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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 mit einer mittels wenigstens eines Turboladers aufladbaren Brennkraftmaschine und einem zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler, wobei das Kondensat in einem Kondensatreservoir gesammelt wird.
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Aus der
FR 2 959 455 A1 ist eine gattungsgemäße Einrichtung zum Abführen von Kondensat bekannt. Die Vorrichtung verfügt über einen Wärmetauscher, also einen Luft-Luft-Wärmetauscher mit einer Wärmeaustauscheinheit, welche in Strömungsrichtung der Ansaugluft gesehen zwischen einem Einlass und einem Auslass angeordnet ist. Eine Ablauföffnung entwässert anfallendes Kondensat, wobei die Ablassöffnung mit einer Schließeinheit, also mit einem Ventil verschließbar ist. Eine Verbindungseinheit ist zwischen der Schließeinheit der Ablauföffnung und einer weiteren Schließeinheit einer Bypassleitung so angeordnet, dass mit Öffnen des Bypasses ein Öffnen der Verschlusseinheit der Ablauföffnung bewirkt wird.
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Die
DE 33 38 273 A1 offenbart eine Antriebseinheit für Fahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, einem in der Ansaugleitung angeordneten Lader und einem diesem nachgeschalteten Ladeluftkühler. Dem Ladeluftkühler ist ein von der Ladeluft durchströmter Ölabscheideraum vorgeschaltet, in dem von der Ladeluft aus dem Lader mitgerissenes Schmieröl abgeschieden wird.
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Ladeluftkühler werden in an sich bekannter Weise dazu verwendet, die von dem Turbolader verdichtete Luft bzw. ein Luftgemisch aus zurückgeführtem Abgas und frischer Luft zu kühlen. Während des Abkühlens der Luft bzw. des Luftgemischs kann im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, insbesondere im Ladeluftkühler, Feuchtigkeit, zum Beispiel Wasser, aus der Luft bzw. dem Luftgemisch kondensieren. Um zu verhindern, dass das flüssige Kondensat aus dem Ansaugtrakt in die Brennkraftmaschine gelangt und Beschädigungen an der Brennkraftmaschine und/oder an deren Teilsystemen beispielsweise durch Korrosion verursacht, muss das Kondensat aus dem Ansaugtrakt entfernt werden.
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Aus der
US 2010/0229549 A1 ist beispielsweise ein System zum Sammeln und Abführen von Kondensat bekannt, das sich in einem Ladeluftkühler einer aufladbaren Brennkraftmaschine bildet. Das Kondensat wird einem Reservoir über ein mit dem Ladeluftkühler an einer Unterseite verbundenen Ablaufrohr zugeführt. An der Unterseite des Reservoirs befindet sich ein mit einem Ventil verschließbarer Reservoirauslass. Mittels eines Füllstandsgebers wird der Kondensatfüllstand im Reservoir ermittelt. Um zu verhindern, dass während des Abführens von Kondensat Ladeluft aus dem Ladeluftkühler über das Ablaufrohr in das Reservoir und aus diesem über den Reservoirauslass entweicht, wird das Ventil lediglich dann geöffnet, wenn der Kondensatfüllstand im Reservoir einen bestimmten minimalen Füllstand übersteigt. Ist in dem Reservoir wenigstens der minimale Kondensatfüllstand erreicht, öffnet ein das Ventil ansteuerndes Steuergerät das Ventil unter bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Um ein Überlaufen des Reservoirs zu vermeiden, kann ein weiterer Füllstandsgeber vorgesehen sein, der einen maximalen Kondensatfüllstand im Reservoir erfasst und das Steuergerät veranlasst, Kondensat aus dem Reservoir abzulassen, sobald der maximale Kondensatfüllstand erreicht ist. Das beschriebene System ermöglicht das Abführen von Kondensat aus dem Reservoir, ohne dass hierbei Ladeluft aus dem Ladeluftkühler entweichen kann, erfordert jedoch wenigstens einen bzw. zwei zusätzliche Kondensatfüllstandsgeber zur Erfassung des Kondensatfüllstands im Reservoir.
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Die
DE 10 2006 053 191 A1 offenbart ein Ladeluftkühlerkondensatablaufsystem. In einem Reservoir wird Kondensat gespeichert. Ein erstes Ventil ist zwischen dem Kondensatauslass des Ladeluftkühlers und dem Einlass des Reservoirs angeordnet. Ein zweites Ventil ist zwischen dem Auslass des Reservoirs und der Umgebung angeordnet. Beide Ventile sind federbelastet. Das zweite Ventil wird mittels einer Pilotleitung dem Druck in dem Ladeluftkühler ausgesetzt und schließt, wenn der Druck in dem Ladeluftkühler einen Grenzwertdruck übersteigt.
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Die
DE 10 2011 018 958 A1 betrifft einen Verbrennungsmotor mit Aufladung und Ladeluftkühlung. Ein Ladeluftvolumenstrom soll so einstellbar sein, dass im Ladeluftkühler und/oder im nachfolgenden Ansaugtrakt vorhandenes Kondensatwasser in unschädlichen Mengen dem Brennraum zugeführt wird.
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Die
US2009/0031999 A1 offenbart einen Ladeluftkühler, wobei ebenfalls beschrieben ist, dass bei einer Mischung Frischluft/rückgeführter Abgase eine erhebliche Menge Kondensat anfällt. Das Kondensat soll so abgeführt werden, dass kein Ladedruckverlust entsteht, wozu ein Niveausensor zum Messen der Kondensatmenge und ein Sensor aktivierbares Ventil einsetzbar sei, wobei auch Schwimmerventile nutzbar seien.
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Die Zusammenfassung der
CN 201916043 offenbart ebenfalls einen Ladeluftkühler, wobei Kondensat entsteht, welches abgeführt wird. Ein Drosselzapfen ist mechanisch mit einem Schwimmer verbunden. Sobald ein bestimmtes Kondensatniveau erreicht ist, wird der Drosselzapfen durch die Auftriebskraft des Schwimmers angehoben, so dass das Kondensat abfließen kann.
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Die
DE 10 2010 050 806 A1 offenbart einen Zwischenkühler mit entfernt befindlichem Kondensatreservoir, wobei das Kondensatreservoir extern zum Zwischenkühler angeordnet ist. Das Reservoir ist über Verbindungsleitungen zum einen mit dem Zwischenkühler, welcher als Ladeluftkühler ausgeführt ist, und zum anderen mit dem Motorluftansaugkanal zum Verbrennungsmotor verbunden. Bei Fahrbedingungen mit hoher Feuchte, also zum Beispiel bei einer Regenfahrt, wird das Reservoir mit Kondensat gefüllt. Bei Fahrbedingungen mit geringer Feuchte verdampft das in dem Reservoir gesammelte Kondensat, indem Luft von dem Reservoir durch einen Reservoirauslassschlauch in einen Motorluftansaugkanal und in den Motor gesogen wird.
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Auch die
WO2009/130083 A1 offenbart, dass Kondensat eines Ladeluftkühlers verdampft wird, wobei allerdings ein Bypass vorgesehen ist, in welchen das Kondensat eingeleitet wird. Wird nun der Bypass mit der komprimierten Luft durchströmt, nimmt diese das Kondensat als Dampf auf, wobei das Gemisch dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
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Insofern ist es im Stand der Technik bekannt, das Kondensat in dem Kondensatreservoir zu sammeln und dann abzuleiten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Kondensat mittels Wärmezufuhr, also mit der heißen Ladeluft, bzw. mit dem heißen Frischluft/Abgasgemisch zu verdampfen, so dass der Wasserdampf der Brennkraftmaschine mit dem Luft/Gasgemisch zugeführt wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung anzugeben, welche ein zuverlässiges Abführen von in der Turboladeranordnung gebildetem Kondensat gewährleistet. Zudem soll das Kondensat nicht als solches in die Umgebung gelangen. Ferner soll die Einrichtung besonders einfach aufgebaut sein und insbesondere keine oder möglichst wenige zusätzliche Komponenten erfordern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird bei einer Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung, die eine mittels wenigstens eines Turboladers aufladbare Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto- oder Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, und einen zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler aufweist, sich im Ansaugtrakt, insbesondere im Ladeluftkühler, bildendes Kondensat in einem Reservoir gesammelt. Das Reservoir weist in möglicher Ausgestaltung einen mit einem Ventil verschließbaren Reservoirauslass auf. Günstig ist, wenn ein den Ladeluftkühler umgehender, steuerbarer Bypass vorgesehen ist, so dass das Reservoir von ungekühlter Ladeluft umströmbar ist, und wobei das Kondensat in den Bypass leitbar ist. Umströmbar bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die ungekühlte Ladeluft an dem Reservoir so vorbeigeführt wird, dass die Reservoirwand erwärmt wird, um das in dem Reservoir befindliche Kondensat zu verdampfen. Das Reservoir erstreckt sich zumindest abschnittsweise entlang des Bypass, so dass ungekühlte Ladeluft an dem Reservoir vorbeiführbar ist so, dass zumindest eine Reservoirwand erwärmbar ist. Erfindungsgemäß ist das Reservoir zwischen dem Ladeluftkühler und ein den Ladeluftkühler umgehenden, steuerbaren Bypass angeordnet, wobei das Reservoir einen mit einem Ventil verschließbaren Reservoirauslass aufweist, wobei das Kondensat in den Bypass leitbar ist.
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Zweckmäßiger Weise ist der Bypass von der Ansaugleitung stromab des Turboladers und stromauf des Ladeluftkühlers abzweigend vorgesehen, wobei der Bypass stromab des Ladeluftkühlers in der Ansaugleitung mündet.
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Zum Steuern des Bypass ist günstiger Weise ein bevorzugt als Klappenventil ausgeführtes Schaltelement vorgesehen, welches so in dem Abzweig angeordnet ist, dass die Ansaugleitung zum Ladeluftkühler und/oder der Bypass geöffnet ist. Das Klappenventil kann die Zweige bevorzugt stufenlos öffnen, so dass entweder der Hauptzweig, also die Ansaugleitung, oder der Bypass oder beide mit entsprechend aufgeteilten Strömungsraten mit der aufgeladenen Luft, also mit dem Luft/Abgasgemisch durchströmt werden können. Die Steuerung des Klappenventils kann über ein entsprechendes Steuergerät, auch über die Zentrale Steuereinheit des Kraftfahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine gesteuert werden, in welchem Signale für einen vollständigen oder teilweisen Bypassbetrieb generiert werden. Ein vollständiger oder teilweiser Bypassbetrieb ist möglich, wenn eine Kühlung der Ladeluft nicht oder nur teilweise erforderlich ist. Gleichwohl weist die Ladeluft, welche durch den Bypass strömt eine solch hohe Temperatur auf, dass diese Wasser verdampfen kann, wobei der Wasserdampf von der Ladeluft in der Ansaugleitung mitgenommen und der Einlassseite der Brennkraftmaschine schadlos zugeführt werden kann. So kann das Kondensat durch Verdunstung, also durch Verdampfen und Mitnahme durch den Luftstrom vollständig aus dem Reservoir entfernt werden.
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Günstig ist, wenn das Reservoir bezogen auf den Ladeluftkühler unterhalb desselben angeordnet ist. Zweckmäßig ist dann, wenn der Bypass unterhalb des Ladeluftkühlers und unterhalb des Reservoirs angeordnet ist, oder das Reservoir in sich integriert. Zweckmäßig ist, wenn das Reservoir mit einer großen Oberfläche ausgeführt ist, an welcher die Ladeluft vorbeigeführt wird. Erfindungsgemäß erstreckt sich das Reservoir zumindest abschnittsweise entlang des Bypass, um eine möglichst große Oberfläche zu erreichen. Das Reservoir ist natürlich so ausgeführt, dass der entstehende Wasserdampf entsprechend entweichen kann und in die Frischluftleitung gelangen kann, in welcher der Wasserdampf von der Ladeluft mitgenommen werden kann, wobei das Kondensat aber weiterhin in dem Reservoir verbleibt, wenn der Bypass nicht von Ladeluft durchströmt wird. In möglicher Ausgestaltung kann das Reservoir in Richtung zur Ansaugleitung stromab des Ladeluftkühlers geöffnet sein, so dass das Kondensat durch Erwärmung der Reservoirwandung verdampfen und so entweichen kann. So kann der Wasserdampf in die Frischluftleitung gelangen, in welcher die durch den Bypass geleitete Ladeluft stromab des Ladeluftkühlers eingeleitet wird.
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Mit der Erfindung ist es aber auch möglich, Kondensat gezielt und nur bei bestimmten Betriebsbedingungen aus dem Reservoir in den Bypass einzuleiten. Zielführend ist, wenn das Reservoir eine zum Bypass orientierte Öffnung aufweist, welche mit einem Ventil verschließbar ist, so dass das Reservoir von Zeit zu Zeit, also nicht kontinuierlich in den Bypass entleeren kann.
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Das Ventil kann elektrotechnisch oder elektromechanisch gesteuert sein. Das Ventil kann aber auch nur mechanisch gesteuert sein. Grundsätzlich ist eine Entleerung des Reservoirs zum Bypass sinnvoll im Sinne der Erfindung, wenn der Bypass mit ungekühlter Ladeluft durchströmt wird. Ist das Ventil nur mechanisch gesteuert, wird sichergestellt, dass dieses bei Druckverhältnissen öffnet, welche eine Entleerung in dem mit Ladeluft durchströmten Bypass ermöglicht. Zielführend ist auch, wenn das Ventil bei entsprechend gefülltem Kondensatreservoir öffnet, auch wenn der Bypass nicht durchströmt wird. So kann der Bypass quasi als zusätzliches Reservoir dienen, welches bei der nächsten Durchströmung mit ungekühlter Ladeluft getrocknet wird.
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Nach längerem Betrieb der Brennkraftmaschine kann beobachtet werden, dass das Reservoir bei oder nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine nicht unbedingt entleert wird. So könnte das angesammelte Kondensat im Reservoir verbleiben, bis die Brennkraftmaschine erneut in Betrieb genommen wird. In Umgebungen mit niedrigen Außentemperaturen (Frost) kann das angesammelte Kondensat in dem Reservoir zufrieren. Im schlimmsten Falle könnte bei einer erneuten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine das Ventil so gehindert sein, das Kondensat abzuleiten, da die Komponenten bzw. das Kondensat eingefroren sind. Möglicherweise würde dann bei Betreib der Brennkraftmaschine so viel neues Kondensat erzeugt werden, dass dieses in den Ladeluftkühler gelänge, so dass ein den Ladeluftkühler zerstörender Wasserschlag entstünde. Zweckmäßiger Weise kann daher vorgesehen sein, entweder das Reservoir in den Bypass zu leeren, oder das Ventil zu beheizen. Möglich ist auch eine Beheizung des Reservoirs. Eine Beheizung kann beispielsweise elektrisch erfolgen, indem Wärme induziert wird. Möglich ist aber auch, Kühlmittel der Brennkraftmaschine zu dem Ventil zu führen, so dass dieses, also das Ventil aber auch die in dem Reservoir anstehende Kondensatsäule erwärmt würde und auftauen könnte. Die Beheizung könnte mit einer erneuten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. So kann das Kondensat nach dem Auftauen abgeleitet werden. Eine Beheizung während des Stillstands der Brennkraftmaschine kann natürlich auch vorgesehen sein, wobei dann selbstverständlich eine elektrische Beheizung sinnvoll sein kann.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet ein zuverlässiges Abführen von in dem Reservoir gesammeltem Kondensat, wobei das optionale Ventil nur bei bestimmten Zuständen und nur von Zeit zu Zeit, also nicht kontinuierlich geöffnet ist.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht einer Turboladeranordnung.
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In 1 ist schematisch eine Turboladeranordnung eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Turboladeranordnung umfasst eine mittels eines Turboladers 1 aufladbare Brennkraftmaschine 2, von welcher prinzipiell nur ein Kolben in einer Zylinderbuchse gezeigt ist und einen zwischen dem Turbolader 1 und der Brennkraftmaschine 2 in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 2 angeordneten Ladeluftkühler 3. Bei der in 1 gezeigten, beispielhaften Turboladeranordnung ist die Brennkraftmaschine 2 ein Dieselmotor. Anstelle des Dieselmotors kann ebenso ein Ottomotor vorgesehen sein.
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Die Anordnung weist ferner einen Bypass 4 auf, welcher den Ladeluftkühler 3 mit ungekühlter Ladeluft umgehen kann. In einem Abzweig 6 des Bypass 4 von der Ansaugleitung 5, ist ein Schaltelement 7 angeordnet, mit dem eine Strömung von Ladeluft stufenlos steuerbar ist, so dass Ladeluft entweder durch den Ladeluftkühler 3 oder durch den Bypass 4 oder durch beide strömen kann, wobei die Strömungsrate durch die Stellung des Schaltelementes 7 steuerbar ist.
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Das Schaltelement 7 ist bevorzugt ein Klappenventil, welches von einem nicht dargestellten Steuerelement steuerbar ist. Das Steuerelement kann als separate Vorrichtung vorgesehen sein, wobei das Steuerelement bevorzugt in der zentralen Steuereinheit des Kraftfahrzeuges integriert ist. Mit dem Steuerelement werden die Signale zur Positionierung des Schaltelementes generiert, um die Strömungsverhältnisse wie zuvor erwähnt einstellen zu können, welche parameterabhängig ermittelt werden.
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Das sich während des Betriebs der Turboladeranordnung bzw. der Brennkraftmaschine im Ansaugtrakt und insbesondere im Ladeluftkühler 3 aus der in der Ansaugluft vorhandenen Feuchtigkeit bildende Kondensat wird in einem Reservoir 8 gesammelt.
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Das Reservoir kann separat von dem Ladeluftkühler 3 angeordnet sein und mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 2 stromab des Ladeluftkühlers 3 in fluidleitender Verbindung stehen. Das Reservoir kann aber auch integraler Bestandteil des Ladeluftkühlers 3 sein, und sich in bevorzugter Ausgestaltung entlang des Ladeluftkühlers 3 unterhalb desselben erstrecken, wobei eine Anordnung zwischen dem Ladeluftkühler 3 und dem Bypass 4 erfindungsgemäß ist. Das Reservoir 8 ist in der einzigen 1 in seinem Volumen natürlich nicht maßstabsgerecht dargestellt. Der 1 ist aber zu entnehmen, dass der Bypass 4, also die darin strömende ungekühlte Ladeluft quasi direkten Kontakt zur Reservoirwand hat.
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Strömt nun ungekühlte Ladeluft durch den Bypass 4, wird die Reservoirwand unmittelbar erwärmt, so dass das in dem Reservoir 8 gesammelte Kondensat verdampfen kann. Stromab des Ladeluftkühlers 3 gelangt der so gebildete Wasserdampf in die Ansaugleitung und zusammen mit der Ladeluft in die Brennkraftmaschine, wie anhand der Strömungspfeile in 1 angedeutet.
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Möglich ist aber auch, das Reservoir 8 mit einem Ablauf zu versehen, welcher in den Bypass 4 öffnet. So kann Kondensat direkt in den Bypass 4 abgeleitet werden. Zielführend ist, wenn der Ablauf ein Ventil aufweist, so dass das Reservoir 8 von Zeit zu Zeit, und nicht kontinuierlich entleert wird. Wird Kondensat aus dem Reservoir 8 direkt in den Bypass 4 geleitet, kann so der gesamte Wärmeinhalt der ungekühlten Ladeluft für ein Verdampfen des in den Bypass 4 geleiteten Kondensats wirksam sein. Günstig ist daher, wenn das Ventil das in dem Reservoir 8 gesammelte Kondensat nur dann in Richtung zum Bypass ablässt, wenn dieser auch mit ungekühlter Ladeluft durchströmt wird. Das in dem Reservoir 8 gesammelte Kondensat kann mit einem Schwall, also sofort vollständig in den Bypass 4 abgelassen werden, indem das Ventil vollständig öffnet. Das Ventil kann aber auch so öffnen oder so ausgeführt sein, dass das in dem Reservoir 8 gesammelte Kondensat sukzessive abgelassen wird, bis dieses vollständig entleert ist. Zusätzlich zum Ableiten des in dem Reservoir 8 gesammelten Kondensats in den Bypass 4, wird die ungekühlte Ladeluft noch die Reservoirwand erwärmen, und so noch zusätzlich für eine Austrocknung des Reservoirs 8, also für ein Verdampfen des Kondensats sorgen können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Turbolader
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Ladeluftkühler
- 4
- Bypass
- 5
- Ansaugleitung
- 6
- Abzweig
- 7
- Schaltelement
- 8
- Reservoir
