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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Ladeluftkühler für Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Erdgasmotoren hoher Drehzahl, was 1200 bis 1800 U/min sein kann, sind in industriellen Anwendungen wie zum Beispiel der Gaskompression und der Energieerzeugung, welche 500 kW bis zu mehreren Megawatt an Achsleistung erzeugt, typischerweise mit einem Turbolader und einem Ladeluftkühler versehen und verwenden oft 12 oder mehr Zylinder, die in einer „V”-Konfiguration angeordnet sind. Diese Konfiguration führt zu einem großen Volumen an Verbrennungsgasen in dem Ansaugsystem, insbesondere bei Motoren, wo der Ansaugkrümmer sich auf der außenliegenden Seite des „V” befindet. Gasförmiger Kraftstoff kann in den Luftstrom an dem Einlass des Kompressors eingeleitet werden, was zu einem leicht verbrennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisch über das gesamte Ansaugsystem hinweg führt. Dieses Gemisch hat das Potenzial, sich in dem Einlasssystem zu entzünden, wenn es auf eine Entzündungsquelle, wie zum Beispiel ein Verbrennungsgas, von einem nicht korrekt sitzenden Einlassventil trifft. Sobald sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet, wird sich die Flamme äußerst schnell zu dem Ladeluftkühler fortbewegen und wird sich in den gegenüberliegenden Ansaugkrümmer herüberbewegen, so dass es ein wesentliches Volumen an Kraftstoff entzündet und zu einem Ereignis eines Überdrucks im Ansaugkrümmer führt, was eine Fehlzündung genannt werden kann und typische Betriebsdrucke deutlich übersteigt.
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Eine Vielzahl an Gegenmaßnahmen sind bei diesen Motoren eingesetzt worden, um einem möglichen Überdruck Stand zu halten, was die Herstellung des Ansaugkrümmers mit genügender Dicke und Material umfasst, um Stand zu halten und möglichen Überdruck aufzunehmen. Eine Flammendurchschlagsicherung kann auch Teil von solchen Motoren sein, um Flammen zu löschen.
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Weitere Techniken sind verwendet worden, um zu versuchen, Überdruckereignisse auszuschließen oder zu reduzieren. Ein Beispiel ist die Verwendung von Einspritzen des Kraftstoffs mit zeitlich festgelegtem Anschluss, mit einer Spule an dem Ansauganschluss von jedem Zylinder an einer kurzen Entfernung stromaufwärts zu den Ansaugventilen. Ein Einspritzen von Kraftstoff findet nur statt, wenn die Abgasventile geschlossen sind und die Ansaugventile geöffnet sind. Diese Technik reduziert wesentlich das Volumen des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Ansaugkrümmer, was die Wahrscheinlichkeit eines Überdrucks im Ansaugkrümmer reduziert. Während dieser Aufbau oftmals bei Gasmotoren mittlerer Drehzahl verwendet wird, erhöht dieser Aufbau wesentlich die Kosten und die Komplexität und wird selten bei Gasmotoren hoher Drehzahl verwendet. Außerdem können solche Ereignisse weiterhin auftreten, zum Beispiel wenn eine Einspritzdüsenfehlfunktion zu einem durchgängigen Kraftstoffstrom führt.
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Eine weitere Technik zum Reduzieren des Überdrucks des Ansaugkrümmers besteht darin, den Ort des Ansaug- und des Abgaskrümmers umzukehren, so dass sich der Ansaugkrümmer innerhalb der „V”-Bank befindet und sich der Abgaskrümmer auf der außenliegenden Seite befindet. Dieser Aufbau verringert wesentlich das Volumen und die Länge des Ansaugkrümmers, womit die Stärke eines Überdrucks des Ansaugkrümmers durch Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches minimiert wird. Während manche Motoren diesen Aufbau nutzen können, erlauben andere Ausführungen von Motoren nicht, den Ort des Ansaug- und des Abgaskrümmers umzukehren, ohne wesentlich die Motoren umzugestalten, was möglicherweise Betriebseigenschaften umfasst und zu wesentlichen Kostenbelastungen führt.
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Eine Anordnung von Druckentlastungsventilen oder Berstscheiben kann sich auch an strategischen Positionen um den Ansaugkrümmer herum befinden. Zusätzlich zu erhöhten Kosten kann es jedoch sein, dass Druckentlastungsventile nicht wieder dichten, und Berstscheiben müssen ausgetauscht werden nach einem Überdruckereignis im Ansaugkrümmer. Solche Vorrichtungen sind auch schwankend im eigentlichen Betrieb gewesen, mit Variationen im Betätigungsdruck, womit weiterhin die Möglichkeit von übermäßigen Überdruckereignissen im Ansaugkrümmer eröffnet ist.
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Manche Motoren umfassen eine Kombination von solchen Elementen. Unabhängig von den umfassten Gegenmaßnahmen ist die Möglichkeit eines Überdruckereignisses im Ansaugkrümmer immer bei Erdgasmotoren vorhanden, insbesondere bei Motoren, wo Kraftstoff wesentlich stromaufwärts zu den Ansauganschlüssen eines Zylinders eingeleitet wird.
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Es besteht daher ein Bedürfnis, die Schwere von Kraftstoffentzündungsereignissen zu reduzieren, wenn sie auftreten sollten, und das Ausmaß von solchen Ereignissen zu begrenzen.
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KURZFASSUNG
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Diese Offenbarung stellt eine Ladeluftkühleranordnung für einen Verbrennungsmotor bereit. Der Ladeluftkühleraufbau oder die Ladeluftkühleranordnung weist einen Ladeluftkühlerabschnitt auf, welcher eine stromaufwärts gelegene Seite und eine stromabwärts gelegene Seite hat, einen ersten Gehäuseabschnitt, der sich von der stromaufwärts gelegenen Seite des Ladeluftkühlerabschnitts erstreckt, wobei der erste Gehäuseabschnitt einen Gehäuseeinlass umfasst, einen zweiten Gehäuseabschnitt, der sich von der stromabwärts gelegenen Seite des Ladeluftkühlerabschnitts erstreckt, wobei der zweite Gehäuseabschnitt einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass umfasst, und eine Trennwand, welche in dem zweiten Gehäuseabschnitt angeordnet ist und sich von dem Ladeluftkühlerabschnitt zu einem Bereich des zweiten Gehäuseabschnitts zwischen dem ersten Auslass und dem zweiten Auslass erstreckt. Die Trennwand erzeugt einen ersten Fluidströmungspfad von dem Ladeluftkühlerbereich zu dem ersten Auslass und einen zweiten Fluidströmungspfad von dem Ladeluftkühlerbereich zu dem zweiten Auslass, wobei der erste Fluidströmungspfad durch die Trennwand fluidmäßig getrennt von dem zweiten Fluidstrom ist.
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Diese Offenbarung stellt auch ein Kraftstoffzuführsystem bereit für einen Verbrennungsmotor, der mit gasförmigem Kraftstoff angetrieben wird und welcher einen Gaseinlass zum Zuführen von Luft zu dem Verbrennungsmotor, eine Versorgung mit gasförmigem Kraftstoff, einen Gasmischer zum Aufnehmen von Luft von dem Lufteinlass und von gasförmigem Kraftstoff von der Versorgung mit gasförmigem Kraftstoff und eine Ladeluftkühleranordnung aufweist, welche stromabwärts zu dem Gasmischer ist und mit dem Gasmischer über ein Einlassströmungsrohr verbunden ist. Die Ladeluftkühleranordnung umfasst einen Ladeluftkühlerabschnitt, einen ersten Gehäuseabschnitt, der sich von einer ersten Seite des Ladeluftkühlerabschnitts erstreckt, wobei der erste Gehäuseabschnitt einen Gehäuseeinlass aufweist, einen zweiten Gehäuseabschnitt, der mit der zweiten Seite des Ladeluftkühlerabschnitts verbunden ist, wobei der zweite Gehäuseabschnitt einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass umfasst, und eine Wand, die in dem zweiten Gehäuseabschnitt angeordnet ist und sich von dem Ladeluftkühlerabschnitt zu einem Bereich des zweiten Gehäuseabschnitts zwischen dem ersten Auslass und dem zweiten Auslass erstreckt. Die Wand erzeugt einen ersten Fluidströmungspfad von dem Ladeluftkühlerabschnitt zu dem ersten Auslass und einen zweiten Fluidströmungspfad von dem Ladeluftkühlerabschnitt zu dem zweiten Auslass. Der erste Fluidströmungspfad ist durch die Wand fluidmäßig getrennt von dem zweiten Fluidströmungspfad. Das Kraftstoffzuführsystem weist auch einen ersten Ansaugkrümmer auf, der mit dem ersten Auslass stromabwärts zu dem ersten Auslass verbunden ist, und einen zweiten Ansaugkrümmer, der mit dem zweiten Auslass stromabwärts zu dem zweiten Auslass verbunden ist.
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Diese Offenbarung stellt auch ein Kraftstoffzuführsystem bereit für einen mit gasförmigem Kraftstoff angetriebenen Verbrennungsmotor, welcher einen Lufteinlass und eine Ladeluftkühleranordnung aufweist, welche stromabwärts zu dem Lufteinlass ist und mit dem Lufteinlass über ein Einlassströmungsrohr verbunden ist. Die Ladeluftkühleranordnung umfasst eine Ladeluftkühlervorrichtung, ein erstes Gehäuse, welches mit der ersten Seite der Ladeluftkühlervorrichtung verbunden ist, wobei das erste Gehäuse einen Gehäuseeinlass aufweist, ein zweites Gehäuse, welches mit der zweiten Seite der Ladeluftkühlervorrichtung verbunden ist, wobei das zweite Gehäuse eine erste Auslassöffnung und eine zweite Auslassöffnung aufweist, und eine Wand, die in dem zweiten Gehäuse angeordnet ist und sich von der Ladeluftkühlervorrichtung zu einem Bereich des zweiten Gehäuses zwischen der ersten Auslassöffnung und der zweiten Auslassöffnung erstreckt. Die Wand erzeugt einen ersten Fluidströmungspfad von der Ladeluftkühlervorrichtung zu der ersten Auslassöffnung und einen zweiten Fluidströmungspfad von der Ladeluftkühlervorrichtung zu der zweiten Auslassöffnung. Der erste Fluidströmungspfad ist durch die Wand fluidmäßig getrennt von dem zweiten Fluidströmungspfad. Das Kraftstoffzuführsystem umfasst auch einen ersten Gasmischer zum Aufnehmen von gasförmigem Kraftstoff von einer Quelle an gasförmigem Kraftstoff, welche mit der ersten Auslassöffnung stromabwärts zu der ersten Auslassöffnung verbunden ist und eine erste Quellenausgabe hat. Das Kraftstoffzuführsystem umfasst auch einen ersten Ansaugkrümmer, der sich stromabwärts zu der ersten Quellenausgabe befindet. Das Kraftstoffzuführsystem umfasst auch einen zweiten Gasmischer zum Aufnehmen von gasförmigem Kraftstoff von einer Quelle an gasförmigem Kraftstoff, die mit einer zweiten Auslassöffnung stromabwärts zu der zweiten Auslassöffnung verbunden ist und eine erste Quellenausgabe hat. Das Kraftstoffzuführsystem umfasst auch einen zweiten Ansaugkrümmer, der sich stromabwärts zu der zweiten Quellenausgabe befindet.
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Vorteile und Eigenschaften der Ausführungsformen dieser Offenbarung werden ersichtlicher durch die folgende detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen bei einer Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Schema eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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2A ist ein Teilabschnitt der Ladeluftkühleranordnung von 1.
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2B ist ein Teilabschnitt der Ladeluftkühleranordnung von 1 entlang der Linie 2B-2B in 2A als ob der Teilabschnitt, der in 2A gezeigt ist, eine vollständige Ladeluftkühleranordnung wäre.
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3 ist ein Schema eines Verbrennungsmotors gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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4 ist ein Schema eines Verbrennungsmotors gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, wobei in 1 eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Verbrennungsmotors 10 in Einklang mit der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist. Der Motor 10 umfasst ein Ansaugsystem 11, einen Motorenkörper 13, ein Abgassystem 15 und ein Kraftstoffzuführsystem 17. Das Kraftstoffzuführsystem 17 ist mit dem Ansaugsystem 11 verbunden und kann Komponenten mit dem Ansaugsystem 11 teilen. Das Ansaugsystem 11 und das Kraftstoffzuführsystem 17 sind mit dem Motorenkörper 13 stromaufwärts zu dem Motorenkörper 13 verbunden. Das Abgassystem 15 ist sodann mit dem Motorenkörper 13 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Motorenkörpers 13 verbunden.
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Das Ansaugsystem 11 hat einen Lufteinlass 12, welches weitere mit diesem verbundene Elemente haben kann, wie zum Beispiel einen Filter (nicht dargestellt). Eine erste Leitung 14 verbindet den Lufteinlass 12 mit einem Gasmischer 16. Es ist zu verstehen, dass die hierin beschriebenen Leitungen Kanäle, Schläuche, Rohrleitungen und weitere Mechanismen sein können, die für die hierin beschriebenen Zwecke geeignet sind. Das Kraftstoffzuführsystem 17 umfasst eine Erdgasquelle 18, welche ein unter Druck gesetzter Tank, eine Leitung von einem Speichertank oder eine andere Methode zur Versorgung mit Erdgas sein, welche mit dem Gasmischer 16 über eine Quellenverbindung 20 verbunden ist. Es ist zu beachten, dass „Erdgas” Methan sein kann. In dem Zusammenhang dieser Offenbarung kann sich „Erdgas” auch auf andere verbrennbare Gase beziehen, wie zum Beispiel Propan und Wasserstoff, so dass ein anderer Ausdruck für „Erdgas” in dem Zusammenhang dieser Offenbarung „gasförmiger Kraftstoff” sein kann. Die vorliegende Offenbarung kann außerdem Dual-Kraftstoff oder Bi-Kraftstoff-Motoren Vorteile verschaffen, welche aus vorhandenen Dieselmotoren umgewandelt werden können, indem Erdgas an dem Kompressoreinlass, dem Ansaugkrümmer oder an anderen Stellen eingeleitet wird. Das Ersetzen von Diesel durch verbrennbare Gase liegt oftmals in dem Bereich von 50% bis 80%.
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Eine zweite Leitung 22 verbindet den Gasmischer 16 mit einem Kompressor 24 eines Turboladers 26. Der Auslass des Kompressors 24 ist mit einem Gehäuseeinlass 30 einer Ladeluftkühleranordnung 32 über ein Kompressorauslassrohr oder eine Einlassströmungsleitung 28 verbunden. Die Ladeluftkühleranordnung 32 hat einen ersten Auslass 56 und einen zweiten Auslass 58 zum Verbinden der Ladeluftkühleranordnung 32 mit dem Motorenkörper 13.
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Eine dritte Leitung 60, welche Teil des Motorenkörpers 13 sein kann, verbindet den ersten Auslass 56 mit einer optionalen ersten Drossel 62. Die erste Drossel 62 kann direkt mit einem ersten Ansaugkrümmer 64 oder mit einer vierten Leitung 66 des Motorenkörpers 13 verbunden sein. Wenn die erste Drossel 62 mit der vierten Leitung 66 verbunden ist, dann kann die vierte Leitung 66 mit dem ersten Ansaugkrümmer 64 verbunden sein. Wenn die optionale erste Drossel 62 nicht verwendet wird, ist zu beachten, dass der erste Ansaugkrümmer 64 direkt mit dem ersten Auslass 56 oder mit einer Leitung verbunden sein kann, welche geeignet gestaltet ist, um den ersten Ansaugkrümmer 64 mit dem ersten Auslass 56 zu verbinden. Der erste Ansaugkrümmer 64 umfasst eine Mehrzahl an Einlassanschlüssen 68 einer ersten Reihe. Die Einlassanschlüsse 68 der ersten Reihe stellen eine Verbindung zwischen dem Ansaugkrümmer 64 und einer Mehrzahl an Zylindern 70 einer ersten Reihe bereit. Die Zylinder 70 der ersten Reihe sind mit einer Mehrzahl an Abgasanschlüssen 72 einer ersten Reihe verbunden, welche Teil eines Abgaskrümmers 74 sind. Sowohl die Abgasanschlüsse 72 der ersten Reihe als auch der Abgaskrümmer 74 sind Teil des Abgassystems 15.
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In einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben, verbindet eine fünfte Leitung 76 den zweiten Auslass 58 mit einer optionalen zweiten Drossel 78. Eine sechste Leitung 80 verbindet sodann die zweite Drossel 78 mit einem zweiten Ansaugkrümmer 82. Der zweite Ansaugkrümmer 82 umfasst eine Mehrzahl an Ansauganschlüssen 84 einer zweiten Reihe, welche eine Verbindung zwischen dem Ansaugkrümmer 82 und einer Mehrzahl an Zylindern 86 einer zweiten Reihe bereitstellen. Die Zylinder 86 der zweiten Reihe sind mit einer Mehrzahl an Abgasanschlüssen 88 einer zweiten Reihe verbunden, welche Teil des Abgaskrümmers 74 sind. Die Abgasanschlüsse 88 der zweiten Reihe und der Abgaskrümmer 74 sind Teil des Abgassystems 15.
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Der Abgaskrümmer 74 kann direkt mit einer Turbine 92 verbunden sein, welche den Turbolader 26 antreibt, oder der Abgaskrümmer 74 kann mit einer Abgasleitung 90 verbunden sein, welche den Abgaskrümmer 74 mit der Turbine 92 verbindet. Eine Turbinenabgasleitung 94 verbindet die Turbine 92 mit einem oder mehreren Orten, welche ein Nachbehandlungssystem (nicht dargestellt) oder ein Abgasrückführungssystem (nicht dargestellt) umfassen können.
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Die Ladeluftkühleranordnung 32, die detaillierter in den 2A und 2B gezeigt ist, umfasst einen ersten Gehäuseabschnitt 34, eine(n) Ladeluftkühlungsabschnitt, Ladeluftkühlerabschnitt oder Ladeluftkühlervorrichtung 36 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 34. Der erste Gehäuseabschnitt 34 ist mit dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 verbunden und erstreckt sich stromaufwärts von diesem. Der erste Gehäuseabschnitt 34 kann an den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 angrenzen oder kann teilweise oder vollständig den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 umschließen. Der erste Gehäuseabschnitt 34 kann durch Schweißen oder in anderer Weise mit dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 verbunden sein oder kann den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 mit einer geeigneten Isolierung zwischen dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 und dem ersten Gehäuseabschnitt 34 umschließen, um das Austreten von Kraftstoff und Luft zu verhindern.
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Mit der zweiten oder stromabwärts gelegenen Seite des Ladeluftkühlungsabschnitts 36 verbunden und sich von diesem erstreckend ist ein zweiter Gehäuseabschnitt 44. Gleich wie der erste Gehäuseabschnitt 34 kann der zweite Gehäuseabschnitt 44 an den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 angrenzen oder kann teilweise oder vollständig den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 umschließen. Der Wert dieser Flexibilität besteht darin, dass ein Ladeluftkühlungsabschnitt mit einem zweiten Gehäuseabschnitt 44 umgebaut werden kann als eine Nachrüstung über einen Zubehörmarkt oder eine Feld-Nachrüstung, indem ermöglicht wird, dass ein Ladeluftkühlungsabschnitt mit einem zweiten Gehäuseabschnitt 44 im Einsatzgebiet ausgestattet werden kann. Der zweite Gehäuseabschnitt 44 kann durch Schweißen oder in anderer Weise mit dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 verbunden sein oder kann den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 mit einer geeigneten Isolierung zwischen dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 und dem zweiten Gehäuseabschnitt 44 umschließen, um ein Austreten von Kraftstoff und Luft zu verhindern.
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Der zweite Gehäuseabschnitt 44 stellt eine Passage von dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 zu einem Paar von Auslässen bereit. Bei bestehenden Ladeluftkühleranordnungen erstreckt sich eine einzige Passage von dem Ladeluftkühlerabschnitt zu den zwei Auslässen. Bei der vorliegenden Offenbarung umfasst der zweite Gehäuseabschnitt 44 eine Trennwand 46. Die Trennwand 46 erstreckt sich von dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 zu einem inneren Bereich 48 des zweiten Gehäuseabschnitts 44. Der innere Bereich 48 kann ein entfernter Bereich 50 oder ein anderer geeigneter innerer Bereich des zweiten Gehäuses 44 sein. Die Trennwand 46 kann ein einstückiger Bestandteil des zweiten Gehäuseabschnitts 44 sein oder sie kann ein zweites Stück sein, das mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 44 befestigt oder verbunden ist. Die Trennwand 46 kann auch zwischen dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 und dem zweiten Gehäuseabschnitt 44 befestigt sein.
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Mit Bezug auf 2B ist die Trennwand 46 um ihren Umfang mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 44 und mit dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 dichtend befestigt. Die Trennwand 46 ist daher mit einem oberen Bereich 44a des zweiten Gehäuseabschnitts 44 an einem Ort 55a, an einem Endbereich 44b des zweiten Gehäuseabschnitts 44 an einem Ort 55b, einem unteren Bereich 44c des zweiten Gehäuseabschnitts 44 an einem Ort 55c und einer stromabwärts gelegenen Seite des Ladeluftkühlungsabschnitts 36 an einem Ort 55d dichtend befestigt. Der obere Bereich 44a, der Endbereich 44b und der untere Bereich 44c können kurvenförmig, flach oder eben oder durch eine Kombination von Formen gebildet sein.
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Die Verbindung der Trennwand 46 mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 44 und das Angrenzen der Trennwand 46 an den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 teilt den zweiten Gehäuseabschnitt 44 in einen ersten Fluidströmungspfad 52 und einen zweiten Fluidströmungspfad 54. Die Trennwand 46 kann eine vollständige Dichtung an dem Ort 55a, dem Ort 55b, dem Ort 55c und dem Ort 55d sein, um einen Transport einer Kraftstoff- und Luftmischung direkt von dem ersten Fluidströmungspfad 52 zu dem zweiten Fluidströmungspfad 54 zu verhindern, oder die Trennwand 46 kann einen geringen Leckstrom von dem ersten Fluidströmungspfad 52 zu dem zweiten Fluidströmungspfad 54 erlauben. In dem Zusammenhang dieser Offenbarung ist der geringe Leckstrom ein Leckstrom, der ungenügend ist, um zu ermöglichen, dass ein Verbrennungsprozess, der in einem der Fluidströmungspfade auftritt, sich direkt zu dem anderen Fluidpfad fortbewegt.
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Der zweite Gehäuseabschnitt 44 stellt außerdem einen ersten Auslass 56 und einen zweiten Auslass 58 bereit. Während sich der erste Auslass 56 und der zweite Auslass 58 in der Abbildung entgegengesetzt und kollinear zueinander erstrecken, können sich der erste Auslass 56 und der zweite Auslass 58 in einer Vielzahl von Ausrichtungen für eine unkomplizierte Verbindung mit anderen Elementen des Motors 10 erstrecken. Zum Beispiel können sich der erste Auslass 56 und der zweite Auslass 58 parallel zueinander erstrecken oder der erste Auslass 56 kann sich aufwärts aus der in 1 dargestellten Ebene erstrecken und der zweite Auslass 58 kann sich nach unten aus der in 1 dargestellten Ebene erstrecken.
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Hitze kann aus dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 über Luft oder über eine Flüssigkeit abgeführt werden. Wie in 2A dargestellt, kann eine Flüssigkeitseingabeleitung 38 eine Kühlflüssigkeit zu dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 bringen. Eine Fluidausgabeleitung 40 kann die Kühlflüssigkeit zu einem Speicher, einem Abstrahler oder einem anderen Ort (nicht dargestellt) leiten. Während ein einziges Paar aus einer Fluideingabe- und einer -ausgabeleitung in 2A dargestellt ist, ist zu verstehen, dass andere Ausführungen des Ladeluftkühlungsabschnitts 36 möglich sind. Zum Beispiel können zwei Paare an Kühlungsleitungen (nicht dargestellt) den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 kühlen, wobei eines von diesen ein Kühlfluid mit einem ersten höheren Temperaturwert enthalten kann und wobei das andere von diesen ein Kühlfluid mit einem zweiten niedrigeren Temperaturwert enthalten kann. Die physische Konstruktion des Ladeluftkühlungsabschnitts 36 umfasst eine Mehrzahl an vergleichsweise kleinen langen Passagen 42, die innerhalb des Ladeluftkühlungsabschnitts 36 gebildet sind. Die Ladeluftkühlerpassagen 42 arbeiten mit anderen Elementen, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, zusammen, um einen der Vorteile der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, was im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
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Zu beachten ist, dass, außer wenn es hierin anders angegeben ist, jede der Verbindungen zwischen den verschiedenen Elementen von jeder Ausführungsform, die hierin beschrieben ist, ausreichend ist, um einen Leckstrom oder ein Austreten eines Gas-Kraftstoff-Gemisches aus den verschiedenen Leitungen und Elementen, die das Gas-Kraftstoff-Gemisch enthalten, zu verhindern.
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Die erste beispielhafte Ausführungsform arbeitet wie folgt. Angesaugte Luft betritt den Luftansauger 12 und wird zu dem Gasmischer 16 über eine erste Leitung 14 geführt. Gasförmiger Kraftstoff von der Gasquelle 18 wird zu dem Gasmischer 16 über eine Quellenverbindung 20 geführt. Das Ansaugsystem 11 und das Kraftstoffzuführsystem 17 sind daher am Gasmischer 16 verbunden. Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch bewegt sich von dem Gasmischer 16 zu dem Kompressor 24 des Turboladers 26 über eine zweite Leitung 22 fort. Eine Einlass-/Auslassströmungsleitung 28 des Kompressors stellt einen Pfad für das Luft-Kraftstoff-Gemisch von dem Kompressor 24 zu dem Gehäuseeinlass 30 der Ladeluftkühleranordnung 32 bereit. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch bewegt sich durch den ersten Gehäuseabschnitt 34 zu dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 fort, wo sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch eine Mehrzahl von Ladeluftkühlerpassagen 42 bewegt. Die Anordnung der Ladeluftkühlerpassagen 42 teilt das Luft-Kraftstoff-Gemisch auf eine Mehrzahl von Pfaden auf. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird in dem zweiten Gehäuseabschnitt 44 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Ladeluftkühlungsabschnitts 36 zusammengeführt. Die Anordnung der Trennwand 46 bewirkt, dass die Zusammenführung des Luft-Kraftstoff-Gemisches hinter dem Ladeluftkühlungsabschnitt 36 in zwei Pfade erfolgt. Ein Pfad ist der erste Fluidströmungspfad 52 und ein anderer Pfad ist der zweite Fluidströmungspfad 54. Jeder Fluidströmungspfad ist innerhalb des zweiten Gehäuseabschnitts 44 fluidmäßig getrennt von dem anderen Fluidströmungspfad. Es gibt daher keine direkte Fluidströmungsverbindung oder keinen direkten Fluidströmungspfad zwischen dem ersten Fluidströmungspfad 52 und dem zweiten Fluidströmungspfad 54.
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Der erste Fluidströmungspfad 52 ist mit dem ersten Auslass 56 des zweiten Gehäuseabschnitts 44 verbunden. Der zweite Fluidströmungspfad 54 ist mit dem zweiten Auslass 58 des Gehäuseabschnitts 44 verbunden. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das sich von dem ersten Auslass 56 fortbewegt, bewegt sich durch die dritte Leitung 60 zu der ersten Drossel 62 fort. Die erste Drossel 62 kann die Menge an Kraftstoff und Luft steuern, die in einen ersten Ansaugkrümmer 64 eingelassen wird, oder die Menge an Kraftstoff kann an anderen Orten gesteuert werden, wie zum Beispiel am Gasmischer 16. Die Ansauganschlüsse 68 der ersten Reihe transportieren ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das über die Ladeluftkühleranordnung 32 aufgenommen wird, zu einer Mehrzahl an Zylindern 70 einer ersten Reihe. Der zweite Ansaugkrümmer 82 umfasst eine Mehrzahl an Ansauganschlüssen 84 einer zweiten Reihe, welche ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das über die Ladeluftkühleranordnung 32 aufgenommen wird, zu einer Mehrzahl an Zylindern 86 einer zweiten Reihe führen. Abgase verlassen die Zylinder 70 der ersten Reihe an Abgasanschlüssen 72 einer ersten Reihe und verlassen die Zylinder 86 der zweiten Reihe an Abgasanschlüssen 88 einer zweiten Reihe, von denen alle in dem Abgassystem 15 umfasst sind. Die Abgasanschlüsse 72 der ersten Reihe und die Abgasanschlüsse 88 der zweiten Reihe können Teil des Abgaskrümmers 74 sein. Abgase bewegen sich durch den Abgaskrümmer 74 zu der Abgasleitung 90 fort, welche einen Pfad für Abgase zu der Turbine 92 des Turboladers 26 bereitstellt. Der Strom der Abgase durch die Turbine 92 bewirkt ein Rotieren des Turboladers 26, was eine Rotation des Kompressors 24 bewirkt. Wie zuvor angemerkt, ist der Kompressor 24 Teil des Ansaugsystems 11 und des Kraftstoffzuführsystems 17 und bewirkt ein Antreiben eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zu der Ladeluftkühleranordnung 32 und dem Motorenkörper 13 hin. Abgase verlassen den Motor 10 an der Turbinenabgasleitung 94.
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In 3 ist eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Verbrennungsmotors 110 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt, wo gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Elemente beziehen. Der Motor 110 hat einen Lufteinlass 112, der über eine erste Leitung 114 mit dem Kompressor 24 des Turboladers 26 verbunden ist. Das Kompressorauslassrohr oder -einlassströmungsrohr 28 verbindet den Kompressor 24 mit einem Gehäuseeinlass 30 der Ladeluftkühleranordnung 32, welche wie hierin zuvor beschrieben, ausgeführt ist. Eine Leitung 160a kann den ersten Auslass 56 mit einem ersten Gasmischer 116a verbinden. Eine erste Quelle von gasförmigem Kraftstoff oder eine Gasquelle 118a ist ebenfalls mit dem ersten Gasmischer 116a über eine erste Quellenverbindung 120a verbunden. Eine erste Quellenausgabe oder -leitung 160b kann den ersten Gasmischer 116a mit einer ersten Drossel 162 verbinden. Der Ansaugkrümmer 64 kann direkt mit dem ersten Gasmischer 116a verbunden sein, oder eine Leitung 160c kann den Ansaugkrümmer 64 mit dem ersten Gasmischer 116a verbinden. In gleicher Weise kann eine Leitung 176a den zweiten Auslass 58 mit einem zweiten Gasmischer 116b verbinden. Eine zweite Quelle an gasförmigem Kraftstoff oder eine Gasquelle 118b ist ebenfalls mit dem zweiten Gasmischer 116b über eine zweite Quellenverbindung 120b verbunden. Eine zweite Quellenausgabe oder -leitung 176b kann sodann den zweiten Gasmischer 116b mit einer zweiten Drossel 178 verbinden. Eine Leitung 176c kann sodann die zweite Drossel 78 mit dem zweiten Ansaugkrümmer 78 verbinden. Die übrigen Elemente in dieser Ausführungsform arbeiten in gleicher Weise wie die Elemente, die in der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurden.
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Bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform betritt Luft die Ladeluftkühleranordnung 32 über den Lufteinlass 112 und die erste Leitung 114 des Ansaugsystems 111. Diese eingelassene Luft bewegt sich durch den Kompressor 24 und bewegt sich zu dem Einlass 30 der Ladeluftkühleranordnung 32. Die Ladeluftkühleranordnung 32 arbeitet wie beschrieben zu der ersten Ausführungsform, außer dass an Stelle des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, sich Luft durch die Ladeluftkühleranordnung bewegt. Luft von dem ersten Auslass 56 kann über eine Leitung 160a mit dem ersten Gasmischer 116a verbunden werden. Die Gasquelle 118a des Kraftstoffzuführsystems 117a kann ebenfalls mit dem ersten Gasmischer 116a über die Quellenverbindung 120a verbunden sein. Ein Luft-Kraft-stoff-Gemisch bewegt sich sodann von dem Gasmischer 116a zu der ersten Drossel 162 fort, welche die Menge des Luft-Kraftstoff-Gemisches steuert, die in den ersten Ansaugkrümmer 64 des Motorenkörpers 113 eingelassen wird. In gleicher Weise kann Luft von dem zweiten Auslass 58 über die Leitung 160b mit dem zweiten Gasmischer 116b verbunden werden. Die Gasquelle 118b des Kraftstoffzuführsystems 117b kann ebenfalls mit dem zweiten Gasmischer 116b über die Quellenverbindung 120b verbunden sein. Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch bewegt sich sodann von dem Gasmischer 116b zu der zweiten Drossel 178 weiter, welche die Menge des Luft-Kraftstoff-Gemisches steuert, die in den zweiten Ansaugkrümmer 83 des Motorenkörpers 113 eingelassen wird. Die übrigen Elemente von dieser Ausführungsform, welche das Abgassystem 15 umfassen, arbeiten in gleicher Weise wie das Element in dieser ersten Ausführungsform.
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In 4 ist eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Verbrennungsmotors 210 in Einklang mit der vorliegenden Offenbarung dargestellt, wo gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Elemente beziehen. Luft von dem Lufteinlass 12 des Einsaugsystems 211 wird über eine erste Leitung 14 mit dem Gasmischer 16 verbunden. Die Erdgasquelle 18, die Teil des Kraftstoffzufuhrsystems 217 ist, ist ebenfalls mit dem Gasmischer 16 über eine Quellenverbindung 20 verbunden. Ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft bewegt sich sodann über die zweite Leitung 22 zu dem Kompressor 24 des Turboladers 26. Das Gemisch aus Kraftstoff und Luft bewegt sich sodann über ein erstes Einlassströmungsrohr 228a zu einer Drossel 63. Ein zweites Einlassströmungsrohr 228b verbindet die Drossel 63 mit dem Gehäuseeinlass 30. Die Ausführung der Ladeluftkühleranordnung 32 ist gleich zu der zuvor Beschriebenen. Der erste Auslass 56 kann mit dem ersten Ansaugkrümmer 64 eines Motorenkörpers 213 über ein Verbindungsrohr 260 verbunden sein. Der zweite Auslass 58 kann mit dem zweiten Ansaugkrümmer 82 des Motorenkörpers 213 über ein Verbindungsrohr 276 verbunden sein. Der Betrieb und die Ausführung des ersten Ansaugkrümmers 64, des zweiten Ansaugkrümmers 82, der Ansauganschlüsse 68 der ersten Reihe, der Ansauganschlüsse 84 der zweiten Reihe, der Zylinder 70 und 86, des Abgaskrümmers 74, der Abgasleitung 90, der Turbine 92 und der Turbinenabgasleitung 94 sind wie zuvor beschrieben.
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Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Ansaugkrümmer aufgrund eines undichten Ventils oder aus einem anderen Grund entzündet wird, schreitet der Entzündungsprozess schnell stromaufwärts in Richtung des Ladeluftkühlers fort, wo die Entzündung bei herkömmlichen Ladeluftkühlern hinüberschreitet zu dem gegenüberliegenden Ansaugkrümmer. Das Volumen des entzündeten Luft-Kraftstoffes ist beträchtlich und führt zu einem Ereignis eines Überdrucks im Ansaugkrümmer, welcher viel größer ist als typische Betriebsdrücke von den betroffenen Komponenten. Die vorliegende Offenbarung reduziert die Größe eines Überdruckereignisses durch eine vergleichsweise einfache Methode, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem ersten Ansaugkrümmer 64 von dem Luft-Kraftstoff-Gemisch in den zweiten Ansaugkrümmer 82 in der Ladeluftkühleranordnung 32 separiert wird.
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Der Vorteil dieser Gestaltung ist wie folgt. Wenn ein Entzündungsereignis in dem ersten Ansaugkrümmer 64 auftritt, schreitet die Entzündung schnell zu dem ersten Auslass 56 hin fort. Bei Gestaltungen des Stands der Technik würde sich die Flamme zu dem zweiten Auslass 58 und dann zu dem zweiten Ansaugkrümmer 82 fortbewegen. Bei der vorliegenden Offenbarung zwingt das Vorhandensein der Trennwand 46 den Entzündungsprozess, durch den ersten Fluidströmungspfad 52 zu dem Ladeluftkühlerabschnitt 36 hin fortzuschreiten. Die Größe der Ladeluftkühlerpassagen 42 und die vergleichsweise niedrige Temperatur des Ladeluftkühlerabschnitts 36 bewirken, dass der Ladeluftkühlerabschnitt 36 als ein Flammenunterdrücker oder als eine Flammendurchschlagsicherung wirkt, womit die Wahrscheinlichkeit reduziert wird, dass sich eine Entzündung über den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 hinweg fortbewegen wird. In dem Fall, dass sich eine Zündung über den Ladeluftkühlungsabschnitt 36 hinweg fortbewegt, müsste die Zündung, damit sie sich zu dem zweiten Ansaugkrümmer 82 fortbewegt, nochmals durch die Ladeluftkühlerpassagen 42 fortschreiten, womit weiter die Wahrscheinlichkeit reduziert wird, dass eine Zündung den zweiten Ansaugkrümmer 82 erreicht. Es ist für eine Flamme oder Zündung schwierig, von der Ladeluftkühleranordnung 32 stromaufwärts zu dem Kompressor 24 fortzuschreiten, was in der Schwäche der Flamme, der Geschwindigkeit von Luft, die sich zu der Ladeluftkühleranordnung 32 hin bewegt, und Elementen begründet ist, die sich zwischen dem Lufteinlass 12 und der Ladeluftkühleranordnung 32 befinden. Der Ladeluftkühlungsabschnitt 36 schwächt auch eine Flamme, was ein Fortschreiten stromaufwärts noch unwahrscheinlicher macht. Deshalb wird ein Fortschreiten der Flamme stromaufwärts von der Ladeluftkühleranordnung 32 nicht als ein Problem betrachtet.
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Während die vorliegende Offenbarung die Verwendung eines Verbrennungsmotors mit einer „V”-Konfiguration anmerkt, ist zu beachten, dass andere Motorenkonfigurationen von der Konfiguration dieser Offenbarung profitieren können, zum Beispiel solche mit einer geraden oder in-Reihe-Konfiguration. Es ist außerdem zu beachten, dass zusätzliche Orte des Kraftstoffeinspritzens kompatibel mit der vorliegenden Offenbarung sind und von der vorliegenden Offenbarung profitieren würden. In ähnlicher Weise sind andere Drosselorte möglich, beispielsweise benachbart zu jedem Ansauganschluss. Diese Drosselorte sind ebenfalls kompatibel mit der vorliegenden Offenbarung und würden von der vorliegenden Offenbarung profitieren. Während ein einziger Turbolader dargestellt ist, ist auch zu beachten, dass mehrere Turbolader verwendet werden können, was auch die Ergänzung eines Ladeluftkühlers zwischen den Stufen an Turboladern erfordern kann, wenn die Turbolader sich in Reihe befinden. Mehrere parallele Turbolader können auch verwendet werden, wo die Ausgabe der mehreren parallelen Turbolader zusammengeführt ist, um eine einzige Ladeluftkühleranordnung 32 zu versorgen.
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Während verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt und beschrieben worden sind, ist zu verstehen, dass diese Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Die Ausführungsformen können durch den Fachmann geändert, modifiziert und weitergehend angewendet werden. Diese Ausführungsformen sind daher nicht auf die zuvor gezeigten und beschriebenen Details beschränkt, sondern umfassen auch all solche Änderungen und Modifikationen.
