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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1, die eine mittels wenigstens eines Turboladers aufladbare Brennkraftmaschine, einen zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler und einen den Ladeluftkühler umgehenden Bypass aufweist.
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Aus der
DE 10 2011 018 958 B4 ist eine gattungsgemäße Einrichtung bekannt geworden. Dabei beschreibt die
DE 10 2011 018 958 B4 ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Aufladung und Ladeluftkühlung, bei dem in einem kritischen Betriebszustand, wobei es in einem Ladeluftkühler und/oder in einem nachfolgenden Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zur Anlagerung von gefrorenem Kondenswasser gekommen ist, der Ladeluftvolumenstrom durch den Ladeluftkühler mittels wenigstens einem Ladeluftkühlerventil derart eingestellt und/oder zeitlich verändert wird, dass dieses im Ladeluftkühler und/oder im nachfolgenden Ansaugtrakt bereits vorhandene Kondenswasser nur in unschädlichen Mengen dem Brennraum sukzessive zugeführt und somit ausgeleitet wird, wozu der durch den Ladeluftkühler geführte Ladeluftvolumenstrom einen mittels des Ladeluftkühlerventils einstellbaren und/oder zeitlich veränderbaren Mitnahmeeffekt auf dieses Kondenswasser ausübt.
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Die
DE 10 2011 056 617 A1 offenbart einen Ladeluftkühler zur Kühlung von in einem Verdichter mindestens eines Abgasturboladers verdichteter und einer Brennkraftmaschine zuzuführender Ladeluft, mit einer einlassseitigen Zuluftkammer zur Zuführung von zu kühlender Ladeluft und einer auslassseitigen Abluftkammer zur Abführung von gekühlter Ladeluft. An die einlassseitige Zuluftkammer ist eine einlassseitige Zuluftleitung und an die auslassseitige Abluftkammer ist eine auslassseitige Abluftleitung anschließbar. Mindestens eine sich zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Ladeluftkühlers erstreckende Bypassleitung, ist derart dimensioniert, dass sich einlassseitig sammelndes Kondensat in Folge eines Druckgefälles zwischen der Einlassseite und der Auslassseite in Richtung auf die Auslassseite leitbar ist.
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Die
DE 10 2011 078 457 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, wobei jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist. Mindestens eine zu einem Ansaugsystem zugehörige Ansaugleitung zur Versorgung des mindestens einen Zylinders mit Ladeluft via Einlassöffnung ist vorgesehen. Ein Ladeluftkühler ist in der mindestens einen Ansaugleitung vorgesehen und mit einer Bypassleitung ausgestattet. Die Bypassleitung zweigt stromaufwärts des Ladeluftkühlers aus der mindestens einen Ansaugleitung ab und mündet stromabwärts des Ladeluftkühlers in die mindestens eine Ansaugleitung ein. Eine Einrichtung steuert die via Ladeluftkühler und via Bypassleitung geführten Ladeluftströme. Zur Steuerung der Ladeluftströme wird ein zweistufig schaltbares Absperrelement und ein stufenlos verstellbares Absperrelement verwendet. Das zweistufig schaltbare Absperrelement wird zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung geschaltet. Mit dem stufenlos zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbaren Absperrelement wird die Bypassleitung mehr oder weniger freigegeben oder versperrt.
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Die
DE 197 14 308 B4 offenbart eine aufgeladene, ladeluftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem Ladeluftkühler und einer Vorrichtung zum Sammeln und Abführen des im Ladeluftkühler anfallenden Kondensats. Wird das Kondensat in die Abgasleitung entsorgt, so kann die Abgasqualität in unzulässiger Weise verschlechtert werden. Dieser Nachteil soll dadurch vermieden werden, dass der Ladeluftkühler an seiner geodätisch tiefsten Stelle einen Kondensatsammelraum mit einer Öffnung aufweist, die über eine Kondensatrücklaufleitung in Strömungsverbindung mit dem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine steht. Die Kondensatrücklaufleitung weist von der Öffnung bis in das Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine Gefälle auf. Die Öffnung ist dauernd offen und weist einen Drosselkörper auf, welcher in der Öffnung mit axialem und radialem Spiel unverlierbar angeordnet.
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In der
WO 2009/130083 A1 ist ein Abgaskühler offenbart. Der Abgaskühler ist in einer Abgasleitung angeordnet, wobei der Abgaskühler von einem Bypass umgangen wird. Der Bypass zweigt stromauf des Abgaskühlers aus der Abgasleitung ab, und mündet stromab des Abgaskühlers in der Abgasleitung. Der Abgaskühler weist eine Kondensatabführung auf, die in dem Bypass mündet.
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Eingangs genannte Turboladeranordnungen finden beispielsweise Verwendung in Kraftfahrzeugen. In an sich bekannter Weise wird Ansaugluft aus dem Ansaugtrakt der Turboladeranordnung von einem Verdichter des Turboladers verdichtet und anschließend im Ladeluftkühler gekühlt, bevor die gekühlte, komprimierte Ansaug- bzw. Ladeluft der bzw. den Brennkammern der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Bei mittels Turboladern aufladbaren Brennkraftmaschinen, die darüber hinaus mit einer Niederdruck-Abgasrückführung versehen sind, bei der aus einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine rückgeführtes Abgas stromauf des Verdichters des Turboladers in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine geleitet wird, kann Feuchtigkeit, zum Beispiel Wasser, das in der Ansaugluft und/oder dem rückgeführten Abgas enthalten ist, auf ihrem/seinem Weg durch den Ladeluftkühler kondensieren. Die in dem Ladeluftkühler kondensierte Feuchtigkeit gelangt gewöhnlich ohne weitere Vorkehrungen auf natürlichem Wege, das heißt zum Beispiel infolge der Schwerkraft und/oder der Ansaug- bzw. Ladeluftströmung, von dem Ladeluftkühler in die Brennkraftmaschine.
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Um einen schnelleren Warmlauf der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart erreichen zu können, ist es weiterhin bekannt, den Ladeluftkühler mit einem den Ladeluftkühler umgehenden Bypass zu versehen. So kann die Kühlung der Ansaugluft durch den Ladeluftkühler zum Beispiel während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine umgangen werden, indem die vom Verdichter des Turboladers komprimierte, warme Ansaugluft anstatt durch den Ladeluftkühler durch den Bypass geleitet wird. Auch im Bypass kann, zum Beispiel abhängig von der Umgebungstemperatur, in der Ansaug- bzw. Ladeluft enthaltene Feuchtigkeit, zum Beispiel Wasser, kondensieren. Auch dieses Kondensat kann ohne weitere Vorkehrungen auf natürlichem Wege, zum Beispiel infolge der Schwerkraft und/oder der Luftströmung, von dem Bypass in die Brennkraftmaschine gelangen.
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Zu Steuerung der durch den Ladeluftkühler strömenden gekühlten Ladeluftmenge kann ein dem Ladeluftkühler zugeordnetes Ladeluftsteuerventil vorgesehen sein. In ähnlicher Weise kann zur Steuerung der durch den Bypass strömenden ungekühlten Bypass-Luftmenge ein dem Bypass zugeordnetes Bypass-Steuerventil vorgesehen sein. Die beiden Steuerventile lassen sich dann derart steuern, dass sie wenigstens zwischen einer reinen Bypass-Betriebsart, in welcher sich das Ladeluftsteuerventil in einer Schließstellung befindet und sich das Bypass-Steuerventil in einer Offenstellung befindet, und einer reinen Kühlerbetriebsart, in welcher sich das Ladeluftsteuerventil in einer Offenstellung befindet und sich das Bypass-Steuerventil in einer Schließstellung befindet, schaltbar sind.
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In der reinen Bypass-Betriebsart, in der die gesamte Ansaugluft durch den Bypass strömt und sich das Ladeluftsteuerventil in der Schließstellung befindet, kann sich nun jedoch im Ladeluftkühler sich bildendes Kondensat vor dem geschlossenen Ladeluftsteuerventil zu einer solchen Menge ansammeln, die, wenn das Ladeluftsteuerventil erneut geöffnet wird, der Brennkraftmaschine in einem Schwall zugeführt wird und dieser dann einen Schaden zufügen oder zumindest zu Fehlzündungen führen kann. Zur Bildung von Kondensat in dem bei der reinen Bypass-Betriebsart durch das Ladeluftsteuerventil an sich geschlossenen Ladeluftkühler kann es infolge von Druckpulsationen in der Turboladeranordnung kommen, durch die komprimierte, warme, feuchte Ansaug- bzw. Ladeluftluft in den Ladeluftkühler gelangen und dort kondensieren kann. Bei einer längeren reinen Bypass-Betriebsart der Turboladeranordnung, wie sie beispielsweise bei einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine auftreten kann, kann sich eine nicht zu vernachlässigende Menge an Kondensat vor dem sich in der Schließstellung befindenden Ladeluftsteuerventil ansammeln.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung bereitzustellen, welche ein zuverlässiges und für eine durch die Turboladeranordnung aufgeladene Brennkraftmaschine unschädliches 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 zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Eine Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung, die eine mittels wenigstens eines Turboladers aufladbare Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto- oder Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs aufweist, und einen zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler und einen den Ladeluftkühler umgehenden Bypass aufweist, weist ein dem Ladeluftkühler zugeordnetes Ladeluftsteuerventil zur Steuerung der durch den Ladeluftkühler strömenden gekühlten Ladeluftmenge und ein dem Bypass zugeordnetes Bypass-Steuerventil zur Steuerung der durch den Bypass strömenden ungekühlten Bypass-Luftmenge auf. Mit anderen Worten lässt sich mittels des Ladeluftsteuerventils die durch den Ladeluftkühler strömende gekühlte Ladeluftmenge steuern und mittels des Bypass-Steuerventils die durch den Bypass strömende ungekühlte Bypass-Luftmenge. Hierzu ist das Ladeluftsteuerventil beispielsweise in einer Zuleitung zum Ladeluftkühler oder einer Ableitung vom Ladeluftkühler oder an dessen Ein- bzw. Auslass angeordnet. Das Bypass-Steuerventil ist beispielsweise direkt im Bypass selbst angeordnet.
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Des Weiteren sind die beiden Steuerventile wenigstens zwischen einer reinen Bypass-Betriebsart, in welcher sich das Ladeluftsteuerventil in einer Schließstellung befindet und sich das Bypass-Steuerventil in einer Offenstellung befindet, und einer reinen Kühlerbetriebsart, in welcher sich das Ladeluftsteuerventil in einer Offenstellung befindet und sich das Bypass-Steuerventil in einer Schließstellung befindet, steuerbar.
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Es ist in der reinen Bypass-Betriebsart weiterhin eine Durchströmung des Ladeluftkühlers mit einer vorherbestimmten Ladeluftmenge möglich. Dies gewährleistet in vorteilhafter Weise, dass sich keine erhebliche, für die Brennkraftmaschine schädliche Menge an Kondensat vor dem sich bei der reinen Bypass-Betriebsart in der Schließstellung befindenden Ladeluftsteuerventil ansammeln kann. Vielmehr wird das Kondensat durch die während der reinen Bypass-Betriebsart weiterhin durch den Ladeluftkühler strömenden Ladeluftmenge aus dem Ladeluftkühler entfernt und der Brennkraftmaschine in einer unschädlichen Menge zugeführt. Die vorherbestimmte gekühlte Ladeluftmenge während des reinen Bypass-Betriebs ist bevorzugt so bemessen, dass die Ladeluftströmung einerseits in der Lage ist, das sich im Ladeluftkühler angesammelte Kondensat mitzuführen, und andererseits die durch den Bypass strömende, ungekühlte Bypass-Luft nicht wesentlich kühlt, wenn die durch den Ladeluftkühler strömende gekühlte Ladeluftmenge stromab des Ladeluftkühlers mit der durch den Bypass strömenden ungekühlten Bypass-Luftmenge wieder vermischt wird.
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Die Steuerung des Ladeluftsteuerventils und/oder des Bypass-Steuerventils kann von einer entsprechenden Steuereinheit, auch von der zentralen Steuereinheit des Kraftfahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine, durchgeführt werden, in welcher Signale für eine reine Kühlerbetriebsart, eine reine Bypass-Betriebsart oder auch einen Mischbetrieb generiert werden.
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Gemäß der Erfindung ist wenigstens ein das Ladeluftsteuerventil umgehender Ladeluftdurchströmungskanal vorgesehen, der in der reinen Bypass-Betriebsart eine Durchströmung des Ladeluftkühlers mit der vorherbestimmten Ladeluftmenge ermöglicht. Hierbei ist zu verstehen, dass der Durchströmungskanal eine stromaufwärtige Seite eines Verschlussteils des Ladeluftsteuerventils, beispielsweise eine Ventilklappe, mit einer stromabwärtigen Seite des Verschlussteils fluidleitend verbindet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht hierbei vor, dass der wenigstens eine Ladeluftdurchströmungskanal in einem Ventilgehäuse des Ladeluftsteuerventils ausgebildet ist. So kann der Ladeluftdurchströmungskanal beispielsweise das Verschlussteil des Ladeluftsteuerventils, zum Beispiel die Ventilklappe, in seiner Schließstellung, in welcher das Verschlussteil den Ladeluftkühler hermetisch verschließt, umgehend an der Gehäuseinnenwand angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Ladeluftdurchströmungskanal bereits beim Gießen des Gehäuses in die Gehäuseinnenwand eingebracht werden oder auch nach der Gehäusefertigung durch eine spanende Bearbeitung der Gehäuseinnenwand, zum Beispiel Bohren, Fräsen, Hobeln und dergleichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Ladeluftdurchströmungskanal in einem Verschlussteil des Ladeluftsteuerventils, zum Beispiel einer Ventilklappe, ausgebildet. Beispielsweise kann das Verschlussteil selbst eine Bohrung aufweisen, die den das Ladeluftsteuerventil umgehenden Ladeluftdurchströmungskanal bildet, der die stromaufwärtige Seite des Verschlussteils mit der stromabwärtigen Seite des Verschlussteils fluidleitend verbindet.
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Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Ladeluftsteuerventil einen Schließanschlag aufweist, an dem ein Verschlussteil des Ladeluftsteuerventils, zum Beispiel eine Ventilklappe, in der Schließstellung derart zur Anlage kommt, dass der Ladeluftkühler durch das Verschlussteil nicht hermetisch, also luftdicht, verschließbar ist. Auf diese Weise wird ebenso gewährleistet, dass der Ladeluftkühler in der Schließstellung des Ladeluftsteuerventils von der vorherbestimmten Ladeluftmenge durchströmbar ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zweigt der Bypass von einer Ansaugleitung stromab des Turboladers und stromauf des Ladeluftkühlers ab und mündet stromab des Ladeluftkühlers an einer Einmündungsstelle in die Ansaugleitung. Das Ladeluftsteuerventil und/oder das Bypass-Steuerventil ist bzw. sind hierbei an der Einmündungsstelle des Bypass angeordnet. Die Anordnung eines der beiden Steuerventile oder sogar beider Steuerventile an der Einmündungsstelle des Bypass, das heißt auf der stromabwärtigen, „kalten Seite“ des Ladeluftkühlers, ist hinsichtlich der Herstellungskosten für die Ventile, deren erforderlichen Bauraums und Gewichts besonders vorteilhaft.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Ladeluftsteuerventil und das Bypass-Steuerventil in einer gemeinsamen Gehäuseeinheit untergebracht sind. So lassen sich zusätzliche Kosten-, Bauraum- und Gewichtseinsparungen erzielen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bzw. sind das Ladeluftsteuerventil und/oder das Bypass-Steuerventil als Klappenventil ausgebildet, das heißt das Verschlussteil des jeweiligen Steuerventils ist als schwenkbare Ventilklappe ausgebildet. Das Klappenventil kann den jeweiligen Zweig, in dem es angeordnet ist, das heißt den Ladeluftzweig oder den Bypass-Luftzweig, bevorzugt stufenlos öffnen, so dass entweder die reine Kühlerbetriebsart oder die reine Bypass-Betriebsart oder eine Mischbetriebsart eingestellt werden kann, in welcher sowohl der Ladeluftkühler als auch der Bypass mit entsprechend aufgeteilten Strömungsraten der aufgeladenen Luft durchströmt werden können.
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Als besonders vorteilhaft erweist sich eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Brennkraftmaschine mit einer Niederdruck-Abgasrückführung versehen ist. Hierbei wird aus einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine entnommenes Abgas stromauf eines Verdichters des Turboladers in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zurück geleitet. Das aus dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine rückgeführte Abgas enthält zwar Feuchtigkeit, zum Beispiel Wasser, die in der Turboladeranordnung bzw. dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine kondensieren kann, in Kombination mit der vorliegenden Erfindung wird das Kondensat jedoch sicher in solchen Mengen aus der Turboladeranordnung entfernt, dass es die Brennkraftmaschine nicht schädigen kann.
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Wie bereits erwähnt, weist die Turboladeranordnung eine mittels wenigstens eines Turboladers aufladbare Brennkraftmaschine, insbesondere einen Otto- oder Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs, einen zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler und einen den Ladeluftkühler umgehenden Bypass auf. Ferner ist ein dem Ladeluftkühler zugeordnetes Ladeluftsteuerventil zur Steuerung der durch den Ladeluftkühler strömenden gekühlten Ladeluftmenge vorgesehen sowie ein dem Bypass zugeordnetes Bypass-Steuerventil zur Steuerung der durch den Bypass strömenden ungekühlten Bypass-Luftmenge. Des Weiteren sind die beiden Steuerventile wenigstens zwischen einer reinen Bypass-Betriebsart, in welcher sich das Ladeluftsteuerventil in einer Schließstellung befindet und sich das Bypass-Steuerventil in einer Offenstellung befindet, und einer reinen Kühlerbetriebsart, in welcher sich das Ladeluftsteuerventil in einer Offenstellung befindet und sich das Bypass-Steuerventil in einer Schließstellung befindet, steuerbar. Dabei wird das Ladeluftsteuerventil in der reinen Bypass-Betriebsart periodisch für eine vorherbestimmte Zeitdauer geöffnet.
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Auf diese Weise kann auch bei einem an sich herkömmlichen Ladeluftsteuerventil, das heißt bei einem Ladeluftsteuerventil, das den Ladeluftkühler in seiner Schließstellung mit einem Verschlussteil, beispielsweise einer Ventilklappe, hermetisch, also luftdicht, verschließt, gewährleistet werden, dass sich keine erhebliche, für die Brennkraftmaschine schädliche Menge an Kondensat vor dem sich bei der reinen Bypass-Betriebsart in der Schließstellung befindenden Ladeluftsteuerventil ansammeln kann. Vielmehr wird das Kondensat durch das periodische Öffnen des Ladeluftsteuerventils während der reinen Bypass-Betriebsart weiterhin aus dem Ladeluftkühler entfernt und der Brennkraftmaschine in einer unschädlichen Menge zugeführt. Hierbei ist die Periodendauer sowie die Öffnungszeitdauer des Ladeluftsteuerventils während der reinen Bypass-Betriebsart bevorzugt so bemessen, dass einerseits die während der Schließstellung vor dem Ladeluftsteuerventil angesammelte Kondensatmenge für die Weiterleitung an die Brennkraftmaschine unschädlich ist und andererseits die während der Öffnungszeitdauer durch das Ladeluftsteuerventil strömende gekühlte Ladeluftmenge die durch den Bypass strömende, ungekühlte Bypass-Luft nicht wesentlich kühlt, wenn die Ladeluftmenge stromab des Ladeluftkühlers mit der durch den Bypass strömenden Bypass-Luftmenge wieder vermischt wird.
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Bevorzugt wird die Steuerung des Ladeluftsteuerventils und/oder des Bypass-Steuerventils von einer entsprechenden Steuereinheit, beispielsweise der zentralen Steuereinheit des Kraftfahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine, durchgeführt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:
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1 eine Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
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2 eine Detailansicht der Einrichtung aus 1,
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3 eine Querschnittsansicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Ladeluftsteuerventils,
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4 eine Querschnittsansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Ladeluftsteuerventils,
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5 eine Querschnittsansicht eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Ladeluftsteuerventils und
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6 eine Querschnittsansicht eines vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Ladeluftsteuerventils.
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In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt schematisch eine Einrichtung 1 zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Wie 1 zu entnehmen ist, umfasst die Turboladeranordnung eine mittels eines Turboladers 2 aufladbare Brennkraftmaschine 3, einen zwischen dem Turbolader 2 und der Brennkraftmaschine 3 in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler 4 und einen den Ladeluftkühler 4 umgehenden Bypass 5. 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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Ferner ist die Brennkraftmaschine 3 der beispielhaften Turboladeranordnung aus 1 mit einer Niederdruck-Abgasrückführung (nicht dargestellt) versehen, bei der aus einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine 3 entnommenes Abgas stromauf eines Verdichters des Turboladers 2 in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 3 geleitet wird.
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Wie in 1 zu erkennen ist, zweigt der Bypass 5 von einer Ansaugleitung 6 stromab des Turboladers 2 und stromauf des Ladeluftkühlers 4 ab („warme Seite“ des Ladeluftkühlers 4) und mündet stromab des Ladeluftkühlers 4 und stromauf der Brennkraftmaschine 3 an einer Einmündungsstelle 7 („kalte Seite“ des Ladeluftkühlers 4) wieder in die Ansaugleitung 6. Auf diese Weise kann von dem Turbolader 2 verdichtete Ladeluft den Ladeluftkühler 4 ungekühlt umgehen.
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Bei der in 1 dargestellten beispielhaften Turboladeranordnung sind sowohl ein Ladeluftsteuerventil 8 (zu erkennen in 2) als auch ein Bypass-Steuerventil 9 (ebenfalls zu erkennen in 2) an der Einmündungsstelle 7 des Bypass 5 angeordnet. Hierbei ist dem Ladeluftkühler 4 das Ladeluftsteuerventil 8 zugeordnet und dient der Steuerung der durch den Ladeluftkühler 4 strömenden gekühlten Ladeluftmenge. Dem Bypass 5 ist das Bypass-Steuerventil 9 zugeordnet. Dieses dient der Steuerung der durch den Bypass 5 strömenden ungekühlten Bypass-Luftmenge.
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2 stellt die Einmündungsstelle 7 des Bypass 5 in die Ansaugleitung 6 schematisch vergrößert dar. Zu erkennen sind das dem Ladeluftkühler 4 zugeordnete Ladeluftsteuerventil 8, das in der Ansaugleitung 6 angeordnet ist, sowie das dem Bypass 5 zugeordnete Bypass-Steuerventil 9, das in dem Bypass 5 angeordnet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Einrichtung 1 sind beide Steuerventile 8 und 9 als Klappenventile ausgebildet. Das Ladeluftsteuerventil 8 umfasst im Wesentlichen ein Verschlusselement 10, insbesondere eine Ventilklappe, sowie eine die Ventilklappe 10 in der Ansaugleitung 6 schwenkbar lagernde Klappenwelle 11. Das Bypass-Steuerventil 9 umfasst im Wesentlichen ein Verschlusselement 12, insbesondere eine Ventilklappe, und ebenfalls eine die Ventilklappe 12 im Bypass 5 schwenkbar lagernde Klappenwelle 11.
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Beide Steuerventile 8 und 9 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Einrichtung 1 jeweils mittels einer Steuereinheit (nicht dargestellt), insbesondere einer zentralen Steuereinheit des Kraftfahrzeugs, zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung steuerbar. In 2 befindet sich das Bypass-Steuerventil 9 in seiner Offenstellung, in der die Durchströmung des Bypass 5 durch das Bypass-Steuerventil 9 im Wesentlichen nicht behindert ist. In 2 befindet sich das Ladeluftsteuerventil 8 hingegen in seiner Schließstellung, in der die Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 durch das Ladeluftsteuerventil 8 erheblich abgebremst ist, wenn auch nicht vollständig unterbunden ist, wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird.
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Die beiden Steuerventile 8 und 9 sind somit wenigstens zwischen einer reinen Bypass-Betriebsart, in welcher sich das Ladeluftsteuerventil 8 in einer Schließstellung befindet und sich das Bypass-Steuerventil 9 in einer Offenstellung befindet, und einer reinen Kühlerbetriebsart, in welcher sich das Ladeluftsteuerventil 8 in einer Offenstellung befindet und sich das Bypass-Steuerventil 9 in einer Schließstellung befindet, steuerbar. In 2 ist demzufolge die reine Bypass-Betriebsart der Einrichtung 1 dargestellt.
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Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Einrichtung 1 ist, wie bereits vorstehend erwähnt wurde, die Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 mit einer vorherbestimmten Ladeluftmenge in der reinen Bypass-Betriebsart, das heißt bei sich in seiner Schließstellung befindendem Ladeluftsteuerventil 8, möglich. Eine schematische Querschnittsansicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Ladeluftsteuerventils 13, das eine Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 in der Schließstellung des Ladeluftsteuerventils 13 ermöglicht, ist in 3 dargestellt. Das in 3 beispielhaft gezeigte Ladeluftsteuerventil 13 ist ebenfalls als Klappenventil ausgebildet. Es umfasst daher wie bereits das in 2 gezeigte Steuerventil 8 die Ventilklappe 10, die mittels der Klappenwelle 11 in der Ansaugleitung 6 bzw. einem das Ladeluftsteuerventil 13 aufnehmenden Ventilgehäuse 14 schwenkbar gelagert ist. In 3 ist zu erkennen, dass in dem dargestellten Ventilgehäuse 14 bzw. der Ansaugleitung 6 ein das Ladeluftsteuerventil 13 umgehender Ladeluftdurchströmungskanal 15 vorgesehen ist, der in der reinen Bypass-Betriebsart, das heißt wenn sich das Ladeluftsteuerventil 13 in seiner in 3 dargestellten Schließstellung befindet, eine Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 bzw. der Ansaugleitung 6 mit der vorherbestimmten Ladeluftmenge ermöglicht. Die vorherbestimmte gekühlte Ladeluftmenge während des reinen Bypass-Betriebs der Turboladeranordnung ist hierbei so bemessen, dass die gekühlte Ladeluftströmung einerseits in der Lage ist, das sich im Ladeluftkühler 4 bzw. in der Ansaugleitung 6 vor dem Ladeluftsteuerventil 13 angesammelte Kondensat mitzuführen, und andererseits die durch den Bypass 5 strömende, ungekühlte Bypass-Luft nicht wesentlich erwärmt, wenn die durch den Ladeluftkühler 4 strömende gekühlte Ladeluftmenge stromab des Ladeluftkühlers 4 mit der durch den Bypass 5 strömenden ungekühlten Bypass-Luftmenge wieder vermischt wird.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Ladeluftsteuerventils 13 ist der Ladeluftdurchströmungskanal 15 bereits beim Gießen des Ventilgehäuses 14 in dessen Gehäusewand eingebracht worden. In Umfangsrichtung des Ventilgehäuses 14 erstreckt sich der Durchströmungskanal 15 (Breite des Durchströmungskanals 15) bevorzugt soweit, wie es zur Erreichung der gewünschten Ladeluftmenge in der Schließstellung des Ladeluftsteuerventils 13 erforderlich ist. In ähnlicher Weise wird die Höhe des Durchgangskanals 15 bestimmt, da die Breite und die Höhe des Durchgangskanals 15 den Strömungsquerschnitt des Durchgangskanals 15 festlegen.
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4 stellt schematisch eine Querschnittsansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Ladeluftsteuerventils 16 dar, das ebenfalls eine Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 in der Schließstellung des Ladeluftsteuerventils 16 ermöglicht. Erneut ist das in 3 beispielhaft gezeigte Ladeluftsteuerventil 16 als Klappenventil mit Klappenwelle 11 und Ventilklappe 10 ausgebildet. Das Ladeluftsteuerventil 16 ist in einem Ventilgehäuse 17 bzw. der Ansaugleitung 6 aufgenommen, in dessen Gehäusewand ein das Ladeluftsteuerventil 16 umgehender Ladeluftdurchströmungskanal 18 eingebracht ist, der in der reinen Bypass-Betriebsart, das heißt wenn sich das Ladeluftsteuerventil 16 in seiner in 4 dargestellten Schließstellung befindet, eine Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 bzw. der Ansaugleitung 6 mit der vorherbestimmten Ladeluftmenge ermöglicht. Bezüglich der vorherbestimmten gekühlten Ladeluftmenge, die das Ladeluftsteuerventil 16 während des reinen Bypass-Betriebs durchströmt, gelten die bereits vorstehend ausgeführten Erläuterungen gleichermaßen.
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Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des Ladeluftsteuerventils 16 ist der Durchströmungskanal 17 durch zwei Bohrungen in das Ventilgehäuse 17 bzw. die Ansaugleitung 6 eingebracht worden, wobei eine Bohrung von der einen Seite der Ventilklappe 12 (linke Bildhälfte) und die andere Bohrung von der anderen Seite der Ventilklappe 12 (rechte Bildhälfte) in die Gehäuse- bzw. Ansaugleitungs-Wandung 17 bzw. 6 eingebracht wurde. Der Durchmesser der Bohrungen legt den Strömungsquerschnitt des Ladeluftdurchströmungskanals 18 zur Beeinflussung der erwünschten, den Ladeluftkühler 4 bzw. die Ansaugleitung 6 in der Schließstellung des Ladeluftsteuerventils 16 durchströmenden Ladeluftmenge fest.
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5 stellt schematisch eine Querschnittsansicht eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Ladeluftsteuerventils 19 dar, das ebenfalls eine Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 in der Schließstellung des Ladeluftsteuerventils 19 ermöglicht. Auch das in 5 beispielhaft gezeigte Ladeluftsteuerventil 19 ist als Klappenventil mit Klappenwelle 11 und Ventilklappe 10 ausgebildet. Das Ladeluftsteuerventil 19 ist in einem Ventilgehäuse 20 bzw. der Ansaugleitung 6 aufgenommen, in dessen Gehäusewand ein das Ladeluftsteuerventil 19 umgehender Ladeluftdurchströmungskanal 21 eingebracht ist, der in der reinen Bypass-Betriebsart, das heißt wenn sich das Ladeluftsteuerventil 19 in seiner in 5 dargestellten Schließstellung befindet, eine Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 bzw. der Ansaugleitung 6 mit der vorherbestimmten Ladeluftmenge ermöglicht. Bezüglich der vorherbestimmten gekühlten Ladeluftmenge, die das Ladeluftsteuerventil 19 während des reinen Bypass-Betriebs durchströmt, gelten die bereits vorstehend ausgeführten Erläuterungen gleichermaßen.
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Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel des Ladeluftsteuerventils 19 ist der Durchströmungskanal 21 durch maschinelle Bearbeitung der Innenwand des Ventilgehäuses 20 bzw. der Ansaugleitung 6, insbesondere durch eine spanende maschinelle Bearbeitung, wie zum Beispiel Fräsen, in das Ventilgehäuse 20 bzw. die Ansaugleitung 6 eingebracht worden. Es ist in 5 zu erkennen, dass der Durchströmungskanal 21 muldenförmig unterhalb der Ventilklappe 12 ausgebildet ist. Die Tiefe (Ausdehnung in radialer Richtung des Ventilgehäuses 20) und Breite (Ausdehnung in Umfangsrichtung des Ventilgehäuses 20) bestimmt den Strömungsquerschnitt des Ladeluftdurchströmungskanals 21, womit die gewünschte, den Ladeluftkühler 4 bzw. die Ansaugleitung 6 in der Schließstellung des Ladeluftsteuerventils 19 durchströmende Ladeluftmenge festgelegt werden kann.
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6 stellt in der linken Bildhälfte schematisch eine Querschnittsansicht eines vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Ladeluftsteuerventils 22 dar, das ebenfalls eine Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 in der Schließstellung des Ladeluftsteuerventils 22 ermöglicht. In der rechten Bildhälfte der 6 ist das als Klappenventil ausgebildete Ladeluftsteuerventil 22 in einer Draufsicht dargestellt. Das Ladeluftsteuerventil 22 ist in einem Ventilgehäuse 23 bzw. der Ansaugleitung 6 aufgenommen. In der in 6 dargestellten vierten Ausführungsvariante des Ladeluftsteuerventils 22 ist ein das Ladeluftsteuerventil 22 umgehender Ladeluftdurchströmungskanal 24 in der Ventilklappe 10 als Bohrung ausgebildet, die in der reinen Bypass-Betriebsart, das heißt wenn sich das Ladeluftsteuerventil 22 in seiner in 6 dargestellten Schließstellung befindet, eine Durchströmung des Ladeluftkühlers 4 bzw. der Ansaugleitung 6 mit der vorherbestimmten Ladeluftmenge ermöglicht. Bezüglich der vorherbestimmten gekühlten Ladeluftmenge, die das Ladeluftsteuerventil 22 während des reinen Bypass-Betriebs durchströmt, gelten die bereits vorstehend ausgeführten Erläuterungen gleichermaßen. Der Durchmesser der Bohrungen 24 legt den Strömungsquerschnitt des Ladeluftdurchströmungskanals 24 zur Beeinflussung der gewünschten, den Ladeluftkühler 4 bzw. die Ansaugleitung 6 in der Schließstellung des Ladeluftsteuerventils 22 durchströmenden Ladeluftmenge fest.
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Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtungen sind nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Einrichtung nicht auf die Verwendung in einem Kraftfahrzeug beschränkt, sondern kann überall dort Anwendung finden, wo Kondensat aus einer Turboladeranordnung abzuführen ist, die eine mittels wenigstens eines Turboladers aufladbare Brennkraftmaschine, einen zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler und einen den Ladeluftkühler umgehenden Bypass aufweist.
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In bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung in einem Kraftfahrzeug mit einer mittels wenigstens eines Turboladers aufladbaren Brennkraftmaschine, insbesondere einem Otto- oder Dieselmotor, und einem zwischen dem Turbolader und der Brennkraftmaschine in einem Ansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler und einem den Ladeluftkühler umgehenden Bypass verwendet, wobei die Brennkraftmaschine mit einer Niederdruck-Abgasrückführung versehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einrichtung zum Abführen von Kondensat aus einer Turboladeranordnung
- 2
- Turbolader
- 3
- Brennkraftmaschine
- 4
- Ladeluftkühler
- 5
- Bypass
- 6
- Ansaugleitung
- 7
- Einmündungsstelle
- 8
- Ladeluftsteuerventil
- 9
- Bypass-Steuerventil
- 10
- Verschlusselement bzw. Ventilklappe von 8
- 11
- Klappenwelle
- 12
- Verschlusselement bzw. Ventilklappe von 9
- 13
- Ladeluftsteuerventil
- 14
- Ventilgehäuse von 13
- 15
- Durchströmungskanal von 13
- 16
- Ladeluftsteuerventil
- 17
- Ventilgehäuse von 16
- 18
- Durchströmungskanal von 16
- 19
- Ladeluftsteuerventil
- 20
- Ventilgehäuse von 19
- 21
- Durchströmungskanal von 19
- 22
- Ladeluftsteuerventil
- 23
- Ventilgehäuse von 22
- 24
- Durchströmungskanal von 22
