DE2817486C2 - Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der US-PS 28 89 682 ist eine abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine an den Verdichteraustritt angeschlossene Leitung in eine erste Ladeluftaufnahmekammer mündet. Letztere ist auf einer Seite und längs einer Reihe von im Zylindergestell sitzenden Zylinderbuchsen angeordnet sowie im Zylindergestell integriert. Diese erste Luftaufnahmekammer ist längsseitig sowohl oben und unten als auch innen und außen ausschließlich durch Wandungen des Zylindergestells begrenzt. Außerdem ist diese erste Luftaufnahmekammer intern durch Trennwände in einzelne, je einem Zylinder zugeordnete Teilkammern unterteilt, die jedoch durch Öffnungen in den Trennwänden untereinander in Verbindung stehen. Darüber hinaus sind auf der anderen Seite der Zylinderbuchsen zwei weitere längs derselben hintereinander liegende, voneinander getrennte Luftaufnahmekammern vorgesehen, die ebenfalls ausschließlich durch Wandungen des Zylindergestells begrenzt und in diesem integriert sind. Jede dieser beiden weiteren luftaumahmekammern ist über zwei querschnittsklcine, durch Wandungen des Zylindergestells begrenzte Querkanäle mit zwei Teilkammern der gegenüberliegenden ersten Luftaufnahmekammer verbunden. Über den beiden, letzterer gegenüberliegenden weiteren Luftaufnahmekammern ist außerdem noch eine sich längs derselben erstreckende Kammer vorgesehen, die ebenfalls allseitig durch Wandungen des Zylindergestells begrenzt, in dieses integriert und durch Trennwände in Teilkammern unterteilt ist, die auch durch öffnungen in den Trennwänden untereinander in Verbindung stehen. In jeder dieser zuletzt genannten Teilkammern ist wiederum ein Ladeluftkühler eingesetzt, dem Ladeluft durch eine öffnung von der darunterliegenden Luftaufnahmekammer zuführbar ist. Die gekühlte Ladeluft wird dann aus jeder Teilkammer durch eine Öffnung in der zylinderbuchsenseitigen Begrenzungswand jeweils einem, eine Zylinderbuchse umgebenden ringförmigen Ladeluftsammelraum zugeführt, von dem sie aus durch kolbenseitig auf- und zusteuerbare Einlaßschlitze in den jeweiligen Zylinder eindringen kann.

Die Ladeluft hat mithin auf ihrem Weg bis zu den Einlaßschlitzen eine Vielzahl von Räumen und Verengungen zu durchdringen, was zwangsläufig einen schlechten Wirkungsgrad hinsichtlich des sich ergebenden Druckverlaufes hervorrufen muß. Darüber hinaus ist diese bekannte Maschine wegen ihrer kompliziert gestalteten und vielen Ladeluftaufnahmeräume sowie -führungswege sehr aufwendig und kostenintensiv.

Darüber hinaus ist es aus der DE-PS 3 57 715 bekannt, einen Kühler im Bereich eines Zylinders einer Brennkraftmaschine innerhalb des Zylindergestells in einem Luftaufnahmeraum anzuordnen. Aus der AT-PS 70 057 ist es bekannt, beiderseits der Zylinder einer Brennkraftmaschine großvolumige Röhrenkühler anzuordnen.

Desweiteren ist ein Ladeluftsystem der eingangs genannten Art aus der Zeitschrift »The Motorship«, a special survey, November 1977, Seite 34, Fig. 6 und Schaubild zwischen den Seiten 46 und 47 bekannt, bei dem der Verdichteraustritt mit einem Diffusor in einen aus einem großvolumigen Gehäuse bestehenden Verbindungsraum mündet, der an den Eintritt des nachgeordneten Ladeluftkühlers angeschlossen ist. Die Strömung wird nach Verlassen des Ladeluftkühlers über einen Anschlußstutzen der im Zylindergestell integrierten, zu den Zylinderwänden offenen Landeluftleitung zugeführt, von der die Einlaßkanäle zu den einzelnen Zylindern abzweigen.

Dieses Ladeiuftsystem hat den Nachteil, daß für den Verbindungsraum ein verhältnismäßig große· Behälter geschaffen werden muß, um die für die Beaufschlagung des Kühlers erforderlichen Strömungsverhältnisse zu erhalten, d. h. nach dem Verdichteraustritt bzw. nach dem Diffusor soll ein möglichst großer Raum geschaffen werden, um am Kühlereintritt eine möglichst gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung zu erzielen.

Ein derartiger Verbindungsraum mit dem Kühler und dem nachgeordneten Anschlußsystem ist teuer und sehr platzaufwendig, wodurch sich bei der Brennkraftmaschine große Außenabmessungen ergeben. Auch sind die großflächigen Außenwandungen der Gehäuseteile von Verbindungsraum, Kühler und Anschlußstutzen sehr schwingungsanfällig und führen durch die von der Ladergruppe übertragenen, hochfrequenten Schwingungen zu einer starken Anhebung des Lärmpegels der Brennkraftmaschine. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß die Kühlereintrittsfläche verhältnismäßig klein ist, woc' jrch der Kühleraufbau aufwendig wird, da in diesem Falle die Kühlrohre sehr viele Kühllamellen aufweisen müssen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines geringen Platzbedarfs erfordernden Ladeluftsystems, durch das sich aufwendige Gehäusevorrichtungen sowie deren Halterungselemente für den Verbindungsraum, den Ladeluftkühler und den Anschlußstutzen der Ladeluftleitung erübrigen und die Verwendung eines billig herzustellenden Kühlers ermöglicht ist.

Diese Aufgabe ist bei einer abgasturboaufgeladenen Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Verbindungsraum allseitig von Wandungen sowohl des Zylindergestells als auch von in diesem angeordneten Zylinderbuchsen begrenzt und ebenso wie die Ladeluftleitung sowie der zwischen dieser und dem Verbindungsraum gelegene Ladeluftkühler innerhalb des Zylindergestells angeordnet ist, daß ferner auf einer Seite der im Zylindergestell angeordneten Reihe von Zylinderbuchsen zumindest ein Teilbereich des Verbindungsraumes mit dem Verdichteraustritt sowie auf der anderen Seite der Zylinderbuchsenreihe der Ladeluftkühler und der an diesen angrenzende andere Teilbereich des Verbindungsraumes gelegen sind, und daß ein diese beiden fr-, Teilbereiche des Verbindungsraumes miteinander verbindender Zwischenl'ertuh derart ausgebildet ist, daß die dort gelegenen V^andbereiche der Zylinderbuchsen vollständig von Ladelu't umspülbar sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Untei ansprächen gekennzeichnet.

Eine Brennkraftmaschine mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ist konstruktiv einfach aufgebaut und mithin auch billig herstellbar. Den Weg der Ladeluft behindernde Teile sind vorteilhafterweise vermieden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin begründet, daß die unteren Bereiche der Zylinderbuchsen, die eine im Vergleich zu den im Brennraum gelegenen Bereichen niedrigere Temperatur (ca. 50—6O⁰C) aufweisen, von der heißen, noch ungekühlten Ladeluft (ca. 160°C) umströmt werden, wodurch die Zylinderwandungen so weit aufgeheizt werden, daß sich Wärmespannungen innerhalb der Zylinderbuchsen weitgehend beseitigen lassen.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt in vorteilhafter Weise die Verwendung eines langgestreckten Ladeluftkühlers, der sich zwischen den Stirnwänden des Zylinderblockes p^pstreckt und von einer Stirnwand her einsetzbar ist, ferner im Vergleich zu kompakten Kühlern mit verhältnismäßig kleiner Eintrittsfläche billiger herstellbar ist, da die einzelnen Kühliamellen nur von wenigen, kühlmittelführenden Rohren durchsetzt sein müssen.

Ein weiterer Vorteil ist darin begründet, daß der Kühler im Zylindergestell auf Führungselementen nach Art eines Einschubes angeordnet und somit zu Wartungszwecken (Reinigung) auch leicht wieder herausgenommen werden kann.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles derselben näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt eines für die Erfindung wesentlichen Teils einer aufgeladenen Brennkraftmaschine und

Fig.2 die perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Ladeluftkühlers.

Die Fig. 1 zeigt ein Zylindergestell 1, das auf einem den Kurbelraum 2 einer Brennkraftmaschine umschließerden Motorgestell 3 angeordnet ist. Das Zyündergestell 1 wird von einer Zylinderbuchse 4 durchsetzt, die an ihrem unteren Ende von einer den Kurbel.raum 2 nach oben abschließenden Wandung 5 gehalten ist und in ihrem oberen Bereich von einer ein Kühlmittel einschließenden Wandung 6 umgeben und gehalten ist.

Auf dem Zylindergestell 1 ist ein Einlaßkanäle 7 aufweisender Zylinderkopf 8 sowie ein von einer Abgasturbine (nicht dargestellt) angetriebener Ladeluftverdichter 9 angeordnet, dessen Verdichteraustritt 10 unter Zwischenschaltung eines Kompensatorelements 11 mit einem Diffusor 12 in das Zylindergestell 1 mündet

Das Zylindergestell 1 besteht aus zwei seitlichen Außenwänden 13, i4, zwei Stirnwänden 13 und Ib, der den Kurbelraum 2 nach oben abschließenden Wandung 5 sowie der oberen Wandung 17, die von öffnungen fur die Einlaßkanäle 7, den Zylinderbuchsen 4 und dem Verdichteraustritt 10 durchsetzt ist. Zwischen der seitlichen Außenwand 14 und der Wandung 6 sind Führungselemente 18 ausgebildet, durch die ein sich zwischen den beiden Stirnwänden 15 und 16 erstreckender Kühler 19 gehalten ist.

Der oberhalb des Kühlers 19 befindlichen Raum, von dem die Einlaßkanäie 7 abzweigen, stellt die Ladeluftleitung 20 dar, während der zur anderen Seite des Kühlers 19 offene Raum einen Verbindungsraum 21 darstellt.

Im Betrieb wird die infolge von Kompression im

Verdichter 9 erwärmte l.adeluft über den Diffusor 12 in den Verbindungsraum 21 geleitet und kann sich dort beruhigen. Die l.adeluft strömt zwischen den Zylinderbuchsen 4 /ur F.intrittsfläche 22 des Ladeluftkühlcrs 19. Dabei erwärmt die an den Zylinderbuchsen 4 vorbeiströmende heiße l.adeluft die verhältnismäßig kalten unteren Enden der Zylinderbuchsen und gleicht somit Wärmespannungen im Bezug auf die heißeren brennraumseitigen Bereiche der Zylinderbuchsen weitgehend aus. so daß keine Gefahr von Betriebsstörungen infolge Verformung der Zylinderbuchsen gegeben ist. Gleichzeitig wird der heißen Ladeluft bereits vor Erreichen des Ladeluftkühlers eine gewisse Wärmemenge entzogen.

Im weiteren Verlauf strömt die Ladeluft durch den Eintritt 22 des Ladeluftkühlers 19. der sich von der Stirnwand 16 bis zur gegenüberliegenden Stirnwand 15 erstreckt. Dies hat den besonderen Vorteil, daß herstellungstechnisch billigere Ladeluftkühler verwende! werden können, da im Vergleich zu den i>ek?.nn'cⁿ Ladeluftkühlern mit kleinerem Zuströmungsquerschnitt. bei gleicher Fläche der Kühllamellen die langgestreckten Ladeluftkühler von weniger Kühlmittelrohren durchsetzt sein müssen.

Der zwischen Verdichteraustritt 10 und Ladeluftkühlereintritt 22 sich ergebende Raum weist ein beträchtliches Volumen auf. das zu einer so weitgehenden Beruhigung der aus dem Verdichter 9 austretenden Ladeluft ausreicht, daß der Kühler 19 mit einer über die gesamte Kühlereintrittsfläche 22 vergleichmäßigten Strömung mit niedriger Geschwindigkeit beaufschlagt wird, so daß der Kühler mit optimalem Wirkungsgrad genutzt werden kann.

Nach Durchlauf durch den Kühler 19 strömt die ^r, Ladcluft in die ebenfalls im Zylinderblock integrierte l.adeluftlcitung 20. von der sie über die Einlaßkanäle 7 den Zylindern zugeführt wird.

P i g. 2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines Ladeluftkühlcrs 19 mit zwei einzeln angeordneten

ίο Kühlerelementen 23, die mittels den Verbindungsraum 21 abschließenden Trennwänden 24 verbunden sind. Die einzelnen Kühlerelemente 23 sind dabei durch über die Trennwände 24 geführte Zu- und Rücklaufleitungen 25 an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen.

ι ^r> Die Ausführungsform mit einzelnen Kühlerelementen hat den Vorteil, daß unabhängig von der Zylinderzahl des mit einem Ladeluftkühler auszustattenden Motors ein oder mehrere genormte Einheitskühler verwendet u/prrlpn lcrinnrn

Die erfindungsgemäße Anordnung des Kühlers 19 besitzt nicht nur den Vorteil, daß dieser infolge der lösbaren Befestigung an der Stirnwand leicht ausgewechselt und gereinigt werde kann, die Reinigung kann jedoch gleichzeitig auch ohne Demontage des Kühlers erfolgen, wenn der Zylinderdeckel im Rahmen von Wartungsarbeiten anderer Elemente abgenommen wird. Er kann dabei leicht durch die in der oberen Wand'·ng 17 vorhandenen öffnungen, z. B. mit Preßluft, gegengespült werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine mit einem von einer Abgasturbine angetriebenen Verdichter mit austrittsseitig angeordnetem Diffusor, der in einen Verbindungsraum mündet, an den sich ein Ladeluftkühler anschließt, und mit einer im Zylindergestell integrierten, zu den Zylinderwänden hin offenen Ladeluftleitung, von der zu den einzelnen Zylindern führende Einlaßkanäle abzweigen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsraum (21) allseitig von Wandungen (5,6, 13, 14, 15, 16,17) sowohl des Zylindergestells (1) aJs auch von in diesem angeordneten Zylinderbuchsen (4) begrenzt und ebenso wie die Ladeluftleitung (20) sowie der zwischen dieser und dem Verbindungsraum (21) gelegene Ladeluftkühler (19) innerhalb des Zylindergestells (1) angeordnet ist, daß ferner auf einer Seite *ler im Zylindergestell angeordneten Reihe von Zylinderbuchsen zumindest ein Teilbereich des Verbindungsraumes (21) mit dem Verdichteraustritt (10, 11, 12) sowie auf der anderen Seite der Zylinderbuchsen-Reihe der Ladeluftkühler

(19) und der an diesen angrenzende andere Teilbereich des Verbindungsraumes (21) gelegen sind, und daß ein diese beiden Teilbereiche des Verbindungsraumes miteinander verbindender Zwischenbereich derart ausgebildet ist, daß die dort gelegenen Wandbereiche der Zylinderbuchsen (4) vollständig von Ladeluft umspülbar sind.

2. Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsraum (21) von den Wandungen des Zylindergesteiis (1) mit seinen sei.liehen Außenwänden (13,14), seinen beiden Stirnwänden (15,16), der den Kurbelraum (2) nach oben abschließenden Wandung (5), der oberen Wandung (17), den Wandungen der das Zylindergestell (1) durchsetzenden Zylinderbuchsen (4) und den die Zylinderbuchsen (4) in den zu kühlenden Bereichen umgebenden, ein Kühlmittel einschließenden Wandungen (6) umschlossen ist.

3. Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (19) durch eine Stirnwand (16) des Zylindergestells (1) einsetzbar ist und sich zwischen den beiden Stirnwänden (15, 16) erstreckt.

4. Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (19) an einer Stirnwand (16) lösbar befestigt ist und im Zylindergestell (1) nach Art eines Einschubes auf Führungselementen (18) ruht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (19) den zwischen einer Außenwandung (14) und den Zylinderbuchsen (4) gelegenen Raum in zwei separate Räume unterteilt, von denen der der oberen Wandung (17) zugewandte Raum die Ladeluftleitung

(20) bildet, von der die die obere Wandung (17) durchsetzenden Einlaßkanäle (7) abzweigen.

6. Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsraum (21) über Ladeluft μ durchlassende Kühlerelemente (23) mit der Ladeluftleitung (20) in Verbindung steht, ansonsten jedoch durch sich zwischen den einzelnen Kühlerelementen

(23) erstreckende und diese untereinander verbindende Trennwände (24) zur Ladeluftleitung (20) hin abgedeckt ist, über welche Trennwände (24) die einzelnen Kühlerelemente (23) an einen Kühlmittelkreislauf anschließende Zu- und Rücklaufleitungen (25) geführt sind.

7. Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine nach mindestens einem der vorhergebenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Verdichteraustritt (10) angeschlossene Diffusor (12) die obere Wandung (17) des Zylindergestells (1) durchsetzt und in den Zwischenraum (21) hineinragt.