DE10022967B4

DE10022967B4 - Flüssigkeitsgekühlter Abgasturbolader

Info

Publication number: DE10022967B4
Application number: DE10022967A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Lüders; Jürgen Dipl.-Ing. Lang (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: DE10022967A1

Abstract

Flüssigkeitsgekühlter Abgasturbolader (1', 1'') für einen mit interner Verbrennung arbeitenden, gekühlten Verbrennungsmotor mit Ladeluftkühlung (2', 2''), insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem für Abgasturbolader (1', 1'') sowie Ladeluftkühlung (2', 2'') gemeinsamen, von der Motorkühlung separaten, eine Kühlflüssigkeitspumpe (3) aufweisenden Kühlflüssigkeitskreislauf (3, 4, 5', 5'', 6, 7).

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Abgasturbolader für einen mit interner Verbrennung arbeitenden, gekühlten Verbrennungsmotor mit Ladeluftkühlung, insbesondere in Kraftfahrzeugen.

Es ist allgemein bekannt, die Leistung eines Verbrennungsmotors mittels eines Abgasturboladers zu erhöhen und dabei zur Erhöhung der Dichte der Ladeluft eine Ladeluftkühlung vorzusehen.

Die DE 14 76 370 A zeigt in diesem Zusammenhang einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor mit Flüssigkeitskühlung für die Ladeluft. Dabei sind zwei separate Kühlflüssigkeitskreisläufe vorgesehen. Ein Flüssigkeitskreislauf dient zur Kühlung des Motors sowie zur Kühlung eines ausgangsseitig des Motors angeordneten Getriebes. Ein weiterer Kühlmittelkreislauf dient zur Kühlung der Ladeluft sowie des Motoröls.

Aus der Druckschrift MTZ Motortechnische Zeitschrift 3 (1992), Seiten 114 bis 121, ist es bekannt, für die Ladeluftkühlung und die Motorkühlung separate Kühlflüssigkeitskreisläufe vorzusehen.

In der DE 28 25 945 A1 wird ein Kühlsystem eines Fahrzeugmotors beschrieben, wobei der Kühlwasserkreislauf eines Verbrennungsmotors auch zur Kühlung eines mechanisch angetriebenen Ladeluftverdichters sowie der Ladeluft dient.

In der DE 36 17 350 C1 wird eine hinsichtlich des Kühlwasserkreislaufes ähnliche Anordnung beschrieben, wobei jedoch der Ladeluftverdichter als Teil eines Turboladers ausgebildet ist und dementsprechend von einer Abgasturbine angetrieben wird. Desweiteren ist parallel zu einem im Kühlwasserkreislauf angeordneten Kühlwasserkühler eine durch Regelanordnung gesteuerte Bypassleitung angeordnet.

In der DE 36 11 238 A1 wird als Ladeluftverdichter ein Rollkolbenverdichter vorgeschlagen, weil dieser in der Regel einen nachgeschalteten Ladeluftkühler überflüssig macht. Der Rollkolbenverdichter kann über eine entsprechende Steuerventilanordnung zur Erwärmung sowie Kühlung einerseits mit dem einen Kühler aufweisenden Kühlwaserkreislauf des Motors und andererseits einem zusätzlichen Kühler verbunden werden.

In der nicht vorveröffentlichten, jedoch auf einer älteren Anmeldung beruhenden DE 100 01 063 A1 wird ein mechanisch angetriebener Kompressor für einen Verbrennungsmotor beschrieben, wobei der Kompressor mit einem Ladeluftkühler zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist, deren Gehäusewandung doppelwandig ausgeführt ist, derart, dass ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Zwischenraum gebildet und der Ladeluftkühler vom Kühlmittel des Kompressors durchströmt wird. Die vorgenannte Baugruppe bildet zusammen mit einem Kühlmittelkühler einen Kühlmittelkreislauf. Zwar ist der vorgenannte Kühler in der Zeichnung (1) unmittelbar benachbart zu dem mit der Ladeluft versorgten Verbrennungsmotor angeordnet, jedoch werden im übrigen keinerlei Einzelheiten der Motorkühlung dargestellt.

Die Anordnung einer Pumpe im vorgenannten Kühlkreislauf wird weder dargestellt noch erwähnt.

Im übrigen wird in der DE 100 01 063 A1 angegeben, dass es ggf. auch angezeigt sein kann, den Kompressor als Teil eines Abgasturboladers auszubilden und den Antrieb des Kompressors über eine Abgasturbine vorzunehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, den Herstellungsaufwand für flüssigkeitsgekühlte Abgasturbolader sowie die Ladeluftkühlung zu vermindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Abgasturbolader sowie die Ladeluftkühlung einen gemeinsamen, von der Motorkühlung separaten, eine Kühlflüssigkeitspumpe aufweisenden Kühlflüssigkeitskreislauf aufweisen.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für Abgasturbolader und Ladeluftkühler ein autarkes Kühlflüssigkeitssystem vorzusehen. Damit wird einerseits der Vorteil geboten, daß die Motorkühlung unverändert bleiben kann, wenn der jeweilige Fahrzeugmotor wahlweise mit oder ohne Abgasturbolader in einem Fahrzeug installiert werden soll. Hier stellt also der Abgasturbolader mit dem Ladeluftsystem eine vom Motor weitestgehend separate zusätzliche Baugruppe dar, deren Vorhandensein oder Nichtvorhandensein keine grundsätzlichen Modifikationen an der Motorkühlung erfordert. Andererseits ist vorteilhaft, daß bei eventuellen Inspektions- oder Servicearbeiten am Abgasturbolader bzw. an der Ladeluftkühlung einerseits oder am Kühlsystem des Motors andererseits keinerlei Beeinträchtigungen des jeweils anderen Systems auftreten können.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Kühlflüssigkeitskreislauf von Abgasturbolader und Ladeluftkühlung eine Kühlmittelpumpe mit vom Verbrennungsmotor unabhängigen Antrieb, zweckmäßigerweise durch Elektromotor. Dadurch wird beim Stillsetzen des Verbrennungsmotors eine Nachkühlung des Abgasturboladers möglich, so daß dort die Gefahr eines Wärmestaus oder einer Verkokung der Abgasturbine sicher vermieden wird.

Innerhalb des gemeinsamen Kühlflüssigkeitskreislaufes können der Abgasturbolader und der Ladeluftkühler in Reihe angeordnet sein, wobei einerseits die Möglichkeit besteht, den Abgasturbolader vor dem Ladeluftkühler anzuordnen, oder statt dessen vorgesehen sein kann, den Ladeluftkühler vor den Abgasturbolader zu schalten.

Statt dessen ist auch eine Parallelanordnung mit zueinander parallelen Kühlflüssigkeitskreisläufen für Abgasturbolader und Ladeluftkühler möglich.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen näher beschrieben werden.
Dabei zeigt
1 eine schaltplanartig dargestellten Kühlflüssigkeitskreislauf für eine Doppelanordnung von Ladeluftkühler und Abgasturbolader, wie es im Falle eines Verbrennungsmotors mit zwei V-förmig angeordneten Zylinderreihen zweckmäßig ist, wobei jeder Ladeluftkühler jeweils in Reihe vor einem Abgasturbolader angeordnet ist,
2 eine der 1 entsprechende Darstellung einer Anordnung, bei der die Abgasturbolader jeweils in Reihe vor einem Ladeluftkühler angeordnet sind, und
3 eine Ausführungsform mit Parallelanordnung von Ladeluftkühler und Abgasturbolader im gemeinsamen Kühlflüssigkeitskreislauf.
Ein in 1 nicht näher dargestellter Verbrennungsmotor mit zwei, beispielsweise V-förmig zueinander angeordneten Zylinderreihen besitzt für jede Zylinderreihe einen gesonderten Abgasturbolader 1' bzw. 1'' sowie zwei gesonderte Ladeluftkühler 2' und 2'', so daß jeder Zylinderreihe des Motors entsprechend gekühlte Ladeluft zuführbar ist. Die beiden Abgasturbolader 1' und 1'' sind flüssigkeitsgekühlt, wobei ein Kühlflüssigkeitskreislauf eine Kühlflüssigkeitspumpe 3 aufweist. Diese fördert druckseitig in eine Druckleitung 4, welche sich in zwei Leitungszweige 5' und 5'' aufspaltet, die jeweils über einen der Ladeluftkühler 2' bzw. 2'' sowie einen der Abgasturbolader 1' und 1'' führen und an einer Eingangsleitung 6 eines durch nicht dargestelltes Gebläse gekühlten Wärmetauschers 7 zusammengeführt sind, der seinerseits ausgangsseitig mit der Eingangsseite der Kühlflüssigkeitspumpe 3 verbunden ist.
Die Kühlflüssigkeitspumpe 3 wird vorzugsweise durch einen Elektromotor 8 unabhängig vom Fahrzeugmotor angetrieben, so daß die Pumpe 3 auch noch nach Stillsetzen des Fahrzeugmotors weiterlaufen und eine Nachkühlung der Abgasturbolader 1' und 1'' bewirken kann.
Sollte der Fahrzeugmotor lediglich eine Zylinderreihe aufweisen, können der Leitungszweig 5'' sowie der Abgasturbolader 1'' und der Ladeluftkühler 2'' entfallen.
Grundsätzlich ist es jedoch unabhängig von der Bauart des Motors möglich, mehrere Abgasturbolader und entsprechend mehrere Ladeluftkühler für eine entsprechende Anzahl von Zylindern oder Zylindergruppen des Motors vorzusehen. Dadurch können kleinere Abgasturbolader eingesetzt werden, die sich bei wechselndem Abgasstrom trägheitsarm beschleunigen lassen.
Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 im wesentlichen dadurch, daß die Abgasturbolader 1' und 1'' jeweils in Reihe vor den Ladeluftkühlern 2' und 2'' angeordnet sind.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform sind die Abgasturbolader 1' und 1'' in den Leitungszweigen 5' und 5'' jeweils parallel zu den Ladeluftkühlern 2' und 2'' angeordnet.

Claims

Flüssigkeitsgekühlter Abgasturbolader (1', 1'') für einen mit interner Verbrennung arbeitenden, gekühlten Verbrennungsmotor mit Ladeluftkühlung (2', 2''), insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem für Abgasturbolader (1', 1'') sowie Ladeluftkühlung (2', 2'') gemeinsamen, von der Motorkühlung separaten, eine Kühlflüssigkeitspumpe (3) aufweisenden Kühlflüssigkeitskreislauf (3, 4, 5', 5'', 6, 7).
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abgasturbolader (1', 1'') und Ladeluftkühler (2', 2'') in Reihe im Kühlmittelkreislauf angeordnet sind.
Abgasturbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abgasturbolader (1', 1'') und Ladeluftkühler (2', 2'') parallel im Kühlflüssigkeitskreislauf angeordnet sind.
Abgasturbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb der Kühlflüssigkeitspumpe (3) ein Elektromotor (8) vorgesehen ist.