DE2825945A1 - Supercharged vehicle engine cooling - has charge air cooler and engine and charge compressor jackets in closed cycle with pump and radiator - Google Patents
Supercharged vehicle engine cooling - has charge air cooler and engine and charge compressor jackets in closed cycle with pump and radiatorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Fahrzeugverbrennungsmotor. The invention relates to a cooling system for a vehicle internal combustion engine.
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.Up to now, a charge air cooler was arranged behind the charge air compressor in supercharged, large, stationary and marine diesel engines, which kept the temperature of the pre-compressed charge air lowered the rate of delivery of the motor cylinder (i.e. the air weight sucked in per suction stroke).
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.In diesel engines and gasoline engines for vehicles, this method has not been used so far, as an increase in the Delivery rate of these engines in this way was not sought in order not to complicate the technical structure of the vehicles.
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.But now the charge air cooling not only offers the xuö increasing the delivery rate of the working cylinder, but it is also a measure to increase the engine efficiency (i.e. the specific fuel consumption). Here is this Measure particularly effective for gasoline engines because of their compression ratio could be increased from the current 1: 7 to 1: 8.5 to 1:18 to 1: 21 in the future, what without Charge air cooling is not possible because of the risk of pre-ignition. The poisonous ones could also be found in these improved gasoline engines Gasoline additives to increase the knock resistance (e.g. Lead additives) are not required, as the charge air cooling avoids an excessively high final compression temperature in the cylinders and so the risk of pre-ignition; en even with less knock-resistant Petrol would be turned off.
Auch bei Fahrzeugdieselmotoren könnte deren spezifischer Treibstoffverbrauch durch Ladeluftkühlung und weitere Steigerung des Kompressionsverhältnxsses (auf 1 : 25 bis 1 : 30) noch verbessert werden.In the case of vehicle diesel engines, too, their specific fuel consumption could be increased through charge air cooling and further increases the compression ratio (to 1:25 to 1:30) can still be improved.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für zukünftige Fahrzeugverbrennungsmotoren ein besonders einfaches, betriebssicheres, billiges und vor allem leichtes Kühlsystem zuThe invention is based on the task of providing a particularly simple, operationally reliable, cheap and above all lightweight cooling system too
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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.create. For this purpose, a KuL, ο, / breath is suggested, the ale Heat transfer medium is a cooling liquid and / or a vapor or gaseous one Cooling medium used and which is characterized according to the invention in that it consists of at least one charge air cooler, the cooling chambers of the engine block, at least one air cooler and a circulation unit for the cooling medium and, if necessary one or more intercoolers and / or cooling chambers of the charge air compressor, which are connected to one another by means of the cooling medium side Connecting lines are connected in a closed circuit.
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.In this cooling system, the intercooler or intercooler and the engine block as well as cooling medium warmed up if necessary in one or more intercoolers and / or cooling spaces of the charge air compressor recooled in one or more common air coolers. this enables the use of only one circulation unit (one Circulation pump), which results in a particularly simple design of the cooling system. Also, you usually just become an air cooler use for recooling the cooling medium.
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.According to a further feature of the invention, the charge air cooler or the charge air cooler and optionally a or several intercoolers and / or the cooling spaces of the charge air compressor on the cooling medium side (i.e. in the direction of flow of the Seen from the cooling medium), preferably upstream of the cooling chambers of the engine block, possibly connected in parallel to them.
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.This flow-related upstream connection of the said coolers and cooling spaces in front of the engine block has the advantage that the coolers and cooling rooms are acted upon with a cooling medium that directly comes from the air cooler and therefore has a particularly low temperature. This increases the cooling effect of the cooler and Cold rooms improved and their dimensions and weights reduced. Another advantage - especially in winter - is that that the cooling medium is already preheated and therefore reaches the cooling chambers of the engine block at temperatures that are not too low, which favors the combustion processes in the engine cylinders.
Wach einem anderen Merkmal der Erfindung sind der bzw. die Ladej-uftkühler, der bzw. die Zwischenkühler und die Kühl-Another feature of the invention are the the charge air cooler, the intercooler (s) and the cooling
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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). The rooms of the charge air compressor are connected in parallel on the cooling medium side. This enables each of these units to be acted upon with cooling medium at a low temperature (as it comes out of the air cooler).
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.In certain cases - especially with highly charged vehicle diesel engines - you will need to set the compression end temperature Do not let the kotorcylinders sink too much, do without the use of a charge air cooler and only one - or more - provide intercoolers. In this case, the cooling system according to the invention consists of at least one intercooler of the charge air compressor (s), the cooling pipes of the engine block, at least one air cooler and one circulation unit for the cooling medium, and optionally the cooling spaces of the or the Charge air compressors, uie connected to one another in a closed circuit by means of connecting lines on the cooling medium side are.
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.If a cooling system has several charge air coolers and / or intercoolers, then according to another feature of the invention at least two of these coolers spatially combined into one unit, preferably screwed together. All of these coolers could also be used be spatially combined into one unit, this gives short cooling medium and combustion air side connecting lines, a compact design and little space requirement.
Der bzw. die Kühler können in vorteilhafter ,Veise auch mit dem Ladeluftverdichter und dessen Antriebsaggregat räumlich zu einem Baumodul vereint sein.The cooler (s) can also advantageously be spatially combined with the charge air compressor and its drive unit to form a construction module.
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.If a cooling system has several air coolers (which can be useful for reserve reasons, for example), these are - or one Part of them - advantageously combined spatially into one aggregate.
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In den beiden Zeichnungen sind schematisch zwei Ausführungsfarmen des Erfindungsgegenstandes beispielhaft dargestellt.In the two drawings there are schematically two execution farms of the subject matter of the invention shown by way of example.
Fig. 1 zeigt im Vertikalschnitt einen flüssigkeitsgekühlten Ottomotor mit einstufigem, gekühltem Ladeluftverdichter sowie dessen Kühlsystem.Fig. 1 shows in vertical section a liquid-cooled Otto engine with single-stage, cooled charge air compressor and its cooling system.
Fig. 2 zeigt im Vertikalschnitt einen flüssigkeitsgekühlten Dieselmotor mit zweistufigem Ladeluftverdichter, Ladeluftkühler und Zwischenkühler sowie dessen Kühlsystem. Fig. 2 shows in vertical section a liquid-cooled Diesel engine with two-stage charge air compressor, charge air cooler and intercooler as well as its cooling system.
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.In the Otto engine shown in Fig. 1, the engine block 1 has the cooling chambers 1a and 1b, which are from the cooling medium (cooling water) are flowed through and the cylinder liner 1e with piston 1d surround or fill the cylinder head 1e. In the latter intake valve 1f, exhaust valve 1g and spark plug 1h are arranged. The gasoline engine has a screw compressor as charge air compressor 2, via the transmission 3 with the crankshaft 4 in Connection is and from one, acted upon by the engine exhaust gases Drive unit 5 (also drawn here as a screw unit) is operated. The housing of this running air compressor 2 is double-walled and the cooling spaces 6 thus formed are traversed by the cooling medium.
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.The charge air compressor 2 is on on the combustion air side Downstream intercooler 7, its cooling tubes 7 a from the cooling medium are flowed through and from which the cooled combustion air flows through the inlet valve 1f into the engine cylinder.
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. The cooling spaces 6 of the charge air compressor 2 and the cooling pipes 7a of the charge air cooler 7 are cooling medium ^ side to one another parallel and upstream of the cooling chambers 1a, 1b of the engine block 1.
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.The heated cooling medium (cooling water) flows from the cylinder head 1e via the "hot" connecting line 8 to the with a fan wheel 9 equipped air cooler 10, where it is recorded Gives off heat to the surrounding air.
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 undFrom the air cooler 10, the abgeK.uL.ite cooling medium flows through the "cold" connection line 11 and the Umwal% aggregate 12 (circulating pump) to the cooling tubes 7a of the intercooler 7, and
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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.the cooling chambers 6 of the charge air compressor 2, of which it is in partially heated state via the connecting lines 13 reaches engine block 1 again.
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.Position 14 represents the fuel injection nozzle in the air supply line Ha of the engine and pos. 15 the connecting rod of the engine. The exhaust pipe 16 of the engine leads from the exhaust valve 1g to the drive unit 5 of the charge air compressor 2. The drive unit 5 can also be designed as an exhaust gas turbine.
In Pig. 2 ist ein Dieselmotor mit zweistufigem Ladeluftverdichter 2a, 2b und mit Zwischenkühler 17 sowie mit Ladeluftkühler 7 dargestellt. In Pig. 2 is a diesel engine with a two-stage charge air compressor 2a, 2b and with intercooler 17 and with charge air cooler 7 are shown.
Der Zwischenkühler 17 und der .uadeluftkühler 7 sind kühlmediumseitig zu einander parallel und den Kühlräumen 1a, 1b des iviotorblockes 1 vorgeschaltet.The intercooler 17 and the .uadeluftkühler 7 are On the cooling medium side, parallel to one another and the cooling spaces 1a, 1b of the iviotor block 1 upstream.
Im Zylinderkopf 1e ist die Treibstoffeinspritzdu.se 18 angeordnet.The fuel injection nozzle 18 is located in the cylinder head 1e arranged.
Vom Zwischenkühler 17 strömt die vorkomprimierte und zwischengekühlte Verbrennungsluft über die Luftleitung 19 zur zweiten Stufe 2b des Ladeluftverdichters 2.The precompressed and intercooled combustion air flows from the intercooler 17 via the air line 19 to the second stage 2b of the charge air compressor 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.The other positions in FIG. 2 correspond to those in J? Ig with the same position numbers. 1 shown and in the Description of the parts mentioned in FIG.
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