DE3200764C2 - Ladeluft-Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader - Google Patents
Ladeluft-Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit TurboladerInfo
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Abstract
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Kühlen der einer Brennkraftmaschine von einem Turbolader zugeführten Ladeluft. Bei einem Anstieg der Belastung der Maschine wird die Ladeluft mittels einer auch für die Kühlung des Fahrgastraums eines Fahrzeugs verwendbaren Kühleinrichtung gekühlt, bevor sie durch ein Ladeluftgebläse vorkomprimiert wird. Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung umfaßt einen in einer Ansaugleitung an der Zuströmseite des Ladeluftgebläses angeordneten Rippenkühler, ein die Zufuhr eines Kühlmittels zum Rippenkühler steuerndes Magnetventil und eine Steuereinheit für die öffnende Betätigung des Magnetventils bei einem Anstieg der Belastung der Maschine, in Verbindung mit einer herkömmlichen Anordnung für die Kühlung des Fahrgastraums.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladeluft-Kühleinrichtung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Bei einer solchen, aus der GB-PS 10 63 722 bekannten Ladeluft-Kühleinrichtung ist der Ladeluft-Rippenkühler
zwischen dem Auslaß des Ladeluftgebläses und der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine angeordnet. Zusätzlich
zu diesem Ladeluft-Rippenkühler ist ein weiterer Kühler zwischen ihm und dem Auslaß des Ladeluftgebläses
vorgesehen, der die vom Ladeluftgebläse abgegebene Luft z. B. mit Hilfe des Kühlmittels der Brennkraftmaschine
bereits etwas abkühlt, bevor sie an den Ladeluft-Rippenkühler gelangt. Der Kompressor des
Kältemittelkreislaufes wird von der Brennkraftmaschine über ein steuerbares Übersetzungsgetriebe angetrieben,
um die Drehzahl des Kompressors unabhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine einstellen
zu können.
Aus der DE-Z »MTZ« 1964, s. 499 ist eine gleichartige
Ladeluft-Kühleinrichtung bekannt, bei der der Ladeluft-Rippenkühler
ebenfalls zwischen dem Auslaß des Ladeluftgebläses und der Ansaugleitung der Brennkraftmaschine
angeordnet ist. Auch hier ist ein weiterer mit dem Ladeluft-Rippenkühler in Reihe geschalteter Kühler
vorgesehen, mit dem die vom Ladeluftgebläse abgegebene Luft bereits vorgekühlt wird, bevor sie dem Ladeluft-Rippenkühler
zugeführt wird. Gemäß einer weiteren Ausführung dieser bekannten Ladeluft-Kühleinrichtung
kann der mit einem Kompressor arbeitende Kältemittelkreislauf durch einen mit einem Absorber arbeitenden
Kältemittelkreislauf ersetzt werden, um damit die von der Brennkraftmaschine abgegebene Vivlustwärme
in dem Absorber-Käitemittelkreislauf ausnutzen zu können.
Beide bekannten Ladeluft-Kühleinrichiungen haben
jedoch den Nachteil, daß aufgrund der zwischen dem Auslaß des Ladeluftgebläses und der Ansaugleitung der
Br snnkraftmaschine vorgesehenen Kühler für die Ladeluft
der Luftwiderstand zwischen dem Ladeluftgebläse und der Ansaugleitung erheblich ansteigt, wodurch das
Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine besonders im Beschleunigungsbetrieb erheblich leidet
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ladeluft-Kühleinrichtung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß bei möglichst geringem zusätzlichem
Konstruktionsaufwand die Kühlung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Ladeluft verbessert
ist, ohne daß der Strömungswiderstand zwischen dem Auslaß des Ladeluftgebläses und der Brennkraftmaschine
nachteilig erhöht wixL
Bei einer Ladeluft-Kühleinrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe das im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 angegebene Merkmal gelöst
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Ladeluft-Rippenkühlers an der Zuströmseite des Ladeluftgebläses
wird die diesem zugeführte Luft bereits stark gekühlt, bevor sie von dem Ladeluftgebläse verdichtet
wird. Dadurch ist kein weiterer Kühler zwischen dem Auslaß des Ladeluftgebläses und dem Einlaß der Brennkraftmaschine
erforderlich, wodurch der Strömungswiderstand möglichst klein gemacht werden kann, was
durch eine entsprechende Verkurzing der zwischen
Auslaß des Ladeluftgebläses und Einlaß der Brennkraftmaschine vorzusehenden Leitung noch· unterstützt wird.
Die Ladeiuft-Kühleinrichtung wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dann konstruktiv besonders
einfach, wenn der zur Kühlung der Ladeluft-Rippenkühler
dem Kühler einer ohnehin in dem Kraftfahrzeug vorgesehenen Klimaanlage für die Luft des Fahrzeugraumes
parallelgeschaltet wird.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
so Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 teilweise im Schnitt und schematisch eine bekannte Ladeiuft-Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine
mit Turbolader und
F i g. 2 schematisch eine Ladeluft-Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Turbolader in einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung.
In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird die von einem Ladeluftgebläse 2 eines Turboladers 1 vorkomprimierte
Ladeluft durch einen mit Rippen oder Waben 3Λ versehenen Ladeluftkühler 3 hindurchgeleitet, in
welchem ein Wärmetausch mit dem Kühlmittel der Brennkraftmaschine stattfindet. Die bei der Durchströmung
des Kühlers gekühlte Luft strömt anschließend über eine mit einer Drosselklappe 9 versehene Einlaßleitung
4 des Brennkraftmaschine zu.
Bei einer anderen bekannten Kühleinrichtung findet in dem Kühler 3 ein Wärmctausch zwischen der kompri-
32 OO
mierten Ladeluft und der atmosphärischen Luft statt. Da jedoch der Temperaturunterschied zwischen der Ladeluft
und der atmosphärischen Luft relativ klein ist, muß die Wärme abgebende Fläche sehr groß sein, um
einen ausreichenden Wärmetausch zu erzielen. Darüber hinaus muß die Querschnittsfläche der Luftzufuhrleitung
sehr groß sein, um die durch Strömungswiderstände hervorgerufenen Druckverluste möglichst gering zu
halten. Daraus ergibt sich zwangsläufig ein sehr großes Volumen des Kühlers 3, was wiederum dazu führt, daß
Druckänderungen der Ladeluft nur mit beträchtlicher Verzögerung wirksam werden und die Brennkraftmaschine
sehr träge beschleunigt Da ferner der Kühler 3, um eine wirksame Kühlung der Ladeluft zu erzielen, in
beträchtlicher Entfernung vom Ladeluftgebläse 2 in der von diesem zur Brennkraftmaschine führenden Luftzuführleitung
5 angeordnet sein muß, ist ein beträchtliche Druckfestigkeit und Dichtigkeit der gesamten Anlage
notwendig. Darüber hinaus muß der Ladeluftkühler 3 bei den meisten Brennkraftmaschinen möglichst im freien
Luftstrom angeordnet sein, woraus sich eine beträchtliche Länge für die Luftzufuhrleitung 5 ergibt.
Diese Mängel sind bei der nachstehend anhand von F i g. 2 erläuterten Ladeluft-Kühleinrichtung beseitigt.
In F i g. 2 ist ein Brennkraftmaschine 6 mit einem Türbolader
1 mit einer über den Auslaßkrümmer von den Abgasen beaufschlagten Turbine 7 und einem von dieser
angetriebenen Ladeluftgebläse 2 für die über ein Luftfilter 8 angesaugte Ladeluft zu einem Einlaßkrümmer
4 gezeigt In einer vom Ladeluftgebläse 2 zum Einlaßkrümmer 4 führenden Ladeluftleitung 5 ist eine
Drosselklappe 9 angeordnet
Für die Kühlung von über den Fahrgastraum eines Fahrzeuges umgewälzter Luft ist ein Rippenkühler 10
vorhanden. Ein in einem Verdampfer Il \erdampftes
Kältemittel, z. B. Freon, wird durch einen über einen Riemen von der Brennkraftmaschine 6 angetriebenen
Kompressor 12 komprimiert und verflüssigt. Nach dem Durchlauf durch einen durch einen Ventilator 14 gekühlten
Verflüssiger 13 wird das verflüssigte Kältemittel in einem BeL'älter 15 gespeichert und anschließend wieder
dem Kühler 10 zugeleitet, wobei es durch einen Drosseldurchlaß 16 hindurchtritt und dabei verdampft
wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Kühlanlage für den Fahrgastraum wird ein Teil des verflüssigten Kältemittels
aus ein^r vom Behälter 15 zum Kühler 10 führenden
Leitung 17 abgezapft und für die Kühlung der Ladeluft vor dem Kompimieren derselben durch das Ladeluftge
blase 2 verwendet An der Zuströmseite des Ladeluftge- 5υ biases 2 ist zwischen diesem und dem Luftfilter 8 ein
parallel zum Kühler 10 angeschlossener Ladeluft-Rippenkühler <8 angeordnet
Der Ladeluftkühler 18 hat einen ähnlichen Aufbau wie der Kühler 10 für den Fahrgastraum, mit einer
mehrfach gewundenen Verdampfer-Rohrschlange 11/4 und einem Drosseldurchlaß i6A für die wirksame Kühlung
der über das Luftfilter 8 angesaugten Ladeluft.
Ein am Einlaß 19 des Ladeluftkühlers 18 angeordnetes
Magnetventil 20 dient in Verbindung mit einer Steuereinheit 21 dazu, die Zufuhr des Kältemittels aus
dem Behälter 15 211m Ladeluftkühler 18 in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine 6 zu steuern.
Die Steuereinheit 21 spricht auf ein von einer Einrichtung zum Ermitteln der Belastung der Brennkraftmaschine
6, z. B. von einem in Wirkbeziehung zu einem Gaspedal 25 angeordneten Gaspedalschalter 22, erzeugtes,
die Stellung der Drosselklappe 9 anzeigendes Signal an, um das Magnetventil 20 öffnend zu betätigen,
wenn der Drehwinkel der Drosselklappe einen bestimmten Wert überschreitet, und steuert darüber hinaus
die Umwälzung des Kältemittels in der Kühlanlage durch Betätigung des Kompressors 12 in Abhängigkeit
vom Absinken des durch einen Sensor 26 abgetasteten Spiegels des flüssigen Kältemittels und/oder durch einen
(nicht gezeigten) Sensor abgetasteten Drucks im Behälter 15 unter einen bestimmten Wert bei geöffnetem
Magnetventil 20.
Bei Betätigung des Kompressors 12 wird der Kühler 10 für die Umwälzluft des Fahrgastraums ebenfaüs mit
dem Kältemittel gespeist Um dabei eine überflüssige oder störende Kühlung des Fahrgastraums zu vermeiden,
kann ein dem Kühler 10 zugeordnetes Gebläse 23 stillgesetzt werden, sofern nicht ein (nicht gezeigtes)
Umschaltventil vorhanden ist, welches die Zufuhr des Kältemittels allein zum Ladeluftkühler 18 ermöglicht.
Steigt bei der vorstehend beschriebenen Kühleinrichtung die Belastung der Brennkraftmaschine so weit an,
daß der &rehwinkel der Drosselklappe 9 einen bestimmten Wert übersteigt, d. h. also isei einem entsprechenden
Anstieg der Temperatur und ces Drucks der durch das Ladegebläse geförderten Luft, wird der Gaspedalschalter
22 betätigt, um das Magnetventil 20 über die Steuereinheit 21 zu öffnen. Dadurch wird dann der
Ladeluukühler 18 mit dem Kältemittel gespeist, um die Ladeluft zu kühlen. Auf diese Weise wird die über das
Luftfilter 8 angesaugte Luft vor dem Eintritt in das Ladeluftgebläse 2 ausreichend gekühlt.
Obgleich die Temperatur der vor dem Eintritt in das Ladeluftgebläse 2 gekühlten Luft aufgrund der Vorkompression
wieder ansteigt, ist die Kühlwirkung bei konstantem Kompressionsverhältnis größer als im Falle
der Kühlung der bereits vorkomprimierten Luft.
Je niedriger darüber hinaus die Temperatur der Ladeluft
vor der Vorkompression ist, um so höher ist die Dichte der Ladeluft nach der Vorkompression. Auf diese
Weise läßt sich also die Ladeluftzufuhr und damit die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine durch Verringerung
der Ladelufttemperatur beträchtlich verbessern und im Falle eines Benzinmotors gleichzeitig die Klopfneigung
verringern.
Da die Ladeluft bei der Kühlung außerdem gleichzeitig entfeuchtet wird, verringert sich der Tei'druck des
Wasserdampfes in der durch das Ladeiuftgebläse 2 vorkomprimierten Ladeluft, was zu einer weiteren Verbesserung
des Wirkungsgrads bei der Ladeluftzufuhr führt.
Da die Ladeluft, wie vorstehend beschrieben, vor der Vorkompression durch das Ladeluftgebläse 2 wahlweise
durch den Ladeluftkühler 18 gekühlt werden kann, ist eine beträchtliche Verbesserung der Kühlwirkung erzielbar.
Dementsprechend läßt sich insbesondere bri hoher Belastung das Betriebsverhalten der Brennkraftn.ascnine
und damit ihre Leistungsabgabe verbessern.
Im Gegensatz zu der eingangs beschriebenen bekannten Kühleinrichtung ermöglicht die verbesserte
Kühleinrichtung ein schnelles Ansprechen der Brennkraftmaschine auf erhöhten Ladedruck und damit eine
zügige Beschleun'^ung, da die Ladeluftführung des Kühlsystems kleine Abmessungen und ein kleines Volumen
hat, so daß bei Druckänderungen keine Verzögerung eintritt.
Darüber hinaus kann die Ladeluftzuleitung relativ kurz sein, so daß die Forderungen nach Druckfestigkeit
und Dichtigkeit leicHer zu erfüllen sind und nur geringe Strömungswiderstände auftreten.
Ferner ermöglicht die beschriebene Kühleinrichtung
32 OO 764
auch eine beträchtliche Abkühlung der Ladeluft bei relativ niedrigem Ladedruck und damit eine Erhöhung der
Dichte der Ladeluft und eine Verbesserung der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine auch bei niedrigen
Drehzahlen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Ladeluft-Kühleinrichtung
auch unabhängig von einer Kühleinrichtung für den Fahrgastraum arbeiten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
15
20
25
30
40
45
50
60
Claims (6)
1. Lade'uft-Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine
mit Turbolader, der ein durch eine von den Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagte
Turbine angetriebenes Ladeluftgebläse für die Aufladung der Brennkraftmaschine hat, mit einem Ladeluft-Rippenkühler
zum Kühlen der der Brennkraftmaschine zugeführten Ladeluft und mit einem einen Kompressor, einen Kondensator und einen Kältemitteltank
aufweisenden Kältemittelkreislauf zum Speisen des Ladeluft-Rippenkühlers mit Kältemittel,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lade-Iuft-Rippenkühler
(18) an der Zuströmseite des Ladeluf tgebläses (2) angeordnet ist
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit dem Ladeluft-Rippenkühler (18)
parallel geschalteten zweiten Rippenkühler (10) zürn Kühlen von ik.m Fahrgastraum zugeführter Luft.
3. Kühleinrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kältemitteltank
(15) und dem Ladeluft-Rippenkühler (18) ein Elektromagnetventil (20) vorgesehen ist, das nach Maßgabe
der Belastung der Brennkraftmaschine (6) derart gesteuert ist, daß es bei steigender Belastung
zunehmend öffnet
4. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung der Brennkraftmaschine
von einem durch Treten des Gaspedals (25) zu betätigenden Schalter (22) festgestellt wird.
5. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung der Brennkraftmaschine
von einem durch Öffaen der Drosselklappe (9) über einen bestimmten öffnu^gsgrad hinaus zu
betätigenden Schalter festgestellt wird.
6. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung der Brennkraftmaschine
von einem durch Ansteigen des Ansaugunterdruckes über einen bestimmten Wert hinaus zu betätigenden
Schalter festgestellt wird.
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1982
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1983170A2 (de) | 2007-04-17 | 2008-10-22 | Behr GmbH & Co. KG | Verfahren zum Betreiben eines Kältenmittelkreislaufs mit einem Ladeluft/Kältemittel-Verdampfer |
DE102007018428A1 (de) | 2007-04-17 | 2008-10-23 | Behr Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs mit einem Ladeluft/Kältemittel-Verdampfer |
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