DE19852766A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung der Vereisung der Ansaugleitung zum Motor in Brennkraftmaschinen bei nachgekühlter Ladeluft - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung der Vereisung der Ansaugleitung zum Motor in Brennkraftmaschinen bei nachgekühlter Ladeluft

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Description

Es wird Bezug genommen auf eine Brennkraftmaschine mit Ladeluftverdichtung, Ladeluftkühlung und adiabater Teilentspannung der Ladeluft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bekannt und geläufig ist bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen die Reduktion des Verdichtungsverhältnisses und die Ladeluftkühlung. Ergänzend erfolgt, in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, bei Bedarf eine Verstellung des Zündzeitpunktes auf Spätzündung.
Diese Maßnahmen können ergänzt werden durch einen erhöhten Ladedruck mit anschließend möglichst adiabater Teilentspannung der aufgeladenen Ladeluft. Letzteres ermöglicht, bei entsprechender Auslegung, sehr niedrige Ladelufttemperaturen. Einer Temperaturabsenkung der Ladeluft nach Teilentspannung sind allerdings durch das Risiko von Eisablagerung im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine auf Grund ausfallender Luftfeuchtigkeit Grenzen gesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, Ladelufttemperaturen um oder sogar unter dem Gefrierpunkt, welche wie beschrieben erreicht werden können, durch Verhinderung der Vereisungsgefahr nutzbar zu machen und damit die Vorteile zu erschließen, welche sich bei sehr niedrigen Ladelufttemperaturen ergeben.
Diese sind:
  • - Weitere Verbesserung der Zylinderfüllung
  • - Temperaturen des Kreisprozesses auf niedrigem Niveau.
  • - Verbessertes Drucksteigerungsverhältnis und damit
  • - ein besserer thermodynamischer Wirkungsgrad.
Unter der Voraussetzung konstanten Volumens ändert sich der Druck eines Gases je Grad Temperaturerhöhung um 1/273 des Druckes bei 0°C, z. B.: V = konstant
Bei Temperaturerhöhung um weitere 273°C steigt der Druck auf 3000 KPa und so weiter. Mithin bringt also jede weitere Temperaturerhöhung um weitere 273°C einen geringeren Druckgewinn gegenüber der vorherigen Temperaturerhöhung.
Entsprechend diesen Gegebenheiten ist es von Vorteil, die Verdichtungstemperatur einer Brennkraftmaschine niedrig zu halten, um weitere thermodynamische Vorteile zu erzielen. Für ein gutes Brennstoffgemisch ist letztlich die Temperatur bei Verdichtungsende bzw. vor Zündung wichtig. Dies gilt insbesondere für Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischaufbereitung (Diesel und Benzindirekteinspritzer), bei entsprechender Formgebung der Brennräume bis zu einem gewissen Grad auch für herkömmliche Benzineinspritzungen.
Beispiel
Verdichtungsverhältnis 10 : 1 n = 1,4
Ansaugtemperatur = 60°C Ansaugdruck = 100 KP
Enddruck = 2512 KPa Endtemperatur = 564°C
Bei 0°C Ansaugtemperatur ergibt sich eine Endtemperatur von 413°C.
Bei 564°C vor Wärmezufuhr und einer Wärmezufuhr, welche ausreicht, die Temperatur um 1700°C auf 2264°C zu erhöhen, ergibt sich ein Enddruck von 7613 KPA:
Das Drucksteigerungsverhältnis beträgt 3,03.
Von 413°C auf 2113°C erwärmt, wieder unter Annahmevon T = 1700°C, ergibt sich ein Enddruck von 8736 KPa, mithin ein Drucksteigerungsverhältnis von 3,48.
Diese Beispiele beziehen sich auf idealisierte Annahmen und sollten nur zur Veranschaulichung der grundlegenden Zusammenhänge dienen. Unter realen Bedingungen sind die Zusammenhänge komplizierter und entsprechend die Werte anders. Die Tendenz aber ist die gleiche.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich nach Anspruch 1. Erfindungsgemäß ist die Strecke nach Teilentspannungsvorrichtung bzw. auch schon der Erweiterungsteil derselben bis zum Brennraumeinlaß ganz oder teilweise begleitbeheizt und als Mischstrecke ausgeführt.
Zur Begleitheizung und Zumischung wird ein Teil der Ladeluft vor dem Ladeluftkühler abgezapft und unter Umgehung desselben gemäß Anspruch 3 oder 6 der Mischstrecke zugeführt. Da die Ladeluft, welche über die Umgehung, im folgenden Bypass genannt, der Ansaugstrecke zugeführt wird, über eine höhere Ausgangstemperatur verfügt, wird sie auch nach Teilentspannung auf das Druckniveau des Hauptansaugstromes eine höhere Temperatur haben.
Die Temperatur der Ladeluft, welche über die Bypassleitung der Mischstrecke der Hauptströmung der Ladeluft zugeführt wird, kann so eingestellt werden, daß ein Feuchtigkeitsausfall bzw. eine Vereisung in diesem Bereich der Ladeluft unmöglich ist.
Damit werden Eisablagerungen an den Wandungen zuverlässig verhindert, obwohl die Durchschnittstemperatur der Ladeluft nach Mischung durchaus unter dem Gefrierpunkt des Wassers liegen kann. Denn der Massenstrom, welcher über die Bypassleitung zugeführt wird, kann deutlich unter dem Massenstrom der Hauptstrecke liegen, muß er doch nur einen Kontakt zwischen ausgeschiedener Luftfeuchtigkeit und Wandung der Mischstrecke bzw. Ansaugleitung unterbinden.
Legende
M Motor
ATL Abgasturbolader
LLK Ladeluftkühler
TE Teilentspannung
BPL Bypassleitung
MSt Mischstrecke
MSt-g Mischstrecke geregelt
Ag Abgas
FL Frischluft
LL Ladeluft

Claims (12)

1. Beschrieben wird eine Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftverdichter und einem Ladeluftkühler, in deren Ansaugsystem Mittel zur adiabaten Teilentspannung der aufgeladenen Luft in Abhängigkeit vom Betriebszustand derselben vorgesehen sind.
Diese Maschine ist gekennzeichnet dadurch, daß der Weg der Ladeluft nach der Teilentspannungsvorrichtung bis zum Zylindereinlaß ganz oder teilweise als Begleitheizung und Mischstrecke ausgeführt ist.
Diese wird mit Ladeluft, welche über eine Bypassleitung vor dem Ladeluftkühler entnommen wird, betrieben.
Siehe Fig. 1.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die begleitbeheizte Mischstrecke doppelwandig ist und die innere Wand Öffnungen aufweist.
In den Zwischenräumen der beiden Wände wird Ladeluft über die Bypassleitung eingeführt und tritt als Luftfilm durch die Öffnungen der inneren Wand in das Ansaugsystem ein.
Siehe Fig. 1 und 1a.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß in der Bypassleitung ebenfalls eine Teilentspannungsvorrichtung vorhanden ist, welche in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine geregelt wird.
Siehe Fig. 1, 1a und 2.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungen in der inneren Wand der Mischstrecke so gestaltet sind, daß die Ladeluft aus der Bypassleitung in einem Winkel < 90° der Ladeluft nach Teilentspannung zugeführt wird.
Siehe Fig. 1, 1a, 2 und 2a.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß an bzw. in den Öffnungen in der inneren Wand der Mischstrecke Strömungsleitvorrichtungen angebracht sind, welche die Ladeluft aus der Bypassleitung strömungsgünstig der Ladeluft nach Teilentspannung zuführen.
Siehe Fig. 1, 1a, 2 und 2a.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungen in der inneren Wand der Mischstrecke in ihrem wirksamen Strömungsquerschnitt geregelt werden können, indem eine Ummantelung des inneren Rohres der Mischstrecke, welche über deckungsgleiche Öffnungen wie das innere Rohr verfügt, axial zu diesem in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine verschoben werden kann.
Siehe Fig. 1, 2, 3 und 3a.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Regelungsmöglichkeiten nach Anspruch 3 oder 6 in Abhängigkeit von der Ladelufttemperatur unmittelbar vor Zylindereintritt verstellt werden können.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Ladelufttemperaturregelung in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine erfolgt.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Ladelufttemperaturregelung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgt.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Regelung der Ladelufttemperatur in Abhängigkeit von einem Klopfsensor erfolgt.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß an kritischen Stellen der Mischstrecke Rädchen ähnlich den Signalgebern eines Schiffslogs in die innere Wandung Mischstrecke als Signalgeber für Eisablagerung eingelassen sind.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Ladelufttemperatur vor Zylindereinlaß von einer Vorrichtung gemäß Anspruch 11 geregelt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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