DE3214205C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Abgasturbolader, dessen Verdichter sowohl über einen Ladeluftkühler als auch über einen diesem paral­ lel geschalteten Luftvorwärmer mit dem Luftsammelrohr der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei ein von der Ladelufttemperatur abhängiges Regelventil den Anteil der jeweils zum Luftsammelrohr strömenden kalten und/oder er­ wärmten Luftmenge bestimmt.

Eine Brennkraftmaschine der genannten Gattung ist durch die DE-PS 25 44 471 bekanntgeworden, wobei das Regelventil für die Zumessung des vom Turbolader geförderten Luststroms in Richtung zum Ladeluftkühler bzw. zum Luftvorwärmer an einer zwischen diesen und dem Turbolader befindlichen Rohrver­ zweigung angeordnet ist. Dabei wird das Regelventil über eine temperaturabhängige Meßeinrichtung von der Ladeluft­ temperatur jeweils so beeinflußt, daß durch das vom Regel­ ventil bestimmte Mischungsverhältnis zwischen den gekühlten bzw. erwärmten Luftmassen die Ladelufttemperatur über weite Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine annähernd konstant gehalten werden kann. Allerdings spricht bei einer solchen Regelung das Regelventil im Falle einer Temperaturänderung in der Ladeluft erst mit einer größeren Verzögerung an, da temperaturabhängige Stellglieder eine längere Reaktionszeit beanspruchen.

Aus der DE-AS 12 20 199 ist für eine Brennkraftmaschine mit Aufladung gattungsbildend eine Anordnung eines Ladeluftkühlers und eines Luftvorwärmers bekannt, bei der im Falle einer Kühlung der Brennkraftmaschine die Verbrennungsluft mittig einer Einlaßsammelleitung zugeführt wird. Bei Zufuhr von aufgewärmter Verbrennungsluft ist ein erstes Verstellorgan verschlossen, während ein weiteres Verstellorgan geöffnet ist und die Verbrennungsluft endseitig in die Einlaßsammelleitung strömt. Aufgrund getrennter Einmündungen und Verwendung von zwei Verstellorganen ist der Bauaufwand nachteiligerweise hoch. Angaben zur Wirkungsweise der Verstellorgane sind dieser Schrift nicht entnehmbar.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine der eingangs umrissenen Gattung mit einfachsten Mitteln dahingehend zu verbessern, daß sowohl möglichst kurze Ansprechzeiten des Regelventils zur schnellen Anpassung des Bedarfs an Luft beispielsweise bei einer scharfen Beschleunigung der kalten Brennkraftma­ schine gegeben sind und daß auch beim Start der noch kalten Brennkraftmaschine eine temperaturabhängige Regelung durch Mischen kalter und warmer Luft erfolgt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Regelventil an der gemeinsamen Einmündung der den Kalt- und Warmluftstrom führenden Rohre in das Luftsammelrohr ange­ ordnet ist und ein abhängig von der gegenseitigen Beauf­ schlagung der beiden Luftströme den Öffnungsquerschnitt beider Rohre beherrschendes Sperrglied aufweist, wobei der Ladeluftkühler gegenüber dem Luftvorwärmer einen geringeren Strömungswiderstand hat und daß am Sperrglied eine entgegen dem Kaltluftstrom wirkende Bimetallfeder angreift, deren Federspannung mit steigender Temperatur der Ladeluft ab­ nimmt.

Durch diese Maßnahmen erhält man ein schnell reagierendes Regelventil, bei dem beispielsweise bei einer plötzlichen Beschleunigung der kalten oder warmen Brennkraftmaschine das Sperrglied infolge seiner Beaufschlagung vom erhöhten Ladeluftstrom sofort anspricht, indem die Wirkung der Bime­ tallfeder im wesentlichen überspielt wird. Beim Anlassen der kalten Brennkraftmaschine bzw. bei Teillast der noch kalten Brennkraftmaschine kommt auch die Kraft der am Sperrglied angreifenden Bimetallfeder zur Wirkung, da bei diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein gegenüber vorgenannter Beschleunigung verminderter Ladeluftstrom auf das Sperrglied einwirkt. Durch die Einwirkung der tempera­ turabhängigen Bimetallfeder und des Ladeluftdruckes auf das Sperrglied wird durch Mischung von Warm- und Kaltluft die Ladelufttemperatur weitgehend konstant gehalten.

In Weiterbildung der Erfindung ist es als besonders vor­ teilhaft anzusehen, wenn das Regelventil als Sperrglied eine mit der Bimetallfeder unmittelbar verbundene Klappe aufweist.

Schließlich kann es zur Anpassung der Bimetallfeder an ver­ schiedene Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zweck­ dienlich sein, wenn die Vorspannung der Bimetallfeder ein­ stellbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben.

Die einzige Abbildung zeigt schematisch eine Brennkraftma­ schine mit einem Abgasturbolader, dessen Ladeluftführung ein Regelventil gemäß der Erfindung aufweist.

An eine nicht gezeigte Brennkraftmaschine, z. B. eine Hub­ kolben- oder Rotationskolben-Brennkraftmaschine, ist ein als Turbolader 1 bezeichnetes Aufladegerät für Verbren­ nungsluft angeschlossen. Der Turbolader 1 besteht aus einer Abgasturbine 2 und dem eigentlichen Lader 3, der hier als Radialgebläse ausgebildet ist. Vom Lader 3 verläuft eine Luftleitung 4 zu einem Ladeluftkühler 5, der ausgangsseitig durch eine Luftleitung 6 mit einem Luftsammelrohr 7 der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Vom Luftsammelrohr 7 führen mehrere davon abzweigende Rohre 9 zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine. Eine von der Luftleitung 4 abzweigende Leitung 10 steht mit einem Wärmetauscher 11 in Verbindung, der im vorliegenden Fall als Abgaswärmetau­ scher ausgebildet sein soll. An den Abgaswärmetauscher 11 ist, in Strömungsrichtung gesehen, ausgangsseitig ein Rohr 12 angeschlossen, das dem Rohr 6 gegenüberliegend in das Luftsammelrohr 7 einmündet. Beide Luftrohre 6 und 12 stel­ len je einen etwa U-förmigen Bogen dar, wobei die beiden inneren Bögen im Mündungsbereich 13 ineinander übergehen. Im Mündungsbereich 13 der beiden Luftrohre 6 und 12 ist ferner eine Bimetallfeder 14 angeordnet, deren einer Schen­ kel an einer um eine vertikal zur Bildebene verlaufende Achse schwenkbare Klappe 15 angreift. Der andere Schenkel der Bimetallfeder 14 ist mit einer in einem ortsfesten Teil sitzenden Stellschraube 17 derart verbunden, daß mit dieser die Federvorspannung der Bimetallfeder 14 veränderbar ist. Die Abmessungen der Klappe 15 sind so gewählt, daß diese je nach Stellung den Öffnungsquerschnitt des Luftrohres 6 bzw. 12 gemäß Darstellung ganz oder teilweise gegenüber dem Luftsammelrohr 7 absperren kann. Wie ferner aus der Zeich­ nung ersichtlich, hat der Ladeluftkühler 5 mitsamt den bei­ den anschließenden Luftrohren 4 und 6 einen gegenüber dem Abgaswärmetauscher 11 größeren Durchtrittsquerschnitt für die Ladeluft, so daß ersterer gegenüber dem Abgaswärmetau­ scher 11 auch einen geringen inneren Widerstand aufweist.

Die Vorspannung der Bimetallfeder 14 ist so eingestellt, daß beim Anfahren der kalten Brennkraftmaschine die Klappe 15 etwa die gestrichelt angedeutete Stellung einnimmt. Folglich gelangt zunächst der Hauptanteil der für den Be­ trieb der Brennkraftmaschine erforderlichen Verbrennungs­ luft durch den Abgaswärmetauscher 11 zum Luftsammelrohr 7 und weiter zu den Einlaßkanälen 9 der Brennkraftmaschine. Mit zunehmender Erwärmung der Brennkraftmaschine und zu­ gleich auch der Bimetallfeder 14 durch die erwärmte Lade­ luft läßt die Vorspannung der Bimetallfeder 14 nach, so daß die Klappe 15 durch den vom Ladeluftkühler 5 wirkenden Druck der Verbrennungsluft im Uhrzeigersinn betätigt wird. Dabei nimmt die Klappe 15 Zwischenstellungen ein, die für das Mischungsverhältnis der jeweils zum Luftsammelrohr 7 gelangenden kalten bzw. warmen Verbrennungsluft maßgebend sind. Ist schließlich nach einer bestimmten Betriebsdauer der Brennkraftmaschine die Bimetallfeder 14 soweit erwämt, daß die Klappe 15 die gezeigte Offenstellung einnimmt, ge­ langt die Verbrennungsluft vom Turbogebläse 1 ausschließ­ lich durch den Ladeluftkühler 5 zur Brennkraftmaschine.

Wird dagegen abweichend von dieser Regelung die Brennkraft­ maschine bereits während ihrer Warmlaufphase stark bela­ stet, was mit einem zumeist plötzlich erhöhtem Bedarf an Verbrennungsluft verbunden ist, so wirkt der erhöhte Lade­ druck des Turboladers 1 insbesondere durch den gegenüber dem Abgaswärmetauscher 11 dynamisch günstiger ausgelegten Ladeluftkühler 5 auf die Klappe 15 ein und öffnet diese für den freien Durchtritt der vom Turbolader 1 zum Ladeluftküh­ ler 5 gelangen Verbrennungsluft.

Damit ist einerseits bei angemessener Einstellung der Bime­ tallfeder 14 dafür gesorgt, daß der Brennkraftmaschine wäh­ rend der Warmlaufphase vorgewärmte Verbrennungsluft ent­ sprechend ihres Betriebszustandes geregelt zugeführt wird. Andererseits wird bei einer plötzlichen Belastung der Brennkraftmaschine während der Warmlaufphase durch die auch vom Luftstrom betätigte Klappe 15 unter Verzicht auf die angemessene Vorwärmung Verbrennungsluft in ausreichender Menge zugeführt, um die geforderte Leistung zu bringen.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem Abgasturbolader, dessen Verdichter sowohl über einen Ladeluftkühler als auch über einen diesem parallel geschalteten Luftvorwärmer mit dem Luftsammelrohr der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, wobei ein von der Ladelufttemperatur abhängiges Regelventil den Anteil der jeweils zum Luftsammelrohr strömenden kalten und/oder erwärmten Luftmenge bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (14 bis 16) an der gemeinsamen Einmündung der den Kalt- und Warmluftstrom führenden Rohre (6, 12) in das Luftsammelrohr (7) angeord­ net ist und ein abhängig von der gegenseitigen Beaufschla­ gung der beiden Luftströme den Öffnungsquerschnitt beider Rohre (6, 12) beherrschendes Sperrglied (15) aufweist, wo­ bei der Ladeluftkühler (5) gegenüber dem Luftvorwärmer (11) einen geringeren Strömungswiderstand hat und daß am Sperr­ glied (15) eine entgegen dem Kaltluftstrom wirkende Bime­ tallfeder (14) angreift, deren Federspannung mit steigender Temperatur der Ladeluft abnimmt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Regelventil (14 bis 16) als Sperrglied eine mit der Bimetallfeder (14) unmittelbar verbundene Klappe (15) aufweist.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Bimetallfeder (14) einstellbar ist.