DE2655017C2 - Brennkraftmaschine mit Hochaufladung - Google Patents

Brennkraftmaschine mit Hochaufladung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Hochaufladung und Ladeluftkühlung mit mindestens zwei getrennten Kühlkreislaufen r.iit je einem flüssigkeitsdurchströmten Ledeluftkühler mit unterschiedlichem Temperatumiveau, wobei die ,,adeluftkühler im Ladeluftstrom mit fallender und deren Rückkühler im Kühlluftstrom mit steigender Temperatur hintereinander angeordnet sind.
Eine Möglichkeit, die Leistung von Brennkraftmaschinen zu steigern und ihr Leistungsgewicht zu vermindern, besteht in einem Heraufsetzen des Aufladegrades. Bei einer derartigen Hochaufladung nimmt jedoch der Anteil der im Ladeluftkühler abzuführenden Wärmemenge stark zu. Beispielsweise würde sich, ausgehend von einer 100 % aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei Steigerung der Leistung bzw. der Luftmenge um nur 50% unter Verdoppelung der Drucksteigerung und Rückkühlung auf etwa eine gleiche Temperatur eine Verdreifachung der abzuführenden Wärmemenge ergeben. Es ist aufwendig, diesen erhöhten Wärmeanfall über übliche Wärmetauscher an die LJmgebungsluft abzuführen.
Aus der DE-AS 15 76 718 ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühlung mit zwei getrennten Kühlkreisläufen bekannt. Der erste Kühlkreislauf ist mit Motorkühlwasser betrieben; der zugeordnete Ladeluftkühler bildet den ersten Kühlblock in der Ladeluftleitung. Diesem nachgeordnet ist ein zweiter Ladeluftkühler, der ebenfalls wasserdurchströmt ist. Die Rückkühler der Ladeluftkühler liegen mit steigendem Temperaturniveau im Kühlluftstrom. Im zweiten Kühlkreislauf ist ,ferner ein Wasser/Öl-Wärmetauscher zum Kühlen des Motoröls vorgesehen.
Bei dieser bekannten Anordnung wird die gesamte Wärme der Ladeluft bei einem relativ niedrigen Temperatumiveau des Kühlwassers von ca. 60° -9O0C an die Kühlluft abgegeben. Wegen der niedrigen Kühlwassertemperatur kann nur eine begrenzte Wärmemenge an die Kühlluft abgegeben werden, die sich etwa bis auf 50° bis 800C aufheizt Unterstellt man eine Kühllufteintrittstemperatur von 30° C, dann ergibt sich eine Temperaturdifferenz t zwischen 20° und 500C. Mit dem relativ hohen Wärmeinhalt der Ladeluft bei Hochaufladung nehmen dann die Kühler, die Kühlluftmenge und die LüfterSeistung unverhältnismäßig große Dimensionen
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer
to hochaufgeladenen Brennkraftmaschine ein Maximum an Wärmeenergie der Ladeluft bei minimaler Baugröße der Ladeluftkühlerund deren Rückkühler abzuführen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Ladeluftkühler mit höchstem Temperatumiveau ein unmittelbar vom Motoröl der Brennkraftmaschine durchströmter Kühler dient, dessen Rückkühler als Kühler mit höchstem Temperatumiveau im Kühlluftstrom der Brennkraftmaschine liegt
Ein Teil der Wärmeenergie wird so bei einem hohen Temperatumiveau und ein Teil bei einem niedrigen Temperaturniveau abgeführt Dadurch kann die Temperaturdifferenz zwischen der Kühlluft und der Ladeluft besser genutzt werden, v/odurch sich die Baugröße der Kühler sowie die erforderliche Lüfterleistung vermindert.
Das Motoröl kann durch die Ladeluft ohne Beeinträchtigung der KühK-iistung auf über 100° C erwärmt werden, so daß erhebliche Wärmemengen abgeführt werden können. Nachgeschaltete, wasserdurchströmte Ladeluftkühler können dann unterhalb kritischer Temperaturen um 1000C eine effektive Nachkühlung erzielen.
In Weiterbildung der Erfindung ist als Ladeluftkühler niedrigsten Temperaturniveaus im Ladeluftstrom ein von der Motorkühlluft durchströmter Luftkühler vorgesehen. Auf diese Weise ist eine letzte Nachkühlung der Ladeluft ohne großen Bauaufwand möglich.
Um den Ladeluftkühler mit hohem Temperaturniveau bei Teillast und Leerlauf der Bi:.".nkraftmaschine zum wirksamen Vorwärmen der Verbrennungsluft zu nutzen, wird ferner vorgeschlagen, daß ein oder mehrere zu kühleren Kühlkreisläufen gehörende Ladeluftkühler kühlmittelseitig Bypaßleitungen aufweisen, durch die sie bei Teillast und im Leerlauf der Brennkraftmaschine umgehbar sind. Die Regelung erfolgt dabei zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der Kraftstoffzufuhr oder von der Abgastemperatur. Durch die Ausnutzung der Schmieröl- bzw. Kühlwasserwärme ist eine optimale Anpassung der Ladeiufttemperatur durch Vorwärmen oder Kühlen an die jeweiligen Betriebsbedingungen möglich.
Vorteile der Erfindung sind nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit einem luftdurchströmten Ladeluftkühler und zwei flüssigkeitsdurchströmten Ladeluftkühlern,
F i g. 2 eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit zwei wasserdurchströmten und einem schmieröldurchströmten Ladeluftkühler, wobei die Ladeluftkühler kühlmittelseitig über Bypaßleitungen umgehbar sind.
Eine wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 ist mittels eines Abgasturbolader 2 aufgeladen. Vom Abgasturbolader aus durchströmt die Ladeluft in Richtungder Pfeile3 (Fig. 1) zwei Ladeluftkühler 11 und 12 und gelangt von dort aus in die Ladeluftleitung 6. Der Rückkühler für den flüssigkeitsdurchströrnten Ladeluftkühler 11 ist von dem Wasserkühler 7 der Brennkraft-
maschine gebildet.
Der zweite flüssigkeitsgekühlte Ladeluftkühler 12 bildet mit einem Rückkühler 13 einen zweiten Kühlkreislauf mit einem höheren Temperaturniveau als der erste Kühlkreislauf des Ladeluftkühlers 11. Das Kühlmittel im zweiten Kühlkreislauf wird von einer Pumpe 14 umgewälzt, wobei als Kühlmittel das Schmieröl der Brennkraftmaschine vorgesehen ist Die Pumpe 14 ist vorteilhaft in den Motorkreislauf integriert. Das Kühlmittel (Wasser) des ersten Kühlkreislaufs wird von der Pumpe 8 umgewälzt
Die Rückkühler 7 und 13 werden quer in Richtung der Pfeile 9 von Kühlluft durchströmt, die von einem Ventilator 10 gefördert wird. Ferner ist vor den Rückkühlern 7 und 13 noch ein von der Kühlluft durchsirömter Ladeluftkühler 5 zur Nachkühsung der von den Ladeluftkühlern 11 und 12 vorgesehen.
Bei der gewählten Anordnung wird die Ladeluft im Ladeluftkühler 5 beispielsweise auf eine Endtemperatur von ca. 6O0C gekühlt Dabei erhitzt sich die Kühlluft bis auf es. 500C und nimmt anschließend im Rückkühler 7 bei einem Temperaturniveau von ca. 80° b's 11O0C die zur Kühlung der Brennkraftmaschine und der Ladeluft (erster Kühlkreislauf) erforderliche Wärmemenge auf.
Der Wasserkühler 7 der Brennkraftmaschine 1 ist vorteilhaft zwischen dem Rückkühler 13 und dem Ladeluftkühler 5 angeordnet und bildet mit diesen eine Baueinheit
Die Ausführung nach F i g. 2 weist zwei Ladeluftkühler 11 und 17 mit zwei Rückkühlern 7 und 16 auf, wobei der Rückkühler 7 gleichzeitig als Wasserkühler für die Brennkraftmaschine 1 dient. Die Umwälzung des Wassers in den Kühlkreisläufen der Ladeluftkühler 11 und 17 erfolgt mittels einer Doppelpumpe 18. Der Kühlkreislauf des Ladeluftkühlers 17 hat eine Bypaßleitung 19, die von einem Umschaltventil 20 beherrscht wird. Dadurch ist es möglich, in Abhängigkeit von der Kraftstoffzufuhr oder von der Abgastemperatur den Ladeluftkühler 17 kühlmittelseitig zu umgehen, so daß bei Teillast uniim Leerlauf die Verbrennungsluft durch den Ladeiuftkühler 11 in Verbindung mit dem Rückkühler 7 wirkungsvoll vorgewärmt wird.
Ferner ist ein Kühler 21 für das Schmieröl der Brennkraftmaschine vorgesehen, der mit den übrigen Rückkühlern 7 und 16 integriert ist und als Rückkühler für einen dritten Ladeiuftkühler 22 mit höchstem Temperaturniveau dient Das Schmieröl wird von einer Schmierölpumpe 23 gefördert. Auch der Kühlkreislauf des Ladeluftkühlers 11 weist eine Bypaßleitung 24 auf, die von einem weiteren Umschaltventil 25 beherrscht wird. Diese Anordnung gestattet eine sehr kompakte Bauweise und ermöglicht es ferner, die Ladelufttemperatur durch Vorwärmen und Kühlen in weiten Grenzen den Erfordernissen für einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine anzupassen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
eo

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Brennkraftmaschine mit Hochaufladung und Ladeluftkühlung mit mindestens zwei getrennten Kühlkreisläufen mit je einem flüssigkeitsdurchströmten Ladeluftkühler (11,17,22) mit unterschiedlichem Temperaturniveau, wobei die Ladeluftkühler (11,17,22) im Ladeluftstrom mit fallender und deren Rückkühler (7,16,21) im Kühlluftstrom (9) mit steigender Temperatur hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Ladeluftkühler mit höchstem Temperaturniveau ein unmittelbar vom Motoröl der Brennkraftmaschine (1) durchströmter Kühler (22) dient, dessen Rückkühler (21) als Kühler mit höchstem Temperatumiveau im Kühlluftstrom (9) der Brennkraftmaschine (1) liegt
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ladeluftkühler niedrigsten Temperaturjr'veaus im Ladeluftstrom ein von der Motorkühllufi durchströmter Luftkühler (5) dient
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere zu kühleren Kühlkreisläufen gehörende Ladeluftkühler (11,17) kühlmittelseitig Bypaßleitungen (19, 24) aufweisen.
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