DE2610378C3

DE2610378C3 - Kühlkreis für einen aufgeladenen wassergekühlten Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2610378C3
Application number: DE2610378A
Authority: DE
Inventors: Leo Dr.-Ing. 6804 Ilvesheim 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: 1984-02-23
Also published as: DE2610378A1; DE2610378B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkreis nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-PS 12 11 862 ist ein Kühlkreis der gattungsgemäßen Art, nämlich ein sogenanntes Einkreiskühlsystem, bekannt, bei dem eine Kühlwasserpumpe unmittelbar am Kühlwasseraustritt des Motors vorgesehen ist, von der eine Rückkühlervorlaufleitung zu einem Rückkühler führt In der Rückkühlervorlaufleitung ist ein eine Abzweigung bildendes Kühlwasserregelventil angeordnet, aus dem eine zu einem weiteren Zweiwege-Regelventil führende Leitung ausmündet. Aus diesem weiteren Regelventil führt eine Kurzschlußleitung direkt zum Motor zurück, während eine v/eitere Leitung vor einem Ladeluftkühler und einem diesem nachgeordneten ölkühler in eine vom Rückkühler kommende Kühlwasserrücklaufleitung einmündet Die vom zweiten Regelventil kommende Kurzschlußleitung wird hinter dem ölkühler mit der von diesem kommenden Kühlwasserrücklaufleitung zusammengeführt. Beim Anlassen der kalten Maschine wird das gesamte Kühlwasser durch den Ladeluftkühler und den ölkühler zum Motor zurückgeführt Bei zunehmender Erwärmung des Kühlwassers wird ein Teil des Kühlwassers über den Rückkühler zum Ladeluftkühler und ölkühler und von dort zurück zum Motor, ein Teil des Kühlwassern über das zweite Regelventil zum Ladeluftkühler und ölkühler und von dort zum Motor und ein weiterer Teil des Kühlwassers direkt über die KurzschiuUleitung zum Motor zurückgeführt. Bei diesem bekannten Kühlkreis wird der LjdeluftkUhler z. B. bei Schwachlast oder beim Anlassen eines betriebswarmen Motors nicht mit heißem Kühlwasser, sondern nur mit einer Mischung aus hei-• ίο ßem und rückgekühltem Wasser beaufschlagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkreis der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß die l.adeluft beim Anlassen oder bei Schwachlast auch bei bereits auf Betriebstemperatur befindlichem Kühlwasser aufgeheizt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Einkreiskühlung geschaffen, bei der ein Vorheizen der Ladeluft beim Anlassen und bei Schwachlastbetrieb, auch beim schon betriebswarmen Motor, zur Vermeidung von Weißrauch- oder Blaurauchbildung möglich ist. Besonders wesentlich ist, daß eine Beheizung der Ladeluft bei Schwachlast des Motors ermöglicht ist, wenn also das Kühlwasser selber volle Betriebstemperatur hat.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.
Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung mit einem Lade-Iuftkühlwasserregelventil in Dreiwegebauart.

F i g. 2 zeigt eine Vierwegeausführung des Ladeluftkühlwasserregelventils in seiner Stellung für stärkste Ladeluftkühlung.
Fig. 3 zeigt das Ladeluftkühlwasserregelventil gemäß F i g. 2 in seiner Stellung für stärkste Ladeluftaufheizung.

In Fig. 1 sind der Verbrennungsmotor mit 1, die Kühlwasserpumpe mit 2, der Rückkühler mit 3, die Kühlerumgehungsleitung mit 4, das Kühlwasserregelventil mit 5, der Ladeluftkühler mit 6 und das Ladeluftkühlwasserregelventil mit 7 bezeichnet. Das Kühlwasserregelventil 5 wird durch einen Temperaturfühler 8, der auf die Kühlwassertemperatur am Austritt aus dem Motor ί ansprich·, gesteuert und zwar derart, daß dem Kühlwassereintritt 9 des Motors 1 je nach Höhe der BeIa-

• stung entweder nur der aus der Kühlerumgehungsleitung 4 austretende Kühlwasserstrom oder eine Mischung aus diesem und dem vom Rückkühler 3 kommenden Kühlwasserstrom zugeführt wird. Der Rückkühler 3 kann ein Wabenkühler sein, der durch Luft 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 Kreislauf zirkulierende Kühlwasser durch 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 Das Ladeluftkühlwasserregelventil 7 leitet dem Ladeluftkühler 6 je nach Höhe der Ladelufttemperatur entweder einen Teilstrom des vom Rückkühler 3 kommenden Kühlwassers oder eine Mischung aus beiden Teilströmen zu. Dabei kann das nicht vom Ladeluftkühler 6 aufgenommene vom Rückkühler 3 kommende Kühlwasser über die Rücklaufleitung 12 zum Kühlwassereintritt 9 des Motors 1 gelangen. Durch die Drosselblende

13 ist der Sirömungswiderstand der Rücklaufleitung 12 derart bemessen, daß bei voll durch das Ladeluftkühlwasserregelventil 7 geöffnetem Kühlwasserweg vom Rückkühler 3 zum Ladelufikiihler 6. d. h. bei hoher Belastung des Motors 1 eine sowohl für die Kühlung der Ladeluft als auch für die Kühlung des Motors 1 geeignete Aufteilung des vom Rückkühler kommenden Wassers auf den Ladeluftkühler 6 und die Rücklaufleitung 12 stattfindet. Dabei ist zu berücksichtigen, daß zum Kühlwassereintritt 9 des Motors 1 heißes Kühlwasser dui ;h die Leitung 4, warmes oder heißes Kühlwasser vom La deluftkühler 6 und rückgekühltes Kühlwasser durch die Leitung 12 fließen. Die Mischung dieser drei Kühlwasserströme muß den Sollwert der Motorkühlwassereintrittstemperaiur 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 Kühlerumgehungsleitung 4 derart bemessen, dz% bei voll durch die beiden Kühlwasserregelventile 5 und 7 geöffneten Kühlwasserwegen von dem Mo- '' tor 1 zum Ladeluftkühler 6 und zur Leitung 4, d. h. nach dem Anlassen und während des Warmfahrens des Motors 1 ohne Belastung, ein zur Übertragung von Wärme

• aus dem bereits erwärmten Kühlwasser an die Ladeluft ausreichender Teilstrom durch den Ladpluftkühler 6 fließt.

In F i g. 2 und 3 sind die vier Anschlüsse des Ladeluftkuhlwasserregelventils 15 mit den Bezugszahlen der Bauelemente des Kühlkreises bezeichnet, mit denen sie verbunden sind. Dieses Vierwegeventil 15 kann, wie Fig.2 zeigt, eine Stellung einnehmen, in der das gesamte vom Rückkühler 3 kommende Kühlwasser zum (Ladeluftkühler 6 zugeleitet 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 F i g. 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 F i g. 1 schematisch 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 zum Rückkühler 3, der somit völlig ausgeschaltet ist. Das ai.s dem Motor 1 austretende Kühlwasser strömt sowohl über die Leitung 4 als auch über den Ladeluftkühler G zum Kühlwassereintritt 9 zurück. Solange das Kühlwasser noch kalt ist, kann der Ladeluft Wärme, beispielsweise über eine nicht dargestellte Flammglühkerze, zugeführt werden. Sobald s>ich das Kühlwasser erwärm i hat, kann die Flammglühkerze ausgeschaltet werden, denn nun bringt das warme Kühlwasser die Ladeluft im Ladeluftkühler 6 auf eine Temperatur (ca. 40—50⁰C), die ein befriedigendes Selbstzündungsverhalten 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 Wiederanlassen 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. Betrieb 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 rfie Leitung 12 und zum Teil zum Regelventil 7 Dort vermischt es sich mit dem erwärmten Kühlwasser.

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 4, εο daß eine Temperatur am Kühlwassereintritt 9 entsteht, die eine 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 benötigte Luftgewicht erhält. Zu diesem Zweck schließt das Regelventil 7 die Verbindung zum 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 beispielsweisa etwa 1/3 der

. von der Pumpe 2 geförderten Wassermenge über die Leitung 4 und 2/3 durch den Rückkühler 3> f'ießen, von dem etwa 1/3 über den Ladeluftkühler S 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 Motorkühiwassereintrittstemperatur ergibt. Die Aufteilung der Gesamtmenge

so des Kühlwassers auf die einzelnen Teilströrne 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunger,

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlkreis für einen wassergekühlten Verbrennungs-Motor, insbesondere einen Dieselmotor, mit einem von dem Kühlwasser durchströmten Kühlwasserrückkühler und einen Ladeluftkühler, mit in einer Rückkühlervorlaufleitung angeordneten Abzweigung, die zu einem dem Ladeluftkühler vorgeordneten, temperaturabhängig betätigten Regelven til führt, mit einem Kühlwasserregelventil, das den Zulauf zum Rückkühler und/oder zu einer Kühlerumgehungsleitung steuert, wobei die Kühlerumgehungsleitung und die Ladeluftkühlerrücklaufleitung vor Eintritt in den Motor zusammengeführt sind, und wobei eine gemeinsame Motorkühlwasserpumpe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasserretelventi! (5) hinter der Abzweigung angeordnet ist, daß das als Lacieluftkühiwasserregelventil (7) ausgebildete Regelventil dem Rückkühler (3) nachgeordnet ist und in Abhängigkeit von der Ladelufttemperatur den Kühlwasserstrom hinter dem Rückkühler (3) derart regelt, daß entweder der Kühlwasserstrom vom Rückkühler (3) oder ein Teilstrom des aus dem Motor (1) austretenden Kühlwassers oder eine Mischung aus beiden Kühlwasserströmen dem Ladeluftkühler (6) zugeführt wird, und daß die Kühlerumgehungsleitung (4) und dis Ladeluftkühlerrücklaufleitung in die Rücklaufleitung (12) vom Rückkühler (3) zum Motor (1) münden.

2. Kühlkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand der Kühlerumgehungsleitung (4) derart bemessen ist, daß bei voll durch die beiden Kühlwasserregelventile (5, 7) geöffneten Kühlwasserwegen von dem Verbrennungs-Motor (1) zum Ladeluftkühler (6) und zur Kühlerumgehungsleitung noch ein zur Übertragung von Wärme aus dem Kühlwasser an die Ladeluft ausreichender Teilstrom durch den Ladeluftkühler (6) fließt.