DE3200685A1

DE3200685A1 - Luftgekuehlte brennkraftmaschine mit aufladung und ladeluftkuehlung

Info

Publication number: DE3200685A1
Application number: DE19823200685
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.Ing. 5060 Bergisch Gladbach Tholen
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1982-01-13
Filing date: 1982-01-13
Publication date: 1983-07-21

Description

5000 Köln 80, den 16.Dez.1981 Unser Zeichen: D 81/60 AE-ZPB P/B

Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung und Ladeluftkühlung

Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung, vorzugsweise durch Abgasturbolader, und zumindest einem von dem Kühlluftgebläse der Brennkraftmaschine mit Kühlluft beaufschlagbaren Ladeluftkühler.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-PS 17 51 209 bekannt. Hierbei sind zwei Ladeluftkühler oberhalb der V-förmig angeordneten Zylinder vorgesehen, die parallel zu den beiden Zylinderreihen von der vom Kühlluftgebläse geförderten Kühlluft durchströmt werden. Viele luftgekühlte aufgeladene Brennkraftmaschinen sind aber einem häufigen kurzzeitigen Lastbetrieb ausgesetzt, so daß verstärkt Betriebzustände auftreten, in denen die Brennkraftmaschine noch keine größere, die Ladeluft hingegen eine sehr starke Kühlung benötigt. Bei der bekannten Anordnung der Ladeluftkühler kann nur ein Teil der vom Kühlluftgebläse geförderten Kühlluftmenge zur Kühlung der Ladeluft herangezogen werden, so daß insbesondere bei kurzzeitigem Lastbetrieb ein großer Teil der Kühlluft durch die Zylinderreihen ungenutzt an die Umgebung abgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum einen diesen Nachteil der bekannten Brennkraftmaschine zu beheben und somit insbesondere bei kurzzeitigem Lastbetrieb die Ladeluftkühlung zu optimieren, und zum anderen bei relativ schnellen Laständerungen

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während der Teillastperioden ein Auskühlen der Motorbauteile zu vermeiden. Ferner soll bei plötzlichem Lastbetrieb eine maximale Ladeluftkühlung ohne größeren zeitlichen Verzug gewährleistet sein. 5

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ladeluftkühler vor dem Kühlluftgebläse angeordnet ist und in der Begrenzungswand des Kühlluftauf nehmerraumes der Brennkraftmaschinen bewegliche Klappen (Shutter) vorgesehen sind, die bei erhöhtem Kühlluftbedarf des Ladeluftkühlers eine Abluftöffnung im Kühlluftaufnehmerraum freigeben.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird durch das öffnen der Klappen im Kühlluftaufnehmerraum ein wesentlich erhöhter Kühlluftstrom im Kühlluftgebläse und im Ladeluftkühler zum Abführen anfallender Wärmemengen erzielt. Hierzu sind keine Änderungen am Kühlluftgebläse notwendig, da durch die Verringerung des Druckes im Kühlluftaufnehmerraum die Fördermenge des Kühlluftgebläses und damit auch der Luftstrom durch den Ladeluftkühler stark ansteigen. Je nach Größe des von den Klappen freigegebenen Abluftquerschnittes kann das geförderte Kühlluftvolumen durch den Ladeluftkühler nahezu verdoppelt werden. Dadurch ist es möglich, das Bauvolumen und somit den Platzbedarf des Ladeluftkühlers in vorteilhafter Weise gering zu halten und die Kühlleistung des Ladeluftkühlers in einfacher Weise zu optimieren.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, innerhalb oder außerhalb des Kühlluftaufnehmerraumes der Brennkraftmaschine einen Retarderölkühler und/oder einen Getriebeölkühler vorzusehen, so daß

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sie von dem durch die Abluftöffnung aus dem Kühlluftaufnehmerraum austretendem Kühllüftstrom beaufschlagbar sind. Bei dieser Anordnung wird durch die Klappen auch während des Retarderbetriebes ein vergrößerter Abluftquerschnitt freigegeben, so daß der dadurch erhöhte Kühlluftstrom zur Kühlung des Retarderöles genutzt werden kann. Außerdem wird durch die Verringerung des Kühlluftstromes durch die Zylinder im Retarderbetrieb die unerwünschte Auskühlung des Motors in vorteilhafter Weise erheblich verringert. Während des normalen Fahrbetriebes kann durch die Klappen eine so große Abluftöffnung freigegeben werden, wie es für eine ausreichende Getriebeölkühlung und Ladeluftkühlung notwendig und eine ausreichende Motorkühlung zulässig ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, den Ladeluftkühler mit in sich abgeschlossenen, wärmespeichernden Elementen mit hoher Wärmekapazität auszurüsten, die mit der Ladeluft und der Kühlluft im Wärmeaustausch stehen. Die wärmespeichernden Elemente sind hierbei durch übliche Wärmetauscherbauteile realisiert, die z. B. außen verrippt und aus einem Werkstoff mit hoher Wärmekapazität hergestellt sind. Es ist aber auch möglich, dünnwandige, aus einem Werkstoff mit großer Wärmeleitfähigkeit hergestellte Wärmetauscherbauteile zu verwenden, die mit einem Medium mit hoher Wärmekapazität wie z. B. Wasser oder aber mit einem Medium, das im relevanten Temperaturbereich einen Phasenwechsel mit Wärmeumsatz oder eine chemische Reaktion mit Wärmetönung aufweist, wie z. B. Stearin, gefüllt sind und somit die Wärmespeicherwirkung der Elemente sicherstellen. Durch entsprechende Verrippung der Innen-

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Seiten der Elemente ist ein guter Wärmefluß des Mediums an die begrenzenden Wandseiten aber auch von der Kühlluft an die Ladeluft und umgekehrt gewährleistet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das öffnen und Schließen der Abluftöffnung im Kühlluftaufnehmerraum regeltechnisch in direktem zeitlichen Zusammenhang mit dem Einbringen einer höheren Kraftstoffmenge durchzuführen. Zur Betätigung der Klappen kann beispielsweise der bei den meisten aufgeladenen Motoren im Fahrzeugeinsatz vorhandene Iadeluftabhängige Vollastanschlag benutzt werden, indem die Einwirkung auf die Regelstange der Einspritzpumpe gleichzeitig für die Klappenbetätigung genutzt wird. Aber auch eine entsprechende Vorrichtung am Fahrpedal, die beim Beschleunigen bei einer bestimmten Fahrpedalstellung die Klappen öffnet, ist denkbar.Beide Möglichkeiten stellen in vorteilhafter Weise bautechnisch einfache Ausführungsbeispiele dar.

Es ist aber auch möglich, wie in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Klappen in Abhängigkeit einer leistungsabhängigen signifikanten Betriebskenngröße unter Verwendung üblicher Regeleinrichtungen zu steuern. Als Betriebskenngrößen bieten sich hierzu z. B. Ladeluft-, Motorbauteil- oder Retarderöltemperatur oder aber auch der Ladedruck an. Hierdurch ist eine optimale Anpassung an den jeweiligen Kühlluftbedarf von Motorbauteilen, Ladeluft oder Retarderöl gewährleistet; es ist allerdings hierbei sicherzustellen, daß die Motorbauteiltemperatur bei Erreichen eines zulässigen Maximalwertes die Klappen vorrangig im Sinne von Schließen steuert.

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Bei einer Brennkraftmaschine mit einem drehzahlregelbaren Kühlluftgebläse wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Drehzahl zusätzlich zur vorhandenen Regelung in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals oder der Stellung der Regelstange der Kraftstoffeinspritzpumpe zu regeln, so daß bei Bedarf eine max. Leistung des Kühlluftgebläses und somit ein max. Kühlluftstrom bei geöffneten Klappen für eine optimale Ladeluftkühlung zur gleichen Zeit zur Verfügung steht. Dies ist gerade für Fahrzeuge, die einem häufigen kurzzeitigem Lastbetrieb ausgesetzt sind, zur Erzielung optimaler Leistung besonders wünschenswert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung und der erfindungsgemäßen Ausstattung,

Fig. 2 eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung, der erfindungsgemäßen Ausstattung und einem Retarderölkühler im Kühlluftaufnehmerraum.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Brennkraftmaschine 1, die mittels eines Kühlluftgebläses 2 mit Kühlluft beaufschlagt wird, ist der Ladeluftkühler 3 vor dem Kühlluftgebläse 2 angeordnet. Der Ladeluftkühler 3 kann nicht näher dargestellte wärmespeichernde Elemente aufweisen, die den Kühleffekt erhöhen. Die von einem Verdichter 4 komprimierte Ladeluft durchströmt in Pfeilrichtung 5 den Ladeluftkühler 3 und wird danach den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zugeführt, wobei die Zylinder sowohl V-förmig aber auch

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in Reihe angeordnet sein können. Die vom Kühlluftgebläse 2 geförderte Kühlluft durchströmt in Pfeilrichtung 6 zuerst den Ladeluftkühler 3 und wird danach dem nicht näher dargestellten Kühlluftaufnehmerraum zugeführt, in dessen Begrenzungswand bewegliche Klappen 7 vorgesehen sind. Diese Klappen 7 sind jalousieartig angeordnet und können um ihre Längsachse bewegt werden, so daß sie eine Abluftöffnung im Kühlluftaufnehmerraum freigeben. Die Klappen 7 werden in diesen Ausführungsbeispielen in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals 8 über ein Magnetventil 9 geöffnet bzw. geschlossen. Es ist aber auch eine Steuerung der Klappen 7 durch bekannte Regeleinrichtungen möglich. 15

Die Ausführung nach Fig. 2 weist zusätzlich zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 einen Retarderölkühler 10 auf, und das Kühlluftgebläse 2 soll über einen nicht näher dargestellten hydraulischen Antrieb mit hydraulisch geregelter Kupplung verfügen. Im Retarderbetrieb können die Klappen 7 betätigt und somit die Abluftöffnung freigegeben. Der dadurch erhöhte Kühlluftstrom durchströmt nun auch den Retarderölkühler 10, bevor er aus dem Kühlluftaufnehmerraum austritt und stellt somit eine ausreichende Kühlung des Retarderöles sicher. Die Drehzahl des Kühlluftgebläses 2 kann zusätzlich in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedales 8 geregelt werden, so daß beim Beschleunigen ein maximaler Kühlluftstrom gefördert werden kann. Dies geschieht über ein Magnetventil 11, das die Füllung der hydraulischen Kupplung des Kühlluftgebläses 2 regelt und mit dem Fahrpedal 8 verbunden ist.

Leerseite

Claims

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Patentansprüche

[1/ Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung, vorzugsweise durch Abgasturbolader, und zumindest einem von dem Kühlluftgebläse der Brennkraftmaschine mit Kühlluft beaufschlagbaren Ladeluftkühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (3) vor dem Kühlluftgebläse (2) angeordnet ist und in der Begrenzungswand des Kühlluftaufnehmerraumes der Brennkraftmaschine (1) bewegliche Klappen (Shutter) (7) vorgesehen sind, die bei erhöhtem Kühlluftbedarf des Ladeluftkühlers (3) eine Abluftöffnung im Kühlluftaufnehmerraum freigeben.
2. Luftgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb oder außerhalb des Kühlluftaufnehmerraumes ein Retarderöl- und/oder ein Getriebeölkühler (10) vorgesehen sind, die von dem durch die Abluftöffnung aus dem Kühlluftaufnehmerraum austretendem Kühlluftstrom beaufschlagbar sind.
3. Luftgekühlte Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (3) in sich abgeschlossene, wärmespeichernde Elemente mit hoher Wärmekapazität aufweist, die mit der Ladeluft und mit der Kühlluft im Wärmeaustausch stehen.

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4. Luftgekühlte Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß die Klappen (7) in Abhängigkeit von der Stellung des Pahrpedals (8) oder der Regelstange der Kraft-

stoffeinspritzpumpe betätigbar sind.
5. Luftgekühle Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (7) in Abhängigkeit einer signifikanten Betriebskenngröße wie Ladeluft-, Motorbauteil- oder Retarderoltemperatur steuerbar sind.
6. Luftgekühlte Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche und mit einem drehzahlregelbaren Kühlluftgebläse,

dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl zusätzlich in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals (8) oder der Stellung der Regelstange der Kraftstoffeinspritzpumpe regelbar ist.

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