-
Die Erfindung betrifft eine Kondensatabfuhr für einen Ladeluftkühler in einem Ansaugtrakt eines Kraftfahrzeugs, mit deren Hilfe im Ladeluftkühler anfallendes Kondensat abgeführt werden kann.
-
Aus
DE 10 2013 005 847 A1 ist eine Kondensatabfuhr für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der ein Doppelventil mit Hilfe einer Ventilfeder bei einem geringen Druck im Ladeluftkühler den schwerkraftbedingten Ablauf von Kondensat aus dem Ladeluftkühler an einem ersten Ventil vorbei in einen von einem mit dem ersten Ventil über eine Ventilstange gekoppelten zweiten Ventil verschlossenen Sammelraum zulässt und bei einem hohen Druck im Ladeluftkühler das erste Ventil den Zugang zum Sammelraum schließt, während das zweite Ventil einen schwerkraftbedingten Ablauf des Kondensats aus dem Sammelraum an dem zweiten Ventil vorbei zulässt.
-
Aus
DE 10 2005 050 133 A1 ist eine Kondensatabfuhr für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs bekannt mit einem über eine Zulauföffnung mit dem Ladeluftkühler verbindbaren Sammelraum, wobei stromabwärts zum Sammelraum eine Fördervorrichtung zum Abführen des in dem Sammelraum gesammelten Kondensats vorgesehen ist.
-
Aus WO 2011/ 027 059 A1 ist es bekannt ein Reduktionsmittel für einen Abgaskatalysator mit Hilfe einer Kolbenpumpe einzublasen, bei dem ein in radialer Richtung angesaugtes Reduktionsmittel von einem mit einem Steuerkolben verbundenen Pumpkolben zu einer in einer stirnseitigen Axialseite vorgesehenen Auslassöffnung gepumpt wird, indem der Steuerkolben zur Verlagerung des Pumpkolbens mit einem Druck beaufschlagt wird.
-
Es besteht ein ständiges Bedürfnis Kondensat eines Ladeluftkühlers effizient entfernen zu können.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine effiziente Entfernung von Kondensat eines Ladeluftkühlers ermöglichen.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Kondensatabfuhr mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
-
Erfindungsgemäß ist eine Kondensatabfuhr für einen Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einem über eine Zulauföffnung mit dem Ladeluftkühler verbindbaren Sammelraum, einem in dem Sammelraum geführten Pumpenkolben zum Fördern von in dem Sammelraum befindlichen Kondensat zu einer in Förderrichtung des Pumpenkolbens zur Zulauföffnung versetzten Ablauföffnung und einem mit dem Pumpenkolben verbundenen und mit einem Ladedruck des Ladeluftkühlers beaufschlagbaren Steuerkolben zum Verlagern des Pumpenkolbens zwischen einer Ruheposition, in welcher ein von dem Pumpenkolben begrenztes Pumpvolumen innerhalb des Sammelraums maximal ist, und einer Pumpposition, in welcher das von dem Pumpenkolben begrenzte Pumpvolumen innerhalb des Sammelraums minimal ist.
-
Der Pumpenkolben kann zusammen mit dem Sammelraum eine Kolbenpumpe ausbilden, die durch einen Druckunterschied an den Axialseiten des Steuerkolbens betätigt werden kann. Hierzu kann der an dem Steuerkolben anliegende Ladedruck der Ladeluft im Ladeluftkühler genutzt werden. Bei einem niedrigen Ladedruck der Ladeluft kann sich der Pumpenkolben in der Ruheposition befinden. In dem Ladeluftkühler befindliches Kondensat kann sich schwerkraftbedingt in dem Ladeluftkühler sammeln und über die Zulauföffnung in den Sammelraum gelangen. Von dem Sammelraum aus kann das Kondensat schwerkraftbedingt bis zur Ablauföffnung laufen und den Sammelraum verlassen. Wenn sich der Ladedruck der Ladeluft erhöht liegt an dem Steuerkolben ein höherer Druck an, der genutzt werden kann den Pumpenkolben entlang der Förderrichtung in die Pumpposition zu verlagern. Der Pumpenkolben kann hierbei das durch den Pumpenkolben begrenzte Pumpvolumen reduzieren und verbliebenes Kondensat in die Ablauföffnung verdrängen. Insbesondere kann der Pumpenkolben auch in dem Pumpvolumen befindliche Luft komprimieren und dadurch eine Druckerhöhung bewirken. Der durch die Pumpwirkung erhöhte Druck im Sammelraum führt zu einem entsprechend erhöhten Förderdruck in einem über die Ablauföffnung angeschlossenen Ablaufkanal.
-
Das Kondensat wird dadurch nicht ausschließlich schwerkraftbedingt abgeführt sondern kann mit Hilfe des in dem Pumpvolumen aufgebauten erhöhten Druck weggedrückt werden. Vorzugsweise kann der in dem Sammelraum geführte Pumpenkolben hierbei in der Art einer Luftpumpe Luft aus dem Ladeluftkühler in die Ablauföffnung pumpen und das Kondensat durch den Ablaufkanal drücken. Strömungswiderstände für das Kondensat können dadurch leicht überwunden werden. Gegebenenfalls ist es sogar möglich das Kondensat eine gewisse Höhe entgegen der Schwerkraftrichtung zu fördern, wodurch sich konstruktive Freiheiten für die Leitungsführung bei der Abfuhr des Kondensats ergeben. Beispielsweise ist es möglich, dass auch bei starken Beschleunigungskräften und/oder Trägheitskräften, insbesondere Fliehkräfte bei einer Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit, Kondensat abgeführt werden kann.
-
Zudem kann das Kondensat unterstützt durch den zusätzlichen Förderdruck besonders schnell besonders weit weg von dem Ladeluftkühler gefördert werden, so dass Beeinträchtigungen durch verbliebenes Kondensat vermieden werden können. Beispielsweise kann das Risiko gesenkt werden, dass in der Nähe beweglicher Bauteile verbliebenes Kondensat gefriert und die Funktionalität dieser Bauteile beeinträchtigt und/oder Kondensat wieder ansaugt wird und in die Brennkraftmaschine gelangt. Da im Ansaugtrakt eines Kraftfahrzeugs mit Turbolader in der Regel ein häufiger Wechsel zwischen hohen und niedrigen Ladedruck erfolgt, ist von entsprechend vielen Pumpbewegungen des Pumpenkolbens auszugehen, was zu einer besonders schnellen und effizienten Abfuhr des Kondensats führt. Durch die mit Hilfe der Verlagerung des Pumpenkolbens bei einer Änderung des Ladedrucks der Ladeluft erreichte Pumpwirkung kann ein zusätzlicher Förderdruck für das Kondensat aufgebaut werden, so dass eine effiziente Entfernung von Kondensat eines Ladeluftkühlers ermöglicht ist.
-
Insbesondere ist vorgesehen, dass in der Ruheposition des Pumpenkolbens die Zulauföffnung und die Ablauföffnung miteinander kommunizieren. Dies ermöglicht eine schwerkraftbedingte Förderung des in dem Ladeluftkühler anfallenden Kondensats von der Zulauföffnung über das maximale Pumpvolumen des Sammelraums bis zur Ablauföffnung. Dadurch kann insbesondere auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine und stillstehendem Kraftfahrzeug Kondensat abgeführt werden, bevor die Komponenten des Ansaugtrakts soweit ausgekühlt sind, dass ein Gefrieren des Kondensats zu befürchten ist.
-
Vorzugsweise ist in der Pumpposition des Pumpenkolbens die Zulauföffnung von dem Pumpenkolben verschlossen. Eine radiale Mantelfläche des Pumpenkolbens kann bei einer axialen Verlagerung aus der Ruheposition heraus die Zulauföffnung überdecken und dadurch verschließen. Vorzugsweise weist die radiale Mantelfläche eine hinreichend große axiale Erstreckung auf, dass die Zulauföffnung auch in der Pumpposition verschlossen ist. Vorzugsweise weist der Pumpenkolben einen von dem Pumpvolumen weg weisenden Hohlraum auf, dessen axiale Länge zum Verschließen der Zulauföffnung in der Pumpposition ausreicht. In dem Hohlraum kann eine, insbesondere als Zugfeder ausgestaltete, Rückstellfeder eingesetzt sein, mit deren Hilfe der Pumpenkolben automatisch in die Ruhelage zurückbewegt werden kann, wenn ein niedriger Ladedruck in dem Ladeluftkühler anliegt.
-
Besonders bevorzugt ist der Steuerkolben über eine durch eine Stirnwand des Sammelraums geführte Kolbenstange mit dem Pumpenkolben verbunden, wobei in Förderrichtung des Pumpenkolbens zwischen der Stirnwand des Sammelraums und dem Steuerkolben eine Verbindungsöffnung zur Kommunikation mit dem Ladeluftkühler vorgesehen ist. Der Steuerkolben kann dadurch über eine einfache konstruktive Maßnahme mit dem Pumpenkolben bewegungsgekoppelt sein, so dass eine Verlagerung des Steuerkolbens eine gleichartige Verlagerung des Pumpenkolbens bewirkt. Hierbei kann die Stirnwand des Sammelraums einerseits an der einen Axialseite das Pumpvolumen begrenzen und andererseits an der entgegengesetzten Axialseite eine Druckkammer für den Steuerkolben begrenzen. Die Druckkammer kann über die Verbindungsöffnung mit dem Ladeluftkühler kommunizieren, so dass der Ladedruck des Ladeluftkühlers in der Druckkammer anliegen kann.
-
Insbesondere ist der Steuerkolben an der von dem Sammelraum weg weisenden Seite mit einem Niederdruck, insbesondere Umgebungsdruck, beaufschlagbar. Der Niederdruck stellt für den Ladedruck in der Druckkammer einen Gegendruck dar. Ein den Steuerkolben aufnehmender Zylinder kann an der Niederdruck-Seite geöffnet ausgeführt sein, so dass als Niederdruck der Umgebungsdruck anliegt. Es ist aber prinzipiell möglich einen anderen Druck als Niederdruck anzulegen, wodurch sich eine weitere Steuerungsmöglichkeit ergibt.
-
Vorzugsweise ist der Steuerkolben in einem Zylinder dichtend geführt. Die in die Druckkammer eingedrungene Ladeluft kann dadurch eingeschlossen sein, so dass eine Leckage und/oder ein unnötiger Verlust der inneren Energie der Ladeluft in der Druckkammer vermieden werden kann.
-
Besonders bevorzugt ist ein an dem Pumpenkolben oder an dem Steuerkolben anschlagbarer Ruheanschlag zur Begrenzung des Förderwegs des Pumpenkolbens in der Ruheposition und/oder ein an dem Pumpenkolben oder an dem Steuerkolben anschlagbarer Pumpanschlag zur Begrenzung des Förderwegs des Pumpenkolbens in der Pumpposition vorgesehen. Durch den Ruheanschlag kann die Ruheposition und/oder durch den Pumpanschlag die Pumpposition definiert vorgegeben werden. Durch die Koppelung des Steuerkolbens mit dem Pumpenkolben ist es ausreichend, wenn der Ruheanschlag entweder an dem Steuerkolben oder an dem Pumpenkolben und/oder der Pumpanschlag entweder an dem Steuerkolben oder an dem Pumpenkolben anschlagen kann. Dies eröffnet konstruktive Freiheiten, die zu einem einfachen und kostengünstigen Aufbau der Kondensatabfuhr führen können.
-
Insbesondere ist eine Rückstellfeder zur automatischen Positionierung des Pumpenkolbens in der Ruheposition vorgesehen, wobei insbesondere die Rückstellfeder außerhalb des Sammelraums angeordnet ist. Der an dem Steuerkolben anliegende Ladedruck der Ladeluft kann eine ausreichende Energie bereitstellen, um den Pumpenkolben gegen die Federkraft der Rückstellfeder von der Ruheposition in die Pumpposition zu bewegen. Die von der, insbesondere in der Ruheposition bereits vorgespannten, Rückstellfeder gespeicherte Energie kann genutzt werden, um den Pumpenkolben zurück in die Ruheposition zu bewegen, wenn der Ladedruck der Ladeluft nachlässt.
-
Vorzugsweise ist die Ablauföffnung mit einem Ablaufkanal verbunden, wobei der Ablaufkanal zumindest in einem Teilbereich zumindest mit einem Anteil entgegen der Schwerkraftrichtung verläuft. Durch den mit Hilfe des Pumpenkolbens aufbaubaren zusätzlichen Förderdruck ist eine rein schwerkraftbedingte Abfuhr des Kondensats nicht erforderlich, so dass das Kondensat bei seiner Abfuhr auch Steigungen entgegen der Schwerkraftrichtung überwinden kann.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Ladeluftkühlsystem zum Kühlen von mit Hilfe eines Turboladers aufgeladener Ladeluft für eine Brennkraftmaschine, mit einem Ladeluftkühler, wobei der Ladeluftkühler einen den Turbolader mit der Brennkraftmaschine verbindenden Ladeluftkanal und einen Wärmetauscher zum Kühlen der Ladeluft aufweist, und einer mit dem Ladeluftkanal kommunizierbaren Kondensatabfuhr, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur Abfuhr von Kondensat der Ladeluft. Durch die mit Hilfe der Verlagerung des Pumpenkolbens bei einer Änderung des Ladedrucks der Ladeluft erreichte Pumpwirkung kann ein zusätzlicher Förderdruck für das Kondensat aufgebaut werden, so dass eine effiziente Entfernung von Kondensat eines Ladeluftkühlers ermöglicht ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
- 1: eine schematische Schnittansicht einer Kondensatabfuhr.
-
Die in 1 dargestellte Kondensatabfuhr 10 weist einen Ladeluftkanal 12 eines Ladeluftkühlers auf, mit dessen Hilfe eine Verdichterseite eines Turboladers mit einer Ansaugseite einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. Der Ladeluftkühler weist einen nicht dargestellten Wärmetauscher zum Kühlen der Ladeluft in dem Ladeluftkanal 12 auf. Bei der Kühlung auftretendes Kondensat kann sich an einer in Schwerkraftrichtung tiefsten Stelle des Ladeluftkanals 12 sammeln und über eine Zulauföffnung 14 in einen Sammelraum 16 gelangen. In dem Sammelraum 16 ist ein Pumpenkolben 18 geführt, wobei zwischen dem Sammelraum 16 und dem Pumpenkolben 18 ein Pumpvolumen 20 begrenzt ist. In der dargestellten Ruheposition des Pumpenkolbens 18 ist die Zulauföffnung 14 geöffnet, so dass das Kondensat in das Pumpvolumen 20 des Sammelraums 16 gelangen kann. Von dem Sammelraum 16 aus kann das Kondensat über eine in axialer Richtung des Sammelraums 16, die der Förderrichtung des Pumpenkolbens 18 entspricht, zu der Zulauföffnung 14 versetzte Ablauföffnung 22 abgeführt werden.
-
Der Pumpenkolben 18 ist über eine durch eine das Pumpvolumen 20 begrenzende Stirnwand 24 des Sammelraums 16 hindurchgeführte Kolbenstange 26 mit einem Steuerkolben 28 verbunden. Der Steuerkolben 28 ist dichtend in einem Zylinder 30 geführt und begrenzt zwischen der Stirnwand 24 des Sammelraums 16 und dem in dem Zylinder 30 geführten Steuerkolben 28 eine Druckkammer 32, die über eine Verbindungsöffnung 34 mit dem Ladeluftkanal 12 kommuniziert. In der Druckkammer 32 kann dadurch der Ladedruck der Ladeluft in dem Ladeluftkühler anliegen. An der von der Druckkammer 32 weg weisenden Seite des Steuerkolbens 28 kann ein Niederdruck, insbesondere Umgebungsdruck, anliegen. Bei einem hohen Ladedruck der Ladeluft kann der Steuerkolben 28 bis zu einem von dem Zylinder 30 ausgebildeten Pumpanschlag 36 verlagert werden. Der Pumpenkolben 18 wird hierbei mitgenommen. Wenn der Steuerkolben 28 an dem Pumpanschlag 36 anschlägt, hat der Pumpenkolben 18 seine Pumpposition erreicht, in der das Pumpvolumen minimal ist. Hierbei kann eine Rückstellfeder 38 verspannt werden, die bei einem niedrigen Ladedruck der Ladeluft den Pumpenkolben 18 zurück in die in 1 dargestellte Ruheposition bewegen kann. In der Ruheposition kann der Pumpenkolben 18 an einem von dem Sammelraum 16 ausgebildeten Ruheanschlag 40 anschlagen. In der Ruheposition des Pumpenanschlags 36 ist das Pumpvolumen 20 maximal. Die von dem Pumpvolumen 20 weg weisende Seite des Sammelraums 16 kann mit dem Ladeluftkanal 12 kommunizieren, so dass ein die Pumpbewegung des Pumpenkolbens 18 beeinträchtigender Unterdruck und/oder Überdruck an der vom Pumpvolumen 20 wegweisenden Seite des Pumpenkolbens 18 vermieden werden kann.
-
Wenn der Pumpenkolben 18 aus der Ruheposition heraus verlagert wird, kann der Pumpenkolben 18 mit seiner radialen Mantelfläche 42 die Zulauföffnung 14 verschließen. Die dann in dem Pumpvolumen 20 eingeschlossene Luft kann dadurch verdichtet werden, so dass sich ein sich erhöhender Förderdruck ergibt, der die Abfuhr des Kondensats über die Ablauföffnung 22 unterstützt. Eine separate Antriebsquelle ist hierfür nicht erforderlich. Zudem kann keine Ladeluft über die Ablauföffnung 22 entweichen. Durch die unmittelbare Nähe der Komponenten der Kondensatabfuhr 10 an dem Ladeluftkühler kann gegebenenfalls eingefrorenes Kondensat schnell aufgetaut werden, so dass die Funktionalität der Kondensatabfuhr 10 schnell wiederhergestellt ist.
