Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader nach der Gattung des Anspruchs 1.

Es ist bereits eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt (DE 198 45 375 Al), der einen in einem Verdichtergehäuse untergebrachten Verdichter hat, welcher verdichtete Luft in eine Ladeluftleitung über einen Ladeluftkühler zur Brennkraftmaschine fördert. Der Abgasturbolader verfügt über eine Kühlung eines Radialspaltes des Verdichters, bei dem Kühlmittel zu einem Hohlraum des Verdichtergehäuses nahe des Verdichterrades geleitet wird. Hierzu wird das Kühlmittel aus einem Kühlkreislauf des Ladeluftkühlers entnommen. Bei ein- oder zweistufig aufgeladenen Brennkraftmaschinen ergibt sich das Problem, dass durch die relativ hohen Ladedrücke hohe

Verdichtungstemperaturen entstehen, welche im Ladeluftkühler heruntergekühlt werden müssen. Die derzeit vorhandenen Ladeluftkühler sind jedoch nur begrenzt für diese hohen Temperaturen einsetzbar, da sie mit Kunststoffteilen bestückt sind, welche nur in einem begrenzten Temperaturbereich verwendet werden können. Deshalb ist es erforderlich, Ladeluftkühler mit relativ teurem Material, wie z. B. Aluminium, auszustatten. Es ist dabei auch üblich, einen Vorkühler, einen sog. Pre-Kühler, stromauf des

Ladeluftkühlers vorzusehen, um so die Temperatur auf ein für den Ladeluftkühler erträgliches Maß herabzusetzen. Die zusätzliche Ausstattung des Ladeluftkühlers bzw. das Vorsehen eines Pre-Kühlers führt zu höheren Kosten und zu einer aufwendigeren und weniger kompakten Bauweise der Brennkraftmaschine .

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass in relativ einfacher Art und Weise sich eine Reduzierung der Eintrittstemperatur der vom Verdichter verdichteten Luft vor ihrem Einritt in den Ladeluftkühler erzielen lässt. Vorteilhafterweise ist weiterhin ein günstiger Materialeinsatz des Ladeluftkühlers möglich, wobei insbesondere ein bisher an sich erforderlicher, zusätzlicher Pre-Kühler gänzlich entfallen kann. Neben den verringerten Kosten ergibt sich auch eine sehr kompakte Bauweise der Brennkraftmaschine, da auch eine erforderliche Schlauchlänge zwischen Verdichter und Ladeluftkühler aufgrund der Beschränkung der Eintrittstemperatur für den Ladeluftkühler erheblich reduziert werden kann. Ferner ergibt sich eine Erhöhung der Kühlleistung und der Kühlkapazität des Ladeluftkühlers .

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer

Brennkraftmaschine mit erfindungsgemäßer Kühlung einer in teilweisem Schnitt gezeigten Ladeluftleitung gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematisch vereinfachte Funktionsdarstellung einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung der Ansaugluft und erfindungsgemäßer Kühlung der Ladeluftleitung gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel .

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 1 mit Abgasturbolader 2 gezeigt, der über einen Verdichter 4 und eine Turbine 7 verfügt. Der Verdichter 4 und die Turbine 7 sind drehfest über eine nicht näher dargestellte Welle miteinander verbunden. Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich um eine Otto-Brennkraftmaschine oder um eine Diesel- Brennkraftmaschine handeln. Die Turbine 7 wird in bekannter Weise von dem Abgas der Brennkraftmaschine 1 aus einem Abgastrakt 9 angetrieben. über die nicht näher dargestellte Welle treibt die Turbine 7 den Verdichter 4 an, der

Ansaugluft über einen nicht näher dargestellten Luftfilter in einen teilweise in Schnittdarstellung gezeichneten, ersten Abschnitt 10 einer Ladeluftleitung 11 der Brennkraftmaschine 1 fördert. Der erste Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 führt vom Verdichter 4 zu einem Ladeluftkühler 15. Von dem Ladeluftkühler 15 führt ein zweiter Abschnitt 16 der Ladeluftleitung 11 weiter zu Zylindern der Brennkraftmaschine

I. Die Ladeluftleitung 11 mit ihrem ersten Abschnitt 10 und ihrem zweiten Abschnitt 16 sowie der Ladeluftkühler 15 und der Verdichter 4 sind Teil eines Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine 1.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, den ersten Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 zwischen dem Ladeluftkühler 15 und einem Austritt 20 des Verdichters 4 mittels eines Kühlmittels zu kühlen. Bei dem Kühlmittel kann es sich z. B. um Wasser bzw. Wasser mit entsprechenden Zusätzen handeln. Das Kühlmittel ist beispielsweise das Kühlmittel eines herkömmlichen Kühlkreislaufs der Brennkraftmaschine 1. Zur effizienten Kühlung des ersten Abschnitts 10 der Ladeluftleitung 11 ist dieser doppelwandig mit einer Doppelwandung 22 ausgebildet. Durch die Doppelwandung 22 bzw. einem von der Doppelwandung 22 ausgesparten ringförmigen Hohlraum 12 des ersten Abschnitts 10 der Ladeluftleitung 11 strömt das Kühlmittel. Das Kühlmittel kühlt dabei eine Innenwandung 23 des ersten Abschnitts 10 der Ladeluftleitung

II. Aufgrund der relativ hohen Temperaturdifferenz zwischen der niedrigen Temperatur der Innenwandung 23 und der hohen Temperatur der im ersten Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 an der Innenwandung 23 vorbeiströmenden Luft ergibt sich ein Wärmetransport in Richtung Kühlmittel. Dieser Wärmetransport bzw. Wärmeaustausch kühlt die Luft in dem ersten Abschnitt 10 sehr effektiv aufgrund der vorliegenden, hohen Temperaturdifferenz. Durch die Kühlung der verdichteten Luft

bereits im ersten Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 kann die Temperatur der Luft bis zu ihrem Eintritt in den Ladeluftkühler 15 soweit herabgekühlt werden, bis eine für den Ladeluftkühler 15 herkömmlicher Bauart ausreichende niedrige Temperatur zur weiteren Kühlung vorliegt. über einen Verbindungsbereich 25 ist der erste Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 beispielsweise an den Ladeluftkühler 15 angebunden. In der Nähe des Ladeluftkühlers 15 bzw. in der Nähe des Verbindungsbereichs 25 ist z. B. ein Stutzen 26 ausgebildet, über den das Kühlmittel in den Hohlraum 12 der Doppelwandung 22 des ersten Abschnitts 10 der Ladeluftleitung 11 eingebracht werden kann. Der Eintritt des Kühlmittels ist in der Fig. 1 durch einen entsprechenden Pfeil 30 gekennzeichnet. Wie weitere Pfeile 31 und 32 zeigen, ist die Strömung des Kühlmittels in der Doppelwandung 22 gegenläufig zu der im ersten Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 strömenden Luft. Es liegt somit eine Gegenstromkühlung vor.

Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, ist zumindest ein Teilbereich eines Gehäuses 5 des Verdichters 4 ebenfalls doppelwandig bzw. mit einer Doppelwandung 6 ausgeführt. Dies ermöglicht, dass das Kühlmittel von dem ersten Abschnitt 10 kommend auch den Verdichter 4 mitkühlt. Die Doppelwandung 6 des Verdichters 4 ist insbesondere im Bereich eines nicht näher dargestellten Verdichterrades des Verdichters 4 vorgesehen, um auch den Bereich in der Nähe des Verdichterrades des Verdichters 4 zu kühlen. Wie der Pfeil 34 andeutet, strömt das Kühlmittel aus dem Verdichter 4 dann weiter zu einem nicht näher dargestellten Lagerbereich 40 bzw. Hohlraum im Bereich einer Lagerung der Welle des Abgasturboladers 2, um ebenfalls den Lagerbereich 40 des Abgasturboladers 2 zu kühlen. Wie der Pfeil 35 andeutet, verlässt das Kühlmittel anschließend den Lagerbereich 40 des Abgasturboladers 2, um dann zu nicht näher dargestellten

Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine 1 weiterzuströmen. Es ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11, das mit einer Doppelwandung 6 ausgestattete Gehäuse 5 des Verdichters 4 sowie ein Lagerbereich 40 des Abgasturboladers 2 Teil eines Kühlkreislaufes der Brennkraftmaschine 1 sind. In einer Abwandlung der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, den Austritt des Kühlmittels aus dem Abgasturbolader 2 bereits im Bereich des Gehäuses 5 des Verdichters 4 vorzunehmen. Ebenfalls ist denkbar, das Gehäuse 5 des Verdichters 4 nicht zu kühlen und den Kühlmittelaustritt direkt an einem Anschlussbereich 14 des ersten Abschnitts 10 der Ladeluftleitung 11 an dem Verdichter 4 vorzunehmen. Es ist auch möglich, nur für den ersten Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 einen eigenständigen Kühlkreislauf mit Eintritt 30 und Austritt 14 vorzusehen, der dann unabhängig von einem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine 1 wäre. Denkbar ist auch, einen derartigen eigenständigen Kühlkreislauf mit erstem Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 auf das doppelwandige Gehäuse 5 des Verdichters und eventuell dessen Lagerbereich 30 auszudehnen.

In der Fig. 2 ist ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen nach Fig. 1 gekennzeichnet sind. Die Fig. 2 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellungsweise eine zweistufige Aufladung einer Brennkraftmaschine 1 mittels zweier Abgasturbolader, einem ersten Abgasturbolader 2 und einem zweiten Abgasturbolader 50. Der zweite Abgasturbolader 50 fördert mit seinem Verdichter 51 vorverdichtete Luft zu dem ersten Verdichter 4 des ersten Abgasturboladers 2. Anschließend gelangt die vom ersten Verdichter 4 verdichtete Luft über den ersten Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 zu dem

Ladeluftkühler 15 und von diesem weiter über den zweiten Abschnitt 16 zur Brennkraftmaschine 1. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist vorgesehen, den ersten Abschnitt 10 der Ladeluftleitung 11 zu kühlen, die hierzu doppelwandig ausgeführt ist. Die Ausbildung einer Doppelwandung 22 ist in Fig. 2 durch den Verlauf des Kühlmittels mit dem Pfeil 56 (Eintritt) und dem Pfeil 57 (Austritt) entsprechend angedeutet. Ebenfalls ist das Gehäuse 5 des ersten Verdichters 4 doppelwandig ausgeführt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist nun vorgesehen, auch einen Verbindungsabschnitt 45 der Ladeluftleitung 11 zwischen Verdichteraustritt 55 eines zweiten Verdichters 51 des zweiten Abgasturboladers 50 und einem Verdichtereintritt 8 des ersten Verdichters 4 des ersten Abgasturboladers 2 doppelwandig auszubilden und über das in der Doppelwandung 22 strömende Kühlmittel entsprechend zu kühlen. Entsprechend dem ersten Abgasturbolader 2 ist auch der zweite Abgasturbolader 50 mit einem doppelwandigen Verdichtergehäuse 52 mit einer Doppelwandung 6 auszubilden. Das Kühlmittel fließt vom Lagerbereich 40 des ersten Abgasturboladers 2 weiter zum Verbindungsabschnitt 45 der Ladeluftleitung 11 und von diesem über das doppelwandige Verdichtergehäuse 52 zu einem zweiten Lagerbereich 53 des zweiten Abgasturboladers 50, um anschließend beispielsweise zu Zylinderköpfen der Brennkraftmaschine 1 weiterzuströmen. Die vorgesehene zusätzliche Kühlung der Ladeluftleitung 11 zwischen den Verdichtern A ₁ 51 ermöglicht eine sehr effiziente Kühlung bereits der nach der ersten Stufe vorverdichteten Luft. Dies führt zu einer verbesserten Verdichterleistung des ersten Verdichters 4.