DE102011108458A1

DE102011108458A1 - Ladeluftstrecke für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011108458A1
Application number: DE102011108458A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schröder; Ewald Krieger; Günther Arens
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-07-23
Filing date: 2011-07-23
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2031-07-24
Also published as: DE102011108458B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeluftstrecke für eine Brennkraftmaschine, die durch eine integrierte Sammeleinrichtung (16) für aus der Ladeluft stammendes Kondensat und eine in die Sammeleinrichtung (16) integrierte Heizvorrichtung (18) zum Verdampfen des Kondensats gekennzeichnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeluftstrecke für eine Brennkraftmaschine sowie eine solche Ladeluftstrecke aufweisende Brennkraftmaschine.
Brennkraftmaschinen werden einlassseitig über ein Leitungssystem, in das verschiedene Funktionselemente (z. B. Luftfilter) integriert sein können, mit Umgebungsluft versorgt. Die Umgebungsluft wird dann zusammen mit Kraftstoff in den Brennräumen der einzelnen Zylinder verbrannt.
Es ist bekannt, Verbrennungsmotoren aufzuladen, indem die dem Verbrennungsmotor zugeführte Ladeluft verdichtet wird, um die Füllung der Brennräume der Zylinder zu verbessern. Hierfür kommen in der Regel sogenannte Abgasturbolader zum Einsatz, die den Verdichter mittels einer Turbine, die von dem Abgasstrom durchströmt wird, antreibt. Alternativ können auch Verdichter zum Einsatz kommen, die von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors selbst oder – gegebenenfalls unterstützend – von einem Elektromotor angetrieben werden.
Durch die Verdichtung der Ladeluft steigt deren Temperatur und somit deren spezifisches Volumen, womit ein Füllungsnachteil verbunden wäre. Aus diesem Grund ist regelmäßig vorgesehen, hinter den Verdichter in die sogenannte Ladeluftstrecke einen Ladeluftkühler zu integrieren, über den die verdichtete Ladeluft gekühlt wird. Als nachteilig daran hat sich gezeigt, dass bei ungünstigen Witterungs- und Fahrbedingungen so große Mengen an Kondensat aus der verdichteten und abgekühlten Ladeluft ausfällen können, dass sich diese in der Ladeluftstrecke ansammeln und zu Verbrennungsaussetzern, zum Wasserschlag im Verbrennungsmotor und/oder zum Zufrieren der Ladeluftstrecke bei sehr kalten Temperaturen führen kann.
Um diesen Nachteil zu beseitigen ist es bekannt, das in der Ladeluftstrecke anfallende Kondensat abzusaugen und dieses (in flüssiger Form) entweder in das Saugrohr oder in die Motorölwanne einzuleiten. Bekannt sind auch einfache Sammelbehälter für das Kondensat, die jedoch regelmäßig entleert werden müssen. In manchen Fällen wird einfach an der tiefsten Stelle der Ladeluftstrecke eine Auslassschraube vorgesehen.
Die Einleitung des Kondensats in flüssiger Form in das Saugrohr des Verbrennungsmotors funktioniert zufriedenstellend nur bei stark geschlossener Drosselklappe. Bei Dieselmotoren und bei direkteinspritzenden Ottomotoren ist die Drosselklappe in dem Saugrohr jedoch in den meisten Betriebspunkten weit geöffnet. Die Einleitung des Kondensats in flüssiger Form in das Saugrohr kann dann zu einer Ansammlung des Kondensats in dem Saugrohr und als Folge davon zu Verbrennungsaussetzern führen.
Aus der DE 10 2005 023 958 A1 ist weiterhin bekannt, bei einem turbogeladenen Verbrennungsmotor mit einer Abgasrückführung ein im Ladeluftkühler anfallendes Kondensat über einen Kondensatabscheider, bei dem es sich insbesondere um einen Fliehkraft- oder Zyklonabscheider handeln kann, abzuführen und einer thermischen Kondensatentsorgung zuzuführen. In der Kondensatentsorgung wird das Kondensat, das aufgrund des in der Ladeluft enthaltenen Abgases stark sauer sein kann, in zwei thermischen Reaktoren in ungefährliche Gase und Wasser umgewandelt. Diese ungefährlichen Komponenten des Kondensats werden dann dem Abgasstrom zugeführt und über den Auspuff entsorgt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte aufgeladene Brennkraftmaschine anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteile Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Die Erfindung basiert auf der Idee, das in der Ladeluftstrecke einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine anfallende Kondensat an Ort und Stelle wieder in den gasförmigen Zustand zu überführen und erneut der Ladeluft zuzuführen. Die zuvor beschriebenen Probleme können dadurch auf einfache Weise vermieden werden.
Dieser erfindungsgemäße Grundgedanke wird in einer Ladeluftstrecke für eine Brennkraftmaschine umgesetzt, in die eine Sammeleinrichtung für aus der Ladeluft auskondensiertes Kondensat integriert ist, wobei die Sammeleinrichtung eine integrierte Heizvorrichtung aufweist, über die das Kondensat so weit erwärmt werden kann, dass dieses verdampft. Durch die Integration der Sammeleinrichtung in die Ladeluftstrecke wird dieses dann direkt wieder der Ladeluft zugeführt.
Unter „Ladeluftstrecke” wird erfindungsgemäß das Leitungssystem einschließlich der darin integrierten Komponenten (insbesondere Ladeluftkühler) verstanden, die einen Verdichter einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ausgangsseitig mit der Einlassseite eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine verbindet.
Eine entsprechende erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst zumindest einen solchen Verbrennungsmotor, einen Verdichter für die Ansaugluft des Verbrennungsmotors sowie eine erfindungsgemäße, den Verbrennungsmotor mit dem Verdichter verbindende Ladeluftstrecke.
Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ist regelmäßig ein Ladeluftkühler vorgesehen, um die durch das Verdichten erwärmte Ladeluft zu kühlen. Das insbesondere beim Kühlen entstehende Kondensat fällt somit hauptsächlich im Ladeluftkühler an. Daher ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, die Sammeleinrichtung in einen solchen Ladeluftkühler der Ladeluftstrecke zu integrierten, so dass das Kondensat möglichst direkt am Ort der Entstehung gesammelt und durch die Verwendung der integrierten Heizvorrichtung wieder verdampft wird.
Gegebenenfalls ist es aus Platzgründen nicht möglich, die beheizte Sammeleinrichtung in den Ladeluftkühler zu integrieren. In diesem Fall sollte die Sammeleinrichtung (möglichst nahe) hinter dem Ladeluftkühler in die Ladeluftstrecke integriert werden.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, die Heizvorrichtung der Sammeleinrichtung elektrisch zu betreiben. Eine solche Heizvorrichtung ist zum einen mit einem relativ geringen konstruktiven Aufwand verbunden; zudem ist diese einfach steuerbar, so dass sie bei auftretendem Kondensat schnell zugeschaltet werden kann. Ein Nachteil einer solchen elektrischen Heizvorrichtung ist die dafür benötigte elektrische Leistung, die regelmäßig von einem Generator der Brennkraftmaschine erzeugt werden muss und damit zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch führen kann.
Eine Alternative kann daher vorsehen, die Heizvorrichtung an einen Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine, mit dem insbesondere ein Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors gekühlt wird, anzuschließen, um der Heizvorrichtung die benötigte Wärmeenergie zuzuführen. Dies erfolgt sinnvollerweise in einem Abschnitt des Kühlkreislaufs, in dem das darin geführte Kühlmittel eine möglichst hohe Temperatur aufweist; d. h. in einem Abschnitt des Kühlkreislaufs, der die Auslassseite des Kurbelgehäuse mit dem Einlass eines Kühlers für das Kühlmittel verbindet.
Eine weitere Alternative kann vorsehen, dass der Heizvorrichtung die benötigte Wärmeenergie über einen Wärmetausch mit dem aus dem Verbrennungsmotor austretenden Abgas zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Diese zeigen in
1: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine; und
2: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Die 1 und 2 zeigen die wesentlichen Komponenten von erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen in zwei verschiedenen Ausführungsformen. Die beiden Ausführungsformen unterscheiden sich lediglich in der Anordnung der erfindungsgemäßen Sammeleinrichtung.
Die dargestellten Brennkraftmaschinen umfassen jeweils einen Verbrennungsmotor 10, dem auf einer Einlassseite Ansaugluft zugeführt wird, das zusammen mit (auf beliebige Art und Weise eingebrachtem) Kraftstoff in Brennräumen von Zylindern (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors verbrannt wird. Das dabei entstehende Abgas wird auf der Auslassseite des Verbrennungsmotors abgeführt.
Die Ansaugluft wird der Brennkraftmaschine über einen Einlass, in den beispielsweise ein Luftfilter integriert sein kann, zugeführt und dann über einen Verdichter 12, beispielsweise eines Abgasturboladers, geführt und dadurch verdichtet. Nach dem Durchströmen des Verdichters 12 strömt die Ladeluft durch einen Ladeluftkühler 14, der beispielsweise wassergekühlt sein kann und in dem die Temperatur der verdichteten Ladeluft abgesenkt wird. Dabei entsteht Kondensat, das erfindungsgemäß in einer Sammeleinrichtung 16 gesammelt und dort durch die Verwendung einer integrierten Heizvorrichtung 18 wieder in den gasförmigen Zustand überführt wird. Der dabei entstehende (wässrige) Dampf vermischt sich dann wieder mit der übrigen Ladeluft und wird somit im gasförmigen Zustand dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt.
Die beiden in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine unterscheiden sich Lediglich in der Positionierung der erfindungsgemäßen Sammeleinrichtung 16. Während die Sammeleinrichtung 16 bei der Ausführungsform gemäß der 1 hinter dem Ladeluftkühler 14 in die Ladeluftstrecke integriert ist, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 eine Integration direkt in den Ladeluftkühler 14 vorgesehen.
Die in die erfindungsgemäße Sammeleinrichtung integrierte Heizvorrichtung 18 kann beispielsweise elektrisch, über das Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs der Brennkraftmaschine oder über das aus dem Verbrennungsmotor abgeführte Abgas erhitzt werden.
In den Brennkraftmaschinen gemäß den 1 und 2 ist noch ein Leitungssystem 20 zur Kurbelgehäuseentlüftung eines Kurbelgehäuses des Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Über diese Kurbelgehäuseentlüftung werden in den Zylindern des Verbrennungsmotors anfallende Gase, insbesondere Verbrennungsgase, die über die zwischen Kolben des Verbrennungsmotors 10 und den dazugehörigen Zylindern ausgebildeten Spalte abgeströmt sind, und verdampftes Motoröl abgeführt und der Ansaugluft vor dem Verdichter zugeführt. Da diese Gase aus der Kurbelgehäuseentlüftung mitverdichtet und dann im Ladeluftkühler gekühlt werden, kann das anfallende Kondensat, das in der erfindungsgemäßen Sammeleinrichtung aufgefangen und verdampft wird, auch nicht-wässrige Bestandteile enthalten.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Verdichter
14: Ladeluftkühler
16: Sammeleinrichtung
18: Heizvorrichtung
20: Leitungssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005023958 A1 [0007]

Claims

Ladeluftstrecke für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine integrierte Sammeleinrichtung (16) für aus der Ladeluft stammendes Kondensat und eine in die Sammeleinrichtung (16) integrierte Heizvorrichtung (18) zum Verdampfen des Kondensats, um dieses der Ladeluft wieder zuzuführen.
Ladeluftstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammeleinrichtung (16) in einen Ladeluftkühler (14) der Ladeluftstrecke integriert ist.
Ladeluftstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammeleinrichtung (16) hinter einem Ladeluftkühler (14) in die Ladeluftstrecke integriert ist.
Ladeluftstrecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (18) elektrisch betrieben wird.
Ladeluftstrecke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (18) mittels eines Kühlmittelkreislaufs der Brennkraftmaschine betrieben wird.
Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (10), einem Verdichter (12) und einer den Verdichter (12) mit dem Verbrennungsmotor (10) verbindenden Ladeluftstrecke gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.