DE10312671A1

DE10312671A1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10312671A1
Application number: DE10312671A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Sudmanns
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2004-08-12

Abstract

Es wird eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbolader, einem dem Abgasturbolader abgeschalteten Ladeluftkühler (11) und einem Ladeluftkanal (16) zur Zuführung der Ladeluft vom Verdichter des Abgasturboladers zum Ladeluftkühler (11) beschrieben. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Ladeluftkanal (16) zumindest teilweise mittels von Kühlwasser durchflossenen Kühlkanälen (17, 18, 19) gekühlt ist. Auf diese Weise erfolgt eine Verminderung der thermischen Belastung des Wäremtauschers (25) des Ladeluftkühlers (11), so dass dieser einerseits mit einer weniger hohen Leistungsfähigkeit ausgeführt und andererseits aus einem weniger temperaturbeständigen Material gefertig sein kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbolader, einem dem Abgasturbolader nachgeschalteten Ladeluftkühler und einem Ladeluftkanal zur Zuführung der Ladeluft vom Verdichter des Abgasturboladers zum Ladeluftkühler.
Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen sind zur Verbesserung der Zylinderfüllung und damit des Wirkungsgrads häufig dem Abgasturbolader nachgeschaltete Ladeluftkühler vorgesehen. Diesen wird die vom Verdichter des Abgasturboladers verdichtete Ladeluft über einen Ladeluftkanal zugeführt.

Aus der DE 34 39 738 A1 ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine bekannt, die mit einem Abgasturbolader und Ladeluftkühler ausgerüstet ist. Der Abgasturbolader ist an einem an der Lufteintrittsseite des Ladeluftkühlers vorgesehenen Deckel angeordnet und durch ein doppelwandig ausgebildetes, kühlwasserdurchflossenes Gehäuse eingeschlossen. Dadurch sollen auch im Bereich der Turbine des Abgasturboladers niedrige Grenzwerte für die Oberflächentemperatur an der Brennkraftmaschine eingehalten werden.

Der Ladeluftkühler einer aufgeladenen Brennkraftmaschine soll eine möglichst hohe Kühlleistung aufweisen, um die Ladeluft vor dem Eintritt in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine auf eine möglichst geringe Temperatur herunterzukühlen. Wegen der hohen Eintrittstemperatur der vom Verdichter des Abgasturboladers gelieferten Ladeluft zum Kühler muss dieser typischerweise aus teurem Buntmetall hergestellt werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einem verminderten Aufwand für den Ladeluftkühler zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene aufgeladene Brennkraftmaschine gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Erfindung wird eine aufgeladene Brennkraftmaschine geschaffen, die mindestens einen Abgasturbolader, einen dem Abgasturbolader nachgeschalteten Ladeluftkühler und einen Ladeluftkanal zur Zuführung der Ladeluft vom Verdichter des Abgasturboladers zum Ladeluftkühler aufweist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Ladeluftkanal zumindest teilweise mittels von Kühlwasser durchflossenen Kühlkanälen gekühlt ist.

Durch die Erfindung wird eine Vorkühlung der Ladeluft auf dem Weg vom Verdichter des Abgasturboladers zum Ladeluftkühler erreicht, so dass die Ladeluft mit einer niedrigeren Temperatur in den Ladeluftkühler eintritt. In der Folge muss der Ladeluftkühler eine nicht so hohe Kühlleistung aufweisen. Die geringere Temperaturbelastung erlaubt es ein thermisch weniger widerstandsfähiges Material zu verwenden, beispielsweise ein Aluminiumkühler anstelle eines Buntmetallkühlers. Dies führt zu einer Kosteneinsparung.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ladeluftkanal zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt, wobei der Zwischenraum der Doppelwand in Form der kühlwasserdurchflossenen Kühlkanäle ausgebildet ist.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Ladeluftkanal zumindest teilweise durch eine doppelwandig ausgeführte, kühlwasserdurchflossene Konsole gebildet, durch welche das Verdichtergehäuse des Abgasturboladers an den Ladeluftkühler angeflanscht ist.

Die Erfindung sieht ebenfalls vor, dass der die verdichtete Ladeluft führende Teil des Verdichtergehäuses, der einen Teil des Ladeluftkanals bildet, eine kühlwasserdurchflossene doppelte Wandung aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ladeluftkühler einen zumindest teilweise mit einer kühlwasserdurchflossenen doppelten Wandung versehenen, einen Teil des Ladeluftkanals bildenden Anschlusskasten aufweist. Dieser Anschlusskasten kann vorzugsweise integraler Bestandteil des Gehäuses des Ladeluftkühlers sein.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist es vorgesehen, dass die doppelwandig ausgebildeten, kühlwasserdurchflossenen Bereiche der Konsole, des Verdichtergehäuses und des Anschlusskastens zusammen einen im wesentlichen durchgehenden Kühlmantel des Ladeluftkanals bilden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen zumindest einen Teil der luftseitigen Wandung mit Kühlrippen zu versehen. Die wärmeübertragende Fläche und damit den Wärmeübergang werden optimiert.

Vorteilhafterweise ist der Ladeluftkanal zur Kühlung der Ladeluft um mindestens 20 K, vorzugsweise mindestens 25 K vorgesehen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Zeichnung dargestellt.
Die Figur zeigt in einer Schnittansicht einen Teilbereich einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei ein Teil eines Abgasturboladers und eines diesem nachgeschalteten Ladeluftkühlers dargestellt ist.
In der Figur ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 11 bezeichneter Ladeluftkühler einer aufgeladenen Brennkraftmaschine gezeigt. Bezugszeichen 15 zeigt einen Teil eines Verdichtergehäuses des Abgasturboladers. Dieser ist über ein Trägergehäuse 20 an die Brennkraftmaschine angeflanscht und in der Figur nicht vollständig dargestellt. Die Ladeluft L wird vom Abgasturbolader über einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 16 bezeichneten Ladeluftkanal dem Ladeluftkühler 11 zugeführt.
Der Ladeluftkühler 11 umfasst ein Gehäuse 14, in welchem ein von Kühlwasser durchflossener Wärmetauscher 25 angeordnet ist. Das Kühlwasser wird dem Wärmetauscher 25 an einem Kühlwassereintritt 26 zugeführt und mit erhöhter Temperatur unter Fortnahme der der Ladeluft bei deren Kühlung entzogenen Wärme an einem Kühlwasseraustritt 27 abgeführt. An der stromabwärtigen Seite des Wärmetauschers 25, welcher in der Darstellung der Figur von links nach rechts durchströmt wird, befinden sich Ansaugluftkanäle 28. Über diese wird die gekühlte Ladeluft der Brennkraftmaschine zugeführt.
Der Ladeluftkanal 16 umfasst, in Strömungsrichtung gesehen, folgende Bauteile: einen Teil des Verdichtergehäuses 15 des Abgasturboladers, eine Konsole 13 und einen Anschlusskasten 12. Das Verdichtergehäuse 15 des Abgasturboladers ist an den Ladeluftkühler 11 angeflanscht. Der Anschlusskasten 12 ist ein integraler Bestandteil des Gehäuses 14 des Ladeluftkühlers 11. Das Verdichtergehäuse 15 ist gegen die Konsole 13 an einer Dichtfläche 21 abdichtend angefügt. Die Konsole 13 ihrerseits ist an den Anschlusskasten 12 des Ladeluftkühlers 11 an einer Dichtfläche 22 angefügt.
Das Verdichtergehäuse 15 des Abgasturboladers, die Konsole 13 und der Anschlusskasten 12 verfügen jeweils über doppelwandig ausgebildete, von Kühlwasser durchflossene Wandbereiche. Zusammen bilden diese einen im wesentlichen durchgehenden Kühlmantel des Ladeluftkanals 16, um diesen und damit die in diesem vom Verdichter des Abgasturboladers zum Ladeluftkühler 11 strömende Ladeluft zu kühlen. Die Zwischenräume der doppelwandig ausgebildeten Wandbereiche des Verdichtergehäuses 15, der Konsole 13 und des Anschlusskasten 12 bilden von Kühlwasser durchflossene Kühlkanäle 17, 18, 19. So ist der die verdichtete Ladeluft führende Teil des Verdichtergehäuses 15, der einen Teil des Ladeluftkanals 16 bildet, mit einer von Kühlwasser durchflossenen doppelten Wandung ausgebildet; die ebenfalls einen Teil des Ladeluftkanals 16 bildende Konsole 13 ist mit einer Doppelwand ausgebildet, die von Kühlwasser durchflossen ist; und auch der Anschlusskasten 12 des Ladeluftkühlers 11 ist zumindest teilweise mit einer doppelten Wandung versehen, deren Zwischenraum von Kühlwasser durchflossen ist.
Zwischen dem Kühlkanal 17 des Verdichtergehäuses 15 und dem Kühlkanal 18 der Konsole 13 befindet sich ein Kühlwasserdurchgang 23 und zwischen dem Kühlkanal 18 der Konsole 13 und dem Kühlkanal 19 des Anschlusskastens 12 befindet sich ein Kühlwasserdurchgang 24, so dass ein Strömen des Kühlwassers durch die Kühlkanäle 17, 18, 19 möglich ist.
Durch die Kühlung des Ladeluftkanals 16 ist eine Vorkühlung der Ladeluft auf dem Weg vom Verdichter des Abgasturboladers zum Wärmetauscher 25 des Ladeluftkühlers 11 von typischerweise einer Temperatur von 275°C, mit welcher die Ladeluft den Verdichter des Abgasturboladers verlässt, auf typischerweise 250°C am Eingang des Wärmetauschers 25, also um typischerweise 25 K möglich. Die Kühlung der Ladeluft im Ladeluftkanal 16 sollte typischerweise mindestens 20 K, vorzugsweise mindestens 25 K betragen. Auf diese Weise erfolgt eine Verminderung der thermischen Belastung des Wärmetauschers 25 des Ladeluftkühlers 11, so dass dieser einerseits mit einer weniger hohen Leistungsfähigkeit ausgeführt und andererseits aus einem weniger temperaturbeständigen Material gefertigt sein kann. So kann beispielsweise für den Wärmetauscher 25 ein Aluminiumkühler anstelle eines merklich kostspieligeren Buntmetallkühlers verwendet werden.
Weitere Vorteile der Erfindung sind:

– Berstschutz im Falle des Versagens des Verdichterrads bei hohen Drehzahlen durch doppelte Wandungen;
– Geräuschdämmung der durch den Verdichter verursachte Schallgeräusche durch den Wasserraum;
– Berühr- und Explosionsschutz.

11: Ladeluftkühler
12: Anschlusskasten
13: Konsole
14: Gehäuse
15: Verdichtergehäuse
16: Ladeluftkanal
17: Kühlkanal
18: Kühlkanal
19: Kühlkanal
20: Trägergehäuse
21: Dichtfläche
22: Dichtfläche
23: Kühlwasserdurchgang
24: Kühlwasserdurchgang
25: Wärmetauscher
26: Kühlwassereintritt
27: Kühlwasseraustritt
28: Ansaugluftkanäle
L: Ladeluft

Claims

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit mindestens einem Abgasturbolader, einem dem Abgasturbolader nachgeschalteten Ladeluftkühler (11) und einem Ladeluftkanal (16) zur Zuführung der Ladeluft vom Verdichter des Abgasturboladers zum Ladeluftkühler (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkanal (16) zumindest teilweise mittels von Kühlwasser durchflossenen Kühlkanälen (17, 18, 19) gekühlt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkanal (16) zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt ist, wobei der Zwischenraum der Doppelwand in Form der Kühlwasser durchflossenen Kühlkanäle (17, 18, 19) ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkanal (16) teilweise durch eine doppelwandig ausgeführte, kühlwasserdurchflossene Konsole (13) gebildet ist, durch welche das Verdichtergehäuse (15) des Abgasturboladers an den Ladeluftkühler (11) angeflanscht ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der die verdichtete Ladeluft führende Teil des Verdichtergehäuses (15), der einen Teil des Ladeluftkanals (16) bildet, eine kühlwasserdurchflossene doppelte Wandung aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkühler (11) einen zumindest teilweise mit einer kühlwasserdurchflossenen doppelten Wandung versehenen, einen Teil des Ladeluftkanals (16) bildenden Anschlusskasten (12) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelwandig ausgebildeten, kühlwasserdurchflossenen Bereiche der Konsole (13), des Verdichtergehäuses (15) und des Anschlusskastens (12) zusammen einen im wesentlichen durchgehenden Kühlmantel des Ladeluftkanals (16) bilden.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskasten (12) integraler Bestandteil eines Gehäuses (14) des Ladeluftkühlers (11) ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkanal (16) zur Kühlung der Ladeluft um mindestens 20 K, vorzugsweise mindestens 25 K vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkanal (16) zumindest teilweise mit Kühlrippen ausgestattet ist.