypass line 10 branched off partial air flow reaches the throttle point 11. Upstream of the throttle point 11 there is a large pressure and a small volume and downstream of the throttle point 11 there is a small pressure and a large one Volume. The partial air flow flowing through the throttle point 11 relaxes and cools down. The Indian The partial air flow located in the expansion section 12 has a lower temperature than the charge air. The partial airflow is supplied to the charge air cooler 5 as a cooling medium for cooling the charge air. Through the chilled and the charge air flow supplied to the internal combustion engine results in a stronger fuel-air mixture cooling, which, together with the lowering of the boost pressure, suppresses the tendency to knock. In Depending on the intensity of the tendency to knock, the relief valve 9 is different via the actuator 8 wide open, so that as a result of the partial air flow, a more or less intensive additional cooling and The charge air flow is reduced in pressure.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 erfolgt die Regelung zur Druckabsenkung und Kühlung des Ladeluftstromes wie es anhand des Ausführungsbeispieles gemäß F i g. 1 aufgezeigt wurde.In the embodiment according to FIG. 2 the regulation for the pressure reduction and cooling of the charge air flow takes place as it is based on the embodiment according to FIG. 1 was shown.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann zur Regelung der Kühlung der Ladeluft auch die Temperatur der Ladeluft Verwendung finden.In a further embodiment according to the invention, to regulate the cooling of the charge air, the Find the temperature of the charge air use.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die nach dem Joule-Thomson-Effekt abgekühlte Ladeluft, der Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine zugeführt werden, zur Klimatisierung des Fahrgastraumes, zur Kühlung von Flüssigkeiten oder von Nebenaggregaten Verwendung finden. .In a further embodiment according to the invention, the cooled according to the Joule-Thomson effect Charge air, which is supplied to the combustion air of the internal combustion engine, for air conditioning the passenger compartment, for cooling liquids or ancillary units are used. .

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

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Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung zur Kühlung der Verbrennungsluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler in der Ladeluftleitung, aus der ein Teilluftstrom der Ladeluft stromauf des Ladeluftkühlers über ein von einer Steuereinheit aktivierbares Abblaseventil in eine Nebenstromleitung ableitbar ist und zur Kühlung der Ladeluft Verwendung findet, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung der ladeluftseitigen Abblaseregelung der abgeblasene Teilluftstrom nach Entspannung an einer Drosselstelle (11) zur verstärkten Kühlung durch den Ladeluftkühler (5,17) geleitet wird.1. Device for cooling the combustion air of a supercharged internal combustion engine with a Charge air cooler in the charge air line, from which a partial air flow of the charge air upstream of the charge air cooler can be diverted into a bypass line via a blow-off valve that can be activated by a control unit is and is used to cool the charge air, characterized in that at Application of the blow-off control on the charge air side of the blown partial air flow after relaxation a throttle point (11) is passed through the charge air cooler (5, 17) for increased cooling. 2. Vorrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß in der Ladeluftleitung (16) ein weiterer Ladeluftkühler (17) angeordnet ist, der ausschließlich vom Teilluftstrom gekühlt wird.2. Apparatus according to claim I 1, characterized in that a further charge air cooler (17) is arranged in the charge air line (16), which is cooled exclusively by the partial air flow. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich stromab der Drosselstelle (11) eine Expansionsstrecke (12) anschließt, die sich bis zum Ladeluftkühler (5,17) erstreckt und eine durchströmbare Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als die durchströmbare Querschnittsfläche der Nebenstromleitung (10). 3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that downstream of the throttle point (11) is followed by an expansion section (12) which extends to the charge air cooler (5, 17) and has a through-flow cross-sectional area which is larger than the flow-through cross-sectional area of the bypass flow line (10).
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