DE2825945A1

DE2825945A1 - Kuehlsystem fuer fahrzeugmotor

Info

Publication number: DE2825945A1
Application number: DE19782825945
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Wieser
Original assignee: WIESER DR RUDOLF
Current assignee: WIESER DR RUDOLF
Priority date: 1978-06-14
Filing date: 1978-06-14
Publication date: 1979-12-20

Description

Kühlsystem für Fahrzeugmotor

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Fahrzeugverbrennungsmotor.

Bisher wurde bei aufgeladenen, großen, ortsfesten und Schiffsdieselmotoren hinter dem Ladeluftverdichter ein Ladeluftkühler angeordnet, der die Temperatur der vorkomprimierten Ladeluft absenkte um dadurch den Liefergrad der kotorzylinder (d. h. das je Saughub angesaugte Luftgewicht) zu vergrößern.

Bei Dieselmotoren und Ottomotoren für Fahrzeuge wurde dieses Verfahren bisher nicht angewendet, da eine Steigerung des Liefergrades dieser Motoren auf diese Art nicht angestrebt wurde, um den technischen Aufbau der Fahrzeuge nicht zu komplizieren.

nun bietet aber die Ladeluftkühlung nicht nur die xuö keit der Steigerung des Liefergrades der Arbeitszylinder, sondern sie ist auch eine Maßnahme um den Motorwirkungsgrad (d.h. den spezifischen Treibstoffverbrauch) zu verbessern. Dabei ist diese Maßnahme bei Ottomotoren besonders wirkungsvoll, da deren Verdichtungsverhältnis von gegenwärtig 1 : 7 bis 1 : 8,5 auf zukünftig 1 : 18 bis 1 : 21 gesteigert werden könnte, was ohne Ladeluftkühlung wegen der Gefahr von Frühzündungen nicht möglich ist. Auch könnten bei diesen verbesserten Ottomotoren die giftigen Additive des Benzins zur Erhöha/ig der Klopffestigkeit (z.B. Bleizusätze) entfallen, da infolge der Ladeluftkühlung eine übermäßig hohe Verdichtungsendtemperatur in den Zylindern vermieden und so die Gefahr von Frühzündung;en auch bei weniger klopffestem Benzin ausgeechaltet wäre.

Auch bei Fahrzeugdieselmotoren könnte deren spezifischer Treibstoffverbrauch durch Ladeluftkühlung und weitere Steigerung des Kompressionsverhältnxsses (auf 1 : 25 bis 1 : 30) noch verbessert werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für zukünftige Fahrzeugverbrennungsmotoren ein besonders einfaches, betriebssicheres, billiges und vor allem leichtes Kühlsystem zu

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schaffen. Hierzu wird ein KuL , ο,/atem vorgeschlagen, das ale Wärmeträger eine Kühlflüssigkeit und/oüer ein dampf- oder gasförmiges Kühlmedium verwendet und das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus wenigstens einem Ladeluftkühler, den Kühlräumen des Motorblockes, wenigstens einem Luftkühler und einem Umwälzaggregat für das Kühlmedium sowie gegebenenfalls einem oder mehreren Zwischenkühlern und/oder Kühlräumen des Ladeluftverdichters besteht, die untereinander mittels kühlmediumseitigen Verbindungsleitungen in einem geschlossenen Kreislauf geschaltet sind.

In diesem Kühlsystem wird während des Betriebes das im Ladeluftkühler bzw. in den Ladeluftkühlem und im Motorblock sowie gegebenenfalls in einem oder mehreren Zwischenkühlern und/ oder Kühlräumen des Ladeluftverdichters aufgewärmte Kühlmedium in einem oder mehreren gemeinsamen Luftkühlern rückgekühlt. Dies ermöglicht die Verwendung von nur einem Umwälzaggregat (einer Umwälzpumpe), was eine besonders einfache Ausführung des Kühlsystems ergibt. Auch wird man normalerweise nur einen Luftkühler für die Rückkühlung des Kühlmediums verwenden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden der Ladeluftkühler bzw. die Ladeluftkühler und gegebenenfalls ein oder mehrere Zwischenkühler und/oder die Kühlräume des Ladeluftverdichters kühlmediumseitig (d.h. in Strömungsrichtung des Kühlmediums gesehen) den Kühlräumen des Motorblockes vorzugsweise vorgeschaltet, gegebenenfalls zu diesen parallel geschaltet.

Diese strömungsmäßige Vorschaltung der genannten Kühler und Kühlräume vor den Motorblock hat den Vorteil, daß die Kühler und Kühlräume mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden, das direkt aus dem Luftkühler kommt und daher eine besonders tiefe Temperatur besitzt. Dadurch wird die Kühlwirku.xg der Kühler und Kühlräume verbessert und deren Abmessungen und Gewichte verkleinert. Ein weiterer Vorteil - besonders im Winter - liegt darin, daß da3 Kühlmedium bereits vorgewärmt und daher mit nicht zu tiefen Temperaturen in die Kühlräume des Motorblockes gelangt, was die Verbrennungsablaufe in den Motorzylindern begünstigt.

Wach einem anderen Merkmal der Erfindung sind der bzw. die Ladej-uftkühler, der bzw. die Zwischenkühler und die Kühl-

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räume des Ladeluftverdichters kühlmediumseitig parallel geschaltet. Dies ermöglicht die Beaufschlagung jedes dieser Aggregate mit Kühlmedium von tiefer Temperatur (wie es aus dem Luftkühler austritt).

In gewissen Fällen - besonders bei hochaufgeladenen FahrzeugdieseliiioGoren - wird man, um die Verdichtungsendtemperatur in den kotorzylindern nicht zu sehr absinken zu lassen, auf die Anwendung eines Ladeluftkühlers verzichten und nur einen - oder mehrere - Zwischenkühler vorsehen. In diesem Falle besteht das erfindungsgemäße ioihlsystem aus wenigstens einem Zwischenkühler des bzw. der Ladeluftverdichter, den Kühlräuiden des Motorblockes, wenigstens einem Luftkühler und einem Umwälzaggregat für das Kühlmedium, sowie gegebenenfalls den Kühlräumen des bzw. der Ladeluftverdichter, uie untereinander mittels kühlmediumseitigen ■Verbindungsleitungen in einem geschlossenen Kreislauf geschaltet sind.

Besitzt ein Kühlsystem mehrere Ladeluftkühler und/oder Zwischenkühler, so sind nach einem anderen Merkmal der Erfindung wenigstens zwei dieser Kühler räumlich zu einem Aggregat vereint, vorzugsweise zusammengeschraubt. Es köunen auch alle dieser Kühler räumlich zu einem Aggregat vereint sein, Dies gibt kurze kühlmediuiuseitige und verbrennungsluft seit ige Verbindungleitungen, eine kompakte Bauweise und geringen Raumbedarf.

Der bzw. die Kühler können in vorteilhafter ,Veise auch mit dem Ladeluftverdichter und dessen Antriebsaggregat räumlich zu einem Baumodul vereint sein.

Besitzt ein Kühlsystem mehrere Luftkühler (was z. B. aus Reservegründen zweckmäßig sein kann), so sind diese - oder ein Teil von ihnen - vorteilhaft räumlich zu einem Aggragat vereint.

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In den beiden Zeichnungen sind schematisch zwei Ausführungsfarmen des Erfindungsgegenstandes beispielhaft dargestellt.

Fig. 1 zeigt im Vertikalschnitt einen flüssigkeitsgekühlten Ottomotor mit einstufigem, gekühltem Ladeluftverdichter sowie dessen Kühlsystem.

Fig. 2 zeigt im Vertikalschnitt einen flüssigkeitsgekühlten Dieselmotor mit zweistufigem Ladeluftverdichter, Ladeluftkühler und Zwischenkühler sowie dessen Kühlsystem.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ottomotor besitzt dessen Motorblock 1 die Kühlräume 1a und 1b, die vom Kühlmedium (Kühlwasser) durchströmt werden und die Zylinderlaufbuchse 1e mit Kolben 1d umgeben bzw. den Zylinderkopf 1e ausfüllen. In letzterem sind Einlaßventil 1f, Auslaßventil 1g und Zündkerze 1h angeordnet. Der Ottomotor besitzt als Ladeluftverdichter 2 einen Schraubenverdichter, der über das Getriebe 3 mit der Kurbelwelle 4 in Verbindung steht und von einem, von den Motorabgasen beaufschlagten Antriebsaggregat 5 (hier ebenfalls als Schraubenaggregat gezeichnet) betrieben wird. Das Gehäuse dieses Laaeluftverdichters 2 ist doppelwandig und die so gebildeten Kühlräume 6 werden vom Kühlmedium durchströmt.

Dem Ladeluftverdichter 2 ist verbrennungsluftseitig ein Ladeluftkühler 7 nachgeschaltet, dessen Kühlrohre 7 a vom Kühlmedium durchströmt werden und von dem die gekühlte Verbrennungsluft über das Einlaßventil 1f in den Motorzylinder strömt.

Die Kühlräume 6 des Ladeluftverdichters 2 und die Kühlrohre 7a des Ladeluftkühlers 7 sind kühlmedium^eitig zu einander parallel und den Kühlräumen 1a, 1b des Motorblockes 1 vorgeschaltet.

Das aufgewärmte Kühlmedium (Kühlwasser) strömt vom Zylinderkopf 1e über die "heiße" Verbindungsleitung 8 zu dem mit einem Lüfterrad 9 ausgerüsteten Luftkühler 10, wo es seine aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abgibt.

Vom Luftkühler 10 strömt das abgeK.uL.ite Kühlmedium über die "kalte" Verbindungsleitung 11 und das Umwal% aggregat 12 (Umwälzpumpe) zu den Kühlrohren 7a des Ladeluftkühlers 7 und

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den Kühlräumen 6 des Ladeluftverdichters 2, von denen es in teilweise erwärmten Zustand über die Verbinduagsleitungen 13 wieder zum Motorblock 1 gelangt.

Position 14 stellt die Benzineinspritzdüse in der Luftzuführungsleitung Ha des Motors und Pos. 15 die Pleuelstange des Motors dar. Die Abgasleitung 16 des Motors führt vom Auslaßventil 1g zum Antriebsaggregat 5 des Ladeluftverdichters 2. Das Antriebsaggregat 5 kann auch als Abgasturbine gestaltet sein.

In Pig. 2 ist ein Dieselmotor mit zweistufigem Ladeluftverdichter 2a, 2b und mit Zwischenkühler 17 sowie mit Ladeluftkühler 7 dargestellt.

Der Zwischenkühler 17 und der .uadeluftkühler 7 sind kühlmediumseitig zu einander parallel und den Kühlräumen 1a, 1b des iviotorblockes 1 vorgeschaltet.

Im Zylinderkopf 1e ist die Treibstoffeinspritzdu.se 18 angeordnet.

Vom Zwischenkühler 17 strömt die vorkomprimierte und zwischengekühlte Verbrennungsluft über die Luftleitung 19 zur zweiten Stufe 2b des Ladeluftverdichters 2.

Die übrigen Positionen der Fig. 2 entsprechen bei gleichen Positiomsnummern den in J?ig. 1 dargestellten und in der Beschreibung der Fig. 1 genannten Teilen.

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Claims

Patentansprüche

aufgeladenen

Q). Kühlsystem für Pahrzeugverbrennungsmotor, das als Wärmeträger eine Kühlflüssigkeit und/oder ein dampf- oder gasförmiges Kühlmedium verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß es aus wenigstens einem Ladeluftkühler (7), den Kühlräumen (1a, 1b) des Motorblockes (1), wenigstens einem Luftkühler (10) und einem Umwälzaggregat (12) für das Kühlmedium sowie gegebenenfalls einem oder mehreren Zwischenkühlern (17) und/oder Kühlräuiaen (6) des Ladeluftverdichters (2) besteht, die untereinander mittels kühlmediumseitigen Verbindungsleitungen (8, 11, 13) in einem geschlossenen Kreislauf geschaltet sind.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes das im Ladeluftkühler (7) bzw. in den Ladeluftkühlern (7) und im Motorblock (1) sowie gegebenenfalls in einem oder mehreren Zwischenkühlern (17) und/oder Kühlräumen (6) des Ladeluftverdichters (2) aufgewärmte Kühlmedium in einem oder mehreren gemeinsamen Luftkühlern (10) rückgekühlt wird.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (7) bzw. die Ladeluftkühler (7) und gegebenenfalls ein oder mehrere Zwischenkühler (17) und/oder die Kühlräume (6) des Ladeluftverdichters (2) kühlmediumseitig den Kühlräumen (1a, 1b) des Motorblockes (1) vorgeschaltet oder zu diesen parallel geschaltet i.st bzw. sind.
4. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Ladeluftkühler (7) mit dem bzw. uen Zwischenkühler(n) (17) kühlmediumseitig parallel geschaltet ist bzw. sind.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Ladeluftkühler (7) mit den ivühlräumen (6) des LadelufG-verdichters (2) bzw. der Ladeluffcverdichter (2) kühlmediujnseitig parallel geschaltet ist Lzw. sind.
6. Kühlsystem naca Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab der bzw. die Zwischenkühler (17) mit den Kühlräumen (6) des Ladeluftverdiohters (2) bzw. der Ladeluftverdichter (2) kühlinediuiaseitig parallel geschaltet ist bzw. sind.
7· Kühlsystem für JFahrzeugverbrennungsmotor, das alo Wärmeträger eine Kühlflüssigkeit und/oder oder ein dampf- oder gasförmiges Kühlmedium verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß es aus wenigstens einem Zwischenkühler (17) des bzw. der Ladeluftverdichter (2), den Kühlräumen (1a, 1b) des Motorblockes (1), wenigstens einem Luftkühler (10) und einem Umwälzaggregat (12) für das Kühlmedium sowie gegebenenfalls den Kühlräumen (6) des bzw. der Ladeluf tverdicht er (2) besteht, die untereinander mittels kühlmediumseitigen Verbindungsleitungen (8, 11, 13) in einem geschlossenen Kreislauf geschaltet sind.
8. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 7» das mehrere

Kühler (7 und/oder 17) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

wenigstens zwei dieser Kühler (7 und/oder 17) räumiioii zu einem Aggregat vereint, vorzugsweise zusammengeschraubt sind.
9. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Kühler (7 und/oder 17) mit dem Ladeluf tverdicht er (2) fccw.dem Ladeluftverdichter (2) und dessen Antriebsaggregat (5) räumlich zu einem Baumodul vereinigt, vorzugsweise zusammengeschraubt ist bzw. sind.

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10. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 7, das zwei oder mehrere Luftkühler enthält, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Luftkühler (10) räumlich zu einem Aggregat vereint, vorzugsweise zusammengeschraubt sind.

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