DE2549009C2

DE2549009C2 - Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Ladeluft eines wassergekühlten Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2549009C2
Application number: DE2549009A
Authority: DE
Inventors: Leo Dr.-Ing. 6804 Ilvesheim Stankewitsch
Original assignee: Motoren Werke Mannheim Ag Vorm Benz Abt Stationaerer Motorenbau 6800 Mannheim; Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1975-11-03
Filing date: 1975-11-03
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE2549009A1

Description

\l das den zweiten Wärmetauscher in die Lage versetzt, ■£* die Ladeluft noch weiter abzukühlen. Bei Schwachlast f? und im Leerlauf wird überhaupt keine Ladeluftkühlung benötigt und daher wird der zweite Wärmetauscher in diesem Betriebsbereich durch Absperren des Kühlwas-, serdurchflusses unwirksam gemacht Da alle Wärme- * Übertragungsflächen der beiden Wärmetauscher, die den Ladeluftkühler bilden bei Vollast wirksam sind, -■>. braucht der Ladeluftkühler gegenüber einer einheitli- C chen Ausführung nicht überdimensioniert zu werden, _fJ sondern kann unter gewissen Voraussetzungen sogar kleiner sein, weil das Gesamtwärmegefälle günstiger aufgeteilt ist.

~c In der Zeichnung ist sdiematisch ein nachfolgend er-

?' läutertes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt "•t Ein Verbrennungsmotor, der Zylinder 1 und Zylinder-,' köpfe 2 aufweist ist mit einer Aufladevorrichtung versew hen, die durch einen Abgasturbolader gebildet ist Des-J' sen Verdichter 3 und dessen Abgasturbine 4 sind auf *ü einer gemeinsamen Welle angeordnet Der Verdichter 3 P fördert Ladeluft zu den Zylinderköpfsn 2 bzw. den Zy- y lindern 1 des Verbrennungsmotors, wo sie zuv Verbren- £ nung des den Verbrennungsräumen der Zylinder 1 zu-" geführten Brennstoffes dient. Die Abgase aus dieser Verbrennung strömen zu der Abgasturbine 4, in der ihre Energie zum Antrieb des Verdichters 3 verwertet wird, bevor sie ins Freie gelangen.

Ein erster Wärmetauscher 5 liegt in einem Kühlwasserkreislauf mit hohem Temperaturniveau, in dem eine Pumpe 7 Motorkühlwasser in einem geschlossenen Kreislauf umwälzt Das Motorkühlwasser gelangt nach Verlassen des ersten Wärmetauschers 5 zu den Kühlwasserräumen der Zylinder 1 und der Zylinderköpfe 2 und von dort zu einem Temperaturregelorgan, das aus einem Drei-Wege-Ventil 8 und einem Temperaturfühler 9 besteht Dieses Temperaturregelorgan hält die Motorkühlwassertemperatur nach dem Warmlaufen des Verbrennungsmotors dadurch annähernd konstant, daß das Motorkühlwasser je nach Temperaturanfall entweder über einen Rückkühler 10 oder über eine Kurzschlußleitung 11 geleitet wird.

Das den Rückkühler 10 durchfließende Motorkühlwasser wird durch Seewasser oder dergleichen gekühlt das von einer Pumpe 12 entweder über einen zweiten Wärmetauscher 6 oder über eine Kurzschlußleitung 13 dem Rückkühler 10 zugeführt wird, "on wo es wieder ins Meer oder dergleichen abfließt. Die Wassermenge, die den zweiten Wärmetauscher 6 durchfließt, wird durch ein Drei-Wege-Ventil 14 geregelt, das wiederum durch einen Temperaturfühler 15 gesteuert wird, der in die Ladeluftleitung zwischen dem zweiten Wärmetauscher 6 und den Zylinderköpfen 2 eingebaut ist

Die Steuerung des Drei-Wege-Ventils 14 kann auch durch einen Temperaturfühler 16 erfolgen, der im Weg der Ladeluft zwischen dem Verdichter 3 und dem ersten Wärmetauscher 5 liegt. Alternativ kann das Drei-Wege-Ventil 14 auch durch Temperaturfühler 17 oder 18 gesteuert werden, die im Weg des Abgases vor bzw. hinter der Abgasturbine 4 eingebaut sind.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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wärmt noch gekühlt wird Lediglich wenn zum Starten

Patentanspruch: Ladeluft vorgewärmt werden soll, ist vorgesehen, durch

beide Wärmetauscher in einem gesonderten Brenner

Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der vorgewärmtes Wasser zu leiten. Wenn bei Vollast und Ladeluft eines betriebswarmen wassergekühlten 5 voller Betriebstemperatur die Ladeluftkühlung lediglich Verbrennungsmotors mit einer von den Motorabga- im zweiten Wärmetauscher erfolgt, muß dieser Wärmesen angetriebenen Aufladevorrichtung, welche die tauscher so dimensioniert sein, daß er die gesamte Kühl-Ladeluft den Motorzylindera über eine Einrichtung leistung erbringen kann. Dadurch wird diese Vorrichzur Kühlung oder Heizung der Ladeluft mit getrenn- tung sperrig und auch aufwendig,
ten Räumen für Kühl- oder Heizmittel zuführt, wo- 10 Aus der CH-PS 2 17 848 ist eine Vorrichtung zur Rebei die Einrichtung zur Kühlung oder Heizung der gelung der Temperatur der Ladeluft eines Verbren-Ladeluft aus zwei im Weg der Ladeluft hintereinan- nungsmotors mit einer von den Motorabgasen angetriederliegenden Wärmetauschern besteht, von denen benen Aufladevorrichtung bekannt, welche die Ladeluft der erste, der Aufladevorrichtung nächstgelegene den Motorzylindern über eine Einrichtung zur Kühlung Wärmetauscher in dem Motorkühlwasserkreislauf 15 oder Heizung der Ladeluft zuführt Diese Einrichtung liegt und im unteren Leistungsbereich als Heizvor- besteht aus einem im Wege der Ladeluft angeordneten richtung wirkt, während der zweite, dem Verbren- Wärmetauscher, der wahlweise an ein Heißwassernetz nungsmotor nächstgelegene Wärmetauscher in ei- oder ein Kaltwassernetz angeschlossen werden kann, nem anderen Kühlwasserkreislauf liegt, der ein nied- wobei in mittleren Temperaturbereichen der Ladeluft rigeres lemperaturniveauaisderMotorkühiwasser- 20 weder eine Heizung noch eine Kühlung erfolgt Die kreislauf hat, wobei der zweite Wärmetauscher im Regelung der wahlweisen Heizung oder Kühlung oder oberen Leistungsbereich als Kühler arbeitet und im Nichtbeeinflussung der Ladeluft erfolgt in Abhängigkeit unteren Leistungsbereich unwirksam ist, wobei die von einem Betriebswert des Verbrennungsmotors.
Kühlung der Ladelufi in Abhängigkeit von einem Zum Heizen der Ladeluft mittels Heißwassers kann

Betriebswert des Verbrer/nungsmotors geregelt 25 beispielsweise das erwärmte Motorkählwasser oingewird, dadurchgekennzeichnet, daß der er- setzt werden. Als Kühlwasser wird stets ein aus einem ste Wärmetauscher (5) ständig im Motorkühlkreis- gesonderten Kühlkreislauf stammendes Kühlwasser lauf Hegt und im oberen Leistungsbereich ebenfalls eingesetzt Im Vergleich zu Vorrichtungen mit zwei als Kühler arbeitet und daß nur der Kühlwasser- Wärmetauschern sind derartige Vorrichtungen mit nur durchfluß Jurch den zweiten Wärmetauscher (6) re- 30 einem Wärmetauscher weniger gut zu optimieren,
geibar ist Aus der AT-PS 2 83 825 ist eine Vorrichtung zur Re

gelung der Temperatur der Ladeluft eines Verbren-

nungsmotors mit einer von den Motorabgasen angetriebenen Ladevorrichtung bekannt, weiche die Ladeluft 35 den Motorzylindern über eine Einrichtung zur Kühlung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach oder Heizung der Ladeluft zuführt In dieser als Wärmedem Oberbegriff des Patentanspruchs. tauscher ausgebildeten Einrichtung wird die Ladeluft-

Verbrennungsmotoren dieser Art können nach dem temperatur in Abhängigkeit vom ixideluftdruck konti-Dieselverfahren arbeiten oder auch Gasmotoren sein, nuierlich im umgekehrten Verhältnis zur Belastung der die entweder mit Funkenzündung oder mit Einspritzung 40 Maschine dadurch verändert, daß dem Wärmetauscher von Zündöl arbeiten. Die Motoren, um die es hier geht, Kalt-, Misch- oder Warmwasser zugeführt wird. Bei hosind sämtlich hoch aufgeladen, d. h. sie arbeiten mit mitt- her Maschinenlast wird dem Wärmetauscher aus einem leren effektiven Drücken, die zwei- bis dreimal höher Mischbehälter Kaltwasser zugeführt Zum Heizen der sind als bei einem unaufgeladenen Motor. Bei hochauf- Ladeluft beim Anfahren und geringer Maschinenbelageladenen Verbrennungsmotoren ist es erforderlich, das 45 stung wird dem Wärmetauscher Wasser mit höherer Verdichtungsverhältnis so weit zu vermindern, daß die Temperatur zugeführt. Hierzu wird das zum Heizen H Zünddrücke in erträglichen Grenzen bleiben. Mit die- vorgesehene Wasser in einem gesonderten Wärmetau-

(j| sem reduzierten Verdichtungsverhältnis arbeitet der scher vom Motorkühlwasser erwärmt

f| Motor nur dann zufriedenstellend, wenn die Tempera- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor-

Iv; tür der Ladeluft in einem bestimmten Bereich liegt Das 50 richtung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten,

g; bedeutet, daß die Ladelufttemperatur geregelt werden daß sie weniger sperrig und weniger aufwendig ist.

;.| muß, wobei es nicht allein genügt, die Ladeluftkühlung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

ψ bei fallender Motorleistung zu vermindern oder unwirk- Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentan-

;!■ 5 sam zu machen. Es ist vielmehr notwendig, die Ladeluft Spruchs gelöst.

■■;·' bei Schwachlast und im Leerlauf aufzuheizen. Auch die 55 Die vorgenannte Kühlwirkung kommt dadurch zu

Umgebungstemperatur spielt dabei eine Rolle. stände, daß die Temperatur der aus dem Verdichter der

; Bei einer aus der DE-OS 15 76 227 bekannten Vor- Aufladevorrichtung austretenden Ladeluft bei hochauf-

■■-', richtung der gattungsgemäßen Art ist in eine Abgaslei- geladenen Verbrennungsmotoren bei Vollast so hoch

]■:, tung eines Verbrennungsmotors eine aus einem Abgas- ist, daß ein zur Kühlung in dem ersten Wärmetauscher

% turbolader bestehende Aufladevorrichtung geschaltet, 60 ausreichendes Temperaturgefälle von der Ladeluft zum

%■ deren Verdichter über eine Leitung mit einem ersten Kühlwasser im Motorkreislauf vorhanden ist. Anderer-

¹I Wärmetauscher zum Vorwärmen der Ladeluft verbun- seits ist die Ladelufttemperatur beim Austritt aus dem

f. den ist. Diesem ersten Wärmetauscher ist über eine wei- Verdichter bei Schwachlast und im Leerlauf niedrig ge-

tere Leitung ein zweiter Wärmetauscher zum Kühlen nug, um den ersten Wärmetauscher als Heizvorrichtung

der Ladeluft nachgeordnet Die Regelung dieser Vor- 65 wirken zu lassen. Zwischen der durch den ersten Wär-•λ; richtung erfolgt in der Weise, daß entweder im ersten metauscher bei Vollast gekühlten Ladeluft und dem

Wärmetauscher die Ladeluft vorgewärmt wird, oder in Kühlwasser in dem Kreislauf mit dem niedrigeren Tem- :·.; beiden Wärmetauschern die Ladeluft weder vorge- peraturniveau besteht wiederum ein Temperaturgefälle.