DE2120790C3 - Einrichtung zum Kühlen der Ladeluft und des Motorschmieröles eines mit einem Abgasturbolader ausgerüsteten Dieselmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kühlen der Ladeluft und des Motorschmieröls eines mit einem Abgasturbolader ausgerüsteten Dieselmotors, welcher einen Hauptkühlkreis für den Motor sowie einen Hilfskühikreis mit je einem Wärmetauscher für die Ladeluft und das Motorschmieröl aufweist.

Bei einer bekannten derartigen Einrichtung (vgl. FR-PS 14 99 898) ist zwischen dem Kühler des Hilfskühlkreises und einem in Abstand von diesem Kühler angeordneten Sauglüfter noch der Kühler des Hauptkühlkreises angeordnet. Der Hauptkühlkreis teilt sich nach der Kühlung des Motors in zwei Teilkreise, von denen der eine ein Wärmetauscherteil zur Erwärmung der Ladeluft und der andere den bereits erwähnten '"> Hauptkühler durchströmt. Das Kühlmedium Luft durchströmt unter der Wirkung des nachgeschalteten Lüfters zuerst den Kühler des Hilfskühlkreises und darauf den Hauptkühler in einem Teilkreis des Hauptkühlkreises. Diese bekannte Einrichtung hat den Nachteil '¹^ einer verminderten Kühlleistung des Hauptkühlers, da die Zufuhr durch den Kühler des Hilfskühlkreises strömende Luft bereits zu einem gewissen Grad erwärmt 790

ist und daher dem Hauptkühlkreis entsprechend dem dadurch reduzierten Temperaturgradienten lediglich nurmehr eine verminderte Wärmemenge entzogen werden kann. Weiterhin ist eine Regelung der Kühlung der Ladeluft abhängig vom Ladedruck und gleichzeitig abhängig von der Temperatur des Motorschrnieröls bzw. des Kühlkreises nicht vorgesehen, so daß beispielsweise bei hoher Leistung des Dieselmotors eine nur ungenügende Kühlung der Ladeluft oder bei niederer Leistung eine zu starke Kühlung der Ladeluf; erfolgen kann.

Es ist ferner bekannt (vgl. GB-PS 10 65 206). bei einem Dieselmotor mit Turbolader die Abgase der Turbine zum Betrieb eines Strahlgebläses zu verwenden. dessen Saugluftstrom zur Kühlung der Ladeluft in einem Wärmetauscher verwendet wird. Eine Regelung der Kühlwirkung abhängig vom Ladedruck bzw. von der Temperatur des Kühlkreises ist dabei jedoch ebenfalls nicht vorgesehen.

Weiterhin ist eine Einrichtung zur Kühlung oder Erwärmung der Ladeluft eines turbogeladenen Dieselmotors bekannt (vgl. CH-PS 2 17 848), die es gestattet. selbsttätig entweder kaltes Wasser zur Kühlung oder heißes Wasser zur Erwärmung der Ladeluft einem /wischen den beiden Verdichterstufen eines zweistufigen Turboverdichters eingeschalteten Wärmetauscher zuzuführen. Die Zufuhr von Kaltwasser bei größerer Belastung oder von Warmwasser bei kleinerer Belastung kann dabei abhängig vom Ladeluftdruck gesteuert werden.

Es ist ferner ein Schiffsmotor bekannt (vgl. GB-PS 9 85 045), bei dem in den Kühlkreis für die Ladeluftkühlung ein selbsttätig wirkendes Ventil angeordnet ist. das den Kühlmitteldurchsatz temperaturabhängig steuert. Ein Thermostatventil, das sich mit zunehmender Temperatur öffnet, ist schließlich ebenfalls bekannt (DTPS 9 05 551).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Kühlen der Ladeluft und des Motorschmieröls eines mit einem Abgasturbolader ausgerüsteten Dieselmotors der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Kühlung den verschiedenen Betriebszuständen des Motors durch eine temperatur- und zugleich ladedruckabhängige Regelung des Kühlmitteldurehsatzes. möglichst gut angepaßt ist, wobei ferner der Kühler des Hauptkühlkreiscs des Motors wirksam entlastet werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mit der Druckseite des Turboladers verbundener Druckregler vorgesehen ist, der bei zunehmendem Ladedruck den Durchsatz des Kühlmediunis im Hilfskühikreis vergrößert, und daß zusätzlich im Hilfskühikreis ein thermostatgesteuertes, sich mit zunehmender Temperatur des Kühlmediums öffnendes Ventil angeordnet ist, wobei die Wärmetauscher des Hilfskühlkreises direkt oder mittelbar durch den Saugluftstrom eines mit den Abgasen der Turbine betriebenen Strahlgebläses beaufschlagt sind.

Dank dieser Bauart ist es möglich, die Ladeluft dann möglichst gut zu kühlen, wenn der Ladedruck und/oder die Temperatur des Kühlmediums des Hilfskühlkreises zunimmt. Dadurch, daß die Wärmetauscher des Hilfskühlkreises durch den Saugluftstrom eines mit den Abgasen der Turbine betriebenen Strahlgebläses (direkt oder mittelbar) gekühlt sind, wird darüber hinaus dann, wenn eine große Abgasmenge das Sauggebläse durchströmt, auch eine besonders intensive Kühlung des Kühlmediums des Hilfskühlkreises erreicht. Bei gerin-

«er Drehzahl oder Belastung des Motors ist es dagegen erwünscht, daß die Aufladeiuft warm ist. In diesem Betriebszustand drosselt der Druckregler einerseits den Qurchsatz des Kühlmediums, während andererseits durch die verminderte Strömungsgeschwindigkeit des .s Saugluftstromes der Ladeluft und dem Motorschmieröl erheblich weniger Wärme entzogen wird. Die Beeinflussung der Kühlwirkung durch die Abgasmenge ermöglich¹ es, die Kühlflächen der Wärmetauscher im Hilfskühlkreis vergleichsweise klein zu halten. Hierdurch wird das erforderliche Bauvolumen vermindert, •was besonders b?i Fahrzeugmotoren von Vorteil ist. Die mit der erfindungsgemäßen Anordnung sehr wirksame Entlastung des Hauptkühlers gestattet es darüber hinaus, diesen Hauptkühler kleiner als üblicherweise erforderlich zu dimensionieren. Schließlich führt die weitere Entspannung der Abgase der Turbine in dem Strahlgebläse zu einer so starken Geräuschdämpfung, daß weitere Vorkehrungen zur Schalldämpfung nicht mehr getroffen werden müssen.

In Weiterbildung der Erfindung kann bei mittelbarer Beauflagung der Wärmetauscher mittels einer durch den Saugluftstrom rückgekühlten Flüssigkeit der Druckregler auf ein Ventil einwirken, das in einer Umgehungsleitung des in den Hilfskühlkreis eingeschalteten, thermostatgesteuerten Ventils vorgesehen ist. Es kann aber auch bei direkter Kühlung der Wärmetauscher durch den Saugluftstrom selbst als Kühlmedium einerseits ein mit dem Hilfskühlkreis verbundener Thermostat und andererseits der Druckregler auf ein und dasselbe Gestänge einwirken, wobei ferner eine vom Gestänge betätigte Ventilklappe einen Einlaß für Zusatzluft im Hilfskühlkreis in Stromrichtung unterhalb der Wärmetauscher für Ladeluft und Motorschmieröl

steuert.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Ausfüh-

30 Öl durch die Leitung 17 in den im Motorgehäuse 18 befindlichen Sammelbehäher zurückkehrt. Durch die beiden Wärmetauscher 9 und 16 fließt als Kühlmedium eine Kühlflüssigkeit, die gewöhnlich aus Wasser mit Glykolzusatz besteht. Der die vorerwähnten Wärmetauscher enthaltende Hilfskühlkreis ist unabhängig vom normalen Hauptkühlkreis des Motors 1, welcher scheinatisch durch einen Kühler 45 und die beiden Leitungen 46 und 47 angedeutet ist. Im Hilfskühlkreis wird die Kühlflüssigkeit in einem Behälter 19 gesammelt, der an der höchsten Stelle des Kreises angeordnet ist. Aus dem Behälter saugt eine Wasserpumpe 20 durch die Leitung 21 Flüssigkeit an und drückt sie in zwei Leitungen 22 und 23.

!n der Leitung 23 ist ein mit der Druckseite des Turboladers durch eine Verbindungsleitung 27 verbundener Druckregeier 4 vorgesehen, der bei zunehmendem Ladedruck den Durchsatz der Kühlflüssigkeit im Hilfskühlkreis vergrößert. Ferner ist zusätzlich im Hilfskühlkreis, und zwar in der Leitung 22, ein thermostatgesteuertes, sich mit zunehmender Temperatur der Kühlflüssigkeit öffnendes Ventil 3 angeordnet. Nach dem thermostatgesteuerten Ventil 3 bzw. dem Druckregler 4 vereinigen sich die Leitungen 22 und 23 zu einer Leitung 24, die durch die Wärmetauscher 9 und 16 führt und dann den Kühler 25 erreicht. Aus dem Kühler 25 gelang! die Kühlflüssigkeit durch die Leitung 26 zurück in den Behälter 19.

Die F i g. 3 zeigt das in der Leitung 22 des Hilfskühlkreises liegende thermostatgesteuerte Ventil 3 mit einem Meßfühler 28, der das eigentliche Ventil 29 derart betätigt, daß die Leitung 22 geschlossen wird, wenn die Temperatur beispielsweise unter 85°C sinkt und daß sie wieder geöffnet wird, wenn die Temperatur über diesen Wert steigt.

Der in F i g. 4 im Detail gezeigte Druckregler 4 weist eine Druckmembran 30 auf, die gegen die Wirkung einer Feder 32 auf ein Ventil 31 einwirkt, das in der Umgehungsleitung 23 der Leitung 22 des Hilfskühlkrei-

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rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung bei 40 ses mit dem thermostatgesteuerten Ventil 3, 29 vorgeeinem flüssigkeitsgekühlten Dieselmotor, sehen ist. Die Leitung 27 verbindet das Innere der

F i g. 2 einen Schnitt durch das Sauggebläse nach der Linie A-A in F ig. 1,

F i g- 3 einen geteilten Schnitt durcn den Thermostaten der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung,

Fig.4 einen Teilschnitt durch den Druckregler dieser Einrichtung und

Fig.5 in schematischer Darstellung ein weiteres Alisführungsbeispiel der Einrichtung bei einem luftgekühlten Dieselmotor.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Dieselmotor bezeichnet, der ein Auspuffrohr 2 aufweist. Die aus diesem Rohr ausströmenden Abgase treiben die Turbine 5 an, welche ihrerseits wiederum den Kompressor 6 des Turboladers antreiben. Der Kompressor 6 saugt bei 7 Umgebungsluft an und drückt sie in die Rohrleitung 8. Bei dem in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel für einen wassergekühlten Dieselmotor durchsetzt die Rohrleitung 8 den Wärmetauscher 9 des Hilfskühlkreises und setzt sich fort in einer Leitung 10. über die der Motor 1 mit Ladeluft versorgt wird. Der Motor weist eine mit einem Filter 12 versehene Ölpumpe auf, welche das zum Schmieren des Motors und zum Kühlen der Kolben erforderliche öl in die Leitung drückt. Die Ölpumpe 11 kann ferner durch eine Leitung 14 öl in ein beliebiges Zusatzaggregat des Motors fördern. Schließlich drückt die ölpumpe 11 auch öl über die Leitung 15 in den Wärmetauscher 16, von wo das Druckmembran 30 mit der Druckseite des Kompressors 6. Die Druckmembran 30 und die Feder 32 sind so aufeinander abgestimmt, daß das Ventil unterhalb eines Druckes von 0,1 kg/cm² geschlossen wird und bei einem Druck von 0,3 kg/cm² voll geöffnet ist.

Bei dem in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Wärmetauscher 9, 16 des Hilfskühlkreises mittelbar durch den Saugluftslrom eines mit den Abgasen der Turbine 5 betriebenen Strahlgebläses beaufschlagt. Hierbei wird die Kühlflüssigkeit des Hilfskühlkreises im Kühler 25 durch den Saugluftstrom des Sauggebläses rückgekühlt. Der Kühler 25 befindet sich im Zulaufkanal 33 des Sauggebläses, der den konvergierenden Teil vor dem zylindrischen Mittelabschnitt des Gebläses bildet, welcher in einem sich erweiternden Teil 35 ausläuft.

In den Zulaufkanal 33 wird die Luft mit Hilfe der von der Turbine 5 abströmenden Abgase gesaugt, die durch das Rohr 36 in einen kreisförmigen Kanal 37 gelangen (vgl. F i g. 2). Von dort strömen die Abgase an Umlenkschaufeln 38 vorbei, welche ihnen schließlich eine Richtung parallel zum Mittelabschnitt 34, der eigentlichen Mischstrecke des Sauggebläses, erteilen. Im Bereich der Schaufeln 38 verengt sich der ringförmige Kanal derart, daß einerseits eine genügend hohe Geschwindigkeit der Abgase zur Erreichung einer ausreichenden Saugwirkung sich einstellt und daß jedoch andererseits

die von der Turbine 5 durch den Gegendruck aufzunehmende Leistung nicht zu sehr beeinträchtigt wird. Es hat sich gezeigt, daß die Vermischung von Abgasen mit einer großen Luftmenge im Strahlgebläse gleichzeitig eine so erhebliche Verdünnung dieser Auspuffgase herbeiführt, daß sich ein völlig farbloses Abgas ergibt.

Wenn es sich bei dem Motor 1 um einen üblichen Dieselmotor, lediglich mit Aufladung durch seinen Turbolader 5 und 6 handelt, kann man den Druckregler 4 und die Leitungen 23 und 27 fortlassen und nur die Lei- ₎₀ tung 22 und das thermostatgesteuerte Ventil 3 beibehalten, wobei der Thermostat auf eine niedrige Temperatur von etwa 60/55°C eingestellt wird, in diesem Fall wird angestrebt, einen Hilfskühlkreis mit einer insgesamt sehr erheblich unter der Temperatur des Hauptkühlkreislaufs 45-46-47 des Motors 1 liegenden Temperatur zu erhalten. Die Aufladeluft wird daher in allen Fällen durch den Wärmeaustauscher 9 und das Schmieröl durch den Wärmeaustauscher 16 stark gekühlt. Das im Motor umlaufende Wasser wird auf 80 oder 85°C gehalten. Die gesonderte Kühlung des Schmieröls auf einen unter 60/55⁰C gelegene Temperatur hat vor allem die Wirkung, daß der Hauptkühler 45 entlastet wird, weil die im öl enthaltenen Wärmemengen zum größten Teil nicht mehr über den Hauptkühlkreis abgeführt werden und weil außerdem dieses Öl wegen seiner niedrigeren Temperatur größere Wärmemengen von den Kolben abzieht als gewöhnlich. Im übrigen ist die niedrigere Temperatur der Aufladeluft ein wesentlicher Faktor für die Leistungserhöhung ohne zusätzliche Motorbelastung. Die Einrichtung ermöglicht nicht nur Verbesserungen hinsichtlich der Leistung und der Lebensdauer des Motors, sondern sie erlaubt weiterhin eine Entlastung des Hauptkühlers und bietet verbesserte Einbaumöglichkeiten eines leistungsstarken Motors in ein Fahrzeug, weil der Hauptkühler auf vernünftige Abmessungen beschränkt werden kann.

Es kann aber auch angebracht sein, das thermostatgesteuerte Ventil 3 und den Druckregler 4 vorzusehen. Es ist zweckmäßig, in der Leitung 24 eine möglichst niedrige Temperatur aufrechtzuerhalten, wenn der Motor mit hoher Leistung arbeitet und insbesondere, wenn auf der Druckseite des Kompressors 6 hoher Druck herrscht. Über das Rohr 27 wirkt der Druck der Leitung 24 auf den Druckregler 4, um die Zweigleitung 23 zu öffnen, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit so groß wie möglich ist und der Kühler 25 eine möglichst starke Kühlwirkung ausübt. Dabei liefert die große Leistung gleichzeitig eine sehr große Abgasmenge mit relativ hohem Druck, so daß das Sauggebläse 34-35-36-37-38 eine große Wirksamkeit entwickelt und eine große Luftmenge durch den Kühler 25 ansaugt.

Wenn jedoch der Motor mit geringer Drehzahl oder bei geringer Belastung umläuft, ist es wesentlich, daß die Aufladeluft warm ist und infolgedessen die Leitung 24 auf einer viel höheren Temperatur gehalten wird; in diesem Fall ist der Druck am Ausgang des Kompressors 6 niedrig, und der Druckregler 4 ist geschlossen. Die Flüssigkeit kann nur durch die Zweigleitung 22 fließen, was der Thermostat zuläßt, wenn die Temperatur mindestens 80/85⁰C bet-ägi. Die Luft in den Leitungen 8 und 10 soll dann warm sein, und das Öl soll ebenfalls eine Temperatur nahe 8O⁰C haben.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Einrichtung werden die Wärmetauscher 9' und 16' des Hilfskühlkreises direkt duich den Saugluftstrom des Strahlgebläses beaufschlagt. An Stelle der Luft/Flüssigkeits-Wärmeaustauscher beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind hier Luft/Luft-Wärmeaustauscher 9'. 16' mit vergrößerten Kühlrippen vorgesehen und in einem Kanal 39 angeordnet. Einander entsprechende Bauteile dieses Ausführungsbeispieles sind mit dem gleichen Bezugszeichen wie beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel versehen. Der konvergierende Zulaufkanal 33' steht nicht mehr mit einem getrennten Kühler in Verbindung, sondern geht in den Kanal 39 über. Der von dem Sauggebläse angesaugte Luftstrom durchströmt im stromaufgelegenen Abschnitt in Kanal 39 und kühlt die Wärmetauscher 9' und 16' unmittelbar. Die Regelung erfolgt durch ein als großer Nebenschlußschieber ausgebildetes Ventil 40. Mit dem Ventil 40 kann eine öffnung 49 des Kanals 39 verschlossen werden, wenn die Luft durch die Wärmetauscher 9' und 16' strömen soll. Andererseits kann der Kanal 39 auch mit dem Ventil 40 verschlossen werden. wenn ein Luftstrom durch den Kanal 39 unterbunden werden soll. Das Sauggebläse saugt die Außenluft dann direkt durch die öffnung 49 an. Die Regelung erfolgt, obwohl das Kühlmedium Luft ist, in gleicher Weise wie beim zuerst beschriebenen Ausführungsbeispicl. Der Kanal 39 stellt hier den eigentlichen Hilfskühlkreis dar. Auf ein Gestänge 42 und 43 wirken ein mit dem Hilfskühlkreis verbundener Thermostat 28' und andererseits der Druckregler 4' ein. Die vom Gestänge 42. 43 betätigte Ventilklappe 40 steuert einen Einlaß 49 für Zusatzluft im Hilfskühlkreis in Stromrichtung unterhalb der Wärmetauscher 9' für Ladclufl und 16' für Moiorschmieröl. Der Thermostat 28' ist bei 41 mit dem Wärmetauscher 16' des Hilfskühlkreises verbunden. Wenn die Temperatur ansteigt und beispielsweise eine Temperatur von 60° C überschritten wird, dehnt sicn der Thermostat 28' und verschließt über das Gestänge 42, 43 und die Ventilklappe 40 den Einlaß 49. In diesem Fall wird der durch das Sauggebläse angesaugte Luftstrom ausschließlich für die Kühlung der Wärmetauscher 9' und 16' ausgenutzt.

Es kann erwünscht sein, daß die Temperatur nod mehr erhöht wird, wenn der Motor unter geringer Be laslung arbeitet und sich mit niedrigen Tourenzähler dreht. Das von der Leitung 8 abzweigende Rohr 27 erlaubt an der beschriebenen Mechanik eine Korrektu anzubringen, die es bezweckt, den Kanal 39 auch dam zu schließen, wenn der Aufladedruck sehr niedrig ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims (3)

Patentansprüche: 21 S

1. Einrichtung zum Kühlen der Ladeluft und des Motorschmieröls eines mit einem Abgasturbolader ausgerüsteten Dieselmotors, welcher einen Hauptkühlkreis für den Motor sowie einen Hilfskühikreis mit je einem Wärmetauscher für die Ladeluft und das Motorschmieröl aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit d^r Druckseite des Turboladers (5, 6) verbundener Druckregler (4. 4') vorgesehen ist, der bei zunehmendem Ladedruck den Durchsatz des Kühlmediums im Hilfskühikreis (21, 22, 23, 24, 26; 39) vergrößert und daß zusätzlich im Hilfskühikreis ein t!iermos!atges».euertes, sich mit zunehmender Temperatur des Kühlmediums öffnendes Ventil (3, 29; 40) angeordnet ist, wobei die Wärmelauscher (9, 16; 9', 16') des Hilfskühlkreises direkt oder mittelbar durch den Saugluftstrom eines mit den Abgasen der Turbine (5) betriebenen Strahlgebläses (33 bzw. 33', 34, 35, 37) beaufschlagt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß bei mittelbarer Beaufschlagung der Wärmetauscher (9, 16) mittels einer durch den Saugluftstrom rückgekühlten Flüssigkeit als Kühlmedium der Druckregler (4) auf ein Ventil (31) einwirkt, das in einer Umgehungsleitung (23) des in den Hilfskühikreis (21, 22, 24, 26^ eingeschalteten thermostatgesteuerten Ventils (-., 29) vorgesehen ist (Fig. 1 bis 4).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei direkter Kühlung der Wärmetauscher (9', 16') durch den Saugluftstrom selbst als Kühlmedium einerseits ein mit dem Hilfskühikreis (39) verbundener Thermostat (28') und andererseits der Druckregler (4') auf ein und dasselbe Gestänge (42, 43) einwirken, und daß eine vom Gestänge (42, 43) betätigte Ventilklappe (40) einen Einlaß (49) für Zusatzluft im Hilfskühikreis (39) in Stromrichtung unterhalb der Wärmetauscher (9\ 16') für Ladeluft und Motorschmieröl steuert (F i g. 5).