DE2335248A1

DE2335248A1 - Kondensationsfreie ladeluftkuehlung

Info

Publication number: DE2335248A1
Application number: DE19732335248
Authority: DE
Inventors: Armand Velten
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1973-07-11
Filing date: 1973-07-11
Publication date: 1975-01-30

Description

A KHD

Klöckner-Humboldt-DeutzAG ΔλΤ%.ΤΈΛ* g _Köln g^ _di._n jS, Juni 1973

Unser Zeichen: D 73/55 APTB Nau/B Kondensationsfreie Ladeluftkühlung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitskühlanlage für aufgeladene Brennkraftmaschinen mit einem Kühlkreis zum Abführen der Motorw&rme und eine Kühleinrichtung der Ladeluft.

Es ist bekannt (DT PS 1 223 196), sowohl der Brennkraftmaschine wie dem Ladeluftkühler einen eigenen Kühlkreislauf zuzuordnen, in dem für den Ladeluftkühler ein Nebenrückkühler und die Brennkraftmaschine ein Hauptrückkühler vorgesehen ist. Dabei ist zwischen der Kühlmittelzuführleitung zur Brennkraftmaschine und der zum Ladeluftkühler eine Nebenkreisleitung vorgesehen. Dadurch ist es möglich, Wasser vom Motorkeislauf in den Ladeluftkühlerkreislauf zu.übernehmen, so daß ein Einfrieren des Ladeluftkühlers verhindert wird. Um dieses Ziel zu erreichen, weist jedoch dieser Kühlanlage einen zusätzlichen Nebenkühler auf, der unerwünschte Kosten verursacht. Weiterhin ist es bei dieser Anlage nicht möglich, beispielsweise bei sehr niedrigen Außenteeperatugen den Ladeluftkühler als Rückkühler für den Motorkreislauf zu benutzen, da die Kühlmittelzuflußleitung zum Ladeluftkühler an die Kühlmittelzuflußleitung zur Brennkraftmaschine angeschlossen ist, d.h. die beiden kühlen Leitungen der Kreisllufe miteinander verbunden sind.

Es ist weiterhin bekannt (Schiff und Hafen, Heft 7, 1968, S, SOOff., insbesondere Abb. 4 auf Seite 501 und Beschreibung auf Seite 502)

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rechte Spalte, 3. und 4. Abs.), für die Brennkraftmaschine einen Kühlkreislauf vorsusehen, bei dem die Abwärme Über Wärmetauscher an Frischwasser abgegeben wird. Dabei ist für den Ladeluftkühler eine Frischwasser- bzw. Seewasserkühlung vorgesehen, bei der über Thermofühler die Temperatur des LadeluftkUhlers ermittelt und danach die Zuflußmenge von Frischwasser geregelt wird. Um das Ausscheiden von Kondenswasser zu verhindern, drosselt man die Durchflußmenge des Wassers durch den Ladeluftkühler soweit bis seine Temperatur ansteigt. Die Folge davon ist, daß sich Härtebildner und Salze im Ladeluftkühler ausscheiden. Weiterhin ist diese Ausführung nur im Vollastbereich des Motors betriebssicher, da dann die vom Verdichter erwärmte Luft abgekühlt werden muß. Wird jedoch nur mit Teillast oder geringer Last gefahren, «et ist die Abkühlung im Ladeluftkühler je nach Außentemperatur so große, daß ein Einfriedren des LadeluftkUhlers, was zu größerer Zerstörung führt, nicht ausgeschlossen ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei den gattungsmäßigen FlüssigkeltskUhianlagen obige Nachteile zu vermeiden und diese so su verbessern, daß mit einfachen Kitteln einerseits eine hinreichende Kühlung des Ladeluftkühlers gegeben ist und andererseits das Ausscheiden von Kondenswasser aus der Ladeluft und das Einfrieren des Kühlmittels verhindert wird·

Diese Aufgabe vixlb«i einer Flüeeigkeitikühlanlage mit je einen Kühlkreislauf xum Abführen der Motorwärme und zu» Kühlen der Ladeluft, bei der der MotorkÜhlkreislauf ein· Kursschlußleitung

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mit Temperaturregler aufweist und die beiden Kühlkreislaufe über einen Rückkühler kuppelbar sind, dadurch gelöst, daß zu dem Rückkühler eine Parallelleitung angeordnet ist, wobei an der Verbindungsstelle der BralIeIleitung an die Rückkühlereintrittsleitung ein Thermostat eingebaut ist, der das Kühlmittel zur Temperaturregelung des LadeluftkUhlkreislaufs durch die Parallelleitung und/oder den Rückkühler führt.

Bei einer Flüssigkeitskühlanlage mit einem Kühlkreislauf mit temperaturgeregelter Kurzschlußleitung zum Abführen der Motorwärme an einen mit Frischwasser gekühlten Wärmetauscher und mit einem mit Frischwasser beaufschlagten Ladeluftkühler wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher in die Ladeluftkühlerabflußleitung eingebaut ist und daß zwischen der Wärmetauscherabfluß- und Frischwasseransaugleitung eine durch einen Thermostaten geregelte Parallelleitung derart angeordnet ist, daß der Thermostat dem Ladeluftkühler Kühlmittel aus der Frischwasseransaug- und/oder Wärmetauscherabflußleitung zuführt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es in der Natur in der Luft Wasserdampf und mit dem maximalen Partialdruck von 38 Torr, unabhängig von deren Temperatur, gibt. Damit «rgibt sich ein maximaler Wasserdampfgehalt von 34 g/kg Luft. Für diese Gemischkonsentration ergibt sich - j· nach Ladedruck der Brennkraftmaschine - die Taupunktgrenze bei Wandtemperaturen von 40

ο bis 55 C. Über diese Wandtemperaturen hinaus ist die Anlage trocken. Daher darf, gleich bei welchen Betriebs&uständen die

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Wandtemperatur des Ladeluftkühlers diese Werte nicht unterschreiten. Andererseits ist es erstrebenswert, den Motor mit einer möglichst niedrigen Ladelufttemperatur zu betreiben, da dadurch die Füllung und infolgedessen die Leistung besser ist. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist es, daß im Gegensatz zum vorbekannten Stand der Technik der Ladeluftkühlkreislauf keine untergeordnete Rolle spielt, sondern als eine Art Trägerkreislauf ausgebildet ist. Dieser Kreislauf wird über einen Thermostaten und eine Parallelleitung, die entweder parallel zu einem Rückkühler oder parallel zum Frischwasseraus- und -eintritt angeordnet ist, auf der gewünschten Ladelufttemperatur von 40 bis 55 ⁰C gehalten. In diesen Ladeluftkühlkreislauf ist der Motorkühlkreislauf integriert. Dadurch ist es möglich, einen hinreichend großen Kühlmitteldurchsatz für den Ladeluftkühler vorzusehen, so daß keine Ausscheidung von Härtebildnern und Salzen vorkommt. Darüber hinaus ist es durch diese erfinderische Ausgestaltung möglich, sowohl den Motorkühlkreislauf als Wärmespender und auch als Wärmeverbraucher je nach Betriebszustand zu benutzen. Dadurch wird aufgrund dieses erfinderischen Systems die Wärme überhaupt erst dann an den Rückkühler abgegeben, wenn der Wärmehaushalt zwischen Brennkraftmaschine und Ladeluftkühler nicht mehr ausgeglichen ist. Dann wird jedoch nur die Restwärme abgeführt. Dies geschieht so, daß infolge der Temperaturdifferenzen zw ischen dem Kühlmittel der Brennkraftmaschine und ca. 35 bis 50 ⁰C Basistemperatur des Kühlmittels des Ladeluftkuhlkreislaufs nur maxi_mal ein Viertel der UmIaufwassermenge der Brennkraftmaschine durch den

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Rückkühler geschickt zu werden braucht. Dies bedeutet kleinere Rohrquaschnitte für die Zuleitung zum Rückkühler und im Rückkühler selbst, sowie kleinerer Leistungsaufwand für die Motorkühlung. Aufgrund obiger Ausführungen wird daher vorgeschlagen, daß die Ladelufttemperatur am Ladeluftkühleraustritt, bei einem Ladeluftdruckverhältnis von 1,5 bis 3 zwischen 40 und 55 ⁰C beträgt bzw. diese Grenztemperaturen nicht unterschritten werden. Um eine möglichst exakte Einhaltung der Ladelufttemperatur zu erreichen, wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Thermostat einen Fernfühler hat, der die Kühlmitteltemperatur oder die Ladelufttemperatur am Austritt des Ladeluftkühlers ermittelt. Dem wesentlichen Erfindungsgedanken entspricht es auch, wenn anstelle oder zusätzlich zu der Brenrkraftmaschine dem Ladeluftkühler ein anderer Wärmespender, z.B. Getriebe oder Hilfsbrennkraftmaschinen, zugeordnet ist.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt. Es zeigen:

Abb. 1 eine schematische Darstellung einer Flüssigkeitskühlanlage gemäß der Erfindung, wobei der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine und der des Ladeluftkühlers über einen Rückkühler gekoppelt sind,

Abb. 2 eine Flüssigkeitskühlanlage in schematischer Darstellung, bei der der Motorkühlkreislauf über einen Wärmetauscher an den Ladeluftkühlkreislauf angeschlossen ist.

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In den Abb. 1 und 2 ist mit 1 ein Ladeluftkühler bezeichnet, dem über eine Leitung 2 und eine Pumpe 3 Kühlmittel zugeführt wird. Der Ladeluftkühler 1 hat weiterhin eine Kühlmittelabflußleitung, die mit 4 bezeichnet ist. Weiterhin ist mit 5 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, der über eine Motorzuflußleitung 6 und eine Umwälzpumpe 7 Kühlmittel zugeführt wird. Die Brennkraftmaschine hat weiterhin eine Motorkühlmittelabflußleitung 8, die zu einem Motorthermostaten 9 führt. Am Motorthermostaten 9 ist eine Thermostatabflußleitung 10 und eine Hauptkurzschlußleitung 11 angeschlossen. Die Hauptkurzschlußleitung 11 mündet in die Motorzuflußleitung 6 und zwar auf der Saugseite der Umwälzpumpe 7.

Wie in Abb. 1 dargestellt, mündet die Thermostatabflußleitung 10 in die Kühlmittelabflußleitung 4. Dabei führt die Kühlmittelabflußleitung 4 zu einem Thermostaten 12, der dem Ladeluftkühlkreislauf zugeordnet ist. Am Thermostaten 12 ist eine Parallelleitung und eine Rückkühlereintrittsleitung 13 angeschlossen, die zu einem Rückkühler 15 führt, der sowohl als Wabenluftkühler oder auch als mit Flüssigkeit beaufschlagter Wärmetauscher ausgebildet sein kann. Dabei deuten die Pfeile 16 den Durchsatz von Kühlluft oder Kühlmittel an. Am Rückkühler 15 ist weiterhin eine Rückkühleraustrittsleitung 17 angeschlossen, die an einem Punkt 18 mit der Leitung 2, der Motorzuflußleitung 6 und der Parallelleitung 14 zusammentrifft.

Die Flüssigkeitskühlanlage gemäß Abb. 1 hat demnach folgende Funktionsweise. Durch den Thermostaten 12 wird im Punkt 18 des

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Ladeluftkreislaufs eine Temperatur eingestellt, daß die Ladelufttemperatur zwischen 40 und 55 ⁰C beträgt. Dies geschieht dadurch, daß der Thermostat 12 das durch die Kühlmittelabflußleitung 4 anströmende Kühlmittel entweder über die Leitung 13, den Rückkühler 15 und die Rückkühleraustrittsleitung 17 oder direkt über die Parallelleitung 14 fließen läßt. Dadurch steht im Punkt 18 eine Basistemperatur in den Grenzen von 35 bis 50 °C zur Verfügung. Dem Motor 5 kann nunmehr über die Motorzuflußleitung 6 und die Umwälzpumpe 7 Kühlmittel dieser Basistemperatur zugeführt werden, falls dies der Regeleinstellung des Motorthermostaten 9 entspricht. Ist eine Kühlmittelzufuhr niedrigen Kühlmitteltemperaturniveaus nicht nötig, so läßt der Motorthermostat 9 über die Thermostatabflußleitung 10 kein Kühlmittel abfließen, so daß die Pumpe über die Hauptkurzschlußleitung 11 noch hinreichend kühles Kühlmittel ansaugt.

Bei der Flüssigkeitskühlanlage gemäß Abb. 2 führt die Kühlmittelabf lußleitung 4 zu einem Wärmetauscher 19, an dem eine Wärmetauscherabflußleitung 20 angeschlossen ist, die zu einem Thermostaten 21 und von dort ins Freie, beispielsweise über Bord eines Schiffes, führt, da im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 2 der Ladeluftkühlkreislauf mit Frischwasser bzw. Rohwasser beaufschlagt ist. Am Thermostaten 21 ist eine der Leitung 14 in Abb. 1 entsprechende Parallelleitung 22 angeschlossen, die in eine Frischwasseransaugleitung 23 mündet, wobei letztere Frischwasser zu der Pumpe 3 leitet. Am Wärmetauscher 19 sind weiterhin die Thermostatabflußleitung 10 und die Motorzuflußleitung 6 angeschlossen,

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Der Thermostat 21 in Abb. 2 ist so eingestellt, daß die Ladelufttemperatur im Ladeluftkühler 1 in den vorgeschriebenen Grenzen gehalten wird. Dadurch erreicht der Ladeluftkühlkreislauf eine bestimmte Basistemperatur, die im Wärmetauscher 19 vorhanden ist. Je nach Regelung des Motorthermostaten 9 kann daher der Brennkraftmaschine 5 Kühlmittel niedriger Temperatur über die Leitung oder Kühlmittel höherer Temperatur über die Hauptkurzschlußleitung 11 zugeführt werden. Die Kühlmittelkreisläufe der Brennkraftmaschine 5 und des Ladeluftkühlers 1 sind in den Flüssigkeitskühlanlagen gemäß Abb. 1 und 2 so miteinander gekoppelt, daß Wärme von einem Kreislauf zum anderen Kreislauf übergehen kann. Dadurcch kann der Ladeluftkühler auch als echter Rückkühler für den Motorkreislauf beispielsweise bei niedriger Lufttemperatur im Ladeluftkühler herangezogen werden. In diesem Fall wirkt die Brennkraftmaschine 5 als Wärmespender für den Ladeluftkühlkreislauf. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Flüssigkeitskühlanlagen wird dies mit geringem baulichem und finanziellem Aufwand, nämlich durch eine Parallelleitung und einen Thermostat erreicht.

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Claims

5 Köln 30, den 28. Juni 1973 Unser Zeichen: D 73/55 APTB Nau/B

Patentansprüche

J^j/Flüssigkeitskühlanlage für aufgeladene Brennkraftmaschinen mit je einem Kühlkreislauf zum Abführen der Motorwärme und zum Kühlen der Ladeluft, wobei der Motorkühlkreislauf eine Kurzschlußleitung mit Temperaturregler aufweist und die beiden Kühlkreisläufe über einen Rückkühler kuppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Rückkühler (15) eine Parallelleitung (14) angeordnet ist, wobei an der Verbindungsstelle der Parallelleitung (14) an die Rückkühlereintrittsleitung (13) ein Thermostat (12) eingebaut ist, der das Kühlmittel zur Temperaturregelung des Ladeluftkühlkreislaufs durch die Parallelleitung (14) und/oder den Rückkühler (15) führt.
2. Flüssigkeitskühlanlage für aiijeladene Brennkraftmaschinen mit einem Kühlkreislauf mit temperaturgeregelter Kurzschlußleitung zum Abführen der Motorwärme an einen mit Frischwasser gekühlten Wärmetauscher und mit einem mit Frischwasser beaufschlagten Ladeluftkühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (19) in die Ladeluftkühlerabflußleitung (4) eingebaut ist und daß zwischen der Wärmetauscherabfluß- (20) und Frischwasseransaugleitung (23) eine durch einen Thermostaten (21) geregelte Parallelleitung (22) derart angeordnet ist, daß der Thermostat (21) dem Ladeluftkühler (1) Kühlmittel aus der Frischwasseransaug-(23) und/oder Wärmetauscherabflußleitung (20) zuführt.

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3. Flüssigkeitskühlanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladelufttemperatur am Ladeluftkühleraustritt, bei einem Ladeluftdruckverhältnis von 1,5 bis 3,0 zwischen 40 und 55 °C beträgt bzw. diese Grenztemperaturen nicht unterschritten werden.
4. Flüssigkeitskühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (12, 21) einen Fernfühler hat, der die Kühlmitteltemperatur oder die Ladelufttemperatur am Austritt des Ladeluftkühlers (1) ermittelt.
5. Flüssigkeitskühlanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle oder zusätzlich zu der Brennkraftmaschine (5) dem Ladeluftkühler (1) ein anderer Wärmespender z.B. Getriebe- oder Hilfsbrennkraftmaschine, zugeordnet ist.

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