DE69309034T2

DE69309034T2 - Ladeluftkühler

Info

Publication number: DE69309034T2
Application number: DE69309034T
Authority: DE
Inventors: Robert Michael Pendlebury; Henry Norman Shirman
Original assignee: JC Bamford Excavators Ltd
Current assignee: JC Bamford Excavators Ltd
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2013-11-02
Also published as: US5435289A; ES2098795T3; ATE150522T1; WO1994010433A1; EP0619857A1; GB9223059D0; CA2127351A1; DE69309034D1; EP0619857B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zwischenkühlvorrichtung für eine aufgeladene Verbrennungskraftmaschine.
Es ist bekannt, daß beim Aufladen der Luft zur Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine die Luft verdichtet und dadurch erwärmt wird.
Es sind Zwischenkühler bekannt, die die aufgeladene bzw. verdichtete Luft vor dem Eintritt der verdichteten Luft in die Brennkammer der Maschine kühlen und dadurch den Wirkungsgrad der Maschine verbessern.
Es sind beispielsweise aus der US-4,736,727 oder der EP-A- 325 209 Anordnungen bekannt, bei denen die Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs durch die Wirkung von Luft bei Umgebungstemperatur, die an einem Wärmetauscher entlangströmt, entweder bei der Bewegung des Fahrzeugs oder durch Wirkung eines Gebläses gekühlt wird. Bei einer derartigen Anordnung kann die Ladeluft nicht unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft abgekühlt werden.
Es sind ebenfalls Anordnungen bekannt, beispielsweise aus der japanischen Patentanmeldung JP-61037523, bei denen ein Kühlmittel sowohl durch eine Luftkonditionierungseinheit als auch durch einen Luft-Zwischenkühler umgewälzt wird, um die Ladeluft zu kühlen. Dies erfordert einen unangemessen langen Kühlkreislauf und komplizierte Steuerungsmechanismen. Erfindungsgemäß wird ein System bereitgestellt umfassend eine Verbrennungskraftmaschine, eine Aufladungseinrichtung zum Aufladen von Verbrennungsluft für die Verbrennungskraftmaschine und eine Zwischenkühlvorrichtung, wobei die Zwischenkühlvorrichtung einen Wärmetauscher aufweist, durch den die Ladeluft für die Verbrennung vor dem Eintritt in die Brennkammer der Maschine hindurchgeht, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um für den Wärmetauscher der Zwischenkühlvorrichtung ein Kühlmittel bereitzustellen, das Luft umfaßt, die auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur abgekühlt ist und dadurch Wärme aus der Ladeluft abzieht.
Die abgekühlte Luft kann durch eine Kühleinheit gekühlt sein, die durch die Maschine angetrieben wird.
Aus ökonomischen Gründen dient die Kühleinheit vorzugsweise nicht ausschließlich der Zwischenkühlvorrichtung, sondern vorzugsweise ist die Kühleinheit auch in sonstiger Weise zu betreiben, um eine Kühlung für einen anderen Anwendungszweck bereitzustellen.
Die Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise vom Fahrerhaus einer Bedienungsperson aus gesteuert werden, und die Kühleinheit kann zusätzlich dazu, daß sie Kühlluft an den Wärmetauscher der Zwischenkühlvorrichtung liefert, so betreibbar sein, daß sie gekühlte Luft für das Fahrerhaus der Bedienungsperson bereitstellt.
Die gekühlte Luft für die Zwischenkühlvorrichtung kann aus einer Kühlluft-Versorgungsleitung zwischen der Kühleinheit und dem Fahrerhaus der Bedienungsperson entnommen sein oder umgekehrt.
Vorzugsweise hingegen weist die Kühleinheit einen ersten Kühlluftauslaß auf, der mit dem Fahrerhaus der Bedienungsperson verbunden ist, und einen zweiten Kühlluftauslaß, der mit dem Wärmetauscher der Zwischenkühleinrichtung verbunden ist.
In jedem Falle ist vorzugsweise eine Steuereinrichtung vorhanden, die in der Lage ist, einen Anteil der von der Kühleinheit gelieferten Kühlluft oder die gesamte Kühlluft an den Wärmetauscher der Zwischenkühlvorrichtung zu liefern.
Das System kann einen Teil einer Gesamtvorrichtung bilden, wie beispielsweise einen Bagger und/oder einen Lader oder Kran, bei dem die Maschine dazu dient, die Antriebskraft für Grabund/oder Lade- und/oder Hebevorgänge bereitzustellen.
Alternativ oder zusätzlich kann das System einen Teil eines Fahrzeugs wie beispielsweise einen Traktor umfassen, der Räder, Gleisketten oder andere mit dem Boden zusammenwirkende Antriebseinrichtungen aufweist, die durch die Maschine angetrieben werden.
In jedem Falle kann die Kühleinheit so betreibbar sein, daß sie eine weitere Kühlung bereitstellt, beispielsweise um Luft für ein Fahrerhaus einer Bedienungsperson der Vorrichtung bzw. des Fahrzeugs zu kühlen, von dem aus die Verbrennungskraftmaschine gesteuert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, wobei
Fig. 1 eine seitliche Ansicht zur Erläuterung einer Grab/Baggervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine erläuternde Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
Zunächst auf Fig. 1 Bezug nehmend, weist ein Bagger bzw. Lader einen Fahrzeugkörper 10 auf, der aüf Rädern 11 steht, wobei der Fahrzeugkörper 10 eine Maschine 12 aufnimmt, die ihre Antriebskraft an ein Getriebe zum Antrieb der Räder 11 sowie an eine Hydraulikpumpe für den Betrieb eines Ladearms 13 und/oder eines Baggerarms 14 abgibt, die am Fahrzeugkörper 10 gehalten sind. Auf diese Weise kann das Fahrzeug Lade-, Grab- und Hebevorgänge ausführen und über den Boden angetrieben werden.
Die Maschine 12 sowie der Ladearm 13 und der Baggerarn 14 werden von einem Fahrerhaus 15 aus gesteuert, das zum Zwecke der Annehmlichkeit der Bedienungsperson klimatisiert ist.
Die Maschine 12 ist vom aufgeladenen Typ, wobei die Verbrennungsluft mittels einer Aufladevorrichtung in die Maschine gedrückt wird, anstelle auf natürliche Weise durch die Wirkung der Kolben in deren Zylindern in die Maschine eingezogen zu werden. Die Aufladevorrichtung kann über die Abgasenergie der Maschine oder auf sonstige, geeignete Weise angetrieben werden.
Um den Wirkungsgrad der Maschine zu verbessern, ist es zweckmäßig, daß die Ladeluft so kühl wie möglich ist, wenn sie in die Brennkammer der Maschine 12 eintritt.
Nunmehr auf Fig. 2 Bezug nehmend, wird eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert. Verbrennungsluft wird durch eine Aufladevorrichtung 16 aufgeladen und über eine Luftversorgungsleitung 18 in eine Brennkammer 17 der Maschine 12 eingeleitet. Die Verbrennungsluft wird durch die Wirkung der Aufladevorrichtung 16 erwärmt, und daher wird die Luft, bevor sie in die Brennkammer 17 eingeleitet wird, durch einen Wärmetauscher 19 einer Zwischenkühlvorrichtung C geschickt. Die Ladeluft gibt folglich Wärme an das Kühlmittel im Wärmetauscher 19 ab. Das Kühlmittel umfaßt Luft, die durch eine Kühleinheit 20 abgekühlt wird, die auch zur Klimatisierung der Luft im Fahrerhaus 15 betreibbar ist.
Luft bei Umgebungstemperatur wird durch ein Gebläse F durch einen Einlaß 1 der Kühleinheit 20 in eine Verdampfereinheit 21 eingezogen und durch ein Kühlmittel R abgekühlt, das durch die Verdampfereinheit 21 geht. Die Verdampfereinheit 21 weist ei- nen ersten Kühlluftauslaß 22 auf, der sich bis zum Fahrerhaus 15 erstreckt bzw. mit diesem verbunden ist, wodurch die Kühl- luft in das Fahrerhaus 15 geleitet werden kann, sowie einen zweiten Kühlluftauslaß 23, der sich zum Wärmetauscher 19 der Zwischenkühlvorrichtung 19 erstreckt bzw. mit diesem verbunden ist. Luft, die durch die Kühleinheit 20 abgekühlt wird, wird somit im Wärmetauscher 19 durch die von der Verbrennungs-Lade- luft aufgenommenen Wärme erwärmt und anschließend über den Auslaß 24 aus dem Wärmetauscher 19 an die Umgebungsluft abge- geben.
Hierbei sei darauf verwiesen, daß das Kühlmittel für die Verdampfereinheit 21 in einem herkömmlichen Kompressions- und/oder Absorptions-Kühlprozeß durch die Kühleinheit 20 komprimiert und kondensiert wird. Die Kühleinheit kann beispielsweise eine Kompressorpumpe 30 und einen Kondensator 31 aufweisen. Demnach wird die durch den Einlaß I in die Verdampfereinheit 21 bei Umgebungstemperatur eingezogene Luft auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur abgekühlt, so daß sich die Kühlluft für den Wärmetauscher 19 der Zwischenkühlvorrichtung C ebenfalls unterhalb der Umgebungstemperatur befindet. Die Ladeluft von der Aufladevorrichtung 16 hat im allgemeinen eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur, womit die Temperatur gemeint ist, bei der die Verbrennungsluft der Aufladeeinrichtung 16 über den Einlaß 25 zugeführt wird.
In einer modifizierten Ausführungsform könnte vorgesehen sein, anstelle daß die Verdampfereinheit 21 einen ersten und einen zweiten, getrennten Einlaß 22 und 23 für die gekühlte Luft für das Fahrerhaus 15 und/oder für den Wärmetauscher 19 der Zwischenkühlvorrichtung C aufweist, daß ein Teil der Kühlluft von der Kühlluft, die vom Auslaß 22 zum Fahrerhaus 15 geleitet wird, für die Zwischenkühlvorrichtung C entnommen wird, oder umgekehrt.
In jedem Falle besteht die Hauptaufgabe der Kühleinheit 20 darin, Kühlluft für die Zwischenkühlvorrichtung C bereitzustellen, da die Kühlung des Fahrerhauses 15 oder eine sonstige Kühlfunktion eine untergeordnete Aufgabe darstellt. Dies dient dazu, zu gewährleisten, daß die Einsatzbereitschaft bzw. Leistungsfähigkeit der Maschine aufrechterhalten wird. Daher kann die Kühleinheit 20 so eingerichtet sein, daß sie in dem Fall, daß eine Konkurrenz im Hinblick auf Kühlluft eintritt, bis hin zu ihrer gesamten Kapazität an Kühlluft zur Verwendung in der Zwischenkühlvorrichtung C und lediglich eine begrenzte Menge an Kühlluft oder sogar überhaupt keine Kühlluft zum Zwecke der Kühlung des Fahrerhauses 15 bereitstellt.
In der in Fig. 2 gezeigten Anordnung kann dies dadurch geschehen, daß zumindest im Auslaß 22 aus der Verdampfungsvorrichtung 21 ein Drosselklappenventil oder eine andere Art von Ventil vorgesehen wird, das in unterschiedlichem Maße geschlossen werden kann, um zu ermöglichen, daß ein größerer Anteil oder sogar die gesamte Menge der in der Kühleinheit 20 abgekühlten Luft für die Zwischenkühlvorrichtung C bereitsteht.
In einer alternativen Ausführungsform, bei der die Verdampfungseinrichtung 21 einen einzigen Auslaß mit einer Abzweigung zur Entnahme von Kühlluft für die Zwischenkühlvorrichtung C oder das Fahrerhaus aufweist, kann eine ähnliche Drosselklappenventilanordnung zwischen dem Entnahmeanschluß und dem Fahrerhaus 15 vorgesehen sein.
In jedem Falle ist vorgesehen, daß beim normalen Betrieb der Maschine 12 die gekühlte Luft zwischen der Zwischenkühlvorrichtung C und dem Fahrerhaus 15 aufgeteilt wird, aber daß in dem Fall, daß eine größere Maschinenleistung erforderlich ist, um beispielsweise einen schwierigen Grab- oder Baggervorgang leichter auszuführen, die Bedienung sperson eine Steuereinrichtung so betätigen kann, daß das Drosselklappenventil V geschlossen wird, und daß die gesamte gekühlte Luft, die durch die Kühleinheit 20 bereitgestellt wird, für die Zwischenkühlvorrichtung C verfügbar wird.
Während eines solchen Vorgangs wäre selbstverständlich keine Kühlluft für das Fahrerhaus 15 verfügbar.
In einer modifizierten Anordnung kann der Auslaß 23 aus der Kühleinheit 20 zusätzlich ein Drosselklappenventil aufweisen, oder ein sonstiges Ventil, wenn zweckmäßig, welches durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird, wie etwa beispielsweise durch ein elektronisches Maschinenmanagementsystem M, um eine Feinsteuerung der an die Zwischenkühlvorrichtung C abgegebenen Kühlluft zu ermöglichen.
Die Steuereinrichtung M kann ansonsten betreibbar sein, um die Kühleinheit 10 zu steuern.
Vorzugsweise allerdings benötigt die Zwischenkühlvorrichtung C nicht unbedingt eine getrennte Steuereinrichtung, um den Kühlgrad der Ladeluft zu steuern, sondern der Kühlgrad der Ladeluft wird lediglich als Ergebnis der üblichen Steuermaßnahmen gesteuert, die für die Kühleinheit 20, von der die Kühlluft erhalten wird, vorgesehen sind.
Zahlreiche Modifikationen können an der Erfindung vorgenommen werden. Obwohl in den Ausführungsformen beschrieben ist, daß die Kühlluft für den Wärmetauscher 19 für die Zwischenkühlvorrichtung C von einer Kühleinheit 20 erhalten wird, die auch zur Klimatisierung der Luft für das Fahrerhaus 15 betreibbar ist, kann beispielsweise die Kühlluft von einer Kühleinheit 20 erhalten werden, die in sonstiger Weise betreibbar ist, um eine Kühlung bereitzustellen. Wenn die Erfindung beispielsweise bei einem Fahrzeug Anwendung findet, anstelle bei einem Bagger bzw. einem Lader 10 wie beschrieben, kann die Kühleinheit 20, von der die Kühleinheit für die Zwischenkühlvorrichtung C stammt, zur Kühlung von Gütern in einem Laderaum dienen.
Falls zweckmäßig, können zusätzlich zu einer Kühleinheit 20 zum Bereitstellen von Kühlluft für die Zwischenkühlvorrichtung C Mittel vorgesehen sein, um Luft bei Umgebungstemperatur an die Zwischenkühlvorrichtung C zu liefern, oder eine zusätzliche Zwischenkühleinrichtung, um die Ladeluft wenigstens teilweise in Richtung auf die Temperatur der Umgebungsluft abzukühlen. Die Anordnung kann so getroffen sein, daß die Luft bei Umgebungstemperatur der Zwischenkühlvorrichtung C oder der zusätzlichen Zwischenkühleinrichtung zugeleitet wird, wenn diesen keine Kühlluft von der Kühleinheit 20 zugeleitet wird, oder die Luft bei Umgebungstemperatur, die die Ladeluft vorher teilweise abkühlt, kann gleichzeitig durch die Kühlluft von der Kühleinheit 20 abgekühlt werden.
Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

1. System, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine (12), eine Aufladungseinrichtung (16) zum Aufladen von Verbrennungsluft für die Verbrennungskraftmaschine (12) und eine Zwischenkühlvorrichtung (C), wobei die Zwischenkühlvorrichtung (C) einen Wärmetauscher (19) aufweist, durch den die Ladeluft für die Verbrennung vor dem Eintritt in die Brennkammer (17) der Maschine (12) hindurchgeht, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (20) vorgesehen sind, um für den Wärmetauscher (19) der Zwischenkühlvorrichtung (C) ein Kühlmittel bereitzustellen, das Luft umfaßt, die auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur abgekühlt ist und dadurch Wärme aus der Ladeluft abzieht.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft durch eine Kühleinheit (20) gekühlt wird.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinheit (20) durch die Maschine (12) angetrieben ist.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinheit (20) betreibbar ist, daß sie eine Kühlung für eine andere Anwendung bereitstellt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskraftmaschine (12) von einem Fahrerhaus (15) aus gesteuert wird und die Kühleinheit (20) so betreibbar ist, daß sie Kühlluft für das Fahrerhaus (15) bereitstellt.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft für die Zwischenkühlvorrichtung (C) von einer Luftversorgungsleitung zwischen der Kühleinheit (20) und dem Fahrerhaus (15) entnommen wird, oder umgekehrt.

7. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinheit (20) einen ersten Kühlluftauslaß (22) aufweist, der mit dem Fahrerhaus (15) verbunden ist, und einen zweiten Kühlluftauslaß (23), der mit dem Wärmetauscher (19) der Zwischenkühlvorrichtung (C) verbunden ist.

8. System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (M) vorgesehen ist, durch die wenigstens ein Teil der durch die Kühleinheit (20) gekühlten Luft der Zwischenkühlvorrichtung (C) zugeleitet werden kann.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichent, daß das System einen Teil einer Bagger- und/oder Ladevorrichtung (10) bildet, wobei die Maschine (12) so betreibbar ist, daß sie die Antriebskraft für Grab- und/oder Lade- und/oder Hebevorgänge bereitstellt.

10. System nach einem der Ansprüche. 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen Teil eines Fahrzeugs (10) oder einer Vorrichtung bildet, die Räder, Gleisketten oder andere mit dem Boden zusammenwirkende Antriebsmittel aufweist, die durch die Maschine (12) angetrieben wird.