DE4000917A1 - Luftgekuehlte brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftgekühlte Brennkraftma­ schine, mit mindestens einer Zylinderreihe, einem Kühlgebläse und einem Wärmetauscher für die Ladeluft, wobei der Wärmetau­ scher, in Strömungsrichtung der Kühlluft gesehen, unmittelbar vor und vorzugsweise über die gesamte Länge der Zylinderreihe angeordnet ist.

Unter den bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art ist die häufigste Variante die Parallelschaltung der zu kühlenden Zy­ linderreihe und des Wärmetauschers für die Ladeluft, d. h. sowohl die Zylinderreihe als auch die Wärmetauscher für die Ladeluft und das Motoröl werden von Teilströmen der vom Kühlgebläse geförderten Kühlluft durchströmt. Um die Kühlluft­ ströme hierbei entsprechend aufzuteilen, ist es bei solchen Brennkraftmaschinen in der Regel auch notwendig, im Bereich der Wärmetauscher Drosseln vorzugehen, um den geringeren Druckverlust in den Wärmetauschern im Vergleich mit den Zylin­ derreihen auszugleichen. Weiters muß im Zylinderbereich der Zylinderreihe bzw. Zylinderreihen der Kühlluftstrom gedrosselt werden, damit dieser Bereich nicht zu stark gekühlt wird.

Aus der US-PS 41 24 979 ist eine Variante einer solchen Brenn­ kraftmaschine beschrieben, bei der die vom Kühlgebläse geför­ derte Luft einerseits durch die Wärmetauscher für die Ladeluft und andererseits durch die Zylinderreihen strömt. Die durch die Wärmetauscher geleiteten Teilströme sind dabei über Klap­ pen regelbar ausgeführt. Der nicht durch die Klappen geregelte Teilstrom der Kühlluft wird an den Wärmetauschern vorbei zu den Zylindern geführt.

Bei einer anderen Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist der Wärmetauscher für die Ladeluft vor dem Kühlluftge­ bläse angeordnet. Bei dieser Anordnung wird die Zylinderreihe und der Wärmetauscher für das Motoröl mit einem erhöhten Tem­ peraturniveau der Kühlluft beaufschlagt. Durch die höhere Ein­ trittstemperatur der Kühlluft in den Motorölkühler sowie zur Zylinderreihe ist eine Erhöhung des Kühlluftstromes erforder­ lich, damit die notwendige Wärmemenge abgeführt werden kann.

Außerdem werden auf diese Weise die Führung der Ladeluft sehr kompliziert, was einen großen Platzbedarf bedingt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer Anordnung der Wär­ metauscher für die Ladeluft und das Motoröl, den Mengenstrom der Ladeluft zu senken und damit auch den Druckverlust, vor allem bei Motoreinbauten in Fahrzeugen mit eingeschränktem Platz für die Kühlluftzu- und -abfuhr aus dem Fahrzeug, herab­ zusetzen mit dem Vorteil einer Senkung des Leistungsbedarfes für das Kühlluftgebläse.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß der Wärmetauscher mit der gesamten Kühlluftmenge, welche die Zylinderreihe durchströmt, beaufschlagt ist und ge­ gebenenfalls ein Wärmetauscher für das Motoröl von einem Teil­ strom der Kühlluft durchströmt ist. Der Verlauf der Austritts­ temperatur der Kühlluft aus dem Wärmetauscher, somit der Ver­ lauf der Eintrittstemperatur zur Zylinderreihe ist bei der er­ findungsgemäßen Anordnung entgegengesetzt proportional der notwendigen Wärmeabfuhr von der Zylinderreihe, wobei die Dif­ ferenz der Kühlluftaustrittstemperatur bei hoch aufgeladenen Brennkraftmaschinen bis zu 40°C betragen kann.

Die notwendige Erhöhung des gesamten Mengenstromes der Kühl­ luft für die Zylinderreihe ist durch die geringere Temperatur­ differenz zwischen Kühlluft und Zylinderreihe mit dieser An­ ordnung etwa gleich groß im Vergleich mit der vorhin beschrie­ benen Anordnung des Wärmetauschers für die Ladeluft vor dem Gebläseeintritt.

Dieser Kühllufttemperaturverlauf bewirkt eine Vergleich­ mäßigung der Kühlluftmenge zwischen Zylinderkopf und Zy­ linderbereich von ca. 2 : 1 auf 1,6 : 1, wodurch die Drosselung im Zylinderbereich vermindert bzw. ganz weggelassen werden kann.

Ein Wärmetauscher für das Motoröl wird bei der erfin­ dungsgemäßen Anordnung wie bei den bekannten Beispielen in ei­ ner Parallelschaltung angeordnet. Bei einer Anordnung des Wär­ metauschers für die Ladeluft vor dem Gebläseeinlauf, wird der Wärmetauscher für das Motoröl mit einem höheren Tempera­ turniveau, als bei den anderen Varianten, beaufschlagt. Dies erfordert eine Erhöhung der Kühlluftmenge für den Motorölwär­ metauscher.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Wärmetauschers für die La­ deluft ermöglicht eine kompakte Bauweise des Motors, was sich vor allem bei Einsätzen in Sonderfahrzeugen, z. B. gepanzerten Fahrzeugen mit eingeschränktem Einbauraum, vorteilhaft aus­ wirkt.

Ein Vergleich der bekannten Ausführungen mit der er­ findungsgemäßen Anordnung zeigt eine Reduzierung der Kühlge­ bläseleistung bis zu 15% bei Motoreinbau in handelsüblichen Fahrzeugen und bei Sonderfahrzeugen, wie oben beschrieben, eine Reduktion bis zu 20%.

Für die erfindungsgemäße Anordnung kann das Kühlluftgebläse entweder so in den Kühlluftstrom geschaltet sein, daß es aus der Atmosphäre Luft ansaugt und sie durch den Wärmetauscher in den Motor drückt, oder das Gebläse saugt die Luft durch den Wärmetauscher und den Motor an und drückt sie in die freie At­ mosphäre.

Besonders vorteilhaft ist es in weiterer Ausgestaltung der Er­ findung, wenn die heiße Ladeluft nach dem Austritt aus dem Verdichter im thermisch unkritischeren Bereich der Zylinder in den Wärmetauscher eintritt und diesen in Richtung der Achse der Zylinder zu den thermisch hochbelasteten Zylinderköpfen durchströmt. Auf diese Weise kann das Kühlgebläse klein dimen­ sioniert werden, weil die Kühlluft besonders ökonomisch ge­ nutzt wird.

Bei Brennkraftmaschinen mit in V-Form angeordneten Zylinder­ reihen ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an den Außenseiten beider Zylinderreihen je ein Wärmetauscher für die Ladeluft und im V-Raum ein Gebläse angeordnet ist, welches die Kühlluft durch den Motor ansaugt und in die Atmosphäre bläst. Dabei kann je ein Teilstrom durch die beiden Wärmetauscher für die Ladeluft und gegebenenfalls ein weiterer Teilstrom durch den Wärmetauscher für das Motoröl angesaugt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen an zwei Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung im Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 und

Fig. 2 dazu eine Draufsicht, teilweise geschnitten,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Stirnansicht.

Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte luftgekühlte Brenn­ kraftmaschine gemäß der Erfindung weist vier in Reihe A ange­ ordnete Zylindereinheiten auf, welche je aus dem Zylinder 1 und dem Zylinderkopf 2 bestehen. Die Kühlluft wird vom Ge­ bläse 3 geliefert, welches Luft aus der Atmosphäre ansaugt (Pfeile 5) und über das Einströmgehäuse 6 in einem durch die Pfeile 7 veranschaulichten Teilstrom durch den Wärmetauscher 4 und die Zylindereinheiten 1, 2 drückt. Die von da in die Atmo­ sphäre abströmende Luft ist durch die Pfeile 8 veranschau­ licht. Ein anderer Teilstrom, welcher durch den Pfeil 9 darge­ stellt ist, passiert den Wärmetauscher 10 für das Motoröl, welches diesem in Richtung des Pfeiles 11 zuströmt und in Richtung des Pfeiles 12 verläßt. Der Weg der vom Abgasturbola­ der 13 gelieferten Ladeluft führt, wie durch die Pfeile 14 und 15 angedeutet, zunächst in den Wärmetauscher 4 im Bereich 1′′ der ersten Zylindereinheit 1, 2 und von hier über die Ein­ laßkanäle 16 zu den Zylinderköpfen 2.

Die verbrannten Abgase strömen über die Stutzen 17 aus den Zy­ lindereinheiten1, 2 ab und vereinigen sich in der Abgassam­ melleitung 18, welche zur Abgasturbine 19 des Ab­ gasturboladers 13 führt. Der Verdichterteil des Abgasturbola­ ders 13 ist mit 20 bezeichnet. Dieser saugt Luft aus der Atmo­ sphäre an und liefert die Ladeluft über die Druckleitung 21, wie bereits beschrieben, in den Wärmetauscher.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die bei­ den Zylindereinheiten 1, 2 in V-Form am Maschinengehäuse 22 angeordnet. Die Kühlluft wird in diesem Fall vom Gebläse 23 aus der Atmosphäre angesaugt, durchströmt dabei, wie durch die Pfeile 25 angedeutet, die Zylinder 1 bzw. die Zylinderköpfe 2 der beiden Reihen A und B und strömt sodann über den V-Raum 29, wie durch die Pfeile 27 angedeutet, wieder in die Atmosphäre ab. Zwei weitere Teilströme werden durch das Ge­ bläse 23 durch die Wärmetauscher 10 entsprechend den Pfei­ len 28 hindurchgesaugt. Die Wärmetauscher 4 für die Ladeluft sind wieder, in Strömungsrichtung der Kühlluft, vor den beiden Zylinderreihen angeordnet und erstrecken sich über alle Zylin­ dereinheiten der Zylinderreihen A und B. Der Eintritt der La­ deluft in die Wärmetauscher 4 erfolgt auch in diesem Falle im unteren Bereich des Zylinders 1 und durchströmt ihn in Rich­ tung zum Zylinderkopf 2. Von diesem Bereich des Wärmetauschers tritt die gekühlte Ladeluft entsprechend den Pfeilen 15 über die Einlaßkanäle 16 in die Zylinder 1.

Anstelle des Gebläses 23, welches die Kühlluft durch den Motor saugt, kann auch ein Druckgebläse verwendet werden, wobei dann die Wärmetauscher 4 für die Ladeluft im V-Raum 29 also an der Innenseite der Zylinderreihen A, B zu liegen kommen. Die be­ liebig anzuordnenden Ölkühler 10 werden hierbei über den V-Raum nach außen durchströmt.

Claims (3)

1. Luftgekühlte Brennkraftmaschine mit mindestens einer Zy­ linderreihe, einem Kühlgebläse und einem Wärmetauscher für die Ladeluft, wobei der Wärmetauscher (4), in Strömungs­ richtung der Kühlluft gesehen, unmittelbar vor und vor­ zugsweise über die gesamte Länge der Zylinderreihe (A,B) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetau­ scher (6) mit der gesamten Kühlluftmenge (Pfeile 7), wel­ che die Zylinderreihe (A, B) durchströmt, beaufschlagt ist und ggf. ein Wärmetauscher (10) für das Motoröl von einem Teilstrom der Kühlluft (Pfeile 9) durchströmt ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die heiße Ladeluft nach dem Austritt aus dem Ver­ dichter (20) im thermisch unkritischeren Bereich (1′′), der Zylinder (1) in den Wärmetauscher (4) eintritt und diesen in Richtung der Achse (1′) der Zylinder (1) zu den ther­ misch hochbelasteten Zylinderköpfen (2) durchströmt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit in V-Form angeord­ neten Zylinderreihen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenseiten beider Zylinderreihen (A, B) je ein Wärmetau­ scer (4) für die Ladeluft und im V-Raum (29) ein Ge­ bläse (23) angeordnet ist, welches die Kühlluft durch den Motor ansaugt und in die Atmosphäre bläst.