DE69200462T2 - Vorrichtung zur Kühlung der Ladeluft einer Brennkraftmaschine. - Google Patents

Vorrichtung zur Kühlung der Ladeluft einer Brennkraftmaschine.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betriftt eine Vorrichtung zur Kühlung der Aufladeluft eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges.
  • Die Kühlung der Aufladeluft der turboverdichteten Brennkraftmaschinen findet gewöhnlich über einen als Vorderaufbau vor dem Hauptkühlwasserkühler oder oberhalb des Motors oder in einem Radkasten gestellten Luft-Luft-Tauscher statt.
  • Jedoch haben diese bekannte Lösungen den Hauptnachteil, entweder Druckverluste an der Einlassluft des Motors zur Folge zu haben oder eine schwache Wirksamkeit bei der Kühlung der Aufladeluft zu haben.
  • Man kennt ebenfalls eine Vorrichtung zur Kühlung der Aufladeluft, der auf der Figur 1 dargestellten Bauart. Diese bekannte Lösung besteht darin, die Aufladeluft mittels eines mit dem Motor fest verbundenen Luft-Wasser-Tauschers mit schwachem Druckverlust zu kühlen, wobei das Wasser dieses Tauschers vorher in einem spezifischen sogenannten « Niedrigtemperatur- » Tauscher gekühlt wird, der in allgemeiner Weise durch eine Rohrschlange gebildet wird, die es gestattet, eine schwache Durchsatzmenge, aber einen bedeutenden Unterschied der Temperaturen zu erzielen.
  • Wie auf der Figur 1 dargestellt, ist der Niedrigtemperaturtauscher 1 dem Hauptkühler 2 oberhalb des letzteren einverleibt. Der Kühler 2 umfasst, wie es an sich bekannt ist, ein (nicht dargestelltes) Rohrbündel, an dessen Enden zwei Wasserkasten 3, 3a angeordnet sind. Der obere Einlass der Rohrschlange des Tauschers 1 ist an eine Leitung 4, die an den Auslass des Zylinderkopfes C des Motors angeschlossen ist, angeschlossen. Der von dem Tauscher 1 durch seine obere Wand 2a getrennte Wasserkasten 3 des Kühlers 2 ist mit seinem oberen Teil an einer Leitung 5, die selber an dem Zylinderkopf C angeschlossen ist, angeschlossen. Der untere Auslass der Rohrschlange des Tauschers 1 ist durch eine Leitung 6 mit einem den Aufladeluftkühler bildenden Luft-Wasser-Tauscher 7 verbunden, dessen Eintritt in und Austritt aus dem Tauscher 7 jeweils durch die Pfeile a und b symbolisiert sind. Der Tauscher 7 ist somit zwischen dem Verdichter der Turboverdichtereinheit des Motors und dem Einlassluftsammelrohr des Motors angeordnet. Der Auslass des Tauschers 7 ist durch eine Leitung 8 an eine das aus dem Kühler 2 zum Motor hin auströmende gekühlte Wasser führende Hauptleitung 9 angeschlossen, wobei die Leitung 9 mit dem Wasserkasten 3a am unteren Abschnitt desselben verbunden ist. Der Wasserumlauf in den Leitungen 4 und 5 wird durch zwei jeweils in den Leitungen 4 und 5 im Bereich ihrer jeweiligen Einlässe angeordnete unabhängige thermostatische Ventile 10 und gesteuert. Das Ventil 11 ist eingestellt, um sich oberhalb einer vorbestimmten Temperatur des aus dem Zylinderkopf ausströmenden Heisswassers zu öffnen. Diese vorbestimmte Temperatur ist im allgemeinen höher als 80ºC und kann z.B. auf 88ºC festgesetzt werden. Das Ventil 10 ist eingestellt, um sich bei einer unterhalb der Öffnungstemperatur des Ventiles 11 liegenden Temperatur zu öffnen. Die Öffnungstemperatur des Ventiles 10 ist im allgemeinen wenigstens 5ºC niedriger als die Öffnungstemperatur des Ventiles 11. Somit ist der Wasserumlauf in dem Tauscher und dem Tauscher 7 maximal, selbst wenn das Hauptventil 11 nur halb offen ist. Zwischen der Öffnungstemperatur des Ventiles 10 und der Temperatur des Ventiles 11 läuft das Wasser nur in dem Niedrigtemperaturtauscher 1 um. Dieser letztere ist also heiss, während der Hauptkühler 2 noch kalt ist. Nun sind solche Temperaturunterschiede unerträglich, da die sich ergebenden Differenzialdehnungen zu gross sind und dem Hauptkühler 2 Schaden durch Brechen zufügen.
  • EP-A-3521 58 beschreibt eine die in dem Oberbegriff des Anspruches 1 angeführten Merkmale aufweisende Wärmetauschervorrichtung für mehrere Kühlkreislöufe.
  • Der Temperaturunterschied in den Kreisläufen wird jedoch nur durch einen Durchsatzmengenunterschied erzielt, wobei der Umlauf des Fliessmittels in diesen durch ein einziges zwischen dem Auslass des Motors und dem Einlass (34) des Kühlers angeordnetes thermostatisches Ventil gesteuert wird, wie man es auf der Figur 6 sieht. Es handelt sich also, von diesem Standpunkt aus betrachtet, um eine Vorrichtung, die es nicht gestattet, einen fortschreitenden und unterschiedlichen Umlauf des Fliessmittels in den beiden Kreisläufen und eine Dauerfüllung des Kühlers (12) zu erzielen.
  • Die Erfindung hat zum Ziel, die obigen Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu beseitigen, indem sie eine Vorrichtung zur Kühlung der Aufladeluft einer Brennkraftmaschine vorschlägt, die es insbesondere gestattet, diejenigen Rohre des Hauptkühlers, die am nahesten des Niedrigtemperaturtauschers sind, aufzuwärmen, sobald dieser letztere mit Heisswasser gespeist wird.
  • Zu diesem Zweck umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Kühlung der Aufladeluft eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeuges die in dem Anspruch 1 bestimmten Merkmale.
  • Gemäss einer Ausführungsform mündet die Zufuhrleitung ebenfalls unmittelbar in den unteren Einlass des Niedrigtemperaturtauschers.
  • Die Vorrichtung umfasst ebenfalls eine zusätzliche Auslassleitung aus dem Hauptkühler am oberen Teil des Wasserkastens desselben, die an die Austrittsleitung des Luft-Wasser-Tauschers oberstromig des zweiten thermostatischen Ventiles angeschlossen ist, damit die in dem Kühler enthaltenen und sich am oberen Teil desselben konzentrierenden Gasbläschen durch den Wasserumlauf mitgerissen werden, wenn das erste thermostatische Ventil geschlossen ist und das zweite thermostatische Ventil sich öffnet.
  • Gemäss einer anderen Ausführungsform steht der niedrige Einlass des Niedrigtemperaturtauschers mit dem oberen Teil des Auslasswasserkastens des Kühlers in Verbindung.
  • Die Hauptleitung weist im Bereich ihres Anschlussteiles am Kühler eine Einschnürung bzw. Einengung auf.
  • Gemäss einem anderen Merkmal umfasst die Vorrichtung eine mit der Auslassleitung des Luft-Wasser-Tauschers stromabwärts des zweiten thermostatischen Ventiles verbundener Entgasungskasten, dessen Auslass an die vorgenannte Hauptleitung stromabwärts des ersten thermostatischen Ventiles angeschlossen ist.
  • Die erste vorgenannte Temperatur ist höher als 80ºC und beträgt vorzugsweise ungefähr 85ºC, während die zweite Temperatur niedriger um wenigstens 5ºC als die erste Temperatur ist und vorzugsweise ungefähr 80ºC beträgt.
  • In vorteilhafter Weise wird das zweite thermostatische Ventil ausgehend von der Auskunft über die Wassertemperatur des Zylinderkopfes des Motors gesteuert.
  • Die Erfindung wird besser verstanden werden und weitere Ziele, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile derselben werden deutlicher im Laufe der erläuternden Beschreibung, die folgen wird und anhand der schematischen, beigefügten, nur als eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulichendes Beispiel angegebenen Zeichnungen gemacht worden ist, erscheinen und in welchen:
  • Die Figur 1 eine bekannte Vorrichtung zur Kühlung der Aufladeluft eines turboverdichteten Motors schematisch darstellt.
  • Die Figur 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Aufladeluftkühlungsvorrichtung schematisch darstellt.
  • Die Figur 3 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung schematisch darstellt.
  • Bezugnehmend auf die Figur 2 umfasst die Vorrichtung zur Kühlung der Aufladeluft eines turboverdichteten Motors eines Kraftfahrzeuges einen Hauptkühler 12, der in herkömmlicher Weise ein (nicht dargestelltes) Rohrbündel, an dessen Enden zwei Wasserkasten 13 und 13a angeordnet sind, aufweist. Ein Niedrigtemperaturtauscher 14 ist in dem Hauptkühler 12 am oberen Teil des letzteren eingegliedert. Der Tauscher 14 wird durch eine Rohrschlange 15 gebildet, die es gestattet, eine schwache Wasserdurchsatzmenge und einen bedeutenden Temperaturunterschied zu erzielen, um das aus dem (nicht dargestellten) Zylinderkopf des Motors ausströmende Wasser vorher zu kühlen. Die Vorrichtung umfasst ausserdem einen Luft-Wasser-Tauscher 16, der einen Kühler der Aufladeluft des Motors, die diesen durchsetzt, bildet. Der Einlass und der Auslass in den und aus dem Tauscher 16 werden jeweils durch die Pfeile a und b symbolisiert. Eine Hauptleitung 17 ist an dem niedrigen Teil des Auslasswasserkastens 13a des Hauptkühlers 12 angeschlossen und speist den Motor über eine Pumpe 18 mit abgekühltem Wasser. Der Auslasswasserkasten 13a ist von dem Tauscher 14 durch eine Zwischenwand 20a getrennt.
  • Erfindungsgemäss ist eine einzige Leitung 19 an dem Auslass des Zylinderkopfes des Motors angeschlossen und mündet einerseits in den Einlasswasserkasten 13 des Kühlers 12 am oberen Teil des Kastens und andererseits in den niedrigen Einlass 15a der Rohrschlange 15 des Tauschers 14 ein, wobei der Einlasskasten 13 von dem Tauscher 14 durch eine Wand 20b getrennt ist. Das hohe bzw. obere Auslassende 15b der Rohrschlange 15 steht mit dem Einlass des Luft-Wasser-Tauschers 16 über eine Verbindungsleitung 21 in Fliessmittelverbindung. Der Auslass des Luft-Wasser- Tauschers 16 ist an eine Leitung 22 angeschlossen, in welcher ein thermostatisches Ventil 23 angeordnet ist, das eine Auskunft zur Steuerung von einem die Temperatur des Wassers des Zylinderkopfes des Motors ermittelnden Messwertgeber 24 empfängt. Das thermostatische Ventil 23 ist eingestellt, um sich zu öffnen, wenn die Temperatur des Wassers z.B. 80ºC erreicht. Die Leitung 22 ist mit einem Entgasungskasten 25 verbunden, dessen Auslassleitung 26 an die Hauptleitung 17 gerade stromaufwärts der Pumpe 18 angeschlossen ist, damit das in der Leitung 22 fliessende Wasser zu dem Motor zurückgeführt wird. Die Leitung 17 weist ein thermostatisches Ventil 27 stromaufwärts der Pumpe 18 auf, das eine Auskunft über die Temperatur des Wassers am Auslass des Zylinderkopfes des Motors zur Steuerung seiner Öffnung mittels einer Abzweigleitung 29 empfängt. Die Steuerung der Öffnung des thermostatischen Ventils 27 kann durch jedes andere Mittel, wie z.B. einen Fühler des aus dem Zylinderkopf des Motors austretenden Wassers stattfinden. Das thermostatische Ventil 27 ist eingestellt, um sich oberhalb einer vorbestimmten Temperatur des Wassers, im allgemeinen höher als 80ºC und z.B gleich ungefähr 85ºC zu öffnen.
  • Die Kühlungsvorrichtung umfasst ebenfalls eine einerseits an den oberen Teil des Wasserkastens 13a des Kühlers 12 und andererseits an die Auslassleitung 22 stromaufwärts des thermostatischen Ventiles eingeschlossene Leitung 28.
  • Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ergibt sich bereits aus der Beschreibung, die hier oben davon gemacht worden ist und wird jetzt erläutert werden.
  • Wenn das thermostatische Ventil 27 geschlossen ist und das thermostatische Ventil 23 sich öffnet, wenn die Wassertemperatur in dem Motor 80ºC erreicht, durchströmt das aus dem Zylinderkopf des Motors herkommende Wasser die Leitung 19 und läuft gleichzeitig in der Rohrschlange 15 des Tauschers 14 von unten nach oben und in dem oberen Teil des Kühlers 12, dessen Rohre bereits mit Wasser gefüllt sind, um. Das aus der Rohrschlange 15 austretende gekühlte Wasser durchströmt den Luft-Wasser- Tauscher 16, um die Aufladeluft zu kühlen und wird zu dem Einlass des Motors durch die Auslassleitung 22, das Ventil 23, den Entgasungskasten 25 und die Auslassleitung 26 zurückgeführt. Das in dem oberen Teil des Kühlers 12 strömende Wasser tritt am oberen Teil des Wasserkastens 13a aus und fliesst durch die Leitung 28, um zu dem Einlass des Motors zurückgeführt zu werden. Der Wasserumlauf in dem oberen Teil des Kühlers 12 über die Leitung 28 gestattet den in dem Kühler enthaltenen Gasbläschen, die die Neigung haben, sich im oberen Teil desselben zu konzentrieren, durch den hergestellten Wasserumlauf mitgenommen zu werden. Dies hat den Vorteil, die bei den früher bekannten Kühlervorrichtungen verwendeten Sonderentgasungsmittel zu beseitigen.
  • In dem Masse, wie das in den unteren Rohren der Rohrschlange 15 des Tauschers 14 und in den oberen Rohren des Hauptbehälters 12 strömende Wasser etwa dieselbe Temperatur hat, wird praktisch keine Differenzialdehnung stattfinden, so dass die Lebensdauer des Kühlers 12 bewahrt wird.
  • Gemäss der auf der Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist die Leitung 19 lediglich an den oberen Teil des Einlasswasserkastens 13 des Kühlers 12 angeschlossen, und der niedrige Einlass 15a des Niedrigtemperaturtauschers 14 steht mit der oberen Teil des Auslasswasserkastens 13a des Kühlers 12 in Verbindung. Somit fliesst das ganze Wasser des Niedrigtemperaturtauschers 14 vorher in den oberen Teil des Kühlers 12, was ermöglicht, den oberen Teil desselben zu erwärmen, wenn das thermostatische Ventil 23 offen, das thermostatische Ventil 27 aber geschlossen ist. Dies gestattet es zu vermeiden, eine Entgasung des Kühlers 12 zuzufügen, wobei das in dem Kühler 12 enthaltene Gas unmittelbar in den Niedrigtemperaturtauscher 14 einströmt, um in den Entgasungskasten 25 über den Tauscher 16 zu gelangen. Diese Vorrichtung erfordert jedoch die Schaffung eines Druckverlustes am Auslass des Kühlers 12, um aus einem ausreichenden Druck Nutzen zu ziehen, um eine genügende Durchsatzmenge in dem Niedrigtemperaturtauscher 14 und dem Tauscher 16 zu erzielen. Gemäss dieser Vorrichtung zieht man Nutzen aus dem Druckunterschied P2-P4, wo P2 der Druck in dem Ausgangskasten 13a und P4 der Druck stromabwärts des Ventils 27 ist, um das Wasser in den Niedrigtemperatur-tauscher 14 zu drängen, während gemäss der Vorrichtung der Figur 2, es der Druckunterschied P1-P4 ist, den man für diese selbe Wirkung in Betracht nehmen muss, wobei P1 der Druck in dem Einlasswasserkasten 13 des Behälters 12 ist. Praktisch hat man P1-P4 ≈ 2 (P2-P4), woraus sich die Notwendigkeit ergibt, einen Druckverlust durch eine Einschnürung bzw. Einengung 30 zu schaffen, um P2-P4 zu steigern. Die auf der Figur 3 dargestellte Lösung führt zu einer Verminderung der Durchsatzmengenleistung des Kühlers 12, hat aber den Vorteil der Einfachheit, da man den Kühlerschlauch 28 der Figur 2 wegläßt und einer besseren Bewässerung des oberen Teiles des Kühlers 12, wenn das Ventil 23 offen und das Ventil 27 geschlossen ist, da die gesamte Durchsatzmenge durch den Niedrigtemperaturtauscher 14 durch den oberen Teil des Kühlers 12 (mit einer Durchsatzmengenleistung bedeutend grösser als die Entgasungsdurchsatzmengenleistung der auf der Figur 2 dargestellten Lösung) geführt wird, was einen geringen Temperaturgradienten und eine bessere Zuverlässigkeit bedeutet.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Kühlung der Aufladeluft eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeuges, mit einem in dem Hauptkühler (12) des Fahrzeuges an dessen oberen Teil eingegliederten Tauscher (14) niedriger Temperatur, einem einen Aufladeluftkühler bildenden mit durch den Tauscher (14) niedriger Temperatur gespeisten Luft-Wasser-Tauscher (16), einem ersten thermostatischen Ventil (27), das sich ab einer vorbestimmten ersten Temperatur des aus dem Motor fliessenden Wassers öffnet, um diesen durch eine am unteren Teil des Ausgangswasserkastens (13a) des Hauptkühlers (12) mit durch den Kühler (12) gekühlten Wasser zu speisen und einer in den oberen Teil des Eingangswasserkastens (13) des Hauptkühlers (12) einmündenden Leitung (19) zur Zufuhr des aus dem Motor kommenden Wassers und wobei das aus der Leitung (19) kommende Wasser zu dem unteren Eingang (15a) des Tauschers niedriger Temperatur (14) geführt wird. dessen oberer Ausgang (15b) an den Luft-Wasser-Tauscher (16) durch eine Verbindungsleitung (21) angeschlossen ist, wobei das erste thermostatische Ventil (27) in der Hauptleitung (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein zweites thermostatisches Ventil (23) aufweist, das sich bei einer vorbestimmten zweiten Temperatur öffnet, die niedriger als die erste Temperatur ist, um den Umlauf des Wassers zur Kühlung der Aufladeluft durch den Luft-Wasser-Tauscher (16) zu gewährleisten, dass das zweite thermostatische Ventil (23) in der Ausgangsleitung (22) des Luft-Wasser-Tauschers (16) angeordnet ist und Mittel (28, 15a) vorgesehen sind, um das Erwärmen derjenigen Rohre des Hauptkühlers (12) zu ermöglichen, die am Nahesten von dem Tauscher niedriger Temperatur sind, sobald dieser letztere mit Heisswasser gespeist wird, sodass, wenn das erste thermostatische Ventil (27) geschlossen ist und das zweite thermostatische Ventil (23) sich öffnet, das aus der Zufuhrleitung (19) kommende Heisswasser in dem Tauscher niedriger Temperatur (14) und in dem oberen Teil des Hauptkühlers (12) von unten nach oben fliesst, damit der obere Teil des Hauptkühlers (12) etwa dieselbe Temperatur, wie der Tauscher niedriger Temperatur (14) hat und dass die Ausgangsleitung (22) des Luft-Wasser-Tauschers (16) mit der Hauptleitung (17) stromabwärts des ersten thermostatischen Ventils (27) und stromaufwärts einer Pumpe (18) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zusätzliche Ausgangsleitung (28) aus dem Hauptkühler (12) am oberen Teil des Ausgangswasserkastens (13a) desselben aufweist, die an die Ausgangsleitung (22) des Luft-Wasser-Tauschers (16) stromaufwärts des zweiten thermostatischen Ventils (23) angeschlossen ist, damit die in dem Hauptkühler (12) im oberen Teil desselben sich konzentrierenden Gasbläschen durch den Wasserumlauf mitgenommen werden, wenn das erste thermostatische Ventil (27) geschlossen ist und das zweite thermostatische Ventil (23) sich öffnet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Eingang (15a) des Tauschers niedriger Temperatur mit dem oberen Teil des Ausgangswasserkastens (13a) des Hauptkühlers (12) in Verbindung steht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung (17) eine Drosselung bzw. Einschnürung (30) im Bereich ihres sich an den Hauptkühler (12) anschliessenden Teiles aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit der Ausgangsleitung (22) des Luft-Wasser-Tauschers (16) stromabwärts des zweiten thermostatischen Ventils (23) verbundenen Entgasungskasten (25) aufweist, dessen Ausgang an die Hauptleitung (17) stromaufwärts des ersten thermostatischen Ventils (27) angeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgenannte erste Temperatur höher als 80ºC ist und z.B. gleich ungefähr 85ºC ist, während die vorgenannte zweite Temperatur um wenigstens 5ºC niedriger als die erste Temperatur ist und z.B gleich ungefähr 80ºC ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite thermostatische Ventil (23) durch die Daten der Wassertemperatur in dem Motor gesteuert wird.
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