DE4331072C1 - Verfahren zur Beschleunigung der Motorerwärmung, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Gattungs­ begriff des Patentanspruches 1.

Aus Winspear, D. A.: Air-to-air charge cooling. In: Gas & Oil Power Februar 1969, Seite 39 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Beschleunigung der Motorerwärmung die Ladeluft ganz oder teilweise über einen Bypass geführt werden kann, wobei die Ladeluftführung durch eine von einem Stellglied geregelte Bypassklappe erfolgt und das Stellglied von einem Ladelufttemperatur-Geber in der Ladeluftleitung elektrisch gesteuert wird. Bei einem derartigen Vorgehen bleibt die Kühlwassertemperatur außer acht, d. h., die Ladeluft wird bereits rückgekühlt, wenn die Kühlwassertemperatur noch nicht ihren Betriebszustand erreicht hat. Dadurch wird die möglichst schnelle Erwärmung des Brennraumes nicht erreicht.

Bei einem derartigen Vorgehen bleibt die Kühlwassertemperatur außer acht, d. h., die Ladeluft wird bereits rückgekühlt, wenn die Kühlwassertemperatur noch nicht ihren Be­ triebszustand erreicht hat. Dadurch wird die möglichst schnelle Erwärmung des Brennraumes nicht erreicht.

Aus DE 36 27 686 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Ladeluft durch eine von einem Stellglied geregelte Bypassklappe ganz oder teilweise über einen Bypass oder einen Ladeluftkühler geführt werden kann. Das Stellglied wird dabei von einem Kühlwassertemperatur-Geber im Motorblock elektrisch gesteuert. Die Bypassklappe wird durch das Stellglied derart betätigt, daß die Ladeluft bei ansteigender Kühlwassertemperatur teilweise über den Bypass und teilweise über den Ladeluftkühler geführt wird, und daß erst bei hoher Kühlwassertemperatur im betriebs­ warmen Zustand die gesamte Ladeluft über den Ladeluftkühler geführt wird. Ein derartiges Verfahren berücksichtigt nicht die schwankende Temperatur der Ladeluft, so daß beispielsweise bei hoher Temperatur des Kühlwassers aber noch niedriger Temperatur der Ladeluft diese bereits vollständig über den Ladeluftkühler geführt wird. Dies hat zur Folge, daß die Erwärmung der Brenn­ kraftmaschine nicht in der gewünschten Schnelligkeit abläuft. Eine verzögerte Erwärmung geht aber mit einer Verschlechterung der Abgaswerte einher.

Ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Brennraumtemperatur beim Starten ober beim Übergang von niedriger zu hoher Last so schnell als möglich anzuheben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.

Dadurch, daß die Steuerung der Bypassklappe nicht nur durch die Ladelufttemperatur, sondern auch durch die Kühlwassertemperatur bestimmt wird, wird eine raschere Erwärmung des Brennraumes er­ reicht. Solange die Kühlwassertemperatur den Betriebszustand noch nicht erreicht hat, wird die Ladeluft nicht oder nur teilweise rückgekühlt und transportiert Wärme in den Brennraum und trägt damit zu dessen schneller Erwärmung bei.

Nach Patentanspruch 2 soll die Bypassklappe erst dann vollständig schließen, wenn neben der Betriebstemperatur des Kühlwassers die Ladelufttemperatur einen bestimmten Wert von etwa 30-40°C über­ steigt.

Durch diese Maßnahme wird die Wärme der Ladeluft optimal zur Er­ wärmung des Brennraumes genutzt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentan­ spruch 1 kann Patentanspruch 3 entnommen werden.

Dadurch, daß das Dehnstoffelement vom Kühlwasser umspült ist, wird die Bypassklappe allein durch die Ladelufttemperatur nicht ganz geschlossen. Erst wenn das Kühlwasser und die Ladeluft eine vorgegebene Temperatur erreicht haben, schließt die Bypassklappe ganz und die Ladeluft wird ausschließlich über den Ladeluftkühler geführt.

Eine Weiterbildung der Vorrichtung kann Anspruch 4 entnommen werden.

Bei hochaufgeladenen Brennkraftmaschinen mit hohen Ladelufttempe­ raturen kann es vorteilhaft sein, den Kontaktschalter entfallen zu lassen, wodurch die Elektroheizung früher aktiviert wird und die Bypassklappe eher umgeschaltet und die Kühlung der Ladeluft früher einsetzt, um die geforderte Motorleistung zu erzielen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in einer Zeichnung dargestellt.

Eine Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Abgasturbolader 2 ver­ sehen. Die von einem Verdichter 3 kommende Ladeluft kann ent­ weder über einen ersten Ladeluftpfad 3b und einen Ladeluftkühler 3a und einen zweiten Ladeluftpfad 6 einer Ladeluftleitung 6a zu­ geführt werden, oder sie kann unter Umgehung des Ladeluftkühlers 3a über einen Bypass 4 direkt zur Ladeluftleitung 6a geführt werden.

Der Luftstrom wird dabei von einer Bypassklappe 5 gesteuert, wel­ che an der Einmündung eines zweiten Ladeluftpfades 6 in dem Bypass 4 angeordnet ist. Die Bypassklappe 5 kann den Bypass 4 öffnen oder ganz oder teilweise verschließen.

Die Betätigung der Bypassklappe 5 erfolgt erfindungsgemäß durch ein Dehnstoffelement 6b, welches vom Kühlwasser eines Kühlwasser­ rohres der Brennkraftmaschine 1 umströmt wird. Beim Erwärmen des Kühlwassers wird durch die Stange 7 die Bypassklappe 5 teilweise geschlossen, so daß ein Teil der Ladeluft über den Ladeluftkühler 3a geführt wird. Erst beim Erreichen der Betriebstemperatur des Kühlwassers wird über eine Nocke 8 ein Kontaktschalter 9 ge­ schlossen. Dieser Kontaktschalter 9 schließt einen von einer Stromquelle 10 ausgehenden Stromkreis 11. Der Stromkreis 11 be­ steht aus einem Ladelufttemperatur-Geber 12 und einer in Reihe geschalteten Elektroheizung 13, welche in das Dehnstoffelement 6b eingebaut ist.

Durch den Ladelufttemperatur-Geber 12 wird der Stromkreis bei einer Ladelufttemperatur unterhalb eines bestimmten Bereiches von 30 bis 40°C geöffnet und wird erst bei einer Temperatur oberhalb dieses Bereiches wieder geschlossen, wodurch das Dehn­ stoffelement 6b mittels der Elektroheizung 13 über die Tempera­ tur des Kühlwassers hinaus erwärmt wird und erst dadurch die Bypassklappe 5 vollständig geschlossen wird. Der Ladeluftstrom wird dann ganz über den Ladeluftkühler 3a geführt.

Erfindungsgemäß bleibt also die Bypassklappe 5 so lange geöffnet, bis auch die Ladelufttemperatur einen bestimmten Wert von ca. 30 bis 40°C überschritten hat. Erst dann wird die Ladeluft vollständig über den Ladeluftkühler 3a geführt.

Durch diese erfindungsgemäße Verfahrensweise wird die Brenn­ kraftmaschine 1 in kürzester Zeit auf Betriebstemperatur ge­ bracht, da die Ladeluft erst dann über den Ladeluftkühler ge­ führt wird, wenn sie eine bestimmte Temperatur überschritten hat, gleichzeitig aber auch das Kühlwasser seine Betriebstempe­ ratur bereits erreicht hat.

Würde man nur wie üblich die Temperatur der Ladeluft zur Steuerung der Bypassklappe verwenden, so würde die Ladeluft bereits rückge­ kühlt, wenn die Brennkraftmaschine 1 selbst noch kalt ist.

Umgekehrt würde die Brennkraftmaschine 1 bei warmem Kühlwasser und kalter Ladeluft durch diese wieder abgekühlt, wenn nur die Kühlwassertemperatur als Regelgröße berücksichtigt würde.

Erst die erfindungsgemäße Überlagerung der Regelgröße Kühlwasser­ temperatur und der Regelgröße Ladelufttemperatur führt zur schnellstmöglichen Erwärmung der Brennkraftmaschine 1.

Bei hochaufgeladenen Brennkraftmaschinen mit ohnehin hohen Lade­ lufttemperaturen kann es vorteilhaft sein, den Kontaktschalter 9 entfallen zu lassen und direkt zu überbrücken, so daß der Strom­ kreis 11 ausschließlich durch den Ladelufttemperatur-Geber 12 geschlossen wird. Dies hat zur Folge, daß die Elektroheizung 13 im Dehnstoffelement 6b früher aktiviert wird und dadurch die Bypassklappe 5 früher schließt, wodurch die Ladeluft über den Ladeluftkühler 3a geführt wird. Eine verzögerte Rückkühlung der Ladeluft würde bei hochaufgeladenen Brennkraftmaschinen zu einer zu hohen Motorleistungseinbuße führen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Beschleunigung der Motorerwärmung, bei dem die Ladeluft ganz oder teilweise über einen Ladeluftkühler oder ganz oder teilweise über einen Bypass geführt werden kann, wobei die Ladeluftführung durch eine von einem Stellglied ge­ regelte Bypassklappe erfolgt und das Stellglied von einem Ladelufttemperatur-Geber in der Ladeluftleitung elektrisch gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluft bei niedriger Kühlwassertemperatur und bei niedriger Ladeluft­ temperatur ganz über den Bypass (4) geführt wird, daß die Ladeluft bei ansteigender Ladelufttemperatur jedoch noch niedriger Kühlwassertemperatur teilweise über den Bypass (4) und teilweise über den Ladeluftkühler (3a) geführt wird und daß erst bei hoher Kühlwassertemperatur im betriebswarmen Zustand und Überschreiten einer vorgegebenen Ladelufttempe­ ratur die gesamte Ladeluft über den Ladeluftkühler (3a) ge­ führt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine bestimmte Ladelufttemperatur, beispielsweise in einem Bereich von 30 bis 40°C, und eine bestimmte Kühlwassertemperatur vor­ gegeben werden kann.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied der Bypassklappe (5) als ein vom Kühlwasser umströmtes Dehnstoffelement (6b) ausgebildet ist, daß das Dehnstoffelement (6b) bei ansteigen­ der Kühlwassertemperatur einen Kontaktschalter (9) betätigt, derart, daß dieser Kontaktschalter (9) einen Stromkreis (11) ab einer vorgegebenen Kühlwassertemperatur schließt, daß der Stromkreis (11) aus einer Stromquelle (10) und dazu in Reihe geschaltetem Ladelufttemperatur-Geber (12) und einer im Dehn­ stoffelement (6b) eingebauten Elektroheizung (13) besteht, daß der Ladelufttemperatur-Geber (12) den Stromkreis (11) ab einer vorgegebenen Ladelufttemperatur schließt und daß die Bypassklappe (5) an einer Einmündung eines zweiten Ladeluft­ pfades (6) in einen Bypass (4) angeordnet ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied der Bypassklappe (5) als ein vom Kühlwasser umströmtes Dehnstoffelement (6b) aus­ gebildet ist, daß das Dehnstoffelement (6b) eine eingebaute Elektroheizung (13) aufweist und daß diese Elektroheizung (13) dadurch aktiviert wird, daß ein Stromkreis (11), bestehend aus einer Stromquelle (10), dem Ladelufttemperatur-Geber (12) und der Elektroheizung (13), ab einer vorgegebenen Ladeluft­ temperatur durch den Ladelufttemperatur-Geber (12) geschlossen wird.