DE19714308A1 - Supercharged engine air cooler - Google Patents

Supercharged engine air cooler

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Abstract

The air cooler (6), for a supercharged internal combustion engine has a collection zone (8) for the condensation at its deepest point. It has an opening for a condensation return channel (9) to give a flow connection with the crankcase (2) of the reciprocating piston engine. The condensation return channel (9) gives a downwards path for the condensation flow from the opening to the crankcase (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene, ladeluftgekühlte Hubkolben­ brennkraftmaschine, mit einem Ladeluftkühler und einer Vorrichtung zum Sammeln und Abführen des im Ladeluftkühler anfallenden Kon­ densats.The invention relates to a charged, charge-air-cooled reciprocating piston Internal combustion engine, with an intercooler and a device for collecting and discharging the con densats.

Eine solche als Dieselmotor ausgebildete Hubkolbenbrennkraft­ maschine ist in der DE-OS 28 14 593 beschrieben. Das Kondensat wird hierbei an der geodätisch tiefsten Stelle aus dem Ladeluftkühler entnommen und ohne Pumpe über eine Steigleitung in die Abgaslei­ tung vor die Abgasturbine geführt. Dort verdampft es, kühlt das Ab­ gas und reinigt die Abgasturbine.Such a reciprocating piston internal combustion engine machine is described in DE-OS 28 14 593. The condensate is at the geodetically lowest point from the charge air cooler removed and without a pump via a riser into the exhaust pipe tion in front of the exhaust gas turbine. There it evaporates and cools down gas and cleans the exhaust gas turbine.

Die beschriebene Anordnung funktioniert nur, wenn im Ladeluftkühler ein höherer Druck als in der Abgasleitung herrscht. Dies ist üblicher­ weise nur bei hoher Motorlast der Fall. Außerdem darf im Kondensat kein Öl enthalten sein, da dieses die Abgasqualität durch hohe HC-Emis­ sion verschlechtern würde. Ölhaltiges Kondensat ist aber bei Entsorgung der im Kurbelgehäuse anfallenden Ölgase in die Ansaug­ luftleitung kaum zu vermeiden.The arrangement described only works when in the charge air cooler the pressure is higher than in the exhaust pipe. This is more common only the case with a high engine load. In addition, in the condensate no oil should be contained, as this is the exhaust gas quality due to high HC emissions sion would deteriorate. Oil-containing condensate is included Dispose of the oil gases in the crankcase into the intake air line can hardly be avoided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kondensat eines Ladeluftkühlers einer Hubkolbenbrennkraftmaschine auf einfache Weise und ohne negativen Einfluß auf deren Abgasqualität motor­ intern zu entsorgen.The invention has for its object the condensate Intercooler of a reciprocating piston engine on simple Way and without negative influence on their exhaust gas quality to be disposed of internally.

Die Aufgabe wir dadurch gelöst, daß der Ladeluftkühler an seiner geodätisch tiefsten Stelle einen Kondensatsammelraum mit einer Öff­ nung aufweist, die über eine Kondensatrücklaufleitung in Strömungs­ verbindung mit dem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraft­ maschine steht. Auf diese Weise gelangt das Kondensat ins Kurbel­ gehäuse. Dieses ist über eine Entlüftungsleitung mit der Luftan­ saugleitung des Turboladers verbunden. Dadurch kann das Konden­ sat mit eventuellen Schadstoffen weder direkt noch über das Abgas nach außen gelangen. Es muß, falls es nicht im Ölsumpf verbleibt, den Hochtemperatur- und Hochdruckprozeß der Verbrennung durch­ laufen. Dabei werden brennbare Schadstoffe, wie Kohlenwasserstoffe weitgehend zu CO2 und H2O verbrannt.The object is achieved in that the charge air cooler at its geodetically lowest point has a condensate collecting space with an opening that is in flow connection with the crankcase of the reciprocating piston internal combustion engine via a condensate return line. In this way, the condensate gets into the crankcase. This is connected to the air intake line of the turbocharger via a ventilation line. As a result, the condensate with any pollutants cannot escape either directly or through the exhaust gas. If it does not remain in the oil sump, it must go through the high temperature and high pressure process of combustion. Flammable pollutants such as hydrocarbons are largely burned to CO 2 and H 2 O.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kondensatrücklaufleitung von der Öffnung bis ins Kurbelgehäuse Gefälle aufweist. Dadurch ist ein Abfließen des Kondensats aus dem Kondensatsammelraum auch bei stehendem Motor, d. h. ohne Lade­ luftdruck möglich, der bei laufendem Motor das Kondensat auch ohne Gefälle fördern könnte.An advantageous development of the invention is that the Condensate return line from the opening to the crankcase Slope. This allows the condensate to flow out of the Condensate collection chamber even when the engine is stopped, i.e. H. without drawer air pressure possible, the condensate without the engine running Could promote gradients.

Dadurch, daß die Öffnung dauernd offen ist und einen Drosselkörper aufweist, ist ein dauernder Abfluß des Kondensats gewährleistet, ohne daß zu hohe Ladeluftverluste auftreten. Diese werden durch den Drosselkörper vermindert. Dieser verringert den Querschnitt der Öffnung, die aus Fertigungs- und Verstopfungsgründen relativ groß ist. Because the opening is constantly open and a throttle body permanent drainage of the condensate is guaranteed, without excessive charge air losses occurring. These are through reduced the throttle body. This reduces the cross section of the Opening that is relatively large for manufacturing and constipation reasons is.  

Ein Verstopfen der Öffnung wird dadurch vermieden, daß der Drosselkörper in der Öffnung mit axialem und radialem Spiel unverlierbar angeordnet ist. Durch die Motorvibrationen wird der Drosselkörper aufgrund seines Spiels zu translatorischen und rotatorischen Bewegungen angeregt, die ein Verstopfen verhindern.Clogging of the opening is avoided in that the Throttle body in the opening with axial and radial play is captively arranged. The engine vibrations cause the Throttle body due to its play too translational and rotatory movements that prevent clogging.

Es hat Vorteile, wenn die Öffnung durch ein Ventil verschließbar ist. Auf diese Weise werden Ladeluftverluste vermieden und der Konden­ satabfluß ist steuerbar.It has advantages if the opening can be closed by a valve. In this way, charge air losses and the condensate are avoided drainage is controllable.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß das Ventil ein Druckmembranventil oder ein Schwimmerventil ist, das durch Ladeluft und/oder Auftrieb steuerbar ist. Das Druckmembran­ ventil wird vom Ladedruck verschlossen. Es öffnet, wenn der Motor abgestellt wird, so daß das warme Kondensat in den Motor zurück­ fließen kann. Ein Schwimmerventil kann so ausgelegt werden, daß es nicht gegen den Ladedruck öffnet. Es ermöglicht daher erst bei ab­ gestelltem Motor ein Abfließen des Kondensats ins Kurbelgehäuse. Eine andere Auslegung des Schwimmerventils bewirkt, daß sich die­ ses bei entsprechendem Kondensatspiegel auch gegen den Lade­ druck öffnet, so daß das Kondensat auch bei laufend ein Motor ablau­ fen kann.An advantageous embodiment of the invention is that Valve is a pressure diaphragm valve or a float valve that is controllable by charge air and / or buoyancy. The pressure membrane valve is closed by the boost pressure. It opens when the engine is turned off so that the warm condensate returns to the engine can flow. A float valve can be designed so that it does not open against the boost pressure. It therefore only enables at ab engine to drain the condensate into the crankcase. Another design of the float valve causes the against the drawer if the condensate level is high enough pressure opens, so that the condensate runs down even when a motor is running can.

Wenn das Ventil ein Magnetventil ist, kann der Kondensatabfluß be­ liebig gesteuert werden.If the valve is a solenoid valve, the condensate drain can be be controlled with love.

Von Vorteil ist auch, daß das Magnetventil durch einen Schalter oder durch das Motormanagement steuerbar ist. Als Schalter kommt der Betriebsschalter des Motors in Frage, durch den das Magnetventil beim laufenden Motor geschlossen und nach dessen Abstellen ge­ öffnet wird, so daß das warme, dünnflüssige Kondensat abfließen kann. Wird diese Anordnung mit einer Zeitstufe kombiniert, so schließt das Magnetventil nach einer bestimmten Zeit. It is also advantageous that the solenoid valve by a switch or is controllable by the engine management. The switch comes Operation switch of the motor in question through which the solenoid valve closed with the engine running and ge after it has been switched off is opened so that the warm, low-viscosity condensate flows off can. If this arrangement is combined with a time step, so the solenoid valve closes after a certain time.  

Der Schalter kann auch als Schwimmerschalter im Ladeluftkühler ausgebildet sein. Der Schwimmerschalter arbeitet bedarfsgerecht, da er vom Kondensatspiegel selbst gesteuert wird, während eine Zeitstufe das Magnetventil bedarfsunabhängig periodisch öffnet.The switch can also act as a float switch in the charge air cooler be trained. The float switch works as needed, because it is controlled by the condensate level itself while a Time period, the solenoid valve periodically opens as required.

Das Magnetventil kann auch von einem Motormanagement gesteuert werden. Dabei kann z. B. das Magnetventil erst ab einer gewissen Öl­ sumpftemperatur geöffnet werden, um ein Verdampfen von Kondens­ wasser sicherzustellen. Um einen zu hohen Kondensatspiegel im Ladeluftkühler zu vermeiden, bietet sich auch hierbei zusätzlich ein Schwimmerschalter an.The solenoid valve can also be controlled by an engine management system will. Here, for. B. the solenoid valve only from a certain oil bottom temperature to be opened to evaporate condensate ensure water. To prevent the condensate level in the Avoiding intercoolers is also an option here Float switch on.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be­ schreibung und der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Er­ findung schematisch dargestellt sind.Further features of the invention result from the following Be spelling and the drawing, in the embodiments of the Er are shown schematically.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Dieselmotor mit Ladeluftkühler, Fig. 1 Diesel engine with intercooler,

Fig. 2 Kondensatsammelraum mit Öffnung und Drosselkörper, Fig. 2 Condensate collecting space with opening and throttle body,

Fig. 3 Kondensatrücklaufleitung mit Druckmembranventil, Fig. 3 condensate return line with pressure diaphragm valve,

Fig. 4 Schwimmerventil mit kleinem Schwimmer, Fig. 4 float valve with a small float,

Fig. 5 Schwimmerventil mit großem Schwimmer. Fig. 5 float valve with a large float.

In Fig. 1 ist ein Dieselmotor 1 mit einem Kurbelgehäuse 2, das von einem Zylinderkopf 3 und einer Ölwanne 4 abgeschlossen ist, einem Abgasturbolader 5, einem Ladeluftkühler 6 und mit Ladeluftleitungen 7 dargestellt. Der Dieselmotor 1 kann u. a. als Reihen- oder V-Motor mit unterschiedlichen Zylinderzahlen und Nenndrehzahlen ausgeführt sein. In Fig. 1 is a diesel engine 1 comprising a crankcase 2, of a cylinder head 3 and an oil pan 4 is completed, an exhaust gas turbocharger 5, an intercooler 6 and illustrated with charge-air lines 7. The diesel engine 1 can be designed, inter alia, as an in-line or V-engine with different numbers of cylinders and nominal speeds.

Der Ladeluftkühler 6 weist an seiner geodätisch tiefsten Stelle einen Kondensatsammelraum 8 für das Kondensat auf, der über eine Kon­ densatrücklaufleitung 9 mit dem Kurbelgehäuse 2 in Strömungsver­ bindung steht. Die Kondensatrücklaufleitung 9 besitzt Gefälle, so daß das Kondensat ohne Mithilfe einer Pumpe oder des Ladedrucks in das Kurbelgehäuse 2 bzw. die Ölwanne abfließen kann.The charge air cooler 6 has at its geodetically lowest point a condensate collection chamber 8 for the condensate, which is connected to the crankcase 2 in a flow connection via a condensate return line 9 . The condensate return line 9 has a slope, so that the condensate can flow into the crankcase 2 or the oil pan without the aid of a pump or the boost pressure.

In der Kondensatrücklaufleitung 9 ist ein Magnetventil 10 angeordnet, das in Wirkverbindung mit einer Steuereinheit 11 steht. Die Steuer­ einheit 11 kann als Teil eines Motormanagements verschiedene In­ formationen, wie Kondensatmenge und Öltemperatur verarbeiten oder kombiniert mit einer Zeitstufe ein periodisches Öffnen und Schließen des Magnetventils bewirken.A solenoid valve 10 is arranged in the condensate return line 9 and is operatively connected to a control unit 11 . The control unit 11 , as part of an engine management system, can process various information, such as the amount of condensate and oil temperature, or, combined with a time step, can cause the solenoid valve to open and close periodically.

In Fig. 2 ist die einfachste Lösung der Kondensatrückführung dar­ gestellt. Der Kondensatsammelraum 8 besitzt an seiner geodätisch tiefsten Stelle eine Öffnung 12, in der ein Drosselkörper 13 angeord­ net ist. Dieser weist radiales und axiales Spiel auf und ist unverlierbar in der Öffnung 12 angebracht. Bei dieser Lösung fließt das Kondensat kontinuierlich ab, unterstützt durch den Ladeluftdruck des laufenden Motors. Die Öffnung 12 ist aus Fertigungs- und Verstopfungsgründen relativ groß gewählt. Um die Ladeluftverluste gering zu halten, wird der Querschnitt der Öffnung 12 durch den Drosselkörper 13 verrin­ gert. Dieser wird durch die Vibrationen des laufenden Motors auf­ grund seines Radial- und Axialspiels in Bewegung gehalten, wodurch einer Verstopfung der Öffnung 12 entgegengewirkt wird.In Fig. 2 the simplest solution to the condensate return is provided. The condensate collection chamber 8 has at its geodetically lowest point an opening 12 in which a throttle body 13 is net angeord. This has radial and axial play and is captively attached in the opening 12 . With this solution, the condensate drains continuously, supported by the charge air pressure of the running engine. The opening 12 is chosen to be relatively large for reasons of manufacture and blockage. In order to keep the charge air losses low, the cross section of the opening 12 is reduced by the throttle body 13 . This is kept in motion by the vibrations of the running motor due to its radial and axial play, whereby a blockage of the opening 12 is counteracted.

In Fig. 3 ist die Kondensatrücklaufleitung 9 mit einem Druckmem­ branventil 14 dargestellt. Dieses weist eine Druckmembran 15 auf, die in Wirkverbindung mit einem Druckmembranventilkegel 16 steht. Dieser beherrscht die Kondensatrücklaufleitung 9. Die Druckmembran 15 wird in Schließrichtung vom Ladedruck beaufschlagt, und zwar entgegen der Kraft einer Druckfeder 17. Diese öffnet das Druckmem­ branventil 14 nach Abfall des Ladedrucks, so daß das warme Kon­ densat abfließen kann.In Fig. 3, the condensate return line 9 is shown with a pressure membrane valve 14 . This has a pressure membrane 15 which is operatively connected to a pressure membrane valve cone 16 . This controls the condensate return line 9 . The pressure membrane 15 is acted upon in the closing direction by the boost pressure, specifically against the force of a compression spring 17 . This opens the pressure membrane valve 14 after the charge pressure drops, so that the warm condensate can flow off.

Fig. 4 zeigt ein erstes Schwimmerventil 18 mit einem Schwimmer­ ventilkegel 19, einem damit verbundenen ersten Schwimmer 20 und einer an einer ersten Ventilführung 21 sich abstützenden sowie den ersten Schwimmer 20 beaufschlagenden ersten Druckfeder 22. Der Auftrieb des ersten Schwimmers 20 und die erste Druckfeder 22 sind so abgestimmt, daß das erste Schwimmerventil 18 bei vorhandenem Ladedruck geschlossen bleibt. Fig. 4 shows a first float valve 18 with a float valve cone 19 , a first float 20 connected thereto and a first compression spring 22 which is supported on a first valve guide 21 and acts on the first float 20 . The buoyancy of the first float 20 and the first compression spring 22 are coordinated so that the first float valve 18 remains closed when the boost pressure is present.

Fig. 5 zeigt das analog aufgebaute zweite Schwimmerventil 23. Dessen zweiter Schwimmer 24 und dessen zweite Druckfeder 25 sind so abgestimmt, daß sich das zweite Schwimmerventil 23 auch gegen den Ladedruck öffnen kann und so das Kondensat auch während des Motorlaufs abfließen läßt. Fig. 5 shows the similar structure second float valve 23. Its second float 24 and its second compression spring 25 are tuned so that the second float valve 23 can also open against the boost pressure and so the condensate can also drain off while the engine is running.

Claims (8)

1. Aufgeladene, ladeluftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einem Ladeluftkühler und einer Vorrichtung zum Sammeln und Abfüh­ ren des im Ladeluftkühler anfallenden Kondensats, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (6) an seiner geo­ dätisch tiefsten Stelle einen Kondensatsammelraum (8) mit einer Öff­ nung (12) aufweist, die über eine Kondensatrücklaufleitung (9) in Strömungsverbindung mit dem Kurbelgehäuse (2) der Hubkolben­ brennkraftmaschine steht.1. Charged, charge-air-cooled reciprocating internal combustion engine, with a charge-air cooler and a device for collecting and discharging the condensate accumulating in the charge-air cooler, characterized in that the charge-air cooler ( 6 ) has a condensate collection space ( 8 ) with an opening ( 12 ) which is in fluid communication with the crankcase ( 2 ) of the reciprocating internal combustion engine via a condensate return line ( 9 ). 2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatrücklaufleitung (9) von der Öffnung (12) bis ins Kurbelgehäuse (2) Gefälle aufweist.2. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the condensate return line ( 9 ) from the opening ( 12 ) to the crankcase ( 2 ) has a gradient. 3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (12) dauernd offen ist und einen Drosselkörper (13) aufweist.3. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the opening ( 12 ) is continuously open and has a throttle body ( 13 ). 4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (13) in der Öffnung (12) mit axialem und radialem Spiel unverlierbar angeordnet ist. 4. reciprocating internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the throttle body ( 13 ) in the opening ( 12 ) with axial and radial play is captively arranged. 5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (12) durch ein Ventil ver­ schließbar ist.5. reciprocating internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the opening ( 12 ) can be closed by a valve ver. 6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Druckmembranventil (14) oder ein Schwimmerventil (18) ist, das durch Ladedruck und/oder Auftrieb steuerbar ist.6. Reciprocating internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the valve is a pressure diaphragm valve ( 14 ) or a float valve ( 18 ) which is controllable by boost pressure and / or buoyancy. 7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Magnetventil (10) ist.7. Reciprocating internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the valve is a solenoid valve ( 10 ). 8. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (10) durch einen Schalter oder durch das Motormanagement steuerbar ist.8. Reciprocating internal combustion engine according to claim 7, characterized in that the solenoid valve ( 10 ) can be controlled by a switch or by the engine management.
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