DE2610378A1

DE2610378A1 - Kuehleinrichtung fuer einen aufgeladenen wassergekuehlten verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2610378A1
Application number: DE19762610378
Authority: DE
Inventors: Leo Dr Ing Stankewitsch
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1976-03-12
Publication date: 1977-09-22
Also published as: DE2610378B2; DE2610378C3

Description

Kühleinrichtung für einen aufgeladenen wassergekühlten
Verbrennungsmotor.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für einen aufgeladenen wassergekühlten Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, enthaltend eine Kühlwasserpumpe, einen Rückkühler für das Kühlwasser, eine Rückkühlerumgehungsleitung, ein Motorkühlwasserregelventil, welches das den Verbrennungsmotor verlag sende Kühlwasser je nach ISölle der Motorkühlwassertemperatur derart zwischen RÜckkühler und Rückkühlerumgehungsleitung aufteilt, daß dem Verbrennungsmotor mindestens entweder der aus der Rückkühlerumgehungsleitung austretende Kühlwasserstrom oder eine Mischung aus diesem und dem vom Rückkühler kommenden Kühlwasserstrom wieder zugeführt wird, weiter enthaltend einen kühlwasserdurchflossenen Ladeluftkühler und ein Ladeluftkühlwasserregelvc-ntil, das von der Temperatur der Ladeluft gesteuert wird.
Die bekannten Kühleinrichtungen der vorgenannten Art gestatten es das Temperaturniveau des Motorkühlwassers höher zu halten als das Temperaturniveau des Ladeluftkühlwassers undzwar nur mit einem Rückkühler und einer Kühlwasserpumpe, d.h. mit einer sogenannten Einkreiskühlung. Dabei liegt der Ladeluftkühler in dem vom Rückkühler kommenden Kühlwasserstrom. Bei dieser Anordnung kann die Ladeluft unter dem Einfluß des Ladeluftkühlwasserregelventils lediglich mehr oder weniger stark bzw. nicht gekühlt werden, was zwar hohe Aufladegrade auch bei Einkreiskühlung erlaubt, aber nicht allen Anforderungen an die Regelung der Ladelufttemperatur bei hochaufgeladenen Dieselmotoren gerecht wird. Bei solchen Dieselmotoren, insbesondere wenn sie mit relativ niedrigem Verdichtungsverhältnis arbeiten, genügt es nämlich nicht die Ladeluft beim Anlassen oder bei Schwachlast nicht oder nur wenig zu kühlen, sondern es ist vielmehr notwendig die Ladeluft beirn Anlassen und bei Schwachlast aufzuheizen, um Weißrauch oder Blaurauch zu vermeiden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin diese Forderung zu erfüllen, ohne die bauliche Einfachheit der Einkreiskühlung aufgegeben.
Diese Aufgabe wird an einer Kühleinrichtung der eingangs genannten Beuart erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ladeluftkühlwasserregelventil je nach Höhe der Ladelufttemperatur dem Ladeluftkühler entweder einen Teilstrom des vom Rückkühler kommenden Kühlwassers oder einen Teilstrom des vom Verbrennungsmotor kommenden Kühlwassers oder eine Mischung aus den beiden Teilströmen zuleitet und daß eine Ladeluftkühlerumgehungsleitung vorgesehen ist, die das vom Rückkühler kommende, vom Ladeluftkühler jedoch nicht aufgenommene Kühlwasser dem Kühlwassereintritt des Verbrennungsmotors zuleitet.
Zweckmäßig ist vorgesehen, daß der Strömungswiderstand der Ladeluftkühlerumgehungsleitung derart bemessen ist, daß bei voll durch das Ladeluftkühlwasserregelventil geöffnetem Kühlwasserveg vom Rückkühler zum Ladeluftkühler eine sowohl für die Kühlung der Ladeluft als auch des Verbrennungsmotors geeignete Aufteilung der vom Rückkühler kommenden Kühlwassers auf Ladeluftkühler und Ladeluftkühlerumgehungsleitung stattfindet.
Zweckmäßig ist weiter vorgesehen, daß der Strömungswiderstand der Rückkühlerumgehungsleitung derart bemessen ist, daß bei voll durch die beiden Kühlwasserregelventile geöffneten Kühlwasserwegen von dem Verbrennungsmotor zum Ladeluftkühler und zur Rückkühlerumgehungsleitung noch ein zur Übertragung von Wärme aus dem Kühlwasser an die Ladeluft ausreichender Teilstrom durch den Ladeluftkühler fließt.
Eine vor-teilhaf-te Freizügigkeit in der Bemessung der Ladeluftkühlerumgehungsleitung ergibt sich, wenn das Ladeluftkühlwasserregeventil eiiie Stellung aufweist, in welcher der Kühlwasserweg von dem Rückkühler zum Ladeluftkühler voll geöffnet ist, der Kühlwasserweg von dem Verbrennungsmotor zu Ladeluftkühler und die Ladeluftkühlerumgehungsleitung jedoch geschlosen sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung mit einem Ladeluftkühlwasserregelventil in Dreiwegebauart.
@ Fig. 2 zeigt eine Vierwegeausführung des Ladeluftkühlwasserregelventiles in seiner Stellung fiir stärkste Ladeluftkühlung.
Fig. 3 zeigt das Ladeluftkühlwasserregelventil gemäß Fig. 2 in seiner Stellung für stärkste Ladeluftaufheizung.
In Fig. 1 sind der Verbrennungsmotor mit 1, die Kühlwasserpumpe mit 2, der Rückkühler mit 3, die Rückkühlerumgehungsleitung mit 4, das Motorkühlwasserregelventil mit 5, der Ladeluftkühler mit 6 ulld. das Ladeluftkühlwasserregelventil i:ii-L 7 bezeichnet. Das Motorkühlwasserregelventil 5 wird durch einen Temperaturfühler 8, der auf Kuhlwassertemperatur am Austritt aus dem Motor 1 anspricht, gesteuert und zwar derart, dafl dem Kühlwassereintritt 9 des Motors 1 je nach Höhe der Belastung entweder nur der aus der Rückkühlerumgehungsleitung 4 austretende Kühlwasserstrom oder eine Mischung aus diesem und dem vom Rückkühler 3 kommenden Kühlwasserstrom zugeführt wird. Der Riickkühler 3 kann ein Wabenküchler sein, der durch Luf-t gekühlt wird, die durch einen von dem Verbrennungsmotor angetriebenen nicht dargestellten Lüfter geliefert wird, kann aber auch ein @ Wärmetauscher sein, in dem das in dem dargestellten Kre@slauf zirkulierende Kühlwasserdurch Seewasser oder Rohwasser rückgekühlt wird. Das Ladeluftkühlwasserregelventil 7 wird durch einen Temperaturfühler 10 gesteuert, der auf die Temperatur der Ladeluft anspricht, die aus dem Ladeluftkühler 6 austritt. Die Ladeluft wird von dem Gebläse 11 eines sonst nicht dargestellten Turboladers geliefert.
Ladeluftkühlwasserregelventil 7 leitet dem Ladeluftkühler 6 je nach Höhe der Ladelufttemperatur entweder einen Teilstrom des vom Rückkühler 3 kommenden Kühlwassers oder einen Teilstrom des vom Motor 1 kommenden Kühlwassers oder eine Mischung aus beiden Teils trömen zu. Dabei kann das nicht vom Ladeluftkühler 6 aufgenommene vom Rückkühler 3 kommende Kühlwasser iiber die Ladeluftkühlerumgehungsleitung 12 zum Kühlwassereintritt 9 des Motors 1 gelangen. Durch die Drosselblende 13 ist der Strömungswiderstand der Ladeluftkühlerumgellullgsl e ituiig 12 derart bemessen, daß bei voll durch das Ladeluftkühlwasserregelventil 7 geöffnetem Kühlwasserweg vom Rückkühler 3 zum Ladeluftkühler 6, d.h. bei hoher j'elastung des Motors 1 eine sowohl für die Kühlung der Landeluft t als auch für die Kühlung des Motors 1 geeignete Aufteilung des vom Ruckkühler kommenden Wassers auf den Ladeluftkühler 6 und die Ladeluftkühlerumgehungsleitung 12 stattfindet.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß zum Kühlwassereintritt 9 des Motors 1 heißes Kühlwasser durch die Leitung 4, warmes oder heißes Kühlwasser vom Laseluftkühler 6 und rückgekühltes Kühlwasser durch die Leitung 12 fließen. Die Mischlung dieser drei Kühlwasserströme muß den Sollwert der Motorkühlwassereintrittstemperatur ergeben.Gleichzeitig muß genügend rückgekühltes Wasser durch den Ladeluftkühler fließen können, damit die Ladeluft ausreichend gekühlt werden kann. Durch die Drosselblende 14 ist der Strömungswiderstand der Rückkühlerumgehungsleitung 4 derart bemessen, daß bei voll durch die beiden Kühlwasserregenventile 5 und 7 geöffneten Kühlwasserwegen von dem Motor 1 zum Ladeluft kühler 6 und zur Leitung 4, d.h. nach dem Anlassen und während des Warmfahren des Motors 1 ohne Belastung, ein zur Übertragung von Wärme aus dem bereits erwärmten Kühlwasser an die Ladeluft ausreichender Teilstrom durch den Ladeluftkühler 6 fließt.
In Fig. 2 und 3 sind die vier Anschlüsse des Ladeluftkühlwasserregelventiles 15 mit den Bezugszahlen der Bauelemente der Kühleinrichtung bezeichnet, mit denen sie verbunden sind. Dieses Vierwegeventil 15 laun, wie Fig.2 zeigt, eine Stellung einnehmen, in der das gesamte vom Rückkühler 3 kommende Kühlwasser dem Ladeluftkühler 6 zugeleited wird, während die Verbindungen zur Leitung 12 und zum Motor 1 geschlossen sind. In diesem Fall spielt das Verhältnis der Strömungswiderstände von Ladeluftkühler 6 und Leitung 12 keine Rolle mehr. In der in Fig. 3 gezeigten Stellung unterscheidet sich das Vierwegeventil 15 in seiner Wirkung nicht von dem Dreiwegeventil 7, wenn dieses die Verbindung zur Leitung 12 bzw. zum Rückkühler 3 abschließt und die Verbindung zum Motor 1 voll öffnet.
Die in Fig. 1 schematisel dargestellte Kühleinrichtung eines Dieselmotors arbeitet in den verschiedenen Betriebszuständen etwa wie folgt: 1.Anlassen und Warmlaufen ohne Belastung.
In diesem Fall schließen die Regelventile 5 und 7 die Verbindungen zurn Rückkühler 3, der somit völlig ausgeschaltet ist.
Das aus dem IIotor 1 austretende Kühlwasser strömt sowohl iiber die Leitung 4 als auch über den Ladeluftkühler 6 zum Kühlwassereintritt 9 zurück. Solange das Kühlwasser noch kalt ist kann der Ladeluft Wärme, beispielsweise über eine nicht dargestellte Flämmglühkerze zugeftihrt werden. Sobald sich das Kühlwasser erwärmt hat, kann die Flammglühkerze ausgeschaltet werden, denn mm bringt das warme Kühlwasser die Ladeluft im Ladeluftkühler 6 auf eine Temperatur (ca.40-50°C), die ein befriedigendes Selbstzündgrunsverhalten des in die Verbrennungsräume der Motorzylinder eingespritzten Brennstoffes auch bei Motoren mit relativ niedrigem Verdichtungsverhältnis ergibt. Eine Aufheizung der Ladeluft durch das erwärmte Kühlwasser tritt bei dem vorliegenden System auch beim @iederanlassen eines noch warmen Motors sowie in den Fällen sofort nach dem Anlassen ein, in denen das Kühlwasser, beispielsweise bei Diesel-Notstromaggregaten, ständig auf Betriebstemperatur gehalten wird.
2. Betrich mit Schwachlast.
In diesem Zustand läßt das Regelventil 5 eine kleine Menge Kühlwasser durch den Rückkühler 3 fließen. Von dort gelangt das rückgekühlte Kühlwasser zum Teil in die Leitung 12 und zum Teil zum Regelventil 7. Dort vermischt es sich mit dem erwärmten Kühlwisser, das vom Motor 1 kommt, durchfließt den Ladeluftkühler 6, heizt die Ladeluft in geringerem Maße als unter 1 auf und vermischt sich mit dem rückgekühlten Teilstrom aus der Leitung 12 und schließlich mit dem Teilstrom erwärmten Kühlwassers aus der Leitung h, so daß eine Temperatur am Kühlwassereintritt 9 entstellt;, die eillcc für Schwachlast ausreichende Kühlung des Motors 1 bei genügend hohem Temperaturniveau (ca.65-75°C) ergibt. Der vorstehend beschriebene Zustand tritt auch am Ende der Warmlaufperiode ein.
3. Vollastbetrieb.
In diesem Zustand wird die Ladeluft bei der Verdichtung, durch das Gebläse 11 so stark erwärmt, daß sie stark gekühlt werden muß, damit der Motor 1 das für seine volle Leistung benötige Luftgewicht erhält. Zu diesem Zweck schließt das Regelventil 7 die Verbindung um Kühlwasseraustritt des Motors 1 völlig ab, so daß nur noch rückgekühltes Kühlwasser durch den Ladeluftkühler 6 strömt und die Ladeluft in dem erforderlichen Maße kühlt.
Das Regelventil 5 läßt beispielsweise etwa 1/3 der von der Pumpe 2 geförderten Wassermenge über die Leitung 4 und 2/3 durch den Rückkühler 3 fließen von dem etwa 1/3 über den Ladeluftkühler 6 und 1/3 über die Leitung 12 zum Kühlwassereintritt 9 gelangen.
Am Kühlwassereintritt 9 treffen demnach in diesem Fall 1/3 rückgekühltes und 2/3 erwärmtes Kühlwasser zusammen, was die erforderliche Motorkühlwassereintrittstemperatur ergibt. Die Aufteilung der Gesamtmenge des Kühlwassers auf die einzelnen Teilströme und die Temperaturen an den verschiedenen Stellen des Kühlkreislaufes hängen von zahlreichen hier nicht erwähnten Einflüssen ab.
Demnach sind die vorgenannten Funktionsbeispiele nur als ungefähre Anhaltspunkte zu verstehen.
e

Claims

Patentansprüche 1. Kühleinrichtung für einen aufgeladenen, wassergekühlten Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, enthaltend eine Kühlwasserpumpe, einen Rückkühler für das Kühlwasser, eine Rückkühlerumgehungsleitung, ein Motorkühlwasserregelventil, welches das den Verbrennungsmotor verlassende Kühlwasser je nach Höhe der Motorkühlwassertemperatur derart zwischen Rückkühler und Rückkühlerumgehungsleitung aufteilt, daß dem Verbrennungsmotor mindestens entweder der aus der Rückkühlerumgehungsleitung austretende Kühlwasserstrom oder eine Mischung aus diesem und dem vom Rückkühler kommenden Kühlwasser wieder zugeführt wird, weiter enthaltend einen kühlwasserdurchflossenen Ladeluftkühler und ein Ladeluftkühlwasserregelventil, das von der Temperatur der Ladeluft gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladeluftkühlwasserregelventil (7) je nach Höhe der Ladelufttemperatur dem Ladeluftkühler (6) entweder einen Teilstrom des vom Rückkühler (3) kommenden Kühlwassers oder einen Teilstrom des vom Verbrennungsmotor (1) kommenden Kühlwassers oder eine Mischung aus den beiden Teilströmen zuleitet und daß eine Ladeluftkühlerrumgehungsleitung (12) vorgesehen ist, die das vom Rückkühler kommende, vom Ladeluftkühler jedoch nicht aufgenommene Kühlwasser dem Kühlwassereintrit (9) des Verbrennungsmotor zuleitet.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Srömungswiderstand der Ladeluftkühlerumgehungsleitung (12) derart bemessen ist, daß bei voll durch das Ladeluftkühlwasserregelventil (7) geöffnetem Kühlwasserweg vom Rückkühler (3) zum Ladeluftkühler (6) eine sowohl für die Kühlung der Ladeluft als auch des Verbrennungsmotors (1) geeignete Aufteilung des vom Rückkühler kommenden Kühlwassers auf Ladeluftkühler und Ladeluftkühlerumgehungsleitung stattfindet.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand der Rückkühlerumgehungsleitung (4) derart bemessen ist, daß bei voll durch die beiden Kühlwasserregelventile (5,7) geöffneten Kühlwasserwegen von dem Verbrennungsmotor (1) zum Ladeluftkühler (6) und zur Rückkühlerumgehungsleitung noch ein zur Übertragung von Wärme aus dem Kühlwasser an die L-ieluft ausreichender Teilstrom durch den Ladeluftkühler fließt.
4. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladeluftkühlwasserregelventil (7) eine Stellung aufweist, in welcher der Kühlwasserweg von dem Rückkühler (3) zum Ladeluftkiihler (6) voll geöffnet ist, der Kühlwasserweg von dem Verbrennungsmotor (1) zum Ladeluftkühler und die Ladeluftkühlerumgehungsleitung (12) jedoch geschlossen sind.