DE1223196B - Liquid cooling system for supercharged internal combustion engines - Google Patents

Liquid cooling system for supercharged internal combustion engines

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Description

Flüssigkeitskühlanlage für aufgeladene Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskühlanlage für aufgeladene Brennkraftmaschinen mit einem für die Brennkraftmaschine und einen Ladeluftkühler gemeinsamen Kühlflüssigkeitskreislauf, in dem die Wasserräume der Brennkraftmaschine und des Ladeluftkühlers parallel geschaltet sind und der eine Förderpumpe sowie einen Haupt- und einen Nebenkühler zum Rückkühlen der Kühlflüssigkeit enthält.Liquid cooling system for supercharged internal combustion engines The invention relates to a liquid cooling system for supercharged internal combustion engines with a common coolant circuit for the internal combustion engine and a charge air cooler, in which the water chambers of the internal combustion engine and the intercooler are connected in parallel are and a feed pump as well as a main and a secondary cooler for recooling the coolant contains.

Es ist bekannt, die bei der Verdichtung im Lader erwärmte Verbrennungsluft in einem wasserbeaufsdhlagten Ladeluftkühler zu kühlen. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß neben dem Kühlkreislauf zur Maschinenkühlung ein zweiter Kühlkreislauf, bestehend aus Pumpe, Ladeluftkühler und Kühler, zur Ladeluftkühlung verwendet wird. Bei derartigen Anlagen besteht bei niedrigen Außentemperaturen die Gefahr des Einfrierens des Ladeluftkühlers. Insbesondere bei solchen Brennkraftmaschinen (z. B. Gasmotoren), bei denen das Brennstoff-Luft-Gemisch nur in sehr engen Grenzen zündfähig ist, ist zur Erzielung eines konstanten Mischungsverhältnisses von Brennstoff und Luft konstante Verbrennungsluftdichte und damit konstante Verbrennungslufttemperatur erforderlich. Der Ladeluftkühler muß deshalb je nach Betriebs- und Außenbedingungen die Verbrennungsluft kühlen oder beheizen. Dies kann jedoch mit der vorgenannten Anlage nicht erreicht werden.It is known that the combustion air heated during compression in the charger to cool in a water-charged intercooler. This is preferably done in that, in addition to the cooling circuit for machine cooling, a second cooling circuit, consisting of a pump, intercooler and radiator, used for intercooling. With such systems there is a risk of freezing at low outside temperatures of the intercooler. In particular with such internal combustion engines (e.g. gas engines), in which the fuel-air mixture is ignitable only within very narrow limits to achieve a constant mixture ratio of fuel and air constant Combustion air density and thus constant combustion air temperature required. The intercooler must therefore supply the combustion air, depending on the operating and external conditions cool or heat. However, this cannot be achieved with the aforementioned system will.

Es wurde deshalb eine Flüssigkeitskühlanlage vorgeschlagen, bei der neben dem Motorkühlwasserkreislauf ein eigener Ladeluftkühlwasserkreislauf mit eigener Pumpe und eigenem Kühler vorgesehen ist. Die beiden Kühlkreisläufe sind mit einem Kühlwasserregler so verbunden, daß bei Unterschreiten einer eingestellten Temperatur am Kühlwasserzulauf zum Ladeluftkühler nach Maßgabe des Reglers Motorkühlwasser in den Ladeluftkühlkreislauf übertritt. Auf diese Weise wird einerseits ein Einfrieren des Ladeluftkühlers verhindert und andererseits durch Mischung der Kühlwasserströme nach Maßgabe des Reglers konstante Kühlwassertemperatur vor dem Ladeluftkühler erreicht. Von Nachteil ist, daß zwei vollständige Kühlkreisläufe erforderlich sind, was sowohl teuer ist als auch eine zusätzliche Fehlerquelle am Motor bedeutet. Außerdem ist nur eine Wärmeabgabe vom Motor an den Ladeluftkühler möglich, nicht jedoch umgekehrt. Dies ist insofern nachteilig, als beim Anlassen des Motors z. B. bei hohen Außentemperaturen bereits Wärme über den Ladeluftkühlwasserkühler abgeführt wird, während das Motorkühlwasser noch eine niedrigere Temperatur haben kann als das Ladeluftkühlwasser. Erwünscht wäre in einem solchen Fall, die im Ladeluftkühlkreislauf überschüssige. Wärme dem Motorkühlkreislauf zuzuführen, um eine schnellere Aufheizung zu erreichen.It has therefore been proposed a liquid cooling system in which In addition to the engine cooling water circuit, it has its own charge air cooling water circuit with its own Pump and its own cooler is provided. The two cooling circuits are with one Cooling water controller connected in such a way that when the temperature falls below a set temperature at the cooling water inlet to the intercooler in accordance with the engine cooling water regulator passes into the charge air cooling circuit. This way, the one hand there is a freeze the intercooler is prevented and, on the other hand, by mixing the cooling water flows A constant cooling water temperature upstream of the intercooler is achieved in accordance with the regulator. The disadvantage is that two complete cooling circuits are required, which both is expensive and also means an additional source of faults in the engine. Also is only heat dissipation from the engine to the intercooler is possible, but not the other way around. This is disadvantageous in that when starting the engine z. B. at high outside temperatures heat is already dissipated via the intercooler cooler, while the engine cooling water can still have a lower temperature than the charge air cooling water. He wishes In such a case, the excess in the charge air cooling circuit would be. Warmth that Supply engine cooling circuit in order to achieve faster heating.

Diese Nachteile vermeidet eine Anordnung, bei der der Ladeluftkühler in den Motorkühlkreislauf eingeschaltet ist. Nachteilig ist jedoch, daß die Verbrennungslufttemperatur nicht unter die MQtorkühlwassertemperatur gekühlt werden kann, was zum Erreichen hoher Verbrennungsluftdichte und damit hoher Aufladung erforderlich wäre.These disadvantages are avoided by an arrangement in which the charge air cooler is switched on in the engine cooling circuit. However, it is disadvantageous that the combustion air temperature can not be cooled below the MQtorkühlwassertemperatur what to achieve high combustion air density and thus high charge would be required.

Ziel der Erfindung ist demnach eine Flüssigkeitskühlanlage, die die vorgenannten Nachteile vermeidet und nur aus einem Kühlkreislauf besteht, ein Einfrieren des Ladeluftkühlers verhindert, eine konstante, möglichst niedrige Verbrennungslufttemperatur ergibt, zur schnelleren Aufheizung einen Wärmeaustausch zwischen Motor und Ladeluftkühler ermöglicht und sowohl für ortsgebundene als auch für ortsveränderliche Anlagen verwendbar ist.The aim of the invention is therefore a liquid cooling system that the avoids the aforementioned disadvantages and only consists of a cooling circuit, freezing the intercooler prevents a constant, as low as possible combustion air temperature results in a heat exchange between engine and intercooler for faster heating and can be used for both stationary and portable systems is.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in bekannter Weise eine den Hauptkühler umgehende, mit einem Regelventil versehene Kurzschlußleitung vorgesehen ist, und daß der Nebenkühler in der vom Hauptkühler zum Ladeluftkühler führenden Kühlflüssigkeitsleitung liegt und durch eine von einem zweiten Regelventil gesteuerte Nebenkurzschlußleitung umgangen werden kann.This object is achieved in that in a known manner the Main cooler bypassing, provided with a control valve short-circuit line provided is, and that the secondary cooler in the leading from the main cooler to the intercooler Coolant line is and is controlled by a second control valve Secondary short-circuit line can be bypassed.

Um die im Nebenkühler abgeführte Wärmemenge möglichst gering zu halten und so ein Auskühlen des Motors zu vermeiden, soll die über den Ladeluftkühler geführte Teilmenge nur 1/s bis 1/2o der Gesamtkühlwassermenge betragen. Hierdurch wird erreicht, daß zur Motor- und Ladeluftkühlung nur ein Kreislauf mit nur einer Kühlwasserpumpe benötigt wird, und daß dieKühlwassertemperaturamLadeluftkühlereintritt niedriger ist als am Motoreintritt, was wiederum eine niedrigere Ladelufttemperatur ermöglicht als bei Einschaltung des Ladeluftkühlers in den Motorkühlkreislauf. Erfindungsgemäß ist in die Nebenkreisvorlaufleitung 11 ein Kühlwasserregler 12 eingeschaltet, der so regelt, daß vor Erreichen der Öffnungstemperatur die Nebenkreiswassermenge unter Umgehung des Nebenkühlers über denLadeluftkühlerfließt.Nach Erreichen der Öffnungstemperatur steuert der Regler so, daß vor dem Ladeluftkühler konstante Wassertemperatur herrscht. Die Öffnungstemperatur des Reglers 12 liegt niedriger als die des Hauptkreislaufreglers 10. Damit die Nebenkreisteihnenge konstant bleibt, muß bei geschlossenem und geöffnetem Regler der Gesamtwiderstand im Nebenkreislauf gleich sein. Zu diesem Zweck ist in die Nebenkurzschlußleitung, die den Nebenkühler umgeht, ein geeignetes Drosselorgan (z. B. eine Blende) eingebaut. Hierdurch wird erreicht, daß über den Nebenkühler keine Wärme abgeführt wird, bevor nicht die Betriebstemperaturdes Ladeluftkühlwassers erreicht ist. Außerdem ergibt sich auf Grund der thermostatisch geregelten konstanten Ladeluftkühlwassertemperatur eine annähernd konstante Verbrennungslufttemperatur.In order to keep the amount of heat dissipated in the secondary cooler as low as possible and to prevent the engine from cooling down, the aim is to use the intercooler Partial amount of only 1 / s to 1 / 2o of the total amount of cooling water. This achieves that only one circuit with only one cooling water pump for engine and charge air cooling is required and that the cooling water temperature at the charge air cooler inlet is lower than at the engine inlet, which in turn enables a lower charge air temperature than when the intercooler is switched on in the engine cooling circuit. According to the invention a cooling water regulator 12 is switched on in the secondary circuit flow line 11, the regulates so that before reaching the opening temperature, the secondary circuit water volume falls below Bypassing the secondary cooler via the charge air cooler.After reaching the opening temperature controls the controller so that there is a constant water temperature in front of the intercooler. The opening temperature of the regulator 12 is lower than that of the main circuit regulator 10. In order for the branch tightness of the secondary circuit to remain constant, the Regulator of the total resistance in the secondary circuit must be the same. For this purpose, in the secondary short-circuit line that bypasses the secondary cooler, a suitable throttle device (e.g. a panel) installed. This ensures that the secondary cooler no heat is dissipated before the operating temperature of the charge air cooler is reached. In addition, due to the thermostatically controlled constant Charge air cooler water temperature an approximately constant combustion air temperature.

Außerdem kann erfindungsgemäß in die Nebenkreisrücklaufleitung ein Kühlwasserregler eingeschaltet sein, der vor Erreichen der Öffnungstemperatur die Nebenkreislaufmenge unter Umgehung des Hauptkühlers dem Hauptkreislauf zuleitet. Nach Erreichen der Öffnungstemperatur leitet der Regler die Nebenkreislaufmenge über den Hauptkühler in den Hauptkreislauf. Die Öffnungstemperatur des Reglers liegt vorzugsweise höher als die des Vorlaufreglers und niedriger als die des Hauptkreislaufreglers. Hierdurch wird erreicht, daß bei Anlaufen des Motors kein Wasser aus dem Nebenkreislauf dem Hauptkühler zufließt, was bewirkt, daß vor Erreichen der öffnungstemperatur des Nebenkreislaufreglers keine Wärmemenge aus dem Nebenkreislauf über den Hauptkühler abgeführt wird, was eine schnellere Aufheizung des Kühlwassers bewirkt.In addition, a can according to the invention in the secondary circuit return line The cooling water controller must be switched on before the opening temperature is reached Subcircuit volume fed to the main circuit by bypassing the main cooler. After the opening temperature has been reached, the controller directs the secondary circuit volume via the main cooler into the main circuit. The opening temperature of the regulator is preferably higher than that of the flow regulator and lower than that of the main circuit regulator. This ensures that no water from the secondary circuit when the engine starts up the main cooler flows, which causes before reaching the opening temperature of the secondary circuit controller, no amount of heat from the secondary circuit via the main cooler is discharged, which causes a faster heating of the cooling water.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben.The invention is described below with reference to two exemplary embodiments described.

F i g. 1 zeigt eine Ausführung mit einem Nebenkreisregler; F i g. 2 zeigt eine Ausführung mit zwei Nebenkreisreglern.F i g. 1 shows an embodiment with a secondary loop controller; F i g. 2 shows an embodiment with two auxiliary circuit controllers.

Der Motor 1 ist über die Motorrücklaufleitung 2, den Regler 3 und die Hauptkühlerzulaufleitung 4 mit dem Hauptkühler 5 verbunden. Dieser ist wiederum über die Hauptkühlerrücklaufleitung 6, die Pumpe 7 und die Motorzulaufleitung. 8 mit dem Motor 1 verbunden. Der Hauptkreisregler 3 regelt die Motoraustrittstemperatur durch teilweises Absteuern von Kühlwasser über die Hauptkurzschlußleitung 9.The motor 1 is via the motor return line 2, the controller 3 and the main cooler inlet line 4 is connected to the main cooler 5. This is in turn via the main cooler return line 6, the pump 7 and the engine feed line. 8th connected to the engine 1. The main circuit controller 3 regulates the engine outlet temperature by partially shutting off cooling water via the main short-circuit line 9.

In die Motorzulaufleitung 8 ist ein Drosselorgan 10 (z. B. eine Blende) eingebaut, so daß erfindungsgemäß eine Teilwassermenge über die Nebenkreisvorlaufleitung 11 und nach Maßgabe des Zulaufreglers 12 entweder über die Nebenkühlerzulaufleitung 13, den Nebenkühler 14 und die Nebenkühlerrücklaufleitung 15, den Regler 12 in die Ladeluftkühlerzulaufleitung 16 oder direkt über die Nebenkurzschlußleitung 17 und den Regler 12 in die Ladeluftkühlerzulaufleitung 16 und von dort in den Ladeluftkühler 18 fließt. Die Öffnungstemperatur des Zulaufreglers 12 ist niedriger als die des Hauptkreisreglers 3. In der Nebenkreiskurzschlußleitung 17 ist eine Drossel 19 eingebaut, die den gleichen Durchflußwiderstand ergibt wie der Nebenkühler 14. Vom Ladeluftkühler 18 fließt die Teilwassermenge über die Ladeluftkühlerrücklaufleitung 20 in die Motorrücklaufleitung 2: Der Hauptkühler 5 ist über die Hauptkühlerentlüftungsleitung 21 mit dem Ausdehnungsgefäß 22 verbunden. Der Ladeluftkühler 18 ist durch die Ladeluftkühlerentlüftungsleitung 23 mit dem Ausdehnungsgefäß 22 verbunden.A throttle element 10 (e.g. a diaphragm) is built into the engine inlet line 8 , so that, according to the invention, a partial amount of water can be passed through the secondary circuit flow line 11 and, in accordance with the inlet regulator 12, either via the secondary cooler inlet line 13, the secondary cooler 14 and the secondary cooler return line 15, the regulator 12 into the charge air cooler supply line 16 or directly via the secondary short-circuit line 17 and the controller 12 into the charge air cooler supply line 16 and from there into the charge air cooler 18. The opening temperature of the inlet regulator 12 is lower than that of the main circuit regulator 3. In the secondary circuit short-circuit line 17, a throttle 19 is installed, which results in the same flow resistance as the secondary cooler 14. From the intercooler 18, the partial amount of water flows through the intercooler return line 20 into the engine return line 2: the main cooler 5 is connected to the expansion vessel 22 via the main cooler ventilation line 21. The charge air cooler 18 is connected to the expansion vessel 22 through the charge air cooler ventilation line 23.

In der Ausführung nach F i g. 2 ist in die Ladeluftkühlerrücklaufleitung 20 ein Regler 24 eingeschaltet, wobei nach Maßgabe des Reglers 24 die Teilwassermenge entweder über die Rücklaufleitung 25 unter Umgehung des Hauptkühlers 5 in die Hauptkühlerrücklaufleitung 6 oder nach Erreichen der Öffnungstemperatur über die Rücklaufleitung 26 in die Hauptkühlerzulaufleitung 4 fließt.In the embodiment according to FIG. 2, a controller 24 is switched on in the charge air cooler return line 20 , with the partial water quantity flowing either via the return line 25, bypassing the main cooler 5, into the main cooler return line 6 or, after reaching the opening temperature, via the return line 26 into the main cooler inlet line 4, depending on the controller 24.

Claims (4)

Patentansprüche: 1. Flüssigkeitskühlanlage für aufgeladene Brennkraftmaschinen mit einem für die Brennkraftmaschine und einen Ladeluftkühler gemeinsamen Kühlflüssigkeitskreislauf, in dem die Wasserräume der Brennkraftmaschine und des Ladeluftkühlers parallel geschaltet sind und der eine Förderpumpe sowie einen Haupt- und einen Nebenkühler zum Rückkühlen der Kühlflüssigkeif enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise eine den Hauptkühler (5) umgehende, mit einem Regelventil (3) versehene Kurzschlußleitung (9) vorgesehen ist, und daß der Nebenkühler (14) in der vom Hauptkühler (5) zum Ladeluftkühler (18) führenden Kühlflüssigkeitsleitung (11, 13, 15, 16) liegt und durch eine von einem zweiten Regelventil (12) gesteuerte Nebenkurzschlußleitung (17) umgangen werden kann. Claims: 1. Liquid cooling system for supercharged internal combustion engines with a common cooling liquid circuit for the internal combustion engine and a charge air cooler, in which the water spaces of the internal combustion engine and the charge air cooler are connected in parallel and which contains a feed pump and a main and a secondary cooler for recooling the cooling liquid, characterized that a short-circuit line (9) which bypasses the main cooler (5) and is provided with a control valve (3) is provided in a known manner, and that the secondary cooler (14) is in the coolant line (11) leading from the main cooler (5) to the charge air cooler (18) , 13, 15, 16) and can be bypassed by a secondary short-circuit line (17) controlled by a second control valve (12). 2. Flüssigkeitskühlanlage nach Anspruch 1, dadadurch gekennzeichnet, daß bei steigender Kühlflüssigkeitstemperatur nach Anfahren der Brennkraftmaschine zuerst das zweite Regelventil (12) den Nebenkühler (14) in den Kühlkreislauf einschaltet, und bei weiterem Temperaturanstieg das Regelventil (3) den Hauptkühler (5) zuschaltet. 2. Liquid cooling system according to claim 1, thereby characterized in that when the coolant temperature rises after starting the Internal combustion engine first the second control valve (12) the secondary cooler (14) in the The cooling circuit switches on, and if the temperature continues to rise, the control valve (3) switches on the main cooler (5). 3. Flüssigkeitskühlanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Drossel (19) in der Nebenkurzschlußleitung (17), deren Strömungswiderstand etwa so groß ist wie der Strömungswiderstand des Nebenkühlers (14). 3. Liquid cooling system according to claims 1 and 2, characterized by a throttle (19) in the secondary short-circuit line (17), whose flow resistance is about as great as the flow resistance of the secondary cooler (14). 4. Flüssigkeitskühlanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Leitung (25), welche eine Verbindung zwischen den Rücklaufleitungen des Ladeluftkühlers (18) und des Hauptkühlers (5) darstellt, und ein drittes Regelventil (24) in der Leitung (25), das die Leitung bei einer vorzugsweise zwischen den Ansprechtemperaturen der anderen Regelventile (3, 12) liegenden Kühlflüssigkeitstemperatur sperrt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 734 533.4. Liquid cooling system according to claims 1 to 3, characterized by a line (25) which connects the return lines of the charge air cooler (18) and the main cooler (5), and a third control valve (24) in the Line (25) that the line at a preferably between the response temperatures the other control valves (3, 12) blocks the coolant temperature. In Publications considered: German Patent No. 734 533.
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