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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Antriebseinrichtungen der eingangs genannten Art dienen beispielsweise dem Bereitstellen eines Antriebsmoments zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung verfügt zu diesem Zweck zumindest über die Brennkraftmaschine. Neben der Brennkraftmaschine kann zusätzlich wenigstens eine weitere Antriebsmaschine, insbesondere eine elektrische Maschine, vorgesehen sein. In diesem Fall ist die Antriebseinrichtung beispielsweise als Hybridantriebseinrichtung ausgebildet, wobei die Brennkraftmaschine und die weitere Antriebsmaschine derart wirkverbunden sind, dass sie das Antriebsmoment wenigstens zeitweise gemeinsam bereitstellen. Die Antriebseinrichtung verfügt weiterhin über die Abgasanlage, den Kühlmittelkreislauf und den Schmiermittelkreislauf, welche jeweils der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Abgasanlage ist derart mit der Brennkraftmaschine strömungsverbunden, dass mit ihrer Hilfe Abgas der Brennkraftmaschine abgeführt werden kann. Insoweit verfügt die Abgasanlage beispielsweise über einen Abgaskrümmer, welcher Abgas von Zylindern der Brennkraftmaschine zusammenführt und nachfolgend einer gemeinsamen Abgasleitung zuführt. Durch die gemeinsame Abgasleitung kann das Abgas abgeführt werden, beispielsweise in Richtung einer Umgebung der Antriebseinrichtung.
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In bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine kann es wünschenswert sein, das in dem Schmiermittelkreislauf vorliegende Schmiermittel temperieren, also zu heizen oder zu kühlen. Ersteres ist beispielsweise nach einem Betriebsbeginn, insbesondere einem Kaltstart, der Antriebseinrichtung vorgesehen, um die Brennkraftmaschine möglichst schnell von einer niedrigeren Temperatur, insbesondere der Umgebungstemperatur, auf ihre Betriebstemperatur zu bringen. Auf diese Weise werden Reibungsverluste der Brennkraftmaschine verringert, die bei niedrigen Temperaturen auftreten. Andererseits kann es beispielsweise bei hohen Umgebungstemperaturen und/oder bei einer hohen von der Brennkraftmaschine bereitgestellten Antriebsleistung notwendig sein, das Schmiermittel und mithin die Brennkraftmaschine effizient zu kühlen, um ein Überhitzen zu verhindern. Grundsätzlich ist es dabei aus dem Stand der Technik bekannt, dem Schmiermittelkreislauf einen Wärmetauscher zuzuordnen, insbesondere um das Schmiermittel zu kühlen.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2010 039 281 A1 bekannt. Diese offenbart eine Abwärme-Rückgewinnungsvorrichtung, die eingerichtet ist, einen Wärmeaustausch zwischen drei Medien wie zum Beispiel Abgas, Kühlmittel und Öl auszuführen. Weiterhin ist sie derart eingerichtet, dass die von einem Verbrennungsmotor abgeführte Wärme von Abgas zu dem Kühlmittel und dem Öl gleichzeitig übertragen wird und ein direkter Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Öl stattfindet, um auf diese Weise gleichzeitig die Temperatur des Kühlmittels und des Öls während der anfänglichen Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors zu erhöhen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung bereitzustellen, welche mit geringem Aufwand, insbesondere mit geringen Kosten und/oder geringem Bauraumaufwand, ein effizientes Temperieren von Schmiermittel des Schmiermittelkreislaufs ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Schmiermitteleinlasskammer sowie die Schmiermittelauslasskammer jeweils sowohl in dem ersten Teilwärmetauscher als auch dem zweiten Teilwärmetauscher, die Kühlmitteleinlasskammer sowie die Kühlmittelauslasskammer nur in dem ersten Teilwärmetauscher und die Abgaseinlasskammer sowie die Abgasauslasskammer nur in dem zweiten Teilwärmetauscher vorliegen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Grundsätzlich ist vorgesehen, dass der Kühlmittelkreislauf zum Kühlen des Schmiermittels an eine erste Wärmetauschstrecke des Wärmetauschers und die Abgasanlage zum Heizen des Schmiermittels an eine zweite Wärmetauschstrecke des Wärmetauschers angeschlossen ist. Der Schmiermittelkreislauf ist mithin zum Heizen und/oder Kühlen des Schmiermittels an den Wärmetauscher angeschlossen. Er ist dabei sowohl der ersten Wärmetauschstrecke als auch der zweiten Wärmetauschstrecke zugeordnet; sowohl erstere als auch letztere wird also von dem Schmiermittel des Schmiermittelkreislaufs durchströmt. Mithilfe des die erste Wärmetauschstrecke ebenfalls durchströmenden Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs kann nun ein Kühlen des Schmiermittels und mithilfe des die zweite Wärmetauschstrecke durchströmenden Abgases ein Heizen des Schmiermittels erreicht werden. Dabei ist bevorzugt der jeweilige Massenstrom, also der Kühlmittelmassenstrom durch die erste Wärmetauschstrecke und/oder der Abgasmassenstrom durch die zweite Wärmetauschstrecke, steuernd und/oder regelnd einstellbar, um das Schmiermittel auf eine gewünschte Temperatur zu temperieren.
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Das in den Wärmetauscher einströmende Schmiermittel des Schmiermittelkreislaufs durchströmt stets sowohl die erste Wärmetauschstrecke als auch die zweite Wärmetauschstrecke, wobei dies durch eine strömungstechnische Hintereinanderschaltung der Wärmetauschstrecken oder eine Parallelschaltung erzielt werden kann. In ersterem Fall durchströmt das Schmiermittel also beispielsweise zuerst die erste Wärmetauschstrecke und gelangt anschließend in die unmittelbar an die erste Wärmetauschstrecke angeschlossene zweite Wärmetauschstrecke. Bei einer Parallelschaltung wird das Schmiermittel auf die erste Wärmetauschstrecke und die zweite Wärmetauschstrecke aufgeteilt und durchströmt diese im Wesentlichen gleichzeitig. Nach dem Durchströmen wird das Schmiermittel wieder zusammengefasst und aus dem Wärmetauscher herausgeführt.
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Die erste Wärmetauschstrecke und die zweite Wärmetauschstrecke liegen in einem gemeinsamen Gehäuse des Wärmetauschers vor, sind also nicht voneinander beabstandet angeordnet oder lediglich aneinander befestigt. Vielmehr ist es vorgesehen, dass der Schmiermittelkreislauf an beide Wärmetauschstrecken des Wärmetauschers angeschlossen ist, sodass mithilfe eines einzigen Wärmetauschers sowohl das Heizen als auch das Kühlen des Schmiermittels, also dessen wunschgemäßes Temperieren, durchführbar ist. Auf diese Weise kann die Anzahl der der Antriebseinrichtung zugeordneten Wärmetauscher reduziert werden. Bei alternativen Ansätzen sind üblicherweise ein Wärmetauscher zum Heizen und ein von diesem getrennter weiterer Wärmetauscher zum Kühlen des Schmiermittels notwendig. Entsprechend reduziert sich für die erfindungsgemäße Ausführungsform der Antriebseinrichtung auch die Anzahl der Schnittstellen, welche zum Anschließen des Wärmetauschers an den Schmiermittelkreislauf, den Kühlmittelkreislauf und die Abgasanlage notwendig sind. Somit können die Kosten der Antriebseinrichtung und der von ihr benötigte Bauraum verringert werden.
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Weist die Brennkraftmaschine mehrere Zylindergruppen beziehungsweise Teilbrennkraftmaschinen auf, so kann es vorgesehen sein, dass dem Wärmetauscher beziehungsweise der zweiten Wärmetauschstrecke Abgas von wenigstens einer dieser Zylindergruppen, besonders bevorzugt von allen Zylindergruppen, zugeführt wird. Das Abgas wird beispielsweise unmittelbar aus dem Abgaskrümmer oder stromabwärts von diesem aus der gemeinsamen Abgasleitung entnommen. Bevorzugt ist das Entnehmen stromaufwärts eines Abgasturboladers beziehungsweise einer Turbine des Abgasturboladers vorgesehen. Das entnommene Abgas wird durch den Wärmetauscher beziehungsweise dessen zweite Wärmetauschstrecke geleitet und stromabwärts der Entnahmestelle wieder der Abgasanlage zugeführt. Besonders bevorzugt ist dies stromabwärts des Abgasturboladers beziehungsweise von dessen Turbine vorgesehen.
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Die Erfindung sieht vor, dass die erste Wärmetauschstrecke und die zweite Wärmetauschstrecke jeweils wenigstens einen an den Schmiermittelkreislauf angeschlossenen Schmiermittelkanal aufweisen. Der Schmiermittelkanal ist von dem Schmiermittel des Schmiermittelkreislaufs durchströmbar, also strömungstechnisch mit diesem verbunden, beziehungsweise Bestandteil des Schmiermittelkreislaufs. Der Schmiermittelkanal ist von dem Kühlmittelkreislauf und der Abgasanlage strömungstechnisch getrennt. Im Bereich der ersten Wärmetauschstrecke steht er jedoch in Wärmeübertragungsverbindung mit dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs und im Bereich der zweiten Wärmetauschstrecke in Wärmeübertragungsverbindung mit dem Abgas der Abgasanlage.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher wenigstens eine Schmiermitteleinlasskammer und wenigstens eine Schmiermittelauslasskammer aufweist, wobei die Schmiermittelkanäle von der Schmiermitteleinlasskammer ausgehen und in die Schmiermittelauslasskammer einmünden. Wie bereits vorstehend erläutert, ist sowohl der ersten Wärmetauschstrecke als auch der zweiten Wärmetauschstrecke jeweils ein Schmiermittelkanal zugeordnet, sodass in dem Wärmetauscher mehrere Schmiermittelkanäle vorliegen. Neben den Schmiermittelkanälen verfügt der Wärmetauscher über die Schmiermitteleinlasskammer und die Schmiermittelauslasskammer, von welchen selbstverständlich jeweils auch mehrere vorgesehen sein können. Über die Schmiermittelkanäle ist nun jeweils eine Strömungsverbindung zwischen der Schmiermitteleinlasskammer und der Schmiermittelauslasskammer hergestellt. Jeder der Schmiermittelkanäle mündet also sowohl in die Schmiermitteleinlasskammer als auch in die Schmiermittelauslasskammer ein.
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Besonders bevorzugt sind lediglich eine einzige Schmiermitteleinlasskammer und eine einzige Schmiermittelauslasskammer vorgesehen. Über einen Schmiermitteleinlass ist eine Strömungsverbindung zwischen dem Schmiermittelkreislauf und der Schmiermitteleinlasskammer hergestellt, während über einen Schmiermittelauslass eine Strömungsverbindung zwischen dem Schmiermittelkreislauf und der Schmiermittelauslasskammer vorliegt. Das bedeutet, dass das Schmiermittel des Schmiermittelkreislaufs durch den Schmiermitteleinlass in die Schmiermitteleinlasskammer gelangt, von dort durch die Schmiermittelkanäle in die Schmiermittelauslasskammer strömt und anschließend durch den Schmiermittelauslass wieder dem Schmiermittelkreislauf zugeführt wird. Die Schmiermitteleinlasskammer dient mithin als Schmiermittelverteilkammer und die Schmiermittelauslasskammer als Schmiermittelsammelkammer.
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Weiterhin ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die erste Wärmetauschstrecke wenigstens einen Kühlmittelkanal und die zweite Wärmetauschstrecke wenigstens einen Abgaskanal aufweist, wobei der Kühlmittelkanal von wenigstens einer Kühlmitteleinlasskammer ausgeht und in wenigstens eine Kühlmittelauslasskammer einmündet und der Abgaskanal von wenigstens einer Abgaseinlasskammer ausgeht und in wenigstens eine Abgasauslasskammer einmündet. Analog zu den Schmiermittelkanälen, welche mit der Schmiermitteleinlasskammer und der Schmiermittelauslasskammer in Strömungsverbindung stehen, sind also die Kühlmitteleinlasskammer, die Kühlmittelauslasskammer, die Abgaseinlasskammer und die Abgasauslasskammer vorgesehen. Die Kühlmitteleinlasskammer steht über einen Kühlmitteleinlass in Strömungsverbindung mit dem Schmiermittelkreislauf, während die Kühlmittelauslasskammer über einen Kühlmittelauslass mit dem Kühlmittelkreislauf in Strömungsverbindung steht. Entsprechend ist auch der Abgaseinlasskammer ein Abgaseinlass und der Abgasauslasskammer ein Abgasauslass zugeordnet.
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Das Kühlmittel strömt also durch den Kühlmitteleinlass in die Kühlmitteleinlasskammer ein, gelangt von dort über den Kühlmittelkanal in die Kühlmittelauslasskammer und tritt aus diesem über den Kühlmittelauslass wieder aus dem Wärmetauscher aus. Das Abgas tritt dagegen durch den Abgaseinlass in den Wärmetauscher beziehungsweise dessen Abgaseinlasskammer ein, gelangt durch den Abgaskanal in die Abgasauslasskammer und aus diesem durch den Abgasauslass wieder aus dem Wärmetauscher heraus. Bevorzugt sind lediglich eine Kühlmitteleinlasskammer und eine Kühlmittelauslasskammer und entsprechend lediglich ein Kühlmitteleinlass und ein Kühlmittelauslass vorgesehen. Selbstverständlich ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei welcher ebenfalls lediglich eine Abgaseinlasskammer und eine Abgasauslasskammer vorliegen. Besonders bevorzugt sind jedoch jeder Zylindergruppe der Brennkraftmaschine eine separate Abgaseinlasskammer und eine separate Abgasauslasskammer zugeordnet, wobei in diesem Fall vorzugsweise mehrere, strömungstechnisch voneinander getrennte Abgaskanäle vorliegen, die jeweils eine der Abgaseinlasskammern mit einer der Abgasauslasskammern verbinden.
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Die Erfindung sieht zudem vor, dass die erste Wärmetauschstrecke einem ersten Teilwärmetauscher des Wärmetauschers und die zweite Wärmetauschstrecke einem zweiten Teilwärmetauscher des Wärmetauschers zugeordnet ist, wobei die Teilwärmetauscher aneinander angrenzen. Die Teilwärmetauscher sind also Bestandteil desselben Wärmetauschers, und sind mithin aneinander befestigt, sodass sie unmittelbar benachbart zueinander vorliegen beziehungsweise aneinander angrenzen. Dabei sind zumindest die Schmiermitteleinlasskammer und die Schmiermittelauslasskammer jeweils beiden Teilwärmetauschern gemeinsam zugeordnet. Der Wärmetauscher weist also keine getrennten Schmiermitteleinlässe beziehungsweise Schmiermittelauslässe für die Teilwärmetauscher auf. Auf diese Weise wird die besonders kompakte Bauweise des Wärmetauschers und damit der Antriebseinrichtung ermöglicht.
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Schließlich ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Schmiermitteleinlasskammer sowie die Schmiermittelauslasskammer jeweils sowohl in dem ersten Teilwärmetauscher als auch dem zweiten Teilwärmetauscher, die Kühlmitteleinlasskammer sowie die Kühlmittelauslasskammer nur in dem ersten Teilwärmetauscher und die Abgaseinlasskammer sowie die Abgasauslasskammer nur in dem zweiten Teilwärmetauscher vorliegen. Der Schmiermitteleinlass und/oder der Schmiermittelauslass sind beispielsweise dem ersten Teilwärmetauscher zugeordnet. Entsprechend liegt die Schmiermitteleinlasskammer beziehungsweise die Schmiermittelauslasskammer ebenfalls in diesem vor. Es ist nun jedoch vorgesehen, dass sich die Schmiermitteleinlasskammer und die Schmiermittelauslasskammer zusätzlich in den jeweils anderen Teilwärmetauscher erstrecken, sodass der Schmiermittelkanal der ersten Wärmetauschstrecke und der Schmiermittelkanal der zweiten Wärmetauschstrecke parallel zueinander von der Schmiermitteleinlasskammer zugeführtem Schmiermittel durchströmbar sind. Im Gegensatz dazu sind die Kühlmitteleinlasskammer und die Kühlmittelauslasskammer lediglich dem ersten Teilwärmetauscher zugeordnet, in welchem die erste Wärmetauschstrecke vorliegt. Entsprechend liegen auch die Abgaseinlasskammer und die Abgasauslasskammer ausschließlich in dem zweiten Teilwärmetauscher vor, der die zweite Wärmetauschstrecke aufweist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schmiermitteleinlasskammer sowie die Schmiermittelauslasskammer auf einer ersten Seite des Wärmetauschers vorliegen und die Kühlmitteleinlasskammer sowie die Kühlmittelauslasskammer auf einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite. Dies ist insbesondere bei Betrachtung des Wärmetauschers in Längsrichtung, also in Richtung der größten Erstreckung des Wärmetauschers, vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann jedoch auch ein Gegenüberliegen von Schmiermitteleinlasskammer/Schmiermittelauslasskammer und Kühlmitteleinlasskammer/Kühlmittelauslasskammer in vertikaler Richtung vorgesehen sein, sodass beispielsweise der Schmiermitteleinlass beziehungsweise der Schmiermittelauslass dem Kühlmitteleinlass beziehungsweise dem Kühlmittelauslass mit jeweils entgegengesetzter Strömungsrichtung gegenüberliegt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abgaseinlasskammer - in Längsrichtung des Wärmetauschers gesehen - zwischen der Schmiermitteleinlasskammer und der Kühlmitteleinlasskammer liegt. Die wenigstens eine Abgaseinlasskammer ist beispielsweise bezüglich der Längsrichtung mittig an dem Wärmetauscher angeordnet. Auf der ersten Seite liegen also mithin die Schmiermitteleinlasskammer und die Schmiermittelauslasskammer, auf der zweiten Seite die Kühlmitteleinlasskammer und die Kühlmittelauslasskammer sowie auf halber Strecke zwischen diesen die Abgaseinlasskammer vor. Die Abgasauslasskammer ist bevorzugt ebenfalls auf der zweiten Seite, insbesondere koaxial zu der Kühlmitteleinlasskammer beziehungsweise der Kühlmittelauslasskammer, jedoch beabstandet von diesen, angeordnet.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Abgaseinlasskammern und mehrere Abgasauslasskammern vorgesehen sind, die von jeweils wenigstens einem Abgaskanal strömungstechnisch verbunden sind, wobei Abgaskanäle verschiedener Abgaskammern strömungstechnisch getrennt zueinander parallel verlaufen. Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann der Wärmetauscher mehrere Abgaseinlässe und entsprechend mehrere Abgasauslässe vorsehen, wobei jeder Abgaseinlass ein Eintreten von Abgas in eine der Abgaseinlasskammern und jeder Abgasauslass ein Herausführen von Abgas aus einer der Abgasauslasskammern ermöglicht. Beispielsweise ist jeweils eine der Abgaseinlasskammern und eine der Abgasauslasskammern einer Zylindergruppe beziehungsweise Teilbrennkraftmaschine zugeordnet beziehungsweise mit dieser strömungstechnisch verbunden. Das Abgas jeder Zylindergruppe soll nun - strömungstechnisch von dem Abgas der anderen Zylindergruppen getrennt - durch den Wärmetauscher geführt werden. Entsprechend ist jede der Abgaseinlasskammern über einen Abgaskanal mit einer der Abgasauslasskammern strömungstechnisch verbunden, der jedoch von dem wenigstens einen Abgaskanal einer anderen Abgaseinlasskammer strömungstechnisch getrennt beziehungsweise parallel zu diesem verläuft.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Wärmetauschstrecke und/oder die zweite Wärmetauschstrecke als Gegenstromwärmetauschstrecken vorliegen. Prinzipiell ist selbstverständlich eine beliebige Ausgestaltung der ersten Wärmetauschstrecke und der zweiten Wärmetauschstrecke möglich. Besonders bevorzugt liegt jedoch wenigstens eine dieser Wärmetauschstrecken, insbesondere beide, als Gegenstromwärmetauschstrecke vor. Das bedeutet, dass das Schmiermittel in dem Schmiermittelkanal eine Strömungsrichtung aufweist, welche der Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal beziehungsweise des Abgases in dem Abgaskanal wenigstens abschnittsweise entgegengesetzt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine, die über zwei Zylindergruppen verfügt und der eine Abgasanlage, ein Kühlmittelkreislauf und ein Schmiermittelkreislauf zugeordnet sind, wobei der Schmiermittelkreislauf an einen Wärmetauscher angeschlossen ist,
- 2 eine erste Ansicht des Wärmetauschers,
- 3 eine Seitenschnittansicht des Wärmetauschers,
- 4 eine erste Längsschnittansicht des Wärmetauschers, und
- 5 eine zweite Längsschnittansicht des Wärmetauschers.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, die wenigstens eine Brennkraftmaschine 2 aufweist. Die Brennkraftmaschine 2 kann aus mehreren Teilbrennkraftmaschinen 3 und 4 bestehen beziehungsweise mehrere Zylindergruppen 3 und 4 aufweisen. Beispielsweise ist im Fall einer V6-Brennkraftmaschine eine Aufteilung in zwei Zylindergruppen beziehungsweise zwei Teilbrennkraftmaschinen 3 und 4 vorgesehen, welchen jeweils drei Zylinder der Brennkraftmaschine 2 zugeordnet sind. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel ist angedeutet, dass die Brennkraftmaschine 2 lediglich von der Teilbrennkraftmaschine 3 gebildet ist, während die Teilbrennkraftmaschine 4 lediglich optional vorhanden ist. Die nachfolgenden Ausführungen sind daher nur auf die Teilbrennkraftmaschine 3 bezogen, jedoch analog auf die Teilbrennkraftmaschine 4 anwendbar.
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Neben der Brennkraftmaschine 2 verfügt die Antriebseinrichtung 1 über eine Abgasanlage 5, welche zumindest eine gemeinsame Abgasleitung 6 und einen Abgaskrümmer 7 aufweist. Die gemeinsame Abgasleitung 6 verbindet in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Abgaskrümmer 7 strömungstechnisch mit einer Turbine eines Abgasturboladers 8. Verfügt die Antriebseinrichtung 1 über mehrere Teilbrennkraftmaschinen 3 und 4, so ist üblicherweise für jede dieser Teilbrennkraftmaschinen 3 und 4 ein separater Abgaskrümmer 7, eine separate Abgasleitung 6 und ein separater Abgasturbolader 8 vorgesehen. Die Antriebseinrichtung 1 verfügt weiterhin über einen Kühlmittelkreislauf 9 und einen Schmiermittelkreislauf 10, welche hier jedoch lediglich angedeutet sind. Die Abgasanlage 5, der Kühlmittelkreislauf 9 und der Schmiermittelkreislauf 10 sind der Brennkraftmaschine 2 zugeordnet. Die Abgasanlage 5, der Kühlmittelkreislauf 9 und der Schmiermittelkreislauf 10 sind an einen Wärmetauscher 11 angeschlossen. Mithilfe dieses Wärmetauschers 11 ist ein Heizen und/oder Kühlen von Schmiermittel des Schmiermittelkreislaufs 10, also ein wunschgemäßes Temperieren, möglich.
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Der Abgaskrümmer 7 dient dazu, Abgas mehrerer Zylinder, insbesondere aller Zylinder der jeweiligen Teilbrennkraftmaschine 3 oder 4, zusammenzuführen und nachfolgend der gemeinsamen Abgasleitung 6 zuzuführen. Durch die gemeinsame Abgasleitung 6 wird mithin das gesamte Abgas oder zumindest ein großer Teil des Abgases der jeweiligen Teilbrennkraftmaschine 3 oder 4 abgeführt. Das Abgas strömt von dem Abgaskrümmer 7 in die Abgasleitung 6 und von dort in den Abgasturbolader 8 ein. Stromabwärts des Abgasturboladers 8 ist eine weitere Abgasleitung 12 vorgesehen, welche üblicherweise in eine Umgebung der Antriebseinrichtung 1 einmündet. Dabei ist in der Abgasleitung 12 oder stromabwärts von dieser vorzugsweise eine Abgasreinigungseinrichtung, insbesondere wenigstens einen Katalysator aufweisend, vorgesehen. Der Abgasturbolader 8 ist mittels einer Bypassleitung 13 überbrückbar. Diese mündet mit ihrer einen Seite in die gemeinsame Abgasleitung 6 und mit ihrer anderen Seite in die Abgasleitung 12 ein. Ihr Durchströmungsquerschnitt ist mithilfe eines Bypassventils 14 einstellbar. Stromabwärts der Abgasturbolader 8 der Teilbrennkraftmaschinen 3 und 4 kann ein Hosenrohr an beide Abgasleitungen 12 angeschlossen sein. Über dieses wird das Abgas beider Teilbrennkraftmaschinen 3 und 4 zusammengefasst und nachfolgend gemeinsam abgeführt, beispielsweise in Richtung der Abgasreinigungseinrichtung.
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Zusätzlich mündet in die gemeinsame Abgasleitung 6 eine Versorgungsleitung 15 ein. Über diese ist eine Strömungsverbindung von der Abgasanlage 5 zu dem Wärmetauscher 11 herstellbar. Strömungstechnisch zwischen der Abgasanlage 5 und dem Wärmetauscher 11 ist ein Steuerventil 16 vorgesehen. Beispielsweise ist das Steuerventil 16 in der Versorgungsleitung 15 angeordnet, insbesondere unmittelbar benachbart zu der Abgasanlage 5. In einer vorteilhaften Alternative ist das Steuerventil 16 zwischen der Versorgungsleitung 15 und der Abgasanlage 5 vorgesehen. Mithilfe des Steuerventils 16 kann die Versorgungsleitung 15 oder zumindest ein Teil von ihr strömungstechnisch von der Abgasanlage 5 getrennt werden beziehungsweise ein Abgasmassenstrom durch den Wärmetauscher 11 eingestellt werden. Alternativ zu der Ausführungsform, in welcher die Versorgungsleitung 15 von der gemeinsamen Abgasleitung 6 ausgeht, kann sie auch unmittelbar an den Abgaskrümmer 7 angeschlossen sein. Mit ihrer stromabwärts gelegenen Seite ist sie an einen Abgaseinlass 17 des Wärmetauschers angeschlossen. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 11 gelangt das Abgas durch einen Abgasauslass 18 in eine Verbindungsleitung 19, welche mit ihrer anderen Seite in die Abgasleitung 12, also stromabwärts des Abgasturboladers 8, einmündet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeder Zylindergruppe 3 beziehungsweise 4 ein eigener Abgaseinlass 17 und ein eigener Abgasauslass 18 zugeordnet ist. Im Gegensatz dazu weist der Wärmetauscher 11 üblicherweise lediglich einen einzigen Kühlmitteleinlass 20 und einen einzigen Kühlmittelauslass 21 sowie einen einzigen Schmiermitteleinlass 22 und einen einzigen Schmiermittelauslass 23 auf. Über den Kühlmitteleinlass 20 und den Kühlmittelauslass 21 ist der Wärmetauscher 11 an den Kühlmittelkreislauf 9 und über den Schmiermitteleinlass 22 und den Schmiermittelauslass 23 an den Schmiermittelkreislauf 10 angeschlossen beziehungsweise in diesen eingebunden. Der Schmiermittelkreislauf 10 führt dabei Schmiermittel, welches der Schmierung der Brennkraftmaschine 2 dient. Analog dazu ist das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 9 zur Kühlung der Brennkraftmaschine 2 vorgesehen.
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Die 2 zeigt den Wärmetauscher 11 in einer ersten Ansicht. Dabei sind zunächst der Kühlmitteleinlass 20, der Kühlmittelauslass 21, der Schmiermitteleinlass 22, der Schmiermittelauslass 23 und jeweils zwei Abgaseinlässe 17 und Abgasauslässe 18 zu erkennen. Die dazugehörigen Strömungsrichtungen sind jeweils durch einen Pfeil angedeutet. An den Kühlmitteleinlass 20 ist ein Einlassstutzen 20' und an den Kühlmittelauslass 20 ein Auslassstutzen 20' angeschlossen. Der Wärmetauscher 11 besteht aus einem ersten Teilwärmetauscher 24 und einem zweiten Teilwärmetauscher 25, wobei ersterer eine ersten Wärmetauschstrecke 26 und letzterer eine zweite Wärmetauschstrecke 27 (beide nicht zu erkennen) aufweist. Der Schmiermittelkreislauf 10 ist über den Schmiermitteleinlass 22 und den Schmiermittelauslass 23 mit beiden Wärmetauschstrecken 26 und 27 strömungsverbunden. Der Kühlmittelkreislauf 9 ist dagegen über den Kühlmitteleinlass 20 und den Kühlmittelauslass 21 lediglich mit der ersten Wärmetauschstrecke 26 ; die Abgasanlage 5 über die Abgaseinlässe 17 und die Abgasauslässe 18 lediglich mit der zweiten Wärmetauschstrecke 27 strömungsverbunden. Der Kühlmittelkreislauf 9 ist also zum Kühlen des Schmiermittels an die erste Wärmetauschstrecke 26 des Wärmetauschers 11 und die Abgasanlage 5 zum Heizen des Schmiermittels an die zweite Wärmetauschstrecke 27 des Wärmetauschers 11 angeschlossen. Die beiden die Wärmetauschstrecken 26 und 27 aufweisenden Teilwärmetauscher 24 und 25 sind dabei als bauliche Einheit angeordnet. Sie sind mithin aneinander befestigt.
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Die 3 zeigt eine Längsschnittansicht des Wärmetauschers 11 im Bereich des Schmiermitteleinlasses 22. Dabei wird deutlich, dass der Schmiermitteleinlass 22 einer Schmiermitteleinlasskammer 28 zugeordnet ist beziehungsweise mit dieser strömungstechnisch korrespondiert, welche sich durch beide Teilwärmetauscher 24 und 25 erstreckt. Analog dazu steht der Schmiermittelauslass 23 in Strömungsverbindung mit einer hier nicht sichtbaren Schmiermittelauslasskammer 29. Auch diese erstreckt sich durch beide Teilwärmetauscher 24 und 25. Der Abgaseinlass 17 steht in Strömungsverbindung mit einer Abgaseinlasskammer 30 ; der Abgasauslass 18 mit einer Abgasauslasskammer 31. Weiterhin liegt eine Strömungsverbindung zwischen dem Kühlmitteleinlass 20 und einer Kühlmitteleinlasskammer 32 und entsprechend zwischen dem Kühlmittelauslass 21 und einer Kühlmittelauslasskammer 33 (nicht erkennbar) vor. Es wird deutlich, dass die Kühlmitteleinlasskammer 32 lediglich in dem ersten Teilwärmetauscher 24 vorliegt. Dies gilt entsprechend für die Kühlmittelauslasskammer 33. Analog dazu liegen die Abgaseinlasskammer 30 und die Abgasauslasskammer 31 lediglich in dem zweiten Teilwärmetauscher 25 vor.
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Von der Schmiermitteleinlasskammer 28 geht eine Vielzahl von Schmiermittelkanälen 34 aus, welche lediglich beispielhaft gekennzeichnet sind. Jeweils wenigstens ein Schmiermittelkanal 34 liegt dabei in dem ersten Teilwärmetauscher 24 und dem Teilwärmetauscher 25 vor, ist also entweder der ersten Wärmetauschstrecke 26 oder der zweiten Wärmetauschstrecke 27 zugeordnet. Über die Schmiermittelkanäle 34 strömt Schmiermittel ausgehend von der Schmiermitteleinlasskammer 28, welche an einer ersten Seite 35 des Wärmetauschers 11 vorliegt, zu einer der ersten Seite 35 gegenüberliegenden zweiten Seite 36, an welcher der Kühlmitteleinlass 20 vorliegt. Im Bereich der zweiten Seite 36 sind die Schmiermittelkanäle 34 derart geführt, dass das in ihnen strömende Schmiermittel eine Strömungsrichtung aufweist, die der hier angedeuteten Strömungsrichtung entgegengerichtet ist. Mit ihrer der Schmiermitteleinlasskammer 28 strömungstechnisch abgewandten Seite münden die Schmiermittelkanäle 34 demnach in die Schmiermittelauslasskammer 29, welche hier nicht erkennbar ist, ein.
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Die erste Wärmetauschstrecke 26 weist neben dem wenigstens einen Schmiermittelkanal 34 zumindest einen Kühlmittelkanal 37, bevorzugt eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen 37, auf, welche von der Kühlmitteleinlasskammer 32 ausgehen und einen dem Schmiermittelkanal 34 spiegelbildlich entsprechenden Verlauf aufweisen, sodass sie mit ihrer der Kühlmitteleinlasskammer 32 abgewandten Seite in die Kühlmittelauslasskammer 33 einmünden. Die Schmiermitteleinlasskammer 28, die Schmiermittelauslasskammer 29, die Kühlmitteleinlasskammer 32 und die Kühlmittelauslasskammer 33 sind dabei derart angeordnet, dass die Strömungsrichtung des Schmiermittels und des Kühlmittels stets entgegengesetzt ist, sodass die erste Wärmetauschstrecke 26 in Form einer Gegenstromwärmetauschstrecke vorliegt.
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Von der Abgaseinlasskammer 30 geht wenigstens ein Abgaskanal 38, bevorzugt eine Vielzahl von Abgaskanälen 38, aus, die mit ihrer der Abgaseinlasskammer 30 strömungstechnisch abgewandten Seite in die Abgasauslasskammer 31 einmünden. Dabei sind die Abgaskanäle 38 bevorzugt derart ausgeführt, dass eine möglichst große wirksame Fläche in der zweiten Wärmetauschstrecke 27 erzielt wird. Wie hier dargestellt, sind der einen der Abgaseinlasskammern 30 lediglich ein Teil der Abgaskanäle 38 zugeordnet. Zwischen jeweils zwei der der Abgaseinlasskammer 30 zugeordneten Abgaskanäle 38 liegen zwei Schmiermittelkanäle 34 sowie - zwischen den beiden Schm ierm ittelkanälen 34 - ein Abgaskanal 38, welcher der anderen Abgaseinlasskammer 30 (hier nicht zu erkennen) zugeordnet ist. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Abgas ausgehend von der Abgaseinlasskammer 30 zunächst in die Abgaskanäle 38 in Richtung der ersten Seite 35 durchströmt, dort umgelenkt wird und anschließend die Abgaskanäle 38 in Richtung der zweiten Seite 36 beziehungsweise der Abgasauslasskammer 31 durchläuft.
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Die 4 zeigt den Wärmetauscher 11 in einem durch die Kühlmitteleinlasskammer 32 und die Kühlmittelauslasskammer 33 verlaufenden Längsschnitt. Für die zweite Wärmetauschstrecke 27 wird nochmals die bereits beschriebene Anordnung der Abgaskanäle 38 deutlich, die abwechselnd der rechten und der linken Abgasauslasskammer 31 zugeordnet beziehungsweise an diese angeschlossen sind.
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Die 5 zeigt schließlich den Wärmetauscher 11 in einem durch die Schmiermitteleinlasskammer 28 und die Schmiermittelauslasskammer 29 verlaufenden Längsschnitt. Hier zeigt sich deutlich, dass sich sowohl die Schmiermitteleinlasskammer 28 als auch die Schmiermittelauslasskammer 29 jeweils durch beide Teilwärmetauscher 24 und 25 erstrecken.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
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- 1
- Antriebseinrichtung
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Teilbrennkraftmaschine/Zylindergruppe
- 4
- Teilbrennkraftmaschine/Zylindergruppe
- 5
- Abgasanlage
- 6
- Abgasleitung
- 7
- Abgaskrümmer
- 8
- Abgasturbolader
- 9
- Kühlmittelkreislauf
- 10
- Schmiermittelkreislauf
- 11
- Wärmetauscher
- 12
- Abgasleitung
- 13
- Bypassleitung
- 14
- Bypassventil
- 15
- Versorgungsleitung
- 16
- Steuerventil
- 17
- Abgaseinlass
- 18
- Abgasauslass
- 19
- Verbindungsleitung
- 20
- Kühlmitteleinlass
- 20'
- Einlassstutzen
- 21
- Kühlmittelauslass
- 21'
- Auslassstutzen
- 22
- Schmiermitteleinlass
- 23
- Schmiermittelauslass
- 24
- 1. Teilwärmetauscher
- 25
- 2. Teilwärmetauscher
- 26
- 1. Wärmetauschstrecke
- 27
- 2. Wärmetauschstrecke
- 28
- Schmiermitteleinlasskammer
- 29
- Schmiermittelauslasskammer
- 30
- Abgaseinlasskammer
- 31
- Abgasauslasskammer
- 32
- Kühlmitteleinlasskammer
- 33
- Kühlmittelauslasskammer
- 34
- Schmiermittelkanal
- 35
- 1. Seite
- 36
- 2. Seite
- 37
- Kühlmittelkanal
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- Abgaskanal
