DE102006053191A1

DE102006053191A1 - Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem

Info

Publication number: DE102006053191A1
Application number: DE102006053191A
Authority: DE
Inventors: Andy Appleton
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: US20070107425A1; DE102006053191B4; US7251937B2

Abstract

Es wird ein Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem für ein Motorsystem (10) mit einem Turbolader (18) und einem Ladeluftkühler (24) zur Kühlung von durch den Turbolader (18) verdichteter Luft, mit einem Reservoir (54) zur Speicherung von Kondensat und einem Reservoireinlass und einem Reservoirauslass, mit einem ersten Ventil (50), das zwischen dem Reservoireinlass und einem Kondensatauslass des Ladeluftkühlers (24) angeordnet ist und welches durch eine erste Feder (52) in Richtung einer geschlossenen Stellung belastet wird, und einem zweiten Ventil (56) vorgeschlagen, das zwischen dem Reservoirauslass und der Umgebung angeordnet ist, welches durch eine zweite Feder (58) in Richtung seiner offenen Stellung belastet wird. Das zweite Ventil (56) ist mittels einer Pilotleitung (60) dem Druck in dem Ladeluftkühler (24) ausgesetzt und schließt, wenn der Druck in dem Ladeluftkühler (24) einen Grenzwertdruck übersteigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem einer Motoranordnung mit einem Turbolader und einem Ladeluftkühler zur Kühlung von durch den Turbolader verdichteter Luft, mit einem Reservoir zur Speicherung von Kondensat und mit einem Reservoireinlass und einem Reservoirauslass.

Ladeluftkühler werden an Motoren verwendet, um Luft zu kühlen, die von einem Turbolader verdichtet wurde. Während des Vorganges des Abkühlens der Luft, kann Feuchtigkeit (Wasser) aus der Luft kondensieren und sich in dem Ladeluftkühler sammeln. Das kondensierte flüssige Wasser kann in den Motor gezogen werden und folglich eine Korrosion von Motorkomponenten bewirken. Das Wasser in dem Ladeluftkühler kann gefrieren und den Ladeluftkühler bersten lassen, wenn der Motor bei niedriger Temperatur ausgeschaltet ist. Eine hydraulische Blockierung kann auftreten, wenn wesentliche Mengen an Flüssigkeit in den Motor eintreten.

Eine Lösung hierfür besteht darin, flüssiges Kondensat aus dem Ladeluftkühler durch eine Verwendung eines Ventils in einem unteren Bereich des Ladeluftkühlers abzulassen. Eine derartige Anordnung findet beispielsweise bei John Deere Schiffsmotoren Verwendung, welche unter Bedingungen hoher Luftfeuchtigkeit betrieben werden, welche zu Kondensation führen. Das Ventil erlaubt es Wasser, den Ladeluftkühler zu verlassen, wenn der Druck in dem Ladeluftkühlers gering ist, beispielsweise wenn der Motor gering belastet, im Leerlauf oder ausgeschaltet ist.

Ein solches Ventil ist jedoch zur Anwendung bei Off-Road Fahrzeugen ungeeignet, da die Luft in einer Off-Road Umgebung häufig eine hohe Staubkonzentration aufweist. Dieser Staub würde den Motor beschädigen, wenn es ihm erlaubt wird, in Situationen geringen Ladedrucks in den Ladeluftkühler einzutreten. Eine geringe Motorlast kann zu einem niedrigen Turboladerladeruck führen. In dem Ladeluftkühler kann unter diesen Bedingungen der tatsächliche Druck ein Vakuum ähnlich dem Einlasskrümmervakuum eines Saugmotors sein. In derartigen Situationen würde ein offener Durchgang von der Umgebung in den Ladeluftkühler es verschmutzter Luft erlauben, direkt in den Motor (unter Umgehung des Luftfilters) zu gelangen.

Zukünftige Motoren werden für den Einsatz an Off-Road Fahrzeugen und zur Einhaltung der Tier 3-Abgas-Vorschriften konzipiert. Derartige Motoren werden eine höhere Kompression aufweisen, welche höhere Temperaturanstiege und thermische Belastungen des Ladeluftkühlers produzieren. Dies wird, in Verbindung mit dem Erfordernis niedrigerer Auslasstemperaturen, die Kondensationsprobleme an Off-Road Fahrzeugen, wie Ackerschleppern, verschärfen.

Entsprechend wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin gesehen, ein Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem zur Verfügung zu stellen, welches Luft und Schmutz davon abhält, während Perioden niedrigen Ladeluftdrucks oder eines Vakuums in den Ladeluftkühler zu gelangen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.

Es wird ein Kondensatablaufsystem eines Ladeluftkühlers für ein Motorsystem mit einem Turbolader und einem Ladeluftkühler zur Kühlung von durch den Turbolader verdichteter Luft zur Verfügung gestellt. Das Ablaufsystem weist ein Reservoir zum Sammeln von Kondensat und einen Reservoireinlass und einen Reservoirauslass auf. Zwischen dem Reservoireinlass und einem Kondensatauslass des Ladeluftkühlers ist ein erstes Ventil vorgesehen. Das erste Ventil wird in Richtung seiner geschlossenen Stellung durch eine erste Feder belastet. Das Ablaufsystem weist weiter ein zwischen dem Reservoirauslass und der Umgebung angeordnetes zweites Ventil auf. Das zweite Ventil wird in Richtung seiner offenen Stellung durch eine zweite Feder belastet und weist einen Piloteingang auf, der dem Druck in dem Ladeluftkühler ausgesetzt ist. Das zweite Ventil schließt, wenn der Druck in dem Ladeluftkühler einen Schwellwertdruck übersteigt. Die erste und die zweite Feder sind derart gewählt, dass das erste Ventil geschlossen ist, wenn das zweite Ventil offen ist und dass das zweite Ventil geschlossen ist, wenn das erste Ventil offen ist. Die Ventile und das Reservoir arbeiten zusammen, um eine Bewegung von Luft und Schmutz in den Ladeluftkühler während Perioden geringen Ladeluftdrucks oder eines Vakuums in dem Ladeluftkühler zu verhindern.

Die einzige Figur zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Ladeluftkühlerkondensatablaufsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein Motorsystem 10 für ein Fahrzeug, wie beispielsweise einen landwirtschaftlichen Ackerschlepper, weist einen Motor 12 und einen Turbolader 14 mit einer Turbine auf, welche einen Verdichter 18 antreibt und Abgas von dem Motor 12 durch eine Abgasleitung 20 empfängt. Durch den Verdichter 18 verdichtete Luft wird über eine Leitung 22 einem Ladeluftkühler 24 zugeführt. Abgekühlte, verdichtete Luft wird über eine Leitung 26 von dem Ladeluftkühler 24 zu einem Einlass des Motors 12 geführt. Ein Luftfilter 28 filtert Luft, die in den Verdichter 18 eintritt. Abgas von dem Motor 12 strömt durch die Turbine 16, eine Auslassleitung 30 und einen Schalldämpfer 32. Eine Abgasrückführungsleitung 34 bringt Abgas zu einem Abgasrückführungskühler 36. Der Abgasrückführungskühler 36 übermittelt abgekühltes, zurückgeführtes Abgas über Leitungen 38 und 26 zu dem Motor 12. Eine Kühlmittelpumpe 30 und Leitungen 42 und 44 zirkulieren Kühlmittel zwischen dem Motor 12 und dem Abgasrückführungskühler 36.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung, ist ein Rückschlagventil bzw. ein erstes Ventil 50 mit einer Rückschlagventilfeder bzw. einer ersten Feder 52 mit einem Kondensatablaufausgang bzw. einem Kondensatauslass des Ladeluftkühlers 24 verbunden. Die erste Feder 52 belastet das erste Ventil 50 in Richtung seiner geschlossenen Stellung. Das erste Ventil 50 öffnet, um einen Kondensatstrom in einer Richtung von dem Ladeluftkühler 24 zu dem Kondensatreservoir 54 zu erlauben. Ein Reservoirventil bzw. ein zweites Ventil 56 ist zwischen einem Reservoirauslass des Reservoirs 54 und der Umgebung vorgesehen. Bei dem zweiten Ventil 56 handelt es sich um ein gesteuertes Wegeventil, welches in Richtung seiner offenen Stellung durch eine zweite Feder 58 belastet und in seine geschlossene Stellung durch den Druck in dem Ladeluftkühler 24 gedrängt wird, welcher an das zweite Ventil 56 über eine Pilotleitung 60 übermittelt wird.
Der Ladedruck ist der Druck, der in dem Ladeluftkühler 24 durch den Turbolader 13 aufgebaut wird. Wenn der Ladedruck die Kraft der ersten Feder 52 übersteigt, öffnet das erste Ventil 50 und Kondensat fließt von dem Ladeluftkühler 24 zu dem Reservoir 54. Wenn der Ladedruck gering ist, wird das erste Ventil 50 geschlossen sein und folglich die Verbindung zwischen dem Ladeluftkühler 24 und dem Reservoir 54 verschließen. Vorzugsweise sollte das Reservoir 54 groß genug sein, um eine zu erwartende Wasserkondensation zwischen Zyklen niedrigen und hohen Ladedrucks aufzunehmen.
Das zweite Ventil 56 ist normalerweise zur Umgebung geöffnet. Vorzugsweise wird die Schwerkraft dafür sorgen, dass Wasser aus dem Reservoir 54 durch das offene zweite Ventil 56 abfließt. Da Wasser schwerer als Luft ist, sollte das zweite Ventil 56 an dem untersten Punkt des Ladeluftkühlers 24 vorgesehen sein.
Wenn der Ladeluftkühler 24 mit dem Ladedruck beaufschlagt ist, wird dieser Druck über die Pilotleitung 60 an das zweite Ventil 56 weitergegeben. Dieser Druck wird das zweite Ventil 56 schließen und die Verbindung zwischen dem Reservoir 54 und der Umgebung beenden. Vorzugsweise sind die Federn 52 und 58 derart gewählt, dass das erste Ventil 50 geschlossen ist, wenn das zweite Ventil 56 offen ist und dass das zweite Ventil 56 geschlossen ist, wenn das erste Ventil 50 geöffnet ist. Auf diese Weise wird der Ladeluftkühler 24 immer von der Atmosphäre oder der Umgebung getrennt sein, wodurch Verschmutzungen an einem Eintreten in den Ladeluftkühler 24 und in den Motor 12 gehindert werden. Dies wird durch Auswahl der öffnenden und schließenden Federkräfte und Druckgrenzwerte erreicht.
Das Ablaufsystem wird die folgenden Betriebszustände aufweisen:
Wenn der Druck in dem Ladeluftkühler 24 gering ist oder ein Vakuum darstellt, ist das erste Ventil 50 geschlossen, das zweite Ventil 56 ist offen und Wasser kann aus dem Reservoir 54 in die Umgebung abfließen. Wenn der Druck in dem Ladeluftkühler 54 ansteigt, wird das zweite Ventil 56 schließen, das erste Ventil 50 bleibt geschlossen. Wenn der Druck in dem Ladeluftkühler 24 weiter ansteigt, wird das zweite Ventil 56 geschlossen bleiben, das erste Ventil 50 öffnet und Wasser kann aus dem Ladeluftkühler 24 in das Reservoir 54 abfließen. Wenn dieser Druck von hoch nach niedrig abfällt, kehrt sich die obige Sequenz von Ereignissen um.
Vorzugsweise sollten die Ventile 50 und 56 derart vorgesehen sein, so dass der Druck in dem Ladeluftkühler 24 durch die offenen/geschlossenen Zustände der Ventile 50 und 56 während einer normalen Betriebs des (nicht gezeigten) Fahrzeugs, welches durch den Motor 12 angetrieben wird, zirkuliert. Beispiele können beispielsweise ein Wenden am Feldende, Abschaltungen oder variable Lastbedingungen sein, die den Turboladerdruck variieren.
Da das zweite Ventil 56 normalerweise offen ist, erlaubt dies dem Wasser aus dem Reservoir 54 bei abgeschaltetem Fahrzeug (nicht gezeigt) 4 abzufließen. Dies erlaubt es Wasser aus dem System abzulaufen, bevor das System sich bei kaltem Wetter abkühlt. Wenn es dem Wasser erlaubt ist, in dem System zu verbleiben, könnte es gefrieren und eine Beschädigung von Bauteilen aufgrund einer Expansion bei einem Gefrieren bewirken.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, soll es deutlich sein, dass viele Alternativen, Veränderungen und Variationen für den Fachmann im Licht der vorstehenden Beschreibung offensichtlich sein werden. Entsprechend ist es beabsichtigt, dass die Erfindung alle solchen Alternativen, Modifikationen und Variationen umfasst, welche in den Geist und den Schutzbereich der folgenden Ansprüche fallen.

Claims

Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem für ein Motorsystem (10) mit einem Turbolader (18) und einem Ladeluftkühler (24) zur Kühlung von durch den Turbolader (18) verdichteter Luft, mit einem Reservoir (54) zur Speicherung von Kondensat und einem Reservoireinlass und einem Reservoirauslass, gekennzeichnet durch ein erstes Ventil (50), das zwischen dem Reservoireinlass und einem Kondensatauslass des Ladeluftkühlers (24) angeordnet ist und welches durch eine erste Feder (52) in Richtung einer geschlossenen Stellung belastet wird, und einem zweiten Ventil (56), das zwischen dem Reservoirauslass und der Umgebung angeordnet ist, welches durch eine zweite Feder (58) in Richtung seiner offenen Stellung belastet wird, wobei das zweite Ventil (56) mittels einer Pilotleitung (60) dem Druck in dem Ladeluftkühler (24) ausgesetzt ist und schließt, wenn der Druck in dem Ladeluftkühler (24) einen Grenzwertdruck übersteigt.
Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (50) ein Rückschlagventil ist und/oder ein solches aufweist.
Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil ein vorzugsweise druckgesteuertes Wegeventil ist und/oder ein solches aufweist.
Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Feder (52, 58) derart gewählt sind, dass das erste Ventil (50) geschlossen ist, wenn das zweite Ventil (56) geöffnet ist und dass das zweite Ventil (56) geschlossen ist, wenn das erste Ventil (50) geöffnet ist.