DE10102640A1 - Heat exchanger, for vehicle cooling systems, uses adjacent water and oil heat exchange channels for an improved heat exchange action - Google Patents
Heat exchanger, for vehicle cooling systems, uses adjacent water and oil heat exchange channels for an improved heat exchange actionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a heat exchanger, in particular for use in a motor vehicle.
Derartige, allgemein als Kühler bezeichnete Wärmetauscher finden in großer Breite Anwendung zur Ableitung eines Wärmestromes aus einem Fluidkreislauf, beispielsweise einem Kühlwasser- oder Ölkreislauf einer Brennkraftmaschine, oder auch aus einem Getriebe- oder Lenkhilfe-Ölkreislauf, an die Umgebungsluft.Such heat exchangers, generally referred to as coolers, are widely available Application for deriving a heat flow from a fluid circuit, for example a cooling water or oil circuit of an internal combustion engine, or also from a gearbox or power steering oil circuit, to the ambient air.
Aus DE 195 09 654 A1 ist eine Wärmetauschereinheit mit einem einheitlichen Kühlnetz bekannt welches über Endkästen in einen Kühlmediumkreislauf eingebunden ist. Die Endkästen sind unterteilt ausgebildet. Hierdurch wird es möglich über das einheitliche Kühlnetz voneinander getrennte Kühlkreisläufe zu führen.DE 195 09 654 A1 describes a heat exchanger unit with a uniform one Cooling network is known which via end boxes in a cooling medium circuit is involved. The end boxes are divided. This will make it possible to separate cooling circuits via the uniform cooling network to lead.
Aus DE 197 57 805 A1 ist ein Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug bekannt bei welchem ein für einen einzigen Kühlwasserkreislauf vorgesehenes Kühlnetz zwischen zwei Endkästen angeordnet ist, wobei in einem dieser beiden Endkästen ein Rohrbündel eingesetzt ist, über welches ein Motorölkreislauf geführt ist.DE 197 57 805 A1 discloses a heat exchanger for a motor vehicle which is a cooling network provided for a single cooling water circuit is arranged between two end boxes, being in one of these two end boxes a tube bundle is inserted over which an engine oil circuit is guided.
Aus DE 100 14 484 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt welcher ebenfalls einen in einen End- oder Sammelkasten integrierten Ölkühler aufweist.From DE 100 14 484 A1 a heat exchanger is known which also has a has an end or collecting box integrated oil cooler.
Die vorangehend beschriebenen, zwei separate Medienwege aufweisenden Wärmetauscher erweisen sich neben einer hierdurch erreichten Raumersparnis auch im Hinblick auf eine Verringerung des Montageaufwandes als besonders vorteilhaft.The previously described two media channels Heat exchangers prove to be a space saving also with a view to reducing the assembly effort as special advantageous.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit zwei separaten Kühlmedien-Wegen zu schaffen, der sich durch ein verbessertes Wärmeübertragungsverhalten auszeichnet.The invention has for its object a heat exchanger with two separate cooling media paths to create, which is characterized by an improved Characterized heat transfer behavior.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wärmetauscher mit einem ersten Endkasten, einem zweiten Endkasten, einem Kühlnetz das Kühlka näle aufweist die sich zwischen den beiden Endkästen erstrecken und einer Ölwärmetauschereinrichtung mit einer Öl-Wärmetauschstrecke, wobei die Öl- Wärmetauschstrecke durch wenigstens einen Abschnitt des Kühlnetzes verläuft, und in diesem Kühlnetzabschnitt Öl-Wärmetauschkanäle und Wasser- Wärmetauschkanäle einander benachbart angeordnet sind zur Übertragung eines Wärmestromes zwischen wenigstens einem Öl-Wärmetauschkanal und einem benachbarten Wasserwärmetauschkanal im Bereich des Kühlnetzes.This object is achieved with a heat exchanger a first end box, a second end box, a cooling network, the cooling box has channels that extend between the two end boxes and one Oil heat exchanger device with an oil heat exchange path, the oil Heat exchange path runs through at least a section of the cooling network, and in this cooling network section oil heat exchange channels and water Heat exchange channels are arranged adjacent to each other for the transmission of a Heat flows between at least one oil heat exchange channel and one neighboring water heat exchange duct in the area of the cooling network.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die für den jeweiligen Betriebszu stand eines Kraftfahrzeuges günstigsten Rücklauftemperaturen der separaten Fluide mit deutlich verringerten Verzugszeiten zu erreichen. Dadurch wird es insbesondere möglich, die Kaltstartbetriebsphase eines Antriebssystemes zu verkürzen und hierdurch eine Emmissionsveringerung sowie auch eine Steigerung der Lebensdauer des Systems zu erreichen.This makes it possible in an advantageous manner for the respective company stood a motor vehicle cheapest return temperatures of the separate To achieve fluids with significantly reduced delay times. It will in particular possible to close the cold start operating phase of a drive system shorten and thereby a reduction in emissions and an increase to achieve the life of the system.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher einschließlich seiner Endkästen aus einem Metallwerkstoff, vorzugsweise Aluminium gefertigt. Hierbei wird neben einer besonders robusten, druckstabilen und hinsichtlich des Wärmeübertragungsverhaltens vorteilhaften Ausgestaltung auch ein geringes Gesamtgewicht erreicht.According to a particularly preferred embodiment of the invention Heat exchanger including its end boxes made of a metal material, preferably made of aluminum. In addition to a particularly robust, pressure-stable and advantageous in terms of heat transfer behavior Design also achieved a low total weight.
In vorteilhafter Weise sind die benachbarten Wärmetauschkanäle über jeweils lediglich eine möglichst dünne, aus einem Metall-Werkstoff gefertigte Wand voneinander getrennt. Hierdurch wird ein besonders wirkungsvoller Wärmeüber gang zwischen den beiden Wärmetauschkanälen erreicht. Die Wärmetauschkanäle haben vorzugsweise auf den jeweiligen Volumenstrom sowie auf den Druck des durchgeleiteten Mediums abgestimmte Innenquerschnitte. Es ist möglich, für die Öl- Wärmetauschkanäle im wesentlichen kreisflächenähnliche Querschnitte vorzusehen. Für die Wasser-Wärmetauschkanäle können aufgrund des hier vorzugsweise geringeren Druckes flachere Querschnitte gewählt werden. Die Verbindung der metallischen Elemente des Wärmetauschers erfolgt vorzugsweise im Rahmen eines Löt- oder Elektrolysevorganges. Alternativ hierzu oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es auch möglich, die Elemente des Kühlers durch einen Klebe- oder Vulkanisationsvorgang miteinander zu koppeln. Die zwischen den beiden benachbarten Wärmetauschkanälen vorgesehene Trennwand kann mit einer Profilierung oder Rippenstruktur versehen sein, zur Steigerung des Wärmeübertragungsvermögens. Die Durchströmung der benachbarten Wärme tauschkanäle erfolgt vorzugsweise im Gegenstromprinzip.The adjacent heat exchange channels are advantageously above each just a wall as thin as possible, made of a metal material separated from each other. This creates a particularly effective heat transfer reached between the two heat exchange channels. The heat exchange channels have preferably on the respective volume flow and on the pressure of the through the medium. It is possible for the oil Heat exchange channels to provide cross-sections similar to circular surfaces. For the water heat exchange channels can be preferred because of the here lower cross-section can be selected. The connection of the metallic elements of the heat exchanger are preferably made in the frame a soldering or electrolysis process. Alternatively or in combination With this measure, it is also possible to replace the elements of the cooler Coupling the adhesive or vulcanization process. The between the two adjacent heat exchange channels can be provided with a profile or rib structure to increase the Heat transfer capability. The flow of the neighboring heat exchange channels are preferably based on the counterflow principle.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die den Öl-Wärmetauschkanälen benachbarten Wasser-Wärmetauschkanäle Teil eines Niedertemperaturbereiches des Wärmetauschers. Hierdurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die Temperaturen von Öl und Wasser auf dem gleichen Temperaturniveau zu halten. Insbesondere wird auf zuverlässige Weise erreicht, daß ausgangsseitig die Temperatur des Öl nicht erheblich über der Temperatur des Kühlwassers im Rücklaufbereich liegt.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the the water heat exchange channels adjacent to the oil heat exchange channels are part of a Low temperature range of the heat exchanger. This will turn it on advantageously possible, the temperatures of oil and water on the same Maintain temperature level. In particular, it is reliably achieved that that on the output side the temperature of the oil is not significantly above the temperature of the Cooling water is in the return area.
Eine im Hinblick auf eine besonders präzise Abstimmung der Ausgangstemperatu ren des Wärmetauschers vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, daß eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, zur Steuerung des Wasser- und/oder Ölstromes durch den gemeinsamen Kühlnetzabschnitt. Diese Ventilein richtung umfaßt in vorteilhafter Weise wenigstens ein Stellglied, daß temperaturab hängig definierte Durchgangsquerschnitte für das Wasser oder das Öl freigibt. Die hierzu vorzugsweise hinsichtlich ihres Durchgangsquerschnittes gesteuerten Fluidwegabschnitte können Schieber- und/oder Klappeneinrichtungen aufweisen. Die Betätigung dieser Organe kann durch Aktuatoren erfolgen die über die Wärme der Kühlmedien aktiviert sind. Alternativ hierzu ist es auch möglich die Aktuatoren elektrisch oder pneumatisch nach Maßgabe einer Steuereinheit zu betätigen.One with a view to a particularly precise adjustment of the initial temperature Ren of the heat exchanger is advantageous embodiment of the invention given that a valve device is provided for controlling the water and / or oil flow through the common cooling network section. These valves direction advantageously comprises at least one actuator that temperature dependent freely defined passage cross-sections for the water or the oil. The for this purpose, preferably controlled with regard to their passage cross section Fluid path sections can have slide and / or flap devices. These organs can be actuated by actuators using heat the cooling media are activated. Alternatively, it is also possible to use the actuators to be operated electrically or pneumatically in accordance with a control unit.
Eine besonders raumsparende Ausführungsform der Erfindung wird erreicht, indem eine Endkasteneinrichtung des Öl-Wärmetauschers in Endkästen aufgenommen ist über welche mehrere Wasserwärmetauschkanäle des Kühlwasserkreislaufes zusammengefaßt sind. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise als Querstromwär metauscher ausgebildet, wobei ein in Einbauposition oberer Bereich der Wärme tauschers einen Hochtemperatur Wasserkühlbereich bildet und ein in Einbaupositi on unterer Bereich des Wärmetauschers einen Öl/Wasser- sowie vorzugsweise Öl/Wasser/Luft-Wärmetauschbereich bildet.A particularly space-saving embodiment of the invention is achieved by an end box device of the oil heat exchanger is accommodated in end boxes through which several water heat exchange channels of the cooling water circuit are summarized. The heat exchanger is preferably a cross-flow heat formed exchanger, with an upper region of the heat in the installation position exchanger forms a high temperature water cooling area and one in installation position on lower area of the heat exchanger an oil / water as well as preferably Oil / water / air heat exchange area forms.
Der Hochtemperatur Wasserkühlbereich umfaßt vorzugsweise einen Hochtempe ratur-Wasserauslaß welcher gesteuert mit einem Niedertemperatur-Wassereinlaß des Öl/Wasser bzw. Öl/Wasser/Luft-Wärmetauscherabschnittes verbindbar ist.The high temperature water cooling area preferably includes a high temperature ratur water outlet which is controlled with a low temperature water inlet of the oil / water or oil / water / air heat exchanger section is connectable.
Alternativ zu den vorangehend beschriebenen Maßnahmen oder in besonders vorteilhafter Weise in Kombination hiermit wird die eingangs angegebene Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch einen Wärmetauscher mit einem ersten Endkasten, einem zweiten Endkasten, einem Kühlnetz das Kühlkanäle aufweist die sich zwischen den beiden Endkästen erstrecken und einer Ölwärmetauscherein richtung mit einer sich zwischen einem Öl-Einlaß und einem Öl-Auslaß erstrec kenden Öl-Wärmetauschstrecke, wobei die Öl-Wärmetauschstrecke einen ersten Ölströmungsweg aufweist, der sich durch das Kühlnetz erstreckt, und eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, zur Steuerung der Ölströmung zwischen dem Öleinlaß und dem Ölauslaß.As an alternative to the measures described above or in particular advantageously in combination with this, the task specified above according to the invention also solved by a heat exchanger with a first End box, a second end box, a cooling network that has cooling channels extend between the two end boxes and an oil heat exchanger Direction with a first between an oil inlet and an oil outlet kenden oil heat exchange path, the oil heat exchange path a first Has oil flow path that extends through the cooling network, and one Valve device is provided for controlling the oil flow between the Oil inlet and the oil outlet.
Dadurch wird es ebenfalls möglich, die Ausgangstemperatur des Öles insbesondere während einer Kaltstartphase rasch auf ein gewünschtes Temperaturniveau anzuheben und die Wärmetauscherleistung erst bei entsprechend hohem Wärmeeintrag in das Öl auf das erforderliche Niveau anzuheben und die Wärme ggf. an die Umgebung abzuführen.This also makes it possible to adjust the initial temperature of the oil in particular quickly to a desired temperature level during a cold start phase to raise and the heat exchanger performance only at a correspondingly high Increase heat input into the oil to the required level and increase the heat dissipate to the environment if necessary.
In vorteilhafter Weise ist die Ventileinrichtung derart ausgebildet, daß diese den Ölstrom zwischen dem Öleinlaß und dem Öl-Auslaß über den ersten Strömungs weg steuert. Alternativ hierzu - oder auch in Kombination hiermit - ist es auch möglich, den Kühlwasserzustrom zu der gemeinsamen Wärmetauschstrecke in dem Kühlnetz zu steuern. Advantageously, the valve device is designed such that it Oil flow between the oil inlet and the oil outlet via the first flow controls away. Alternatively - or in combination with it - it is possible, the cooling water inflow to the common heat exchange path in to control the cooling network.
In vorteilhafter Weise ist der zweite Ölströmungsweg zum ersten Ölströmungsweg parallel angeordnet. Hierdurch wird es möglich über den zweiten Ölströmungsweg einen Bypass bereitzustellen über welchen ganz oder teilweise der Ölstrom zwischen Einlaß und Auslaß des Öl-Wärmetauschers geleitet werden kann.The second oil flow path is advantageously to the first oil flow path arranged in parallel. This makes it possible via the second oil flow path to provide a bypass over which all or part of the oil flow can be passed between the inlet and outlet of the oil heat exchanger.
Alternativ hierzu oder auch in Kombination mit einem Bypass zum ersten Ölströmungsweg ist es möglich, den ersten Ölströmungsweg und den zweiten Ölströmungsweg in Reihe anzuordnen und die beiden Strömungswege selektiv miteinander zu koppeln. Hierdurch wird es möglich, das Wärmetauschvermögen, des Ölwärmetauschers durch selektive Verlängerung der Wärmetauschstrecke oder durch Veränderung des Wärmetauschverhaltens derselben in einer gewünschten Weise einzustellen. Es ist auch möglich, durch entsprechende Schaltorgane die beiden Öl-Wärmetauschstrecken selektiv in Reihe oder parallel in den Öl-Kreislauf einzukoppeln. Auch Zwischenschaltstufen sind vorzugsweise durch entsprechende Ausgestaltung einer Ventileinrichtung einstellbar.Alternatively, or in combination with a bypass to the first Oil flow path, it is possible to use the first oil flow path and the second Arrange oil flow path in series and selectively the two flow paths to couple with each other. This makes it possible to increase the heat exchange capacity, the oil heat exchanger by selectively extending the heat exchange path or by changing the heat exchange behavior thereof in a desired one Way to set. It is also possible to switch the corresponding switching elements selectively in series or parallel in the oil circuit couple. Intermediate stages are also preferably by appropriate Design of a valve device adjustable.
Vorzugsweise ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, welche den über den ersten Ölströmungsweg strömenden Ölstrom steuert. Diese Ventileinrichtung umfaßt vorzugsweise ein Stellglied, zur temperaturabhängigen Einstellung eines Öffnungsquerschnittes. Das Stellglied kann beispielsweise ein Element enthalten dessen Volumen sich in Abhängigkeit von seiner Temperatur verändert.A valve device is preferably provided, which over the first Oil flow path controls flowing oil flow. This valve device comprises preferably an actuator for temperature-dependent adjustment of a Opening cross-section. The actuator can contain an element, for example whose volume changes depending on its temperature.
Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung im Bereich eines der Endkästen vorgesehen. Die Anbringung der Ventileinrichtung kann derart erfolgen, daß diese ggf. zerstörungsfrei von dem Wärmetauscher entfernt werden kann. Die Ventileinrich tung kann hierbei derart angeordnet werden, daß diese nach außen - oder nach Abnahme eines Anschlußschlauches - freiliegt oder zumindest für ein Werkzeug zugänglich ist.The valve device is preferably provided in the region of one of the end boxes. The valve device can be attached in such a way that this can be removed non-destructively from the heat exchanger. The valve device device can be arranged in such a way that this to the outside - or to Removal of a connecting hose - exposed or at least for a tool is accessible.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist vorzugsweise in Vollaluminiumbauweise gefertigt. Hierdurch wird neben einer erhöhten Druck- und Temperaturbeständigkeit auch eine vereinfachte Wertstofftrennung im Rahmen eines Recyclingvorganges erreicht.The heat exchanger according to the invention is preferably of all-aluminum construction manufactured. In addition to increased pressure and temperature resistance also a simplified separation of recyclables as part of a recycling process reached.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen den Beschreibung, in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:Further advantageous details of the invention result from the following the description in connection with the drawing. Show it:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in Lamellenbauart mit einer innerhalb eines Kühlnetzes ausgebildeten Öl/Wasser/Luft-Wärmetauschstrecke; Figure 1 is a simplified illustration of a first embodiment of a heat exchanger according to the invention lamellae design having an opening formed within a cooling network oil / water / air heat exchange route.
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Wärmetauscher mit integriertem Regelventil zur Steuerung des Ölstromes im Öl-Wärmetauscher; Figure 2 is a simplified illustration of a second embodiment of a heat exchanger with an integrated control valve for controlling the oil flow in the oil heat exchanger.
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Öl/Wasser/Luft-Wärmetauschers bei welchem der Ölwärmetauscher in ei nen Niedertemperaturbereich des Kühlnetzes integriert ist, wobei der Was serzutritt zu dem Niedertemperaturbereich über den Entnahmestrom aus dem Niedertemperaturbereich steuerbar ist; Fig. 3 is a simplified representation of a third embodiment of an oil / water / air heat exchanger in which the oil heat exchanger is integrated in a low-temperature area of the cooling network, the water access to the low-temperature area being controllable via the removal flow from the low-temperature area;
Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Öl/Wasser/Luft-Wärmetauschers bei welchem der Ölwärmetauscher in ei nen Niedertemperaturbereich des Kühlnetzes integriert ist, wobei der Was serzutritt zu dem Niedertemperaturbereich über eine in einen Endkasten in tegrierte Ventileinrichtung steuerbar ist; Fig. 4 is a simplified representation of a third embodiment of an oil / water / air heat exchanger in which the oil heat exchanger is integrated in a low-temperature area of the cooling network, the water access to the low-temperature area being controllable via a valve device integrated into an end box;
Fig. 5a ein Detail-Skizze zur Erläuterung des Aufbaues eines ebenfalls in Lamellenbauweise gefertigten und in den Niedertemperaturbereich inte grierten Ölwärmetauschers; Fig. 5a is a detailed sketch for explaining the structure of an also in lamella construction and inte grated in the low temperature oil heat exchanger;
Fig. 5b eine vereinfachte Ansicht der Einzelheit nach Fig. 5 von unten zu Erläuterung der versetzt angeordneten Querkanäle. Fig. 5b is a simplified view of the detail of FIG. 5 from below to explain the staggered transverse channels.
Der in Fig. 1 gezeigte Wärmetauscher umfaßt eine im Folgenden als Kühlnetz 1 bezeichnete Struktur die sich zwischen einem ersten Wasserendkasten 2 und einem zweiten Wasserendkasten 3 erstreckt. Das Kühlnetz 1 umfaßt Wasser- Wärmetauschkanäle 4a . . . 4h. Über diese Wasser-Wärmetauschkanäle 4a . . . 4h sind die beiden Wasserendkästen 2, 3 miteinander in abgedichteter Weise verbunden.The heat exchanger shown in FIG. 1 comprises a structure, hereinafter referred to as cooling network 1 , which extends between a first water end box 2 and a second water end box 3 . The cooling network 1 includes water heat exchange channels 4 a. , , 4 h. About this water heat exchange channels 4 a. , , For 4 hours, the two water end boxes 2 , 3 are connected to one another in a sealed manner.
Die Wasser-Wärmetauschkanäle 4a . . . 4h sind bei dem vorliegenden Ausführungs beispiel aus einem Aluminiummaterial gefertigt und weisen einen linsenförmigen Innenquerschnitt auf. Zwischen den Wasser-Wärmetauschkanälen 4a . . . 4h sind Kühlrippenelemente 5 vorgesehen zur Vergrößerung der zur Wärmeübertragung an die Umgebungsluft vorgesehenen Werkstoffoberfläche des Kühlnetzes 1. Die Kühlrippenelemente 5 sind ebenfalls aus einem Metallwerkstoff - vorzugsweise einer Aluminiumlegierung - gefertigt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind die Kühlrippenelemente 5 als Faltstruktur ausgebildet.The water heat exchange channels 4 a. , , 4 h are made in the present embodiment, for example, from an aluminum material and have a lenticular internal cross section. Between the water heat exchange channels 4 a. , , 4 h cooling fin elements 5 are provided to enlarge the material surface of the cooling network 1 provided for heat transfer to the ambient air. The cooling fin elements 5 are also made of a metal material - preferably an aluminum alloy. In the embodiment shown here, the cooling fin elements 5 are designed as a folded structure.
Der erste Wasserendkasten 2 ist in seinem in Einbauposition oberen Bereich mit einem Wassereinlaß 6 versehen über welchen das von einer Brennkraftmaschine abgeleitete erhitzte Kühlwasser in den Wasserendkasten 2 gelangt. Der zweite Wasserendkasten 3 ist mit einem Wasserauslaß 7 versehen aus welchem das sich in dem zweiten Wasserendkasten 3 nach Durchströmung der Wasser- Wärmetauschkanäle 4a . . . 4h sammelnde Wasser abgeleitet werden kann.The first water end box 2 is provided in its upper position in the installation position with a water inlet 6 via which the heated cooling water derived from an internal combustion engine reaches the water end box 2 . The second water end box 3 is provided with a water outlet 7 from which is in the second water end box 3 after flowing through the water heat exchange channels 4 a. , , 4 h collecting water can be drained.
In einem, in Einbauposition des Wärmetauschers, unteren Bereich sind in das Kühlnetz 1 mehrere Öl-Wärmetauschkanäle 8a . . . 8d, integriert. Diese Öl- Wärmetauschkanäle 8a . . . 8d sind über einen ersten Öl-Endkasten 9 und einen zweiten Öl-Endkasten 10 in einen Ölkreislauf eingebunden.In one, in the installation position of the heat exchanger, the lower area in the cooling network 1, a plurality of oil heat exchange channels 8 a. , , 8 d, integrated. This oil heat exchange channels 8 a. , , 8 d are integrated into an oil circuit via a first oil end box 9 and a second oil end box 10 .
Die beiden Öl-Endkästen sind bei der hier dargestellten Ausführungsform einstückig mit dem jeweils benachbarten Wasserendkasten 2, 3 ausgebildet, wobei zwischen den benachbarten Endkästen 2, 9 bzw. 3, 10 mediendichte Trennwände 11, 12 ausgebildet sind. Die beiden Öl-Endkästen sind mit Anschlußorganen versehen zur Einbindung des im Zusammenspiel mit den Öl-Endkästen 9, 10 und den Öl- Wärmetauschkanälen 8a . . . 8d gebildeten Ölwärmetauschabschnittes 14 in einen Ölkreislauf. Abweichend von der Anordnung der Anschlußorgane der Wasserend kästen 2, 3 liegt bei den Ölendkästen 9, 10 ein Öleinlaß 15 in vertikaler Richtung unterhalb eines Ölauslasses 16. Hierdurch wird eine Annäherung der Öltemperatur an die Kühlwassertemperatur unterstützt.In the embodiment shown here, the two oil end boxes are formed in one piece with the respectively adjacent water end boxes 2 , 3 , with media-tight partition walls 11 , 12 being formed between the adjacent end boxes 2 , 9 and 3 , 10 , respectively. The two oil end boxes are provided with connecting elements for integrating the in cooperation with the oil end boxes 9 , 10 and the oil heat exchange channels 8 a. , , 8 d formed oil heat exchange section 14 in an oil circuit. Deviating from the arrangement of the connection elements of the water end boxes 2 , 3 , the oil end boxes 9 , 10 have an oil inlet 15 in the vertical direction below an oil outlet 16 . This supports an approximation of the oil temperature to the cooling water temperature.
In dem Kühlnetz 1 ist eine Öl/Wasserwärmetauschstrecke 17 ausgebildet über welche ein Wärmeübergang zwischen Öl und Wasser ermöglicht ist. Die Öl/Wasserwärmetauschstrecke 17 umfaßt wenigstens zwei in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnete Wärmetauschkanäle 4h und 8a. Hierdurch wird es möglich, innerhalb einer Kaltstartphase im Bereich des Kühlnetzes 1 das im Ölkreislauf geführte Öl über das Kühlwasser zu erwärmen. Nach Erwärmung des im Ölkreislauf enthaltenen Öles wird durch diese Wärmetauschstrecke eine zuverläs sige Begrenzung der maximalen Öltemperatur erreicht.An oil / water heat exchange path 17 is formed in the cooling network 1 , via which a heat transfer between oil and water is made possible. The oil / water heat exchange path 17 comprises at least two heat exchange channels 4 h and 8 a arranged in the immediate vicinity. This makes it possible to heat the oil in the oil circuit via the cooling water within a cold start phase in the area of the cooling network 1 . After the oil contained in the oil circuit has warmed up, this heat exchange section reliably limits the maximum oil temperature.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Öl/Wasserwärmetauschstrecke 17 im wesentlichen horizontal zwischen den entsprechenden Endkästen 2, 9 sowie 3, 10 auf Höhe der mediendichten Trenn wände 11, 12. Zwischen den einander benachbarten Öl-Wärmetauschkanälen 8a 8h sind ebenfalls Kühlrippenelemtente 5 vorgesehen. Es ist möglich für die einzelnen Bereiche des Kühlnetzes unterschiedliche Kanalgeometrien sowie unterschiedliche Ausgestaltungen der Kühlrippen 5 vorzusehen.In the embodiment shown here, the oil / water heat exchange path 17 runs essentially horizontally between the corresponding end boxes 2 , 9 and 3 , 10 at the level of the media-tight partition walls 11 , 12 . Cooling fin elements 5 are also provided between the adjacent oil heat exchange channels 8a 8h. It is possible to provide different duct geometries and different configurations of the cooling fins 5 for the individual areas of the cooling network.
Die im Bereich der Öl/Wasserwärmetauschstrecke 17 zwischen den Öl- und Wasserkanälen 8a und 4h vorgesehene Trennwand kann eine im Hinblick auf einen verbesserten Wärmeübergang vorgenommene Profilierung aufweisen.The partition provided in the area of the oil / water heat exchange path 17 between the oil and water channels 8 a and 4 h can have a profiling which is carried out with a view to an improved heat transfer.
Der in Fig. 2 dargestellte Wärmetauscher umfaßt eine Ventileinrichtung 18 über welche die Wärmetauscheigenschaften des Wärmetauschers insbesondere bezüglich des Ölkreislaufes veränderbar sind. Für die nachfolgend nicht näher beschriebenen Einzelheiten gelten die Ausführungen zu dem Wärmetauscher nach Fig. 1 sinngemäß. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird von einer Einfügung der Bezugszeichen der bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen und nicht wiederholt angesprochenen Komponenten abgesehen. The heat exchanger shown in FIG. 2 comprises a valve device 18 by means of which the heat exchange properties of the heat exchanger can be changed, in particular with regard to the oil circuit. The explanations for the heat exchanger according to FIG. 1 apply mutatis mutandis to the details not described in more detail below. For reasons of clarity, the reference numerals of the components which have already been described in connection with FIG. 1 and have not been mentioned repeatedly are not included.
Die bei dem Wärmetauscher nach Fig. 2 vorgesehene Ventileinrichtung 18 ermöglicht eine öltemperaturabhängige Regelung des Ölstromes durch die Öl- Wärmetauschkanäle 8a . . . 8d. Die Ventileinrichtung 18 umfaßt ein Schließorgan 19 über welches ein Durchgangsquerschnitt in einer Trennwand 20 in Abhängigkeit von der Temperatur des Öles im Ölkreislauf veränderbar ist. Der durch das Schließorgan 19 einstellbare Durchgangsquerschnitt ermöglicht eine Ölströmung zwischen einem Öleinlaß 15 und einem Ölauslaß 16a unter zumindest teilweiser Umgehung der in dem Kühlnetz 1 vorgesehenen Wärmetauschkanäle 8a . . . 8d.The valve device 18 provided in the heat exchanger according to FIG. 2 enables oil temperature-dependent regulation of the oil flow through the oil heat exchange channels 8 a. , , 8 d. The valve device 18 comprises a closing member 19 via which a passage cross section in a partition 20 can be changed depending on the temperature of the oil in the oil circuit. The passage cross section that can be adjusted by the closing member 19 enables an oil flow between an oil inlet 15 and an oil outlet 16 a while at least partially bypassing the heat exchange channels 8 a provided in the cooling network 1 . , , 8 d.
Die Betätigung des Schließorganes 19 der Ventileinrichtung 18 erfolgt im vorliegenden Fall über ein Mittel dessen Volumen und/oder Geometrie sich wärmeabhängig ändert, beispielsweise ein in einer Kammer eingeschlossenes Wachs oder ein Bimetallkörper. Die Ventileinrichtung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, daß diese ab einer bestimmten Temperatur von beispielsweise 290K den Durchgangsquerschnitt schließt. Die Ventileinrichtung 18 kann auch als Überdruckventil wirksam sein, zur Vermeidung unzulässig hoher Druckdifferenzen zwischen dem Öleinlaß 15 und dem Ölauslaß 16a.In the present case, the closing element 19 of the valve device 18 is actuated by a means whose volume and / or geometry changes depending on the heat, for example a wax enclosed in a chamber or a bimetallic body. In the present exemplary embodiment, the valve device is designed such that it closes the passage cross section from a certain temperature, for example 290K. The valve device 18 can also be effective as a pressure relief valve, in order to avoid impermissibly high pressure differences between the oil inlet 15 and the oil outlet 16 a.
Bei dem hier gezeigten Beispiel sind sowohl der Öleinlaß 15 als auch der Ölauslaß 16a an dem ersten Öl-Endkasten 9 ausgebildet. Der zweite Ölendkasten 10 dient der Sammlung und Zurückleitung des über die Öl-Wärmetauschkanäle 8a . . . 8d strömenden Öles.In the example shown here, both the oil inlet 15 and the oil outlet 16 a are formed on the first oil end box 9 . The second oil end box 10 is used for the collection and return of the oil heat exchange channels 8 a. , , 8 d pouring oil.
In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform eines Wärmetauschers gezeigt, bei welchem in einen Abschnitt des Kühlnetzes 1 sowohl Öl-Wärmtetauschkanäle 8a' . . . 8d' als auch Wasser-Wärmetauschkanäle 4i . . . 4m angeordnet sind.In Fig. 3, a third embodiment of a heat exchanger is shown, in which both oil-heat exchange channels 8 a 'in a section of the cooling network 1 . , , 8 d 'as well as water heat exchange channels 4 i. , , 4 m are arranged.
Der Abschnitt des Kühlnetzes 1 in welchem sich die Wasser-Wärmetauschkanäle 41 4m erstrecken bildet einen Niedertemperaturbereich 21 des Wärmetauschers. Dieser Niedertemperaturbereich 21 ist mit einem Niedertemperatur- Wasserendkasten 22 versehen der über einen Niedertemperatur-Wasserauslaß 23 in den Kühlmittelkreislauf eingebunden ist. Die Zuleitung des Kühlwassers zu dem Niedertemperatur-Wasserendkasten 22 erfolgt über die Wasser- Wärmetauschkanäle 4i . . . 4m aus einem unteren Bereich des zweiten Wasserend kastens 3'.The section of the cooling network 1 in which the water-heat exchange channels 41 4m extend forms a low-temperature region 21 of the heat exchanger. This low-temperature region 21 is provided with a low-temperature water end box 22 which is integrated into the coolant circuit via a low-temperature water outlet 23 . The supply of the cooling water to the low-temperature water end box 22 takes place via the water heat exchange channels 4 i. , , 4 m from a lower area of the second water box 3 '.
Die Öl-Wärmtetauschkanäle 8a' . . . 8d' sind über Abschlußkammern 24a, 24b zusammengefasst. Diese Abschlußkammern 24a, 24b sind in eine jeweils integrale Endkasteneinheit 2' bzw. 3' integriert.The oil heat exchange channels 8 a '. , , 8 d 'are summarized via end chambers 24 a, 24 b. These final chambers 24 a, 24 b are integrated in an integral end box unit 2 'or 3 '.
Die Abschlußkammern 24a, 24b bilden jeweils eine Trennwandeinrichtung 25a, 25b durch welche der Öl- und der Wasserkreislauf voneinander getrennt sind. In den Trennwandeinrichtungen 25a, 25b sind Durchgangsöffnungen ausgebildet, über welche eine Fluidströmung in bzw. aus den Wärmetauscherkanälen 4i . . . 4m erfolgt. Die Wärmetauscherkanäle 4i . . . 4m ragen in die Abschlußkammern 24a, 24b hinein und unterteilen diese in mehrere Partitionen. 26a . . . 26d sowie 27a . . . 27d. Diese Partitionen 26a . . . 26d sowie 27a . . . 27d sind über Durchgangsöffnungen 28, 29 miteinander verbunden. Die Querschnitte dieser Durchgangsöffnungen 28, 29 sind derart gewählt, daß jeder Öl-Wärmetauschkanal 4i . . . 4m einen vorgegebenen Anteil an der gesamten Ölströmung durch den Niedertemperaturbereich 21 hat. Die Zuströmung des Öls zu den im Niedertemperaturbereich 21 des Wärmetauschers angeordneten Abschlußkammern 24a, 24b erfolgt über einen Öl-Einlaß 15 bzw. über einen Öl-Auslaß 16. Sowohl der Ölstrom als auch der Wasserstrom durch die im Niedertemperaturbereich kombiniert angeordneten Wasser-Wärmetauschkanäle 4i . . . 4m und Öl-Wärmetauschkanäle 8a' . . . 8d' kann über Ventileinrichtungen gesteuert werden. Eine diesbezüglich besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.The final chambers 24 a, 24 b each form a partition device 25 a, 25 b through which the oil and water circuits are separated. In the partition wall devices 25 a, 25 b through openings are formed through which a fluid flow in or out of the heat exchanger channels 4 i. , , 4 m. The heat exchanger channels 4 i. , , 4 m protrude into the final chambers 24 a, 24 b and divide them into several partitions. 26a. , , 26d and 27a. , , 27d. These partitions 26 a. , , 26 d and 27 a. , , 27 d are connected to one another via through openings 28 , 29 . The cross sections of these through openings 28 , 29 are chosen such that each oil heat exchange channel 4 i. , , 4 m has a predetermined proportion of the total oil flow through the low temperature region 21 . The inflow of the oil to the end chambers 24 a, 24 b arranged in the low-temperature region 21 of the heat exchanger takes place via an oil inlet 15 or an oil outlet 16 . Both the oil flow and the water flow through the combined water-heat exchange channels 4 i in the low temperature range. , , 4 m and oil heat exchange channels 8 a '. , , 8 d 'can be controlled via valve devices. A particularly preferred embodiment of the invention in this regard is described below with reference to FIG. 4.
Der in Fig. 4 dargestellte Wärmetauscher entspricht in seinem Aufbau in weiten Zügen dem vorangehend in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Wärmetauscher die Ausführungen hierzu gelten, von den nachfolgend erläuterten Unterschieden abgesehen, sinngemäß.The construction of the heat exchanger shown in FIG. 4 corresponds broadly to the heat exchanger described above in connection with FIG. 3, the explanations for this apply mutatis mutandis, apart from the differences explained below.
Der Wärmetauscher nach Fig. 4 umfaßt eine Ventileinrichtung 30 zur Steuerung eines Fluidstromes durch eine Durchgangsöffnung 31. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel schafft die Durchgangsöffnung 31 eine Verbindung zwischen dem unteren Bereich der Hochtemperaturzone 32 des zweiten Wasserendkastens 3' und einer Niedertemperaturzone 33 des Wärmetauschers. Über diese Nieder temperaturzone 33 erfolgt eine Einspeisung von Kühlwasser in die Niedertempera tur-Wasserwärmetauschkanäle 4i . . . 4m. Der durch diese Kanäle strömende Volumenstrom wird über einen Aktuator 34 gesteuert. Im vorliegenden Beispiel umfaßt der Aktuator einen mit Wachs gefüllten Zylinder der durch das Öl im Bereich der Partitionen 27a, 27b erwärmt wird. Hierdurch wird es möglich, die Kühlwasser strömung durch den Niedertemperaturbereich 21 des Wärmetauschers in Abhängigkeit von der Öltemperatur im Ölkreislauf zu steuern. Der Aktuator kann derart ausgebildet sein, daß die durch diesen veranlaßten Stellbewegungen der Ventileinrichtung 30 einem vorgegebenen Kennfeld Rechnung tragen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die Ventileinrichtung 30 sowie der Aktuator 34 auf einer dem Öleinlaß abgewandten Seite des Niedertemperaturberei ches 21. Hierdurch wird eine Vergleichmäßigung der Öltemperatur in der Umgebung des Aktuators 34 erreicht.The heat exchanger according to FIG. 4 comprises a valve device 30 for controlling a fluid flow through a through opening 31 . In the exemplary embodiment shown here, the passage opening 31 creates a connection between the lower region of the high-temperature zone 32 of the second water end box 3 'and a low-temperature zone 33 of the heat exchanger. Via this low temperature zone 33 , cooling water is fed into the low-temperature water heat exchange channels 4 i. , , 4 m. The volume flow flowing through these channels is controlled by an actuator 34 . In the present example, the actuator comprises a cylinder filled with wax which is heated by the oil in the area of the partitions 27 a, 27 b. This makes it possible to control the cooling water flow through the low temperature region 21 of the heat exchanger depending on the oil temperature in the oil circuit. The actuator can be designed in such a way that the actuating movements of the valve device 30 caused thereby take account of a predetermined characteristic diagram. In the exemplary embodiment shown, the valve device 30 and the actuator 34 are located on a side of the low-temperature region 21 facing away from the oil inlet. As a result, the oil temperature in the vicinity of the actuator 34 is evened out.
Zur Aufheizung des Öles im Ölkreislauf während einer Kaltstartphase ist es möglich, die Hochtemperaturzone des Wärmetauschers termostatgesteuert zu Überbrücken und das von der Brennkraftmaschine zuströmende Kühlwasser im wesentlichen ungekühlt der Niedertemperaturzone 21 zuzuleiten. Eine entspre chende Fluidführung ist durch graue Rasterung in Fig. 4 angedeutet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, im Bereich des zweiten Wasser-Endkastens 3' insbesondere mit unmittelbarem Zugang zur Niedertemperaturzone 33 eine Kühlwassereinspeisemöglichkeit vorzusehen. Bis zur ausreichenden Aufheizung von Kühlwasser und Öl wird vorzugsweise die Wärmeabfuhr an die Umgebung weitgehend unterdrückt. Dies kann erfolgen, indem die Luftströmung durch den Wärmetauscher (In den Fig. 1 bis 4 jeweils angedeutet durch eine Schar schräg gestellter Pfeile) unterbunden wird.To heat the oil in the oil circuit during a cold start phase, it is possible to bridge the high-temperature zone of the heat exchanger in a thermostat-controlled manner and to supply the cooling water flowing from the internal combustion engine to the low-temperature zone 21 essentially uncooled. A corre sponding fluid guidance is indicated by gray grid in Fig. 4. As an alternative to this, it is also possible to provide a cooling water supply facility in the region of the second water end box 3 ', in particular with direct access to the low-temperature zone 33 . The heat dissipation to the environment is preferably largely suppressed until the cooling water and oil have been sufficiently heated. This can be done by stopping the air flow through the heat exchanger (indicated in FIGS. 1 to 4 by a group of diagonally positioned arrows).
In Fig. 5 ist vereinfacht ein Detail eines in Lamellenbauweise gefertigten Quer stromwärmetauschers gezeigt, welcher unmittelbar aneinander angrenzende Fluidwege für separate Medienkreisläufe aufweist. Der hier gezeigte Aufbau eignet sich in besonderem Maße für die Niedertemperaturzone 21 des Wärmetauschers nach den Fig. 2, 3 und 4. In Fig. 5 shows a detail of a fabricated in lamellar construction is simplified cross-flow heat exchanger shown comprising wherein immediately adjacent fluid paths for separate media circuits. The structure shown here is particularly suitable for the low-temperature zone 21 of the heat exchanger according to FIGS. 2, 3 and 4.
In dem gezeigten Ausschnitt sind Öl-Wärmetauschkanäle 8a', 8b', 8c' in unmittelba rer Nachbarschaft zu Wasser-Wärmetauschkanälen 4i, 4j, 4k angeordnet. Diese Kanäle sind durch Blechlamellen gebildet die im Rahmen eines Stanz- Tiefziehvorganges aus einem Aluminiumwerkstoff gefertigt und miteinander über Lötverbindungsstellen verbunden sind.In the section shown, oil heat exchange channels 8 a ', 8 b', 8 c 'are arranged in the immediate vicinity of water heat exchange channels 4 i, 4 j, 4 k. These channels are formed by sheet metal lamellae which are made from an aluminum material in the context of a stamping and deep-drawing process and are connected to one another via soldered connection points.
Zwischen den Wasser- und Öl-Wärmetauschkanälen sind Luft-Wärmetauschkanäle 35a, 35b ausgebildet. In diesen Luft-Wärmetauschkanälen 35a, 35b befinden sich die bereits in Verbindung mit Fig. 1 genannten Kühlrippenelemente 5 zur Verbesse rung des Wärmeüberganges auf die Umgebungsluft.Air heat exchange channels 35 a, 35 b are formed between the water and oil heat exchange channels. In these air-heat exchange channels 35 a, 35 b are the cooling fin elements 5 already mentioned in connection with FIG. 1 for improving the heat transfer to the ambient air.
Die von benachbarten Blechlamellen begrenzten Öl-Wärmetauschkanäle 8a', 8b' und 8c' sind über Querkanäle 36, 37 miteinander verbunden. Die Querkanäle 36, 37 sind durch ineinandergefügte und verlötete Kragenabschnitte 38, 39, 40 gebildet. Die Kragenabschnitte sind durch Tiefziehen und Lochen gebildet. Durch die Querkanäle 36, 37 wird eine Stabilisierung des Wärmetauschers sowie eine gleichmäßige Befüllung der Öl-Wärmetauschkanäle 8a', 8b', 8c' erreicht.The oil heat exchange channels 8 a ', 8 b' and 8 c 'delimited by adjacent sheet metal fins are connected to one another via transverse channels 36 , 37 . The transverse channels 36 , 37 are formed by intermeshed and soldered collar sections 38 , 39 , 40 . The collar sections are formed by deep drawing and punching. The cross channels 36 , 37 stabilize the heat exchanger and evenly fill the oil heat exchange channels 8 a ', 8 b', 8 c '.
Die Querkanäle 36, 37 können entlang der Lamellen versetzt angeordnet sein wie dies in Fig. 5b angedeutet dargestellt ist. Hierdurch wird neben einer weiteren Stabilisierung des Wärmetauschers auch eine Steigerung des Wärmetauschver mögens erreicht, da durch den Versatz der Querkanäle Turbulenzen innerhalb der Wasser-Wärmetauschkanäle 41, 4j, 4k verursacht werden.The transverse channels 36 , 37 can be arranged offset along the lamellae, as shown in FIG. 5b. As a result, in addition to further stabilizing the heat exchanger, an increase in the heat exchange capacity is achieved, since turbulence within the water heat exchange channels 41 , 4 j, 4 k is caused by the offset of the transverse channels.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele beschränkt. Die Maßnahmen, in dem Kühlnetz Wasser- Wärmetauschkanäle mit Öl-Wärmetauschkanälen zu kombinieren, die Öl- Wärmetauschkanäle in einen Niedertemperaturbereich des Kühlnetzes zu integrieren, und insbesondere das Öl im Bereich des Kühlnetzes durch benach barte Wasser-Wärmetauschkanäle aufzuheizen, können unabhängig davon, daß sie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen teilweise kombiniert vorgesehen sind auch als eigenständige Erfindungskomplexe angesehen werden. Dies gilt auch für die beschriebenen Ventileinrichtungen insbesondere deren Anordnung in dem Endkasten des Wärmetauschers. Unter Kühlwasser sind im vorliegenden Fall insbesondere Motor-Kühlfluide unter Einschluß weitgehend frostbeständiger oder siedeverzögerter Medien sowie Mischfluide zu verstehen.The present invention is not based on the previously described embodiment limited examples. The measures in the cooling network water Combine heat exchange channels with oil heat exchange channels, the oil Heat exchange channels in a low temperature area of the cooling network integrate, and in particular the oil in the cooling network through cont Beard water heat exchange channels can heat regardless of that they are partially combined in the described embodiments are also to be regarded as independent invention complexes. this is also valid for the valve devices described, in particular their arrangement in the End box of the heat exchanger. Under cooling water are in the present case especially engine cooling fluids including largely frost-resistant or to understand boiled media and mixed fluids.
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