DE10309808B4 - Cooling system for an internal combustion engine with two-stage supercharging - Google Patents

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Abstract

Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit zweistufiger Aufladung, mit einer Ladeluftleitung (4), in welcher ein erster Verdichter (5) eines ersten Abgasturboladers (2) und stromabwärts dieses ein zweiter Verdichter (6) eines zweiten Abgasturboladers (3) angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Verdichter (5, 6) ein erster Ladeluftkühler (10) und stromabwärts des zweiten Verdichters (6) ein zweiter Ladeluftkühler (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die aus erstem und zweitem Ladeluftkühler (10, 11) und einem Kühlmittelkühler (13) bestehende Kühlergruppe (12) motorfest ausgeführt und radial um den Mantelumfang eines ersten radialen Lüfters (17) angeordnet ist.cooling system for one Internal combustion engine (1) with two-stage supercharging, with a charge air line (4), in which a first compressor (5) of a first exhaust gas turbocharger (2) and downstream this a second compressor (6) of a second exhaust gas turbocharger (3), wherein between the first and the second compressor (5, 6) a first intercooler (10) and downstream second charge air cooler (11) of second compressor (6) is arranged, characterized in that the first and second intercooler (10, 11) and a coolant cooler (13) existing radiator group (12) engine-resistant and radially around the shell periphery of a first radial fan (17) is arranged.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung, mit einer Ladeluftleitung, in welcher ein erster Verdichter eines ersten Abgasturboladers und stromabwärts dieses ein zweiter Verdichter eines zweiten Abgasturboladers angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Verdichter ein erster Ladeluftkühler und stromabwärts des zweiten Verdichters ein zweiter Ladeluftkühler angeordnet ist.The The invention relates to a cooling system for an internal combustion engine with two-stage supercharging, with a charge air line, in which a first compressor of a first exhaust gas turbocharger and downstream of this arranged a second compressor of a second exhaust gas turbocharger is, between the first and the second compressor, a first Intercooler and downstream the second compressor, a second charge air cooler is arranged.

Die JP 2001-280142 A offenbart eine Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung, wobei zwischen einem ersten und einem zweiten Verdichter sowie stromaufwärts des zweiten Verdichters jeweils ein Ladeluftkühler angeordnet ist. Einer der beiden Abgasturbolader ist abgasseitig umgehbar.The JP 2001-280142 A discloses an internal combustion engine with two-stage supercharging, wherein in each case a charge air cooler is arranged between a first and a second compressor and upstream of the second compressor. One of the two exhaust gas turbochargers can be bypassed on the exhaust side.

Die DE 23 43 300 C2 beschreibt eine wassergekühlte Brennkraftmaschine mit Aufladung, deren aus mehreren Kühler bestehende Kühlergruppe motorfest ausgeführt ist.The DE 23 43 300 C2 describes a water-cooled internal combustion engine with supercharging, which consists of a plurality of cooler radiator group is designed engine-hard.

Die ältere, jedoch nicht vorveröffentlichte EP 1 336 735 B1 zeigt ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung, wobei in der Ladeluftleitung zwischen erstem und zweiten Verdichter sowie stromaufwärts des zweiten Verdichters jeweils ein Ladeluftkühler vorgesehen ist. Der zweite Abgasturbolader ist abgasseitig umgehbar. In einer Ausführung ist eine motorfeste Ausbildung der aus den zwei Ladeluftkühlern bestehenden Kühlergruppe vorgesehen. Die beiden Ladeluftkühler sind in Anströmrichtung der Kühlluft betrachtet stromaufwärts eines Kühlmittelkühlers angeordnet, wobei der zweite Ladeluftkühler über oder neben dem ersten Ladeluftkühler angeordnet ist.The older, but not pre-published EP 1 336 735 B1 shows a cooling system for an internal combustion engine with two-stage supercharging, wherein in the charge air line between the first and second compressor and upstream of the second compressor each have a charge air cooler is provided. The second exhaust gas turbocharger can be bypassed on the exhaust side. In one embodiment, a motor-resistant design of existing from the two intercoolers radiator group is provided. The two intercoolers are arranged viewed in the direction of flow of the cooling air upstream of a coolant radiator, wherein the second intercooler is disposed above or next to the first intercooler.

Ferner ist aus der JP 60-101223 A eine zweistufig aufgeladene Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Niederdruck-Abgasturbolade und ein Hochdruck-Abgasturbolader in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Zwischen den Verdichtern der beiden Abgasturbolader sowie stromaufwärts des Hochdruck-Abgasturboladers ist jeweils ein Ladeluftkühler angeordnet.Furthermore, from the JP 60-101223 A a two-stage supercharged internal combustion engine, wherein a low-pressure exhaust gas turbocharger and a high-pressure exhaust gas turbocharger are arranged one behind the other in the flow direction. Between the compressors of the two turbochargers and upstream of the high-pressure exhaust gas turbocharger each intercooler is arranged.

Aus der JP 62-085123 A ist ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine mit zweistufiger Aufladung bekannt. Durch den ersten Ladeluftkühler zwischen dem ersten und dem zweiten Verdichter kann die Ladelufttemperatur so weit abgesenkt werden, dass keine thermische Überlastung des zweiten Verdichters auftritt. Bei dem bekannten Kühlsystem ist allerdings keine Regelung des Ladeluftzustandes in Abhängigkeit des Betriebszustandes vorgesehen. Dies hat den Nachteil, dass die Abgasturbolader nicht immer mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden können.From the JP 62-085123 A is a cooling system of an internal combustion engine with two-stage charging known. By the first charge air cooler between the first and the second compressor, the charge air temperature can be lowered so far that no thermal overload of the second compressor occurs. In the known cooling system, however, no control of the charge air condition is provided as a function of the operating state. This has the disadvantage that the exhaust gas turbocharger can not always be operated with optimum efficiency.

Aus der DE 39 33 518 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit sequentiellem Turboladersystem mit einem erststufigen, großvolumigen Turbolader und einem zweistufigen, kleinvolumigen Turbolader bekannt. Mittels eines Ansaug-Umgehungsventils kann der zweistufige, kleinvolumige Turbolader umgangen werden. In dem bekannten Kühlsystem ist ein Ladeluftkühler stromabwärts des ersten Verdichters, aber kein Zwischenkühler zwischen dem ersten und dem zweiten Verdichter vorgesehen. Durch die hohe Austrittstemperatur aus dem ersten Verdichter wird der zweite Verdichter, insbesondere das Verdichterlaufrad, thermisch hoch belastet, insbesondere dann, wenn ein konventionelles, gegossenes Aluminiumverdichterrad zur Anwendung kommt. Bei konventionellen Aluminiumverdichterlaufrädern kann es infolge zu hoher Betriebstemperatur zur sogenannten Problematik der Low-Cycle-Fatigue kommen. Beim Hochdrehen des Verdichterlaufrades entstehen Zuspannungen im Nabenbereich. Bei Reduktion der Drehzahl kommt es in Folge von Spannungsumlagerungen im Nabenbereich zu Druckspannungen. Diese schwellende Belastung verursacht bei einer bestimmten Zykluszahl bei kritischer Auslegung eine Zerstörung des Laufrades. Durch die Zwischenkühlung kann dies verhindert werden. Ähnliche Kühlsysteme zeigen die US 5/020/327 A , die US 5/142/866 A und die US 5/408/979 A .From the DE 39 33 518 A1 discloses a sequential turbocharged internal combustion engine having a first-stage, high-volume turbocharger and a two-stage, low-volume turbocharger. By means of an intake bypass valve, the two-stage, small-volume turbocharger can be bypassed. In the known cooling system, an intercooler is provided downstream of the first compressor but no intercooler between the first and second compressors. Due to the high outlet temperature from the first compressor, the second compressor, in particular the compressor impeller, is subjected to high thermal loading, in particular when a conventional cast aluminum compressor impeller is used. In conventional aluminum compressor wheels, the problem of low-cycle fatigue can occur as a result of the operating temperature being too high. When the compressor wheel is being turned up, it generates tension in the hub area. When the speed is reduced, compressive stresses occur in the hub area due to voltage redistribution. This swelling load causes a destruction of the impeller at a certain number of cycles in critical design. By intercooling this can be prevented. Similar cooling systems show the US 5/020/327 A , the US 5/142/866 A and the US 5/408/979 A ,

Kühlsysteme, bei denen ein oder mehrere Kühler im Mantelbereich eines radialen Lüfters angeordnet sind, sind aus den Veröffentlichungen US 3/800/866 A , US 4/202/296 A , US 6/164/909 A , EP 1 045 217 A1 , DE 199 50 754 A1 , DE 199 50 755 A1 und DE 197 24 728 A1 bekannt. Dies ermöglicht höhere Kühlleistungen, kürzere Ladeluftleitungen und damit geringere Ansprechzeit des Motors sowie geringeres Gewicht und kleinere Abmessungen im Vergleich zu einem konventionellen Vorbau-Kühlsystem mit axialem Lüfter. Der bessere Wirkungsgrad des Radiallüfters verrringert den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine. Aus der DE 197 24 728 A1 ist es bekannt, den vom Lüfter erzeugten Volumenstrom der Kühlluft an mindestens einem Kühler durch eine Jalousie zu regulieren.Cooling systems in which one or more coolers are arranged in the jacket area of a radial fan are known from the publications US 3/800/866 A . US 4/202/296 A . US 6/164/909 A . EP 1 045 217 A1 . DE 199 50 754 A1 . DE 199 50 755 A1 and DE 197 24 728 A1 known. This allows for higher cooling capacities, shorter charge air ducts and thus lower engine response time as well as lower weight and smaller dimensions compared to a conventional stem cooling system with axial fan. The better efficiency of the radial fan reduces the fuel consumption of the internal combustion engine. From the DE 197 24 728 A1 It is known to regulate the volume flow of the cooling air generated by the fan on at least one radiator by a blind.

Bei konventionellen Kühlsystemen sind die Ladeluft- oder Kühlflüssigkeitskühler fahrzeugfest montiert. Dies erfordert, dass flexible Elemente in den Ladeluftleitungen und/oder in den Kühlleitungen vorgesehen werden müssen, welche Relativbewegungen zwischen dem Motor und dem Fahrgestell kompensieren. Zudem sind flexible Elemente zwischen dem Ventilatorgehäusemantel und dem Motor erforderlich. Die Veröffentlichungen US 4/213/426 A , US 4/522/160 A und US 4/774/911 A offenbaren derartige Kühlsysteme.In conventional cooling systems, the charge air or coolant coolers are fixed to the vehicle. This requires that flexible elements must be provided in the charge air ducts and / or in the cooling ducts, which compensate for relative movements between the engine and the chassis. In addition, flexible elements between the fan housing jacket and the motor are required. The publications US 4/213/426 A . US 4/522/160 A and US 4/774/911 A disclose such cooling systems.

Aus der US 5/597/047 A ist ein Kühlsystem mit einem Flüssigkeitskühler bekannt, der auf einem motorfesten Rahmen montiert ist. Zwischen diesem am Motor befestigten Rahmen und dem Flüssigkeitskühler sind Dämpfungselemente angeordnet. Derartige motorfeste Kühleinrichtungen haben den Vorteil, dass die Verbindungsleitungen kurz ausgebildet sein können.From the US 5/597/047 A is a cooling system with a liquid cooler known on a motor-resistant frame is mounted. Between this engine-mounted frame and the liquid cooler damping elements are arranged. Such engine-mounted cooling devices have the advantage that the connecting lines can be made short.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein leistungsfähiges Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine zu entwickeln, welches platzsparend ist, sowie wenig Gewicht, wenige Bauteile und eine hohe Standzeit aufweist. Auch soll ein hoher Wirkungsgrad gewährleistet sein.task the invention is to develop a powerful cooling system for an internal combustion engine, which saves space, as well as low weight, few components and has a long service life. Also, a high efficiency is guaranteed be.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die aus erstem und zweitem Ladeluftkühler und einem Kühlmittelkühler bestehende Kühlergruppe motorfest ausgeführt und radial um den Mantelumfang eines ersten radialen Lüfters angeordnet ist.The The object is achieved in that consisting of the first and second intercooler and a coolant radiator coolers group engine-resistant and arranged radially around the shell periphery of a first radial fan is.

Die erfindungsgemäße Lehre ermöglicht einen besonders hohen Wirkungsgrad. Im Vergleich zu einem konventionellen Vorbau-Kühlsystem mit axialem Lüfter lassen sich die Ladeluftleitungen bei einer um den Mantelumfang eines radialen Lüfters angeordneten Kühlergruppe sehr kompakt und kurz halten. Dadurch ist es möglich, das Bauvolumen und das Systemgewicht sehr gering zu halten. Des Weiteren werden die Pumpverluste in den langen Leitungen zum und vom Zwischenkühler wesentlich vermindert, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch deutlich verbessern lässt. Schließlich ist es möglich, die Ansprechzeit der Brennkraftmaschine zusätzlich zu reduzieren, da geringere Volumina zu füllen sind. Durch die Kühlergruppe mit radialem Lüfter kann zudem im Vergleich mit einem axialen Lüfter bei gleichem Bauraum eine deutlich größere Kühlfläche der Kühlflüssigkeitskühler, aber auch der Ladeluftkühler erreicht werden. Im Vergleich zum Axiallüfter weist ein Radiallüfter einen deutlich besseren Wirkungsgrad auf, wodurch der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine verringert werden kann.The inventive teaching allows a particularly high efficiency. Compared to a conventional one Front-mounted cooling system with axial fan let the charge air lines at one to the shell circumference a radial fan arranged radiator group very compact and short. This makes it possible, the volume of construction and the System weight to keep very low. Furthermore, the pumping losses significantly reduced in the long lines to and from the intercooler, whereby the fuel consumption can be significantly improved. Finally is it is possible to reduce the response time of the internal combustion engine in addition, since lower To fill volumes are. Through the cooler group with radial fan In addition, in comparison with an axial fan with the same space one significantly larger cooling surface of the cooling liquid cooler, but also reached the intercooler become. Compared to the axial fan has a radial fan a significantly better efficiency, reducing fuel consumption the internal combustion engine can be reduced.

Die beiden Ladeluftkühler einerseits und die Umgehbarkeit des zweiten Verdichters andererseits erlaubt den Einsatz von konventionellen und damit preisgünstigen Abgasturboladern. Durch die zweistufige Auslegung der Aufladung können auch bei sehr hohen Aufladegraden relativ günstige Materialien verwendet werden. Durch den ersten Ladeluftkühler wird erreicht, dass die Ladelufttemperatur zwischen den beiden Verdichtern soweit absinkt, dass auch beim zweiten Verdichter ein konventionelles gegossenes Aluminiumverdichterrad zur Anwendung kommen kann, ohne mit zu hoher Eintrittstemperatur in den zweiten Verdichter die Lebensdauer des Verdichterrades zu beeinträchtigen. Somit wird auch die Problematik der Low-Cycle-Fatigue des Kompressorrades verhindert. Durch die Umgehbarkeit des zweiten Verdichters – dem Hochdruckverdichter – mittels der Bypassleitung und zumindest einem oder mehreren Ventilen bei hohen Abgasmengen – etwa bei hohen Lasten und Motordrehzahlen – ist es möglich, beide Abgasturbolader in optimalen Betriebsbereichen zu betreiben, was einen erheblichen Wirkungsgradvorteil gegenüber ungeregelten seriellen Aufladesystem bringt. Der Rotor der kleinen Hochdruckturbinen-Verdichterkombination dreht auch schon bei geringen Abgasenergien rasch hoch. Dadurch wird ein sehr rasches Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine erreicht.The both intercooler on the one hand and the bypassability of the second compressor on the other hand allowed the use of conventional and therefore inexpensive exhaust gas turbochargers. By The two-stage design of the charge can also be used with very high charging levels relatively cheap Materials are used. By the first intercooler is achieved that the charge air temperature between the two compressors falls so far that even with the second compressor a conventional Cast aluminum compactor wheel can be used without with too high inlet temperature in the second compressor the life to affect the compressor wheel. Thus, the problem of low-cycle fatigue of the compressor wheel prevented. By the bypassability of the second compressor - the high pressure compressor - by means of Bypass line and at least one or more valves at high Exhaust gas quantities - about at high loads and engine speeds - it is possible to use both turbochargers operating in optimal operating ranges, resulting in a substantial Efficiency advantage over unregulated serial charging system brings. The rotor of the small one High-pressure turbine compressor combination turns even at low Exhaust gas levels rise rapidly. This will give a very quick response reaches the internal combustion engine.

Die motorfeste Anordnung der Kühlergruppe erlaubt kleine Abstände zwischen den Bauteilen, da Relativbewegungen nicht berücksichtigt werden müssen. Das Kühlsystem kann dadurch sehr kompakt gehalten werden. Des Weiteren kann auf den Einsatz von flexiblen Elementen in den Ladeluftleitungen verzichtet werden, was sich vorteilhaft auf die Kosten und die Wartungsintensität auswirkt. Insbesondere kann auf flexible Leitungselemente wie beispielsweise Gummilei tungen mit geringer Dauerfestigkeit verzichtet werden. Die Aufhängung der Kühlergruppe in einem Fahrzeugrahmen über Gummilager entfällt. Die motorfeste Kühlergruppe wird bei der Montage im Fahrzeug gemeinsam mit der Brennkraftmaschine und dem Getriebe in eine elastische Antriebseinheitsaufhängung gehoben. Durch den Entfall der flexiblen Elemente in den Ladeluftleitungen gibt es darüber hinaus keine Gasreaktionskräfte auf die einzelnen Kühler und Leitungen mehr. Somit können separate Abstützelemente oder dergleichen entfallen.The motor-fixed arrangement of the cooler group allowed small distances between the components, since relative movements are not taken into account Need to become. The cooling system This makes it very compact. Furthermore, can on dispensed with the use of flexible elements in the charge air lines which has a beneficial effect on cost and maintenance intensity. In particular, on flexible conduit elements such as Gummilei lines with low fatigue strength be waived. The suspension the cooler group in a vehicle frame over Rubber bearing is eliminated. The motor-fixed radiator group becomes during assembly in the vehicle together with the internal combustion engine and the transmission are lifted into an elastic drive unit suspension. Due to the elimination of the flexible elements in the charge air lines there is about it In addition, no gas reaction forces the individual coolers and wires more. Thus, you can separate support elements or the like omitted.

Zur Regelung des Kühlluftbedarfs ist der Lüfter über eine schaltbare Kupplung angetrieben. Dadurch kann bei geringem Kühlluftbedarf die Antriebsleistung ge sperrt werden. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Kupplung extern über einen Kühllufttemperaturgeber und eine elektronische Steuereinheit angesteuert wird. Der Kühllufttemperaturgeber ist stromabwärts des Kühlmittelkühlers angeordnet und gibt der Steuereinheit die erforderliche Information über die Kühlmitteltemperatur. Die Steuereinheit wertet diese aus und gibt der Kupplung entsprechende Schaltsignale.to Control of the cooling air requirement is the fan over one driven switchable clutch. As a result, with low cooling air requirement the drive power ge be blocked. Preferably, it can be provided be that the clutch is externally over a cooling air temperature sensor and an electronic control unit is activated. The cooling air temperature sensor is downstream arranged the coolant cooler and gives the control unit the required information about the Coolant temperature. The control unit evaluates these and gives the clutch corresponding Switching signals.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest zwischen zwei Kühlern der Kühlergruppe und/oder in der Schottwand zumindest ein Kühlschlitz zur Kühlung einer Hilfseinrichtung, beispielsweise eines Aggregates, eines Schwingungsdämpfers, eines Ölfilters oder dergleichen angeordnet ist. Die um den radialen Lüfter angeordnete Kühlergruppe weist motorseitig eine Schottwand zur Brennkraftmaschine auf. Dadurch wird durch den Lüfter innerhalb der Kühlergruppe ein Überdruck erzeugt, wodurch die Luft entsprechend der Auslegung durch die Ladeluft- und Kühlmittelkühler sowie die gezielt angebrachten Kühlschlitze für die Hilfseinrichtungen entweichen kann.In a further embodiment of the invention it is provided that at least one cooling slot for cooling an auxiliary device, for example an aggregate, a vibration damper, an oil filter or the like is arranged at least between two radiators of the radiator group and / or in the bulkhead. The radiator group arranged around the radial fan has on the motor side a bulkhead wall to the internal combustion engine. As a result, an overpressure is generated by the fan within the radiator group, whereby the air as interpreted by the charge air and coolant radiator and the selectively mounted cooling slots for the auxiliary equipment can escape.

Im Rahmen der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass die Ladeluftleitung zumindest abschnittsweise als Mehrkammerbauteil, vorzugsweise als Zweikammerbauteil ausgeführt ist. Die als Zweikammerbauteile ausgeführten Ladeluftleitungen können, mit entsprechenden Versteifungen und Schraubenbutzen versehen, als Trägerkonsolen für die Kühler fungieren.in the The invention further provides that the charge air line at least in sections as a multi-chamber component, preferably as Two-chamber component executed is. The charge air ducts designed as two-chamber components can, with appropriate stiffeners and Schraubenbutzen provided as support brackets for the cooler act.

Weiters kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelleitung des Kühlsystems zumindest abschnittsweise als Mehrkammerbauteil, vorzugsweise als Zweikammerbauteil ausgeführt ist.Furthermore, can be provided that the coolant line of the cooling system at least in sections as a multi-chamber component, preferably as Two-chamber component executed is.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Mehrkammerbauteil als kombinierte Kühlmittel- und Ladeluftleitung fungiert. Um in diesem Fall nicht die auf ca. 45°C gekühlte Ladeluft durch das etwa 90°C warme Kühlmittel aufzuwärmen, ist es vorteilhaft, wenn der Ladeluftraum im Mehrkammerbauteil gegenüber dem Kühlmittelraum isoliert ist.Especially It is advantageous if at least one multi-chamber component is combined Coolant and Charge air line acts. In this case, not to the cooled to about 45 ° C charge air by about 90 ° C warm coolant warm, it is advantageous if the charge air in the multi-chamber component relative to the Coolant space is isolated.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Ladeluftkühler durch eine Kühlerjalousie verschließbar ist. Dadurch kann die Wärmeabfuhr im Kühlmittelkühler erhöht werden. Die Luft streicht bei geschlossener Kühlerjalousie nur durch den Kühlmittelkühler der Brennkraftmaschine.Finally, can be provided that at least one intercooler can be closed by a radiator shutter. This can heat dissipation be increased in the coolant cooler. The air sweeps with the radiator shutter closed only by the Coolant cooler of Internal combustion engine.

Ein weiterer Vorteil für die motorfeste Ausführung der Kühlergruppe ist, dass das Tauschen des zwischen Lüfter und Schottwand angeordneten Lüfterantriebsriemens wesentlich vereinfacht ist. Durch Demontage der Einlassdüse zum radialen Lüfter und des Lüfters selbst ist der in der Kühlerkammer angeordnete Riementrieb frei zugänglich.One another advantage for the motor-resistant version the cooler group is that swapping the arranged between fan and bulkhead Fan drive belt is considerably simplified. By disassembling the inlet nozzle to the radial Fan and the fan itself is in the cooler chamber arranged belt drive freely accessible.

In einer äußerst kompakten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Ladeluftkühler im Wesentlichen in Motorquerrichtung zwischen dem ersten Ladeluftkühler und einem Einlasssammler angeordnet ist. Der zweite Ladeluftkühler übernimmt damit teilweise die Strömungsverbindung zum Einlasssammler, so dass Verbindungsleitungen eingespart werden können.In an extremely compact execution The invention provides that the second intercooler in Essentially in the engine transverse direction between the first intercooler and an inlet collector is arranged. The second intercooler takes over thus partially the flow connection to Inlet collector, so that connection lines can be saved.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigenThe The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it

1 und 2 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in Schrägansichten, 1 and 2 the internal combustion engine according to the invention in oblique views,

3 die Brennkraftmaschine in einer Draufsicht mit demontiertem Zylinderkopf, 3 the internal combustion engine in a plan view with disassembled cylinder head,

4 die Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in 3, 4 the internal combustion engine in a section along the line IV-IV in 3 .

4a das Detail IVa in 4, 4a the detail IVa in 4 .

5 die Brennkraftmaschine in einer Seitenansicht, 5 the internal combustion engine in a side view,

6 das Kühlsystem in einem Schnitt gemäß der Linie VI-VI in 5, 6 the cooling system in a section along the line VI-VI in 5 .

7 das Kühlsystem in einem Schnitt gemäß der Linie VII-VII in 5 und 7 the cooling system in a section along the line VII-VII in 5 and

8 das Detail VIII in 7. 8th the detail VIII in 7 ,

Die Brennkraftmaschine 1 weist eine zweistufige Aufladung mit einem ersten Abgasturbolader 2 einem zweiten Abgasturbolader 3 auf. In der Ladeluftleitung 4 ist der erste Verdichter 5 des ersten Abgasturboladers 2 und stromabwärts dieses der zweite Verdichter 6 des zweiten Abgasturboladers 3 angeordnet. Mit Bezugszeichen 7 ist die erste Abgasturbine des ersten Abgasturboladers 2 und mit Bezugszeichen 8 die zweite Abgasturbine des zweiten Abgasturboladers 3 bezeichnet. Der erststufige erste Abgasturbolader 2 ist großvolumig ausgeführt, der zweitstufige zweite Abgasturbolader 3 kleinvolumig ausgeführt.The internal combustion engine 1 indicates a two-stage charge with a first turbocharger 2 a second exhaust gas turbocharger 3 on. In the charge air line 4 is the first compressor 5 of the first exhaust gas turbocharger 2 and downstream of this the second compressor 6 the second exhaust gas turbocharger 3 arranged. With reference number 7 is the first exhaust gas turbine of the first exhaust gas turbocharger 2 and with reference numerals 8th the second exhaust gas turbine of the second exhaust gas turbocharger 3 designated. The first-stage first turbocharger 2 is carried out large-volume, the second-stage second exhaust gas turbocharger 3 executed small volume.

Die zweite Abgasturbine 8 des zweiten Abgasturboladers 3 kann mittels einer zumindest ein Ventil aufweisenden Bypasseinrichtung 9 umgangen werden.The second exhaust gas turbine 8th the second exhaust gas turbocharger 3 can by means of at least one valve having bypass means 9 to be bypassed.

Zwischen dem ersten Verdichter 5 und dem zweiten Verdichter 6 ist in der Ladeluftleitung 4 ein erster Ladeluftkühler 10 angeordnet. Ein weiterer, zweiter Ladeluftkühler 11 ist stromabwärts des zweiten Verdichters 6 vorgesehen. Die Ladeluftkühler 10, 11 sind Teil einer Kühlergruppe 12, welcher auch der Kühlmittelkühler 13, bestehend aus den Radiatoren 14, 15 und 16, angehört. Der zweite Ladeluftkühler 11 ist dabei quer zur Brennkraftmaschine 1 zwischen dem ersten Ladeluftkühler 10 und der Seite des Einlasssammlers 20 bzw. dem Radiator 14 des Kühlmittelkühlers 13, im Wesentlichen parallel zur Zylinderkopfebene, angeordnet. Dabei können Verbindungsleitungen zum Einlasssammler 20 teilweise eingespart bzw. kürzer ausgeführt werden. Die Kühlergruppe 12 ist radial um einen radialen, über eine schaltbare Kupplung 17a und einen Riemen 17c durch die Kurbelwelle 1a angetriebenen Lüfter 17 angeordnet.Between the first compressor 5 and the second compressor 6 is in the charge air line 4 a first intercooler 10 arranged. Another, second intercooler 11 is downstream of the second compressor 6 intended. The intercooler 10 . 11 are part of a cooler group 12 , which is also the coolant cooler 13 consisting of the radiators 14 . 15 and 16 , listened to. The second intercooler 11 is doing right across the engine 1 between the first intercooler 10 and the side of the inlet collector 20 or the radiator 14 of the coolant cooler 13 , arranged substantially parallel to the cylinder head plane. It can connect lines to the inlet collector 20 partially saved or executed shorter. The cooler group 12 is radially about a radial, via a switchable coupling 17a and a belt 17c through the crankshaft 1a powered fan 17 arranged.

Die schaltbare Kupplung 17a kann dabei extern über einen Kühllufttemperaturgeber 17b und eine Steuereinheit ECU gesteuert werden.The switchable clutch 17a can be externally via a cooling air temperature sensor 17b and a control unit ECU are controlled.

Eintrittsseitig weist die Kühlergruppe 12 eine abnehmbare Eintrittsdüse 18 auf. Nach der Demontage der Eintrittsdüse 18 und des Lüfters 17 liegt der Riementrieb für den Lüfter 17 frei, wodurch der Antriebsriemen 17c des Radiallüfters 17 leicht getauscht werden kann.On the inlet side, the cooler group 12 a removable inlet nozzle 18 on. After dismantling the inlet nozzle 18 and the fan 17 is the belt drive for the fan 17 free, whereby the on drive belt 17c of the radial fan 17 can be easily exchanged.

Wesentlich ist, dass die Kühlergruppe 12 motorfest ausgeführt ist, das heißt starr mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist. Die motorfeste Anordnung erlaubt geringe Abstände zwischen den Bauteilen, da keine Relativbewegungen berücksichtigt werden müssen, und somit eine hohe Packungsdichte, sowie einen guten Wirkungsgrad am Lüftereinlass, da lediglich geringe Spalten zwischen Lüfter 17 und dem umgebenden Lüftergehäuse bzw. der Eintrittsdüse 18 vorgesehen werden müssen. Es kann auf den Einsatz von flexiblen Elementen in den Ladeluftleitungen 4 verzichtet werden. Dies reduziert den Herstellungsaufwand und wirkt sich vorteilhaft auf die Standzeit aus, da auf alterungsanfällige Gummielemente verzichtet werden kann. Durch den Wegfall der flexiblen Elemente in den Ladeluftleitungen 4 gibt es darüber hinaus keine Gasreaktionskräfte mehr auf die einzelnen Kühler und Leitungen. Somit können separate Abstützelemente oder dergleichen entfallen.It is essential that the cooler group 12 engine-solid, that is rigid with the internal combustion engine 1 connected is. The motor-fixed arrangement allows small distances between the components, since no relative movements must be considered, and thus a high packing density, as well as a good efficiency at the fan inlet, since only small gaps between fan 17 and the surrounding fan housing or inlet nozzle 18 must be provided. It may depend on the use of flexible elements in the charge air ducts 4 be waived. This reduces the production cost and has an advantageous effect on the service life, since aging-susceptible rubber elements can be dispensed with. By eliminating the flexible elements in the charge air lines 4 In addition, there are no more gas reaction forces on the individual coolers and lines. Thus, separate support elements or the like can be omitted.

Zwischen der Kühlergruppe 12 und der Brennkraftmaschine 1 ist eine Schottwand 19 vorgesehen, wodurch die Kühlergruppe 12 motorseitig abgeschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses der Kühlergruppe 12 wird durch den Lüfter 17 Überdruck erzeugt, wobei die Luft entsprechend der Auslegung durch die Ladeluftkühler 10, 11 und den Kühlmittelkühler 13 entweicht. Zwischen den Kühlern 10, 11 und 13 und/oder in der Schottwand 19 können gezielt angepasste Kühlschlitze 19a vorgesehen sein, um Aggregate, Schwingungsdämpfer 31, Ölfilter, etc. gezielt kühlen zu können. Mit Bezugszeichen 32 sind die Kühlflügel eines als Visco-Dämpfer ausgeführten Schwingungsdämpfers 31 bezeichnet, in deren Bereich Kühlschlitze 19a angeordnet sind.Between the cooler group 12 and the internal combustion engine 1 is a bulkhead 19 provided, causing the cooler group 12 motor side is completed. Inside the housing of the cooler group 12 gets through the fan 17 Overpressure generated, with the air as designed by the intercooler 10 . 11 and the coolant cooler 13 escapes. Between the coolers 10 . 11 and 13 and / or in the bulkhead 19 can specifically adapted cooling slots 19a be provided to aggregates, vibration absorbers 31 , Oil filter, etc. targeted to cool. With reference number 32 are the cooling vanes of a designed as a viscous damper shock absorber 31 designated, in their area cooling slots 19a are arranged.

Die Durchflusswiderstände der Kühler 10, 11, 13 sind über die Größe und Tiefe der Kühlergruppe 12 optimiert.The flow resistance of the radiator 10 . 11 . 13 are about the size and depth of the cooler group 12 optimized.

Gegebenenfalls können die Ladeluftkühler 10, 11 über Kühlerjalousien 30 auf der Ein- oder Auslassseite der durchströmenden Kühlluft verschlossen werden. Die Kühlerjalousie 30 kann durch Druckluftzylinder 30a oder Ähnliches betätigt werden. Bei geschlossener Kühlerjalousie 30 streicht beispielsweise im Motorbremsbetrieb die Kühlluft nur durch den Kühlmittelkühler 13.If necessary, the intercooler 10 . 11 over radiator shutters 30 be closed on the inlet or outlet side of the flowing cooling air. The radiator shutter 30 can by compressed air cylinder 30a or the like can be operated. When the radiator shutter is closed 30 For example, during engine braking, the cooling air is only swept by the radiator 13 ,

Die von einem nicht weiter dargestellten Luftfilter kommende Ladeluft gelangt in den ersten Verdichter 5 der ersten Abgasturbine 2, wird hier komprimiert und entsprechend dem Pfeil P1 zum ersten Ladeluftkühler 10 geführt. Im ersten Ladeluftkühler 10 wird die Ladeluft zwischengekühlt und gelangt danach entsprechend dem Pfeil P2 zum zweiten Verdichter 6 des zweiten Abgasturboladers 3. Im als Hochdruckstufe ausgebildeten zweiten Verdichters 6 wird die Ladeluft weiter komprimiert und entsprechend dem Pfeil P3 zum zweiten Ladeluftkühler 11 geführt, wo eine weitere Temperatursenkung der Ladeluft stattfindet. Die den zweiten Ladeluftkühler 11 verlassende Ladeluft P4 wird zum Einlasssammler 20 und weiter zu den einzelnen Zylindern 21 geführt.The charge air coming from an air filter (not shown) reaches the first compressor 5 the first exhaust gas turbine 2 , is compressed here and according to the arrow P 1 to the first intercooler 10 guided. In the first intercooler 10 the charge air is intercooled and then passes according to the arrow P 2 to the second compressor 6 the second exhaust gas turbocharger 3 , In designed as a high-pressure stage second compressor 6 the charge air is further compressed and according to the arrow P 3 to the second intercooler 11 led, where a further decrease in temperature of the charge air takes place. The second intercooler 11 leaving charge air P 4 is the inlet collector 20 and on to the individual cylinders 21 guided.

Zumindest ein Abschnitt 4a des Kühlsystems kann als Mehrkammerbauteil, beispielsweise als Zweikammerbauteil 22 ausgeführt sein. Die Zweikammerbauteile können somit sowohl die Funktion des Zulaufes, als auch die Funktion des Rücklaufes zu beziehungsweise von den Ladeluftkühlern 10, 11 übernehmen. Mit entsprechenden Versteifungen und Schraubenbutzen versehen, können die Zweikammerbauteile 22 auch als Trägerkonsolen für die Kühler fungieren. Weiters ist es möglich, eine Kammer des Mehrkammerbauteiles als Kühlmittel- und eine andere Kammer des Mehrkammerbauteiles als Ladeluftleitung zu verwenden, wie in 8 gezeigt ist. In diesem Fall ist es allerdings erforderlich, den Ladeluftraum 33 gegenüber dem Kühlmittelraum 34 zu isolieren. Die Isolierung ist mit Bezugszeichen 35 bezeichnet.At least a section 4a of the cooling system can be used as a multi-chamber component, for example as a two-chamber component 22 be executed. The two-chamber components can thus both the function of the inlet, as well as the function of the return to or from the intercoolers 10 . 11 take. Provided with appropriate stiffeners and Schraubenbutzen, the two-chamber components 22 also act as support brackets for the radiators. Furthermore, it is possible to use a chamber of the multi-chamber component as a coolant and another chamber of the multi-chamber component as a charge air line, as in 8th is shown. In this case, however, it is necessary to the charge air space 33 opposite the coolant space 34 to isolate. The insulation is with reference numerals 35 designated.

Claims (14)

Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit zweistufiger Aufladung, mit einer Ladeluftleitung (4), in welcher ein erster Verdichter (5) eines ersten Abgasturboladers (2) und stromabwärts dieses ein zweiter Verdichter (6) eines zweiten Abgasturboladers (3) angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Verdichter (5, 6) ein erster Ladeluftkühler (10) und stromabwärts des zweiten Verdichters (6) ein zweiter Ladeluftkühler (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die aus erstem und zweitem Ladeluftkühler (10, 11) und einem Kühlmittelkühler (13) bestehende Kühlergruppe (12) motorfest ausgeführt und radial um den Mantelumfang eines ersten radialen Lüfters (17) angeordnet ist.Cooling system for an internal combustion engine ( 1 ) with two-stage supercharging, with a charge air line ( 4 ), in which a first compressor ( 5 ) of a first exhaust gas turbocharger ( 2 ) and downstream of this a second compressor ( 6 ) of a second exhaust gas turbocharger ( 3 ), wherein between the first and the second compressor ( 5 . 6 ) a first intercooler ( 10 ) and downstream of the second compressor ( 6 ) a second intercooler ( 11 ), characterized in that the first and second intercooler ( 10 . 11 ) and a coolant cooler ( 13 ) existing cooler group ( 12 ) motor-solid and radially around the shell circumference of a first radial fan ( 17 ) is arranged. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abgasturbolader (3) abgasseitig umgehbar ist.Cooling system according to claim 1, characterized in that the second exhaust gas turbocharger ( 3 ) can be bypassed on the exhaust side. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die um den radialen Lüfter (17) angeordnete Kühlergruppe (12) motorseitig eine Schottwand (19) zur Brennkraftmaschine (1) aufweist.Cooling system according to claim 1 or 2, characterized in that the around the radial fan ( 17 ) arranged cooler group ( 12 ) on the engine side a bulkhead ( 19 ) to the internal combustion engine ( 1 ) having. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen zwei Kühlern (10, 11, 13) der Kühlergruppe (12) und/oder in der Schottwand (19) zumindest ein Kühlschlitz (19a) zur Kühlung einer Hilfseinrichtung beispielsweise eines Aggregates, eines Schwingungsdämpfers, eines Ölfilters oder dergleichen angeordnet ist.Cooling system according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least between two radiators ( 10 . 11 . 13 ) of the cooler group ( 12 ) and / or in the bulkhead wall ( 19 ) at least one cooling slot ( 19a ) for cooling an auxiliary device, for example, an aggregate, a vibration damper, an oil filter or the like is arranged. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftleitung (4, 4a) zumindest abschnittsweise als Mehrkammerbauteil, vorzugsweise als Zweikammerbauteil (22) ausgeführt ist.Cooling system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the charge air line ( 4 . 4a ) at least in sections as a multi-chamber component, preferably as a two-chamber component ( 22 ) is executed. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung des Kühlsystems zumindest abschnittsweise als Mehrkammerbauteil, vorzugsweise als Zweikammerbauteil (22) ausgeführt ist.Cooling system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coolant line of the cooling system at least partially as a multi-chamber component, preferably as a two-chamber component ( 22 ) is executed. Kühlsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mehrkammerbauteil als kombinierte Kühlmittel- und Ladeluftleitung fungiert.cooling system according to claim 5 or 6, characterized in that at least one Multi-chamber component as combined coolant and charge air line acts. Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftraum (33) im Mehrkammerbauteil gegenüber dem Kühlmittelraum (34) isoliert ist.Cooling system according to claim 7, characterized in that the charge air space ( 33 ) in the multi-chamber component with respect to the coolant space ( 34 ) is isolated. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ladeluftkühler (10, 11) durch eine Kühlerjalousie (30) verschließbar ist.Cooling system according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one intercooler ( 10 . 11 ) by a radiator shutter ( 30 ) is closable. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (17) über eine schaltbare Kupplung (17a) angetrieben ist.Cooling system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the fan ( 17 ) via a switchable coupling ( 17a ) is driven. Kühlsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (17a) extern über einen Kühltemperaturgeber (17b) und eine elektronische Steuereinheit (ECU) ansteuerbar ist.Cooling system according to claim 10, characterized in that the coupling ( 17a ) externally via a cooling temperature sensor ( 17b ) and an electronic control unit (ECU) can be controlled. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (17) über einen Riemen (17c) durch die Kurbelwelle (1a) der Brennkraftmaschine (1) antreibbar ist, wobei der Riemen (17c) innerhalb der Kühlergruppe (12) zwischen dem Lüfter (17) und der Schottwand (19) angeordnet ist.Cooling system according to one of claims 1 to 11, characterized in that the fan ( 17 ) via a belt ( 17c ) through the crankshaft ( 1a ) of the internal combustion engine ( 1 ) is drivable, wherein the belt ( 17c ) within the cooler group ( 12 ) between the fan ( 17 ) and the bulkhead ( 19 ) is arranged. Kühlsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eintrittsdüse (18) der Kühlergruppe (12) und der Lüfter (17) von der der Kühlluftströmung zugewandten Stirnseite her demontierbar sind.Cooling system according to claim 12, characterized in that an inlet nozzle ( 18 ) of the cooler group ( 12 ) and the fan ( 17 ) can be disassembled from the front side facing the cooling air flow. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ladeluftkühler (11) im Wesentlichen in Motorquerrichtung zwischen dem ersten Ladeluftkühler (10) und einem Einlasssammler (20) angeordnet ist.Cooling system according to one of claims 1 to 13, characterized in that the second intercooler ( 11 ) substantially in the engine transverse direction between the first intercooler ( 10 ) and an intake collector ( 20 ) is arranged.
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