DD158415A1 - COOLING SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH EXHAUST LOADING AND CHARGE COOLING - Google Patents
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Abstract
Anwendungsgebiete der Erfindung sind wassergekuehlte Brennkraftmaschinen mit Abgasturboaufladung und Ladeluftkuehlung der Bauart Luft-Wasser. Ziel ist die Verbesserung des Kuehleffektes. Aufgabe ist es, durch eine wirksame Zwischenkuehlung der Ladeluft bei geringstem zusaetzlichem Bauaufwand eine Leistungssteigerung herbeizufuehren. Die Aufgabe wird geloest, indem das Kuehlwasser nach Durchstroemen des Hauptkuehlers und der Wasserpumpe abgezweigt und ueber einen Wasserkuehler als Nebenkuehler auf naeherungsweise Umgebungstemperatur abgesenkt und ueber den Kuehlwasserraum oder der Saugseite der Wasserpumpe zugefuehrt wird. Die Anordnung des Nebenkuehlers erfolgt vorzugsweise parallel zum Hauptkuehler vor diesem in Stroemungsrichtung der Kuehlluft. Einsatzgebiete sind selbstfahrende Landmaschinen, Fahrzeugmotore.Fields of application of the invention are water-cooled internal combustion engines with turbocharging and charge-air cooling of the air-water type. The goal is to improve the cooling effect. The task is to bring about an increase in performance by means of an effective intermediate cooling of the charge air with the least possible additional outlay on construction. The task is solved by the cooling water diverted after Durchstroemen the Hauptkuehlers and the water pump and lowered over a water cooler as Nebenkuehler on approximate ambient temperature and fed via the Kuehlwasserraum or the suction side of the water pump. The arrangement of the Nebenkuehlers preferably takes place parallel to the main cooler before this in the flow direction of Kuehlluft. Applications are self-propelled agricultural machinery, vehicle engines.
Description
a) Titela) Title
Kühlsystem einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung und LadeluftkühlungCooling system of an internal combustion engine with turbocharging and charge air cooling
Die Erfindung betrifft eine wassergekühlte abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühler der Bauart Luft-Wasser.The invention relates to a water-cooled exhaust-gas-charged internal combustion engine with intercooler of the air-water type.
b) Anwendungsgebietb) Field of application
Brennkraftmaschinen, die mit Zwischenkühlung der Ladeluft arbeiten.Internal combustion engines that work with intercooling of the charge air.
c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungenc) Characteristic of the known technical solutions
Es ist bekannt, die Leistung aufgeladener Brennkraftmaschinen durch Anordnung von Kühlaggregaten zur Temperaturabsenkung der Ladeluft vor ihrem Eintritt in die Zylinder zu erhöhen. Diese als Ladeluftkühlung oder auch Zwischenkühlung der Ladeluft gekennzeichnete Maßnahme hat allgemein breite Verwendung gefunden und wird auf 3 Arten durchgeführt, die sich vom Kühlmedium her unterscheiden und als "Luft-Luft-Kühlung bei Verwendung von Luft als unmittelbarem Kühlmedium bzw. als "Luft-Wasser-Kühlung" bei Verwendung von Wasser als unmittelbarem Kühlmittel bezeichnet werden. Eine dritte Art ist die stufenweise Kühlung der Ladeluft, bei der in der einen Wasser, in der zweiten Stufe Luft als unmittelbares Kühlmedium eingesetzt werden.It is known to increase the power of turbocharged internal combustion engines by arranging cooling units for lowering the temperature of the charge air before it enters the cylinders. This measure, which is characterized as intercooling or intercooling of the charge air, has generally found wide use and is carried out in three ways, which differ from the cooling medium, and as "air-air cooling when using air as direct cooling medium or as" air-water A third type is the step-by-step cooling of the charge air, in which air is used as the direct cooling medium in one water and in the second stage as the direct cooling medium.
Zu den technischen Vorteilen der "Luft-Luft-Kühlung", bei der die durch die Verdichtung erwärmte Ladeluft in einen Kühler gekühlt wird, der seinerseits von der Umgebungsluft als Kühlmittel durchströmt wird, gehört die Möglichkeit, die Ladeluft auf ein relativ niedriges, der Umgebungstemperatur angenähertes Temperaturniveau abzukühlen und damit eine hohe Wirksamkeit derAmong the technical advantages of "air-to-air cooling" in which the charge air heated by the compression is cooled in a cooler, which in turn is flowed through by the ambient air as a coolant, includes the possibility of the charge air to a relatively low, the ambient temperature To cool approximate temperature level and thus high efficiency of
Ladeluftkühlung zu erzielen. Nachteilig ist, daß je nach Anordnungsmoglichlceit des Luft-Luft-Kühlers in Relation zur Brennkraftmaschine großvolumige Ladeluftleitungen vom Turbolader zum Kühler und von da zurück zur Brennkraftmaschine zu verlegen sind, die einen beträchtlichen Bauraum erfordern. Die Schwierigkeiten zur Verlegung der Ladeluftleitungen und der Bauaufwand stehen in Beziehung zur Größe der Brennkraftmaschine und wachsen mit dieser. Besonders problematisch ist diese Lösung bei Brennkraftmaschinen in V-Form, da dann die Ladeluftleitungen für zwei parallele Zylinderreihen verlegt werden müssen und in solchen Einzelfällen, wo aus Platzgründen die Kühleranordnung nicht in unmittelbarer Nähe der Brennkraftinaschine möglich ist. Neben den bauraumseitigen Nachteilen sind lange und abgewinkelte Ladeluftleitungen mit Strömungsverlusten verbunden, die zu einer Minderung des V/irkungsgrades der Aufladung führen.Intercooling to achieve. The disadvantage is that depending on Ablagemoglichlceit the air-to-air cooler in relation to the engine large-volume charge air ducts are to be laid from the turbocharger to the radiator and from there back to the engine, which require a considerable amount of space. The difficulties in laying the charge air ducts and the construction costs are related to the size of the internal combustion engine and grow with this. This solution is particularly problematic in internal combustion engines in V-shape, since then the charge air ducts for two parallel rows of cylinders must be laid and in such individual cases where space reasons, the cooler assembly is not possible in the immediate vicinity of the internal combustion engine. In addition to the space-side disadvantages long and angled charge air ducts are associated with flow losses, which lead to a reduction in the degree of V / irkungsgrades the charge.
Die am häufigsten anzutreffende Lösung dieser Art, bei welcher der Luft-Luft-Kühler als separates Aggregat in Fahrtrichtung vor dem Wasserkühler bei Kraftfahrzeugen und Traktoren angeordnet ist und die vom Motorlüfter und Fahrtwind geförderte Kühlluft zunächst den Ladeluftkühler und danach den Wasserkühler des Kühlsystems der Brennkraftmaschine durchströmt, wird zum Beispiel an folgenden Typen von Dieselmotoren realisiert:The most frequently encountered solution of this type, in which the air-air cooler is arranged as a separate unit in the direction of travel in front of the water cooler in motor vehicles and tractors and the funded by the engine fan and wind cooling air flows through first the intercooler and then the radiator of the cooling system of the engine , is realized, for example, on the following types of diesel engines:
- Perkins T 6.3543- Perkins T 6.3543
- SM D 14 STJ- SM D 14 STJ
Aufgeführte Beispiele dieser Art für wassergekühlte Brennkraftmaschinen in V-Form sind offensichtlich auf ' Grund der genannten Nachteile nicht bekannt.Examples of this type for water-cooled internal combustion engines in V-shape are obviously not known due to the mentioned disadvantages.
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Bei der als Luft-Wasser-Kühlung bekanntgewordenen Art, bei der die erwärmte Ladeluft durch Wasser oder ein anderes flüssiges Kühlmedium im Kühler abgekühlt wird, entfällt der Wachteil der Verlegung langer großvolumiger Ladeluftleitungen.In the known as air-water cooling type in which the heated charge air is cooled by water or other liquid cooling medium in the radiator, eliminates the Wachteil the laying of long large-volume charge air ducts.
Bekanntgewordene Lösungen dieser Art sindBecome known solutions of this kind are
- Kombinedieselmotor Type SMD 14 (SU) mit separatem Ladeluft-Kühlwasserkreislauf, der von einer separaten zusätzlichen Wasserpumpe betrieben wird und einen eigenen Wasser-Luft-Kühler zur Rückkühlung des Kühlwassers hat. Nachteil dieser Lösung ist die Notwendigkeit einer zusätzlichen Wasserpumpe .- Combined diesel engine type SMD 14 (SU) with separate charge air cooling water circuit, which is operated by a separate additional water pump and has its own water-air cooler for recooling the cooling water. Disadvantage of this solution is the need for an additional water pump.
- Schiffsdieselmotor 6 Tsch H 12/14 - SU,, bei dem das Kühlwasser für den Ladeluftkühler von außenbords gefördert wird.- Marine diesel engine 6 Ch H 12/14 - SU ,, in which the cooling water for the charge air cooler is conveyed from outboard.
In solchen Pällen, wo der Kühlwasserstrom für die Kühlung der Ladeluft in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine voll integriert ist, kann die Zwischenkühlung der Ladeluft nur auf ein relativ hohes, von der Kühlwassertemperatur dieses Kreislaufs abhängiges Temperaturniveau erfolgen, wodurch die Effektivität der Ladeluftkühlung im Vergleich zum separaten Kühlkreislauf verschlechtert ist. Bekanntgewordene Lösungen dieser Art sindIn such cases, where the cooling water flow for the cooling of the charge air in the cooling circuit of the internal combustion engine is fully integrated, the intercooling of the charge air can be done only on a relatively high, dependent on the cooling water temperature of this circuit temperature level, whereby the effectiveness of the intercooler compared to separate Cooling circuit is deteriorated. Become known solutions of this kind are
- 6 - 8 und 12-Zylindermotoren der Baureihe 331/396 der Firma MTU (DE)- 6 - 8 and 12-cylinder engines of the 331/396 series from MTU (DE)
britisches Patent Nr. 1 438 775British Patent No. 1,438,775
- Traktorendiesel Typ 404 der Firma John Deere (US).- Tractor diesel Type 404 John Deere (US).
Um den Nachteil dieser Kühlungsart, die vergleichsweise stärker eingeschränkte Möglichkeit zur Tempe-In order to avoid the disadvantage of this type of cooling, the comparatively more limited possibility of tempering
raturabsenkung der Ladeluft zu beseitigen, bei gleichzeitiger Nutzung ihrer Vorteile, hat die Firma MACK (US) für ihren Dieselmotor der Type 2234 einen Ladeluft-Kühlkreislauf entwickelt, in welchen die Ladeluft in zwei Stufen gekühlt wird. Die erste Stufe wird durch einen Ladeluftkühler der Bauart Luft-Y/asser realisiert, der in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine einbezogen ist und in den die Ladeluft von 1700C rückgekühlt wird. Die zweite Stufe wird durch einen Ladeluftkühler der Bauart Luft-Luft realisiert, in welchem die Ladeluft -von I04 ° C auf ca. 700C abgesenkt wird. Die Förderung der Kühlluft dieses Kühlers erfolgt durch einen Lüfter, der seinerseits von einer Luftturbine angetrieben wird, die an die Ladeluftleitung angeschlossen ist und einen Anteil von 7 % der Ladeluft für ihren Antrieb benötigt. Vorstehend gemischte Bauweise kann als dritte Kühlungsart gekennzeichnet werden.In order to eliminate the reduced charge air while exploiting its advantages, MACK (US) has developed a charge air cooling circuit for its Type 2234 diesel engine in which the charge air is cooled in two stages. The first stage is realized by an intercooler of the type air-Y / asser, which is included in the cooling circuit of the internal combustion engine and in which the charge air of 170 0 C is recooled. The second stage is realized by an intercooler of the air-air type, in which the charge air is lowered from I04 ° C to about 70 0 C. The promotion of the cooling air of this cooler is effected by a fan, which in turn is driven by an air turbine, which is connected to the charge air line and requires a share of 7% of the charge air for their drive. The above mixed construction can be characterized as the third type of cooling.
d) Ziel der Erfindungd) Object of the invention
Es besteht das Ziel der Erfindung, die Kühlung der Ladeluft nach der Bauart Luft-Wasser mit Anschluß des Ladeluftkühlers an das Kühlsystem der flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine unter Vermeidung des Nachteils eines eingeschränkten Kühleffektes zu realisieren,It is the object of the invention to realize the cooling of the charge air according to the design air-water with connection of the intercooler to the cooling system of the liquid-cooled internal combustion engine while avoiding the disadvantage of a limited cooling effect,
e) Wesen der Erfindunge) essence of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Leistungssteigerung einer aufgeladenen flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine durch eine wirksame Zwischenkühlung der Ladeluft bei geringstmöglichem zusätzlichen BauaufwandIt is an object of the invention to increase the performance of a supercharged liquid-cooled internal combustion engine by an effective intercooling of the charge air with the least possible additional construction costs
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weiterhin zu erhöhen.continue to increase.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem ein oder mehrere an der Brennkraftmaschine angeordnete oder in diese baulich integrierten Ladeluftkühler der Bauart Luft-Wasser in das Y/asser- bzw. Flüssigkeits-Kühlsystem der Brennkraftmaschine" derart einbezogen sind, daß das Kühlwasser zum Kühlen der Ladeluft vom Kühlwasserhauptstrom nach Durchströmen des als Hauptkühler gekennzeichneten Kühlers der Brennkraftmaschine und nach Durchströmen der Wasser-' pumpe abgezweigt und durch einen zweiten, als Hebenkühler gekennzeichneten Y/asserkühler auf ein der Umgebungstemperatur angenähertes Temperaturniveau abgesenkt wird, bevor es dem Ladeluftkühler zugeführt wird. Hach Durchströmen des Ladeluftkühlers wird das in diesem erwärmte Kühlwasser je nach den konstruktiven und funktioneilen Gegebenheiten entweder über den Kühlwasserraum der Brennkraftmaschine oder direkt der Saugseite der Wasserpumpe der Brennkraftmaschine zugeführt. Die Anordnung des Nebenkühlers erfolgt zwecks gleichzeitiger nutzung der für die Kühlung des Hauptkühlers von einem Lüfter geförderten Kühlluftstromes vorzugsweise parallel zu diesem und in Strömungsrichtung der Kühlluft vor diesem. Das Gleiche gilt auch für den Pail der Anordnung von mehreren Hauptkühlern. Unter Berücksichtigung konkreter Einbauverhältnisse ist auch eine andere Anordnungsart möglich, z. B. neben dem Hauptwasserkühler.According to the invention the object is achieved by one or more arranged on the internal combustion engine or in this structurally integrated charge air cooler of the air-water type in the Y / asser- or liquid cooling system of the internal combustion engine "are included so that the cooling water for cooling the charge air is branched off from the main stream of cooling water after flowing through the radiator of the internal combustion engine identified as the main radiator and flowing through the water pump and lowered to a temperature level approximating the ambient temperature by a second temperature limiter designated as a lifting radiator, before it is fed to the intercooler Intercooler is the supplied in this heated cooling water depending on the constructive and functional conditions either via the cooling water chamber of the internal combustion engine or directly to the suction side of the water pump of the internal combustion engine for the purpose of simultaneous use of the cooling air flow conveyed by a fan for the cooling of the main cooler, preferably parallel to this and in the flow direction of the cooling air upstream of it. The same applies to the pail of the arrangement of several main coolers. Taking into account specific installation conditions and a different arrangement type is possible, for. B. next to the main water cooler.
Anhand von zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigenBased on two embodiments, the invention will be explained in more detail. Show it
- 6- 6
Pig. 1 das Schema einer Brennkraftmaschine mit Kühlung der Ladeluft durch einen LadeluftkühlerPig. 1 shows the diagram of an internal combustion engine with cooling of the charge air through a charge air cooler
Fig. 2 das Schema einer Brennkraftmaschine mit Kühlung der Ladeluft in zwei parallel angeordneten Ladeluftkühlern.Fig. 2 shows the scheme of an internal combustion engine with cooling of the charge air in two parallel intercoolers.
Zu Fig. 1 :To Fig. 1:
Das an sich bekannte Kühlsystem einer Brennkraftmaschine 1, im wesentlichen bestehend aus der Wasserpumpe 2, einem Hauptkühler 3 der Bauart Wasser-Luft zur Rückkühlung des Kühlwassers, einem Kühlwassertemperaturregler 4» einem Öl-Wasser-Wärmeübertrager 5 und den nicht dargestellten Verbindungsleitungen dieser Geräte, die einen Wasserfluß entsprechend den dargestellten Verbindungslinien ermöglichen sowie weiteren denkbaren Zusatzeinrichtungen, wie Ausgleichsbehälter, Temperaturmeßeinrichtungen und dergleichen, stellt den Kühlwasser-Hauptkreislauf dar. Es ist erfindungsgemäß zur Erhöhung der Effektivität der Zwischenkühlung der Ladeluft mit einem Hebenkreislauf des Kühlwassers ausgerüstet, der im wesentlichen aus dem Hebenkühler der Bauart Wasser-Luft, einem Ladeluftkühler 7 der Bauart Luft-Wasser und den nicht dargestellten Verbindungsleitungen ausgerüstet, die einen Kühlwasserfluß entsprechend den dargestellten Verbindungslinien ermöglichen«The known per se cooling system of an internal combustion engine 1, consisting essentially of the water pump 2, a main cooler 3 of the type water-air for recooling the cooling water, a cooling water temperature controller 4 »an oil-water heat exchanger 5 and the connecting lines of these devices, not shown According to the invention, to increase the effectiveness of the intermediate cooling of the charge air, it is equipped with a lifting circuit of the cooling water, which essentially consists of the lifting radiator of the type water-air, an intercooler 7 of the air-water type and the unillustrated connecting lines equipped to allow a cooling water flow according to the illustrated connecting lines «
Das nach Austritt aus der Brennkraftmaschine im Hauptkühler 3 bereits gekühlte Kühlwasser wird nach Durchströmen der Wasserpumpe 2 abgezweigt und in einen Uebenkreislauf durch den Hebenkühler 6 geleitet, wo es auf ein tieferes Temperaturniveau herabgekühlt und danach dem Ladeluftkühler 7 zugeführt wird. Nach Durch-The after leaving the engine in the main cooler 3 already cooled cooling water is diverted after flowing through the water pump 2 and passed into a Uebenkreislauf by the lifting cooler 6, where it is cooled down to a lower temperature level and then the charge air cooler 7 is supplied. After passing through
strömen derselben wird das Wasser zum Kühlwasser-Hauptkreislauf der Brennkraftmaschine zurückgeführt.flow the same, the water is returned to the cooling water main circuit of the internal combustion engine.
Die Kühlung des Wassers im Nebenkühler 6 erfolgt bei einer Parallelanordnung von Hauptkühler 3 und Hebenkühler 6 vorzugsweise mit dem gleichen, vom Lüfter 8 geförderten Luftstrom. Jedoch sind auch andere An- .vj. Ordnungen der Kühler zueinander in Abhängigkeit von den Einbau- und Betriebsverhältnissen sowie der Anbau eines zusätzlichen Lüfters für den Nebenkühler 6 möglich.The cooling of the water in the secondary cooler 6 is carried out in a parallel arrangement of main radiator 3 and lifting radiator 6 preferably with the same, funded by the fan 8 air flow. However, other types are also available . v j. Orders the cooler to each other depending on the installation and operating conditions and the addition of an additional fan for the secondary cooler 6 possible.
Die Kühlung der vom Turbolader 9 geförderten Ladeluft erfolgt in an sich bekannter Weise im Ladeluftkühler 7, von wo aus sie den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird.The cooling of the charge air conveyed by the turbocharger 9 takes place in a manner known per se in the intercooler 7, from where it is fed to the cylinders of the internal combustion engine 1.
Die Figur 2 zeigt unter Beibehaltung der grundsätzlichen Lösung von Haupt- und Nebenkreislauf gemäß Pig. 1 eine Variante der Aufladung und Ladeluftkühlung, die sich aus dem Einsatz von zwei Turboladern 9.1 und 9.2 in Kombination zu zwei Ladeluftkühlem 7.1 und 7·2 (analog auch zu mehreren Ladeluftkühlern) ergeben. In diesen Fällen wird das aus dem liebenkühler 6 kommende Kühlwasser zur Gewährleistung gleicher Kühlungsverhältnisse den Ladeluftkühlern 7«1 und 7·2 in Parallelströmen zugeführt.FIG. 2 shows, while maintaining the basic solution of the main and secondary circuits according to Pig. 1 shows a variant of the supercharging and charge air cooling resulting from the use of two turbochargers 9.1 and 9.2 in combination with two charge air coolers 7.1 and 7 · 2 (analogous to several charge air coolers). In these cases, the cooling water coming from the love cooler 6 is supplied to the intercoolers 7 "1 and 7 * 2 in parallel flows to ensure the same cooling conditions.
Claims (3)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |