DE102004033704A1

DE102004033704A1 - Charge air cooler for internal combustion engine with two-stage charging has at least one of the coolers constructed in tubular form, whereby tube in longitudinal direction is divided into first and second chamber

Info

Publication number: DE102004033704A1
Application number: DE102004033704A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hollweck; Martin Schallenberg
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: DE102004033704B4

Abstract

The charge air cooler is for an internal combustion engine with two-stage charging with at least one of the charge air coolers (8,9) constructed in tubular form, whereby the tube in its longitudinal direction is divided into at least one first chamber, through which flows charge air, and at least one second chamber through which flows cooling medium via an inflow opening and an outflow opening. The first chamber and the second chamber are separated by a partition which has a high thermal conductivity. An independent claim is included for a use for the system which is for an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler für eine 2-stufig aufgeladene Brennkraftmaschine.The The invention relates to a charge air cooler for a two-stage charged Internal combustion engine.

Eine derartige Brennkraftmaschine, wie sie z.B. aus der DE 19961610 A1 bekannt ist, weist häufig einen nach der ersten Verdichterstufe angeordneten Ladeluftkühler als Zwischenkühler auf, dessen Aufgabe darin besteht, das Temperaturniveau der Ladeluft bereits nach der Niederdruckstufe zu senken, um so den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu erhöhen und die Abgasemission zu reduzieren. Ein weiterer Ladeluftkühler ist üblicherweise nach dem Hochdruckverdichter angeordnet. Offen bleibt, wie die Ladeluftkühler nach der DE 19961610 ausgebildet sind.Such an internal combustion engine, as for example from the DE 19961610 A1 is known, often has a arranged after the first compressor charge air cooler as an intercooler whose job is to lower the temperature level of the charge air already after the low pressure stage, so as to increase the efficiency of the internal combustion engine and reduce exhaust emissions. Another intercooler is usually arranged after the high pressure compressor. Remains open as the intercooler after the DE 19961610 are formed.

Bei in Fahrzeugen angeordneten Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art kommt zu dem Problem der notwendigen effizienten Kühlung der Ladeluft das Problem, dass der in den verfügbaren Einbauräumen gegebene Platz äußerst gering bemessen ist. Weiter ist es für einen optimalen Durchsatz an Ladeluft zwingend, der Ladeluft strömungstechnisch einen möglichst geringen Widerstand entgegenzusetzen.at In vehicles arranged internal combustion engines of the aforementioned Kind comes to the problem of the necessary efficient cooling of the Charge the problem that the given in the available installation space Space extremely small is. Next it is for an optimal throughput of charge air compelling, the charge air fluidly one possible to oppose low resistance.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Ladeluftkühler anzugeben, der für eine effiziente Kühlung der Ladeluft sorgt, den beengten Raumverhältnissen, insbesondere zwischen Niederdruck- und Hochdruckverdichter Rechnung trägt und der Ladeluft einen möglichst geringen Strömungswiderstand entgegen setzt. Weiter gehört es zur Aufgabe der Erfindung den Ladeluftkühler so zu verwenden, dass er gleichzeitig die Funktion einer Hitzeabschirmung übernimmt.It It is therefore an object of the invention to provide a charge air cooler, which for efficient cooling of the Charge air ensures the cramped space, especially between Low-pressure and high-pressure compressor takes into account and the charge air as possible low flow resistance puts. Next heard It is an object of the invention to use the intercooler so that he also takes over the function of a heat shield.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers als Wärmeabschirmung ist in Anspruch 26 gekennzeichnet.The The object is achieved by an arrangement according to the characterizing part of the claim 1 solved, advantageous Embodiments can be found in the subclaims. The use of the charge air cooler according to the invention as heat shield is characterized in claim 26.

Durch die röhrenförmige Ausführung lässt sich der Ladeluftkühler optimal in den Strömungsweg der Ladeluft integrieren und erlaubt es, durch eine gute Wärmeleitfähigkeit der Trennwand zwischen der ersten von der Ladeluft durchströmten Kammer und der zweiten von dem Kühlmedium durchströmten Kammer, eine effiziente Kühlwirkung auf die Ladeluft auszuüben, ohne dieser einen nennenswerten Strömungswiderstand entgegenzusetzen. Vorteilhaft verstärkt wird die Kühlwirkung durch eine großflächigen Ausführung der Trennwand.By the tubular design can be the intercooler optimally in the flow path of the Integrate charge air and allows it, through a good thermal conductivity the partition between the first through-flow of the charge air chamber and the second of the cooling medium flowed through chamber, an efficient cooling effect to exercise on the charge air, without oppose to this a significant flow resistance. Advantageously reinforced becomes the cooling effect by a large-scale execution of the Partition wall.

Weitere Optimierungen der Kühlwirkung lassen sich durch die Wahl des für die jeweiligen Platzverhältnisse vorteilhaftesten Kühlprinzips erreichen, so können Kühlmedium und Ladeluft, je nach Notwendigkeit, die Anordnung im Gleichstrom, Gegenstrom oder Querstrom durchströmen.Further Optimizing the cooling effect let by the choice of for the respective space conditions most advantageous cooling principle achieve, so can cooling medium and charge air, as needed, the arrangement in direct current, Flow through countercurrent or crossflow.

Eine weitere vorteilhafte Verstärkung der Kühlwirkung wird durch die möglichst großflächige Ausbildung der Oberfläche der Trennwand zwischen der ersten von der Ladeluft durchströmten Kammer und der zweiten von dem Kühlmedium durchströmten Kammer erreicht. So kann die Trennwand eine Profilierung aufweisen, vorteilhaft wellenförmig ausgeführt sein und/oder Rippen tragen und/oder mit einer Makrostruktur versehen sein. Alle diese Maßnahmen vergrößern die Oberfläche, über die Wärme von der Ladeluft auf das Kühlmedium übertragen wird.A further advantageous reinforcement the cooling effect is through the possible large-scale training the surface the partition between the first through-flow of the charge air chamber and the second of the cooling medium perfused Chamber reached. So the partition can have a profiling, advantageously wavy accomplished his and / or wear ribs and / or provided with a macrostructure be. All these measures enlarge the Surface over the Heat from the Transfer charge air to the coolant becomes.

Eine fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung ist durch die Ausführung als Metallgussteil möglich, weil die Trennwand dann ohnehin eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und bei formtechnisch geringem Aufwand die Ausbildung einer Wellenform sowie die Ausbildung von Rippen unschwer möglich ist. Weiter lässt sich durch diese Fertigungsmethode eine die Oberfläche vergrößernde Makrostruktur unschwer gießtechnisch erzeugen.A manufacturing technology simple and cost-effective implementation of the inventive arrangement is through the execution as metal casting possible, because the partition then anyway has a high thermal conductivity, and in terms of shape technology little effort the formation of a waveform and training from ribs easily possible is. Let go This method of production produces a macrostructure that enlarges the surface not difficult casting technique produce.

Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler ist besonders geeignet, als Zwischenkühler zwischen der ersten und der zweiten Verdichterstufe. Die Integration des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers in den Strömungsweg der Ladeluft erfolgt vorteilhaft über Flanschverbindungen.Of the is charge air cooler according to the invention particularly suitable as an intercooler between the first and the second compressor stage. The integration of the intercooler according to the invention in the flow path the charge air is advantageously via flange connections.

Für die Anbindung der erfindungsgemäßen Anordnung an ein Kühlsystem sind entsprechende Zu- und Abströmöffnungen, die mit dem Kühlsystem der Brennkraftmaschine oder mit einem eigenen Kühlsystem verbunden sein können, vorgesehen. Ist der Ladeluftkühler in das bestehende Kühlsystem der Brennkraftmaschine integriert, kann dies in Reihe zu diesem oder parallel zu diesem realisiert sein.For the connection the inventive arrangement to a cooling system are corresponding inlet and outlet openings, the with the cooling system of Internal combustion engine or can be connected to its own cooling system provided. Is the intercooler in the existing cooling system integrated with the internal combustion engine, this can be done in series with this or be realized in parallel to this.

Weiter ist es vorteilhaft, die das Kühlmedium führende Kammer so auszubilden, dass zwei Züge entstehen, welche die Kammer mit der Ladeluft einschließen. Diese Züge können, je nach Platzverhältnissen und erwünschter Kühlwirkung, im Gleichstrom, Gegenstrom oder Umkehrstrom vom Kühlmedium durchströmt werden.Further it is advantageous, the cooling medium leading chamber train so that two trains emerge, which enclose the chamber with the charge air. These trains can, ever according to space and more desirable Cooling effect in cocurrent, countercurrent or reverse flow from the cooling medium flows through become.

In weiterer Verbesserung der Kühlwirkung der Anordnung besteht die Möglichkeit, bei den Teilen der Wandung der ersten die Ladeluft führenden Kammer, die von der zweiten von der Kühlflüssigkeit durchströmten Kammer abgewandt sind, also den Teilen der Wandung der ersten Kammer, die nicht zur Trennwand zwischen erster und zweiter Kammer gehören, diese so auszubilden, dass sie eine möglichst große Oberfläche aufweisen. Durch diese Maßnahme lässt sich in vorteilhafter Weise auch über diese Oberfläche Wärme von der Ladeluft an die Umgebung abführen. Eine Vergrößerung der Oberfläche der die Wärme abführenden Wandung ist durch Profilierung, wellenförmige Ausbildung, Kühlrippen bzw. die Oberfläche vergrößernde Makrostrukturen in vorteilhafter Weise erreichbar.In a further improvement of the cooling effect of the arrangement, it is possible in the parts of the wall of the first charge air leading chamber, which are remote from the second chamber through which the cooling liquid, ie the parts of the wall of the first chamber, not for Partition wall between the first and second chamber belong, this form so that they have the largest possible surface. As a result of this measure, heat can also be dissipated from the charge air to the environment via this surface in an advantageous manner. An enlargement of the surface of the heat-dissipating wall can be achieved in an advantageous manner by profiling, wave-shaped formation, cooling fins or surface enlarging macrostructures.

Um die Kühlwirkung der zweiten von dem Kühlmedium durchströmten Kammer auf die erste die Ladeluft führende Kammer zu konzentrieren, ist es von Vorteil, die Teile der Wand der zweiten Kammer, die nicht zur Trennwand gehören, glattflächig auszuführen. Durch diese Maßnahme wird, auch bei benachbarten heißen Komponenten der Brennkraftmaschine, die Kühlwirkung auf die Ladeluft nicht nennenswert beeinträchtigt.Around the cooling effect the second of the cooling medium perfused Chamber to focus on the first charge air leading chamber it is advantageous to have the parts of the wall of the second chamber, which are not belong to the partition, smooth surface to perform. By This measure will, even in neighboring hot Components of the internal combustion engine, the cooling effect on the charge air not appreciably affected.

Wegen des geringen verfügbaren Bauraums bei in Fahrzeugen eingebauten Brennkraftmaschinen ist es weiter von Vorteil, den erfindungsgemäßen Ladeluftkühler so auszugestalten, dass er eine flache Bauform aufweist und damit so einbaubar ist, dass er das von der Brennkraftmaschine eingenommene Volumen nicht nennenswert vergrößert.Because of of the low available It is installation space for internal combustion engines installed in vehicles further advantageous to design the charge air cooler according to the invention in such a way that it has a flat design and is thus installable, that he does not the volume occupied by the internal combustion engine significantly increased.

Eine vorteilhafte Verwendung des Ladeluftkühler besteht darin, ihn in der Brennkraftmaschine so anzuordnen, dass er mit seiner zweiten von dem Kühlmedium durchflossenen Kammer heißen Komponenten der Brennkraftmaschine benachbart ist und diese abdeckt. Durch diese Verwendung wird gemeinsam und gleichzeitig mit der Ladeluftkühlung eine Hitzeabschirmung heißer Komponenten der Brennkraftmaschine, wie z. B. Abgasrohren oder Turbinen von Turboladern erreicht.A advantageous use of the intercooler is to put him in the internal combustion engine so that he with his second from the cooling medium hot chamber called Components of the internal combustion engine is adjacent and this covers. By this use is common and simultaneously with the intercooler one Heat shield hotter Components of the internal combustion engine, such as. As exhaust pipes or turbines reached by turbochargers.

Beispiel der Erfindungsgemäßen Anordnung sind nachfolgend unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:example the inventive arrangement are to be explained in more detail below with the aid of the drawings, in which:

1 Eine Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit 2-stufiger Aufladung 1 A schematic diagram of an internal combustion engine with 2-stage charging

2 Eine Beispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in Draufsicht 2 An example of the arrangement according to the invention in plan view

3 Einen Schnitt durch die in 2 gezeigten Anordnung mit unterschiedlich ausgebildeten Trennwänden 3 A cut through the in 2 shown arrangement with differently shaped partitions

4a–4d Prinzipdarstellungen von Strömungsvarianten der erfindungsgemäßen Anordnung 4a - 4d Schematic representations of flow variants of the arrangement according to the invention

5 Einen Schnitt durch einen Ladeluftkühler mit zwei unterschiedlichen Kühlungsarten der Ladeluft 5 A section through a charge air cooler with two different types of cooling the charge air

6 Einen Schnitt durch einen Ladeluftkühler der als Abschirmung in einer Brennkraftmaschine verwendet ist 6 A section through a charge air cooler which is used as a shield in an internal combustion engine

Die in Prinzipdarstellung in 1 gezeigte Brennkraftmaschine 1 weist einen über Abgaskrümmer 2 an die Brennräume 3 des Motorblocks 4 angeschlossenes Abgassammelrohr 5 auf, das die Verbrennungsgase über das Turbinenrad 6' der Hochdruckverdichterstufe 6 und das Turbinenrad 7' der Niederdruckverdichterstufe 7 führt und über diese den Verdichter 6'' der Hochdruckverdichterstufe 6 und den Verdichter 7'' der Niederdruckverdichterstufe 7 antreibt. Die Ladeluft wird vom Verdichter 7'' der Niederdruckverdichterstufe 7 über einen Luftfilter (nicht dargestellt) angesaugt, verdichtet und gelangt dann über einen Zwischenkühler 8 in den Verdichter 6'' der Hochdruckverdichterstufe 6. Dort erfolgt die zweite Verdichtung der Ladeluft, die dann über einen weiteren Ladeluftkühler 9 in das Ansaugrohr 10 der Brennkraftmaschine 1 bzw. über die Ansaugkrümmer 11 in die Brennräume 3 des Motorblocks 4 gelangt. Die Aufgabe des Zwischenkühlers 8 und des Ladeluftkühlers 9 besteht darin, die durch den Verdichtungsvorgang erwärmte Ladeluft zur Optimierung des Wirkungsgrades möglichst wirkungsvoll abzukühlen, ohne den Luftdurchsatz negativ zu beeinflussen.The in principle representation in 1 shown internal combustion engine 1 has an exhaust manifold 2 to the combustion chambers 3 of the engine block 4 connected exhaust manifold 5 on that the combustion gases through the turbine wheel 6 ' the high pressure compressor stage 6 and the turbine wheel 7 ' the low pressure compressor stage 7 leads and over this the compressor 6 '' the high pressure compressor stage 6 and the compressor 7 '' the low pressure compressor stage 7 drives. The charge air is from the compressor 7 '' the low pressure compressor stage 7 sucked through an air filter (not shown), compressed and then passes through an intercooler 8th in the compressor 6 '' the high pressure compressor stage 6 , There, the second compression of the charge air takes place, which then via another intercooler 9 in the intake pipe 10 the internal combustion engine 1 or via the intake manifold 11 in the combustion chambers 3 of the engine block 4 arrives. The job of the intercooler 8th and the intercooler 9 is to cool the charge air heated by the compression process to optimize the efficiency as effectively as possible, without negatively affecting the air flow.

Um dies zu erreichen, ist der Zwischenkühler erfindungsgemäß rohrförmig ausgebildet, wie dies die 2 zeigt, um den vorhandenen Bauraum, der insbesondere bei in Fahrzeuge eingebauten Brennkraftmaschinen sehr eng bemessen ist, optimal zu nutzen. Gemäß der Darstellung in 2 verbindet der Zwischenkühler 8 über jeweils eine Flanschverbindung 12, 12' den Ladeluftausgang des Niederdruckverdichters 7'' mit dem Ladelufteingang des Hochdruckverdichters 6''. Um eine effiziente Kühlwirkung auf die vom Niederdruckverdichter 7'' zum Hochdruckverdichter 6'' strömende Ladeluft auszuüben, ist der Zwischenkühler 8 in zwei Kammerbereiche aufgeteilt, von denen der eine, wie bereits ausgeführt, die Verbindung zwischen Niederdruckverdichter 7'' und Hochdruckverdichter 6'' herstellt, also von der Ladeluft durchströmt ist und der andere Bereich von einem Kühlmedium durchströmt ist. In dem vom Kühlmedium durchströmten Bereich sind eine Zuströmöffnung 13 und eine Abströmöffnung 14 angeordnet, die z. B. als Schraubverbindung oder als Schlauchanschlussstutzen ausgebildet sein können. Um die Oberfläche der Trennwand zwischen der die Ladeluft führenden Kammer und der das Kühlmedium führenden Kammer zu vergrößern, ist eine entsprechende Ausgestaltung der Trennwand bzw. der Trennwände dieser Kammern vorgesehen, in 2 ist dies durch dünne Linien angedeutet. Beispiele für die Ausgestaltung der besagten Trennwände und die Anordnung der Kammern zueinander sind in 3 dargestellt, die einen Schnitt entlag der in 2 mit A-A bezeichneten Linie zeigt.To achieve this, the intercooler according to the invention is tubular, like the 2 shows to optimally use the existing space, which is very narrow especially in built-in vehicles internal combustion engine. As shown in 2 connects the intercooler 8th each with a flange connection 12 . 12 ' the charge air outlet of the low-pressure compressor 7 '' with the charge air inlet of the high pressure compressor 6 '' , To have an efficient cooling effect on those from the low pressure compressor 7 '' to the high pressure compressor 6 '' exhaling charge air is the intercooler 8th divided into two chamber areas, one of which, as already stated, the connection between low-pressure compressor 7 '' and high pressure compressor 6 '' produces, so flows through the charge air and the other area is flowed through by a cooling medium. In the area flowed through by the cooling medium are an inflow opening 13 and a discharge opening 14 arranged, the z. B. can be configured as a screw or hose connection. In order to increase the surface of the partition wall between the charge air leading chamber and the cooling medium leading chamber, a corresponding configuration of the partition or the partitions of these chambers is provided in 2 this is indicated by thin lines. Examples of the configuration of said partitions and the arrangement of the chambers to each other are in 3 shown, which entl cut the in 2 With AA designated line shows.

Aus darstellungsökonomischen Gründen wurden in 3 zwei durch die strichpunktierte Linie getrennte unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten der Trennwände zusammengefasst, dies kann auch in der Praxis so ausgeführt sein, aber selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Trennwände gleich auszuführen.For illustration economic reasons were in 3 summarized by the dash-dotted line different design options of the partitions, this may also be carried out in practice, but of course there is also the possibility to execute the partitions the same.

In dem linken Teil der Darstellung in 3 ist erkennbar, dass der Zwischenkühler 8 eine erste von der Ladeluft durchströmte Kammer 15 und eine zweite von dem Kühlmedium durchströmte Kammer 16 aufweist. Die Trennwand 17 zwischen der ersten Kammer 15 und der zweiten Kammer 16 weist auf der der ersten Kammer 15 zugewandten Seite Rippen 18 auf, die parallel zur Strömungsrichtung der die erste Kammer 15 durchströmenden Ladeluft angeordnet sind. Durch die so vergrößern Oberfläche der Trennwand 17 wird die Wärme der Ladeluft besser durch diese aufgenommen und an das in der zweiten Kammer 16 zirkulierende Kühlmedium abgegeben. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, die Rippen 18 auch auf der dem Kühlmedium zugewandten Seite der Trennwand 17 oder nur auf dieser Seite vorzusehen. Wie die Anordnung in der Praxis ausgeführt wird, ist eine Frage der zu übertragenden Wärmemenge und damit der Auslegung der Anordnung. Diese Auslegung wiederum ist dem Fachmann geläufig.In the left part of the illustration in 3 it can be seen that the intercooler 8th a first chamber through which the charge air flows 15 and a second chamber through which the cooling medium flows 16 having. The partition 17 between the first chamber 15 and the second chamber 16 points to the first chamber 15 facing side ribs 18 on, parallel to the flow direction of the first chamber 15 flowing charge air are arranged. By the so enlarge surface of the partition 17 the heat of the charge air is absorbed better by this and in the second chamber 16 delivered circulating cooling medium. Of course there is the possibility of the ribs 18 also on the cooling medium side facing the partition 17 or only on this page. As the arrangement is carried out in practice, is a question of the amount of heat to be transmitted and thus the design of the arrangement. This design, in turn, is familiar to the person skilled in the art.

Eine andere Möglichkeit der Ausgestaltung der Trennwände ist im rechten Teil der Darstellung gemäß 3 gezeigt. Die die Ladeluft führende erste Kammer 15 ist dort durch eine wellenförmige Trennwand 17' von der das Kühlmedium führenden zweiten Kammer 16' getrennt, wobei die Wellenberge bzw. Wellentäler parallel zur Strömungsrichtung der Ladeluft verlaufen, so dass der Ladeluftdurchsatz nicht behindert wird.Another possibility of the design of the partitions is in the right part of the illustration according to 3 shown. The charge air leading first chamber 15 is there by a wavy partition 17 ' from the second chamber leading to the cooling medium 16 ' separated, wherein the wave crests or wave troughs are parallel to the flow direction of the charge air, so that the charge air flow rate is not hindered.

Betrachtet man die 3 als ganzes, ist eine von der Ausgestaltung der Trennwände unabhängige Möglichkeit der Verbesserung der Kühlwirkung dargestellt. Zur Optimierung der Kühlwirkung ist die erste die Ladeluft führende Kammer 15 durch die zweite das Kühlmedium führende Kammer 16, 16' weitgehend umschlossen. Es bietet sich dabei an, die zweite Kammer 16, 16' 2-zügig auszuführen, derart, dass die erste Kammer 15 zwischen den beiden Zügen der zweiten Kammer 16, 16' liegt. In einem solchen Fall kann es zur Realisierung bestimmter Strömungsverhältnisse, auf die nachfolgend in Verbindung mit den 4a bis 4d eingegangen wird, notwendig sein, eine oder mehrere Überströmöffnungen 19 vorzusehen, die eine Verbindung zwischen den beiden Zügen der 2-zügig ausgebildeten Kammer 16, 16' schaffen.Looking at the 3 as a whole, an independent of the design of the partitions possibility of improving the cooling effect is shown. To optimize the cooling effect, the first is the charge air leading chamber 15 through the second chamber carrying the cooling medium 16 . 16 ' largely enclosed. It makes sense, the second chamber 16 . 16 ' 2-speed to execute, such that the first chamber 15 between the two moves of the second chamber 16 . 16 ' lies. In such a case, it can be used for the realization of certain flow conditions, to which below in connection with the 4a to 4d will be necessary, one or more overflow 19 provide a connection between the two trains of the 2-speed chamber 16 . 16 ' create.

Um die Kühlwirkung der Anordnung nach den 2 und 3 weiter zu verbessern, besteht die Möglichkeit, die vorstehend beschriebene Trennwand 17, 17' mit einer Makrostruktur zu versehen, um die zur Kühlung verfügbare Fläche zu vergrößern. Unter einer Makrostruktur wird dabei eine Vielzahl von Erhebungen bzw. Vertiefungen verstanden, die, gleichmäßig oder dem Zufallsprinzip folgend, über die Trennwand 17, 17' verteilt sind.To the cooling effect of the arrangement after the 2 and 3 To further improve, there is the possibility of the partition described above 17 . 17 ' with a macrostructure to increase the area available for cooling. In this case, a macrostructure is understood to mean a multiplicity of elevations or depressions which, uniformly or in a random manner, cross the dividing wall 17 . 17 ' are distributed.

Die 4a bis 4d zeigen jeweils in stark vereinfachter Darstellung einen Längsschnitt, durch einen Zwischenkühler für die Ladeluft, wobei unter einem Längsschnitt ein Schnitt parallel zur Strömungsrichtung der Ladeluft verstanden werden soll. Es wird nachfolgend in Verbindung mit diesen Beispielen aufgezeigt, dass zahlreiche Durchströmungsvarianten in Verbindung mit einem solchen Zwischenkühler realisierbar sind. Bei den Beispielen nach den 4a bis 4d ist dabei gleichermaßen angenommen, dass die durch den Verdichtungsvorgang erwärmte Ladeluft den über die Flanschverbindung 12 an den Niederdruckverdichter und über die Flanschverbindung 12' an den Hochdruckverdichter angeflanschten Zwischenkühler, bzw. dessen erste Kammer 15, in Richtung des Pfeils, also in der Zeichnung von oben nach unten, durchströmt. Für die das Kühlmedium führende zweite Kammer 16, 16' ist angenommen, dass diese 2-zügig ausgeführt ist, das der zweiten Kammer 16, 16' zugeführte Kühlmedium entstammt einem nicht dargestellten Kühlsystem.The 4a to 4d each show in a highly simplified representation of a longitudinal section through an intercooler for the charge air, wherein a longitudinal section is to be understood a section parallel to the flow direction of the charge air. It will be shown below in connection with these examples that numerous flow-through variants can be realized in conjunction with such an intercooler. In the examples according to the 4a to 4d It is equally assumed that the charge air heated by the compression process over the flange 12 to the low-pressure compressor and via the flange connection 12 ' to the high-pressure compressor flanged intercooler, or its first chamber 15 , in the direction of the arrow, that in the drawing from top to bottom, flows through. For the second chamber leading to the cooling medium 16 . 16 ' it is assumed that this is 2-speed, that of the second chamber 16 . 16 ' supplied cooling medium comes from a cooling system, not shown.

Die Variante gemäß 4a zeigt die Durchströmung des Zwischenkühlers nach dem Gleichstromprinzip. Über die Zuströmöffnungen 13, 13' strömt das Kühlmedium nahe der Flanschverbindung 12 in die beiden Züge der zweiten Kammer 16, 16'. In dieser Kammer ist die Strömungsrichtung gleich der der Ladeluft in der ersten Kammer 15, der Wärmeaustausch von der Ladeluft auf das Kühlmedium erfolgt über die trennenden Zwischenwände die die erste Kammer 15 von der zweiten Kammer 16, 16' trennen. Das erwärmte Kühlmedium gelangt über die Abströmöffnungen 14 und 14' in den Kühlkreislauf zurück.The variant according to 4a shows the flow through the intercooler on the DC principle. About the inflow openings 13 . 13 ' the cooling medium flows close to the flange connection 12 in the two moves of the second chamber 16 . 16 ' , In this chamber, the flow direction is equal to the charge air in the first chamber 15 , the heat exchange from the charge air to the cooling medium via the separating partitions which the first chamber 15 from the second chamber 16 . 16 ' separate. The heated cooling medium passes over the outflow openings 14 and 14 ' back to the cooling circuit.

Eine nach dem Gegenstromprinzip arbeitende Anordnung zeigt 4b. Hier strömt das Kühlmedium nahe der Flanschverbindung 12', die dem Hochdruckverdichter benachbart ist, in die zweite Kammer 16, 16' und durchströmt diese entgegen der Strömungsrichtung der Ladeluft in der ersten Kammer 15. Über die Abströmöffnungen 14, 14' gelangt das Kühlmedium nahe der zum Niederdruckverdichter benachbarten Flanschverbindung 12 in den Kühlkreislauf zurück.An operating according to the countercurrent principle arrangement shows 4b , Here, the cooling medium flows near the flange connection 12 ' , which is adjacent to the high-pressure compressor, into the second chamber 16 . 16 ' and flows through these counter to the flow direction of the charge air in the first chamber 15 , About the outflow openings 14 . 14 ' the cooling medium passes close to the adjacent to the low pressure compressor flange connection 12 back to the cooling circuit.

Die in 4c gezeigte Querstromvariante stellt eine weitere Möglichkeit der Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung dar. Über eine Zuströmöffnung 13 gelangt das Kühlmedium nahe der Flanschverbindung 12 in den ersten Zug 16 der zweiten Kammer 16, 16'. Wie in Verbindung mit 3 bereits beschrieben, sind zwischen dem ersten Zug 16 und dem zweiten Zug 16' der zweiten Kammer 16, 16' Überströmöffnungen 19 vorgesehen (in 4c durch die mit 19 bezeichneten Pfeile symbolisiert), so dass das Kühlmedium die Anordnung auf dem Weg von der Zuführöffnung 13 zu der Abströmöffnung 14, die der Flanschverbindung 12' benachbart ist, quer zur Strömungsrichtung der Ladeluft durchströmt. Die Überströmöffnungen sind dabei so ausgebildet, dass sie die Hauptkühlwirkung entfaltenIn the 4c shown cross-flow variant represents another possibility of realization of the arrangement according to the invention. Via an inflow opening 13 the cooling medium reaches near the flange 12 in the first train 16 the second chamber 16 . 16 ' , As in connection with 3 already described, are between the first move 16 and the second train 16 ' the second chamber 16 . 16 ' overflow 19 provided (in 4c through the with 19 symbolized arrows), so that the cooling medium, the arrangement on the way from the feed opening 13 to the discharge opening 14 , the flange connection 12 ' is adjacent, flows transversely to the flow direction of the charge air. The overflow openings are designed so that they develop the main cooling effect

In 4d schließlich ist eine nach dem Umkehrstromprinzip arbeitende Variante dargestellt. Auch hier strömt das Kühlmedium dem ersten Zug 16 der zweiten Kammer 16, 16' nahe der Flanschverbindung 12 über eine Zuströmöffnung 13 zu. Abweichend zu der Anordnung nach 4c ist hier nur eine Überströmöffnung 19 nahe der Flanschverbindung 12', also auf der von der Zuströmöffnung 13 abgewandten Seite der Anordnung vorgesehen, so dass das Kühlmedium in dem ersten Zug 16 die gleiche Strömungsrichtung aufweist wie die Ladeluft in der Kammer 15. Am Ende der Anordnung, also in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Flanschverbindung 12', strömt das Kühlmedium durch die Überströmöffnung 19 in den zweiten Zug 16' der zweiten Kammer 16, 16' und in dieser, entgegen der Strömungsrichtung der Ladeluft in der Kammer 15, zu der Abströmöffnung 14, die der Flanschverbindung 12 benachbart gegenüber der Zuströmöffnung 13 angeordnet ist.In 4d Finally, a working on the reverse flow principle variant is shown. Again, the cooling medium flows the first train 16 the second chamber 16 . 16 ' near the flange connection 12 via an inflow opening 13 to. Notwithstanding the arrangement according to 4c Here is just an overflow 19 near the flange connection 12 ' , so on the of the inflow opening 13 provided on the opposite side of the arrangement, so that the cooling medium in the first train 16 the same flow direction as the charge air in the chamber 15 , At the end of the arrangement, ie in the immediate vicinity of the flange connection 12 ' , the cooling medium flows through the overflow 19 in the second train 16 ' the second chamber 16 . 16 ' and in this, contrary to the flow direction of the charge air in the chamber 15 , to the discharge opening 14 , the flange connection 12 adjacent to the inflow opening 13 is arranged.

Selbstverständlich lassen sich zahlreiche Abwandlungen der vorstehenden Durchströmungsvarianten denken, die der Fachmann aus dem Vorstehenden unschwer ableiten kann.Of course, let numerous modifications of the above flow-through variants think that the expert from the above easily derive can.

Gleichfalls kann die Anordnung dahingehend abgewandelt sein, dass die erste von der Ladeluft durchströmte Kammer in mehrere parallele Kammern aufgeteilt ist. Ebenso besteht für die zweite, vom Kühlmedium durchströmte Kammer die Möglichkeit, nicht nur einen oder zwei, sondern auch mehrere Züge vorzusehen.Likewise the arrangement may be modified so that the first flowed through by the charge air Chamber is divided into several parallel chambers. Likewise exists for the second, from the cooling medium flowed through Chamber the possibility not only one or two, but also provide several trains.

Eine besonders preisgünstige Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch erreichbar, dass die in den 2 und 3 gezeigte Anordnung auf gießtechnischem Wege aus Metall, z. B. Aluminium oder Gusseisen, gefertigt wird. Beide Materialien weisen zwar eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit auf, die von Aluminium ist erheblich höher als die von Gusseisen, dennoch ist auch Gusseisen als prinzipiell geeignet anzusehen. Bei der Ausführung als Metallgussteil lässt sich die Trennwand, die die Ladeluft führende Kammer von der das Kühlmedium führenden Kammer trennt, formtechnisch einfach wellenförmig ausbilden und/oder mit Rippen und/oder einer Makrostruktur versehen, wodurch die zur Kühlung der Ladeluft verfügbare Oberfläche erheblich vergrößert wird.A particularly inexpensive embodiment of the arrangement according to the invention can be achieved that in the 2 and 3 shown arrangement on casting methods made of metal, z. As aluminum or cast iron is made. Although both materials have a different thermal conductivity of aluminum is considerably higher than that of cast iron, but cast iron is to be regarded as suitable in principle. When designed as a metal casting, the partition, which separates the charge air leading chamber from the cooling medium leading chamber, form technically simply wavy form and / or provided with ribs and / or a macrostructure, whereby the surface available for cooling the charge air is considerably increased ,

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers ist in 5 dargestellt. Die Schnittdarstellung zeigt, ähnlich wie in 2, einen Schnitt, der senkrecht zur Strömungsrichtung der Ladeluft durch den Ladeluftkühler verläuft. An die erste, die Ladeluft führende Kammer 15 schließt sich, durch die Trennwand 17 getrennt, die zweite das Kühlmedium führende Kammer 16 an. Die in der zweiten Kammer 16 angeordnete Zuströmöffnung 13, sowie die Abströmöffnung 14, verbinden die zweite Kammer 16 mit einem nicht dargestellten Kühlkreislauf. Die Trennwand 17 weist auf ihrer der ersten Kammer 15 zugewandten Seite Rippen 18 auf, die zweite Kammer 16 ist glattflächig ausgeführt.Another embodiment of the intercooler according to the invention is in 5 shown. The sectional view shows, similar to in 2 , A section that runs perpendicular to the flow direction of the charge air through the intercooler. To the first, the charge air leading chamber 15 closes, through the partition 17 separated, the second chamber carrying the cooling medium 16 at. The in the second chamber 16 arranged inflow opening 13 , as well as the discharge opening 14 , connect the second chamber 16 with a cooling circuit, not shown. The partition 17 points to her the first chamber 15 facing side ribs 18 on, the second chamber 16 is smooth-surfaced.

Zur Erzielung einer zusätzlichen Kühlwirkung ist die Wandung 20 der ersten Kammer 15, in ihrem von der zweiten Kammer 16 abgewandten also nicht zur Trennwand 17 gehörenden Teil so profiliert, dass sich, wie im unteren Teil der 5 erkennbar, eine Wellenform ergibt. Die Wandung 20 kann dabei, zur weiteren Verbesserung der Kühlwirkung, jeweils in den Wellentälern angeordnet, innen und außen, Kühlrippen 19, 19' aufweisen, wie dies im oberen Teil der 5 dargestellt ist.To achieve an additional cooling effect is the wall 20 the first chamber 15 , in her from the second chamber 16 facing away so not to the partition 17 belonging part profiled so that, as in the lower part of the 5 recognizable, gives a waveform. The wall 20 can, in order to further improve the cooling effect, each arranged in the troughs, inside and outside, cooling fins 19 . 19 ' have, as in the upper part of the 5 is shown.

Die vorstehend beschriebene Anordnung vereint zwei unterschiedliche Kühlprinzipien in einem Bauteil, nämlich einerseits eine Ladeluft-Kühlmedium-Kühlung zwischen der ersten Kammer 15 und der Zweiten Kammer 16 und andererseits eine Ladeluft-Umgebungsluft-Kühlung zwischen der ersten Kammer 15 und der Umgebungsluft. Es werden also alle Möglichkeiten zur Kühlung der Ladeluft ausgeschöpft.The arrangement described above combines two different cooling principles in one component, namely on the one hand a charge air cooling medium cooling between the first chamber 15 and the Second Chamber 16 and on the other hand, charge-air ambient air cooling between the first chamber 15 and the ambient air. So all possibilities for cooling the charge air are exhausted.

Die Schnittdarstellung gemäß 5 lässt weiter erkennen, dass die Höhe der Anordnung ein vielfaches der Breite beträgt, der Ladeluftkühler also sehr flach ausgeführt ist. Durch diese flache Ausführung lässt er sich, trotz der relativ großen Strömungsquerschnitte, so an einer Brennkraftmaschine anordnen, dass er nur unwesentlich über deren Kontur hinaus ragt. Andererseits schafft diese flache Ausführung die Voraussetzung für eine gleichzeitige Verwendung des Ladeluftkühlers als Abdeckung heißer Motorkomponenten, wie dies nachfolgend in Verbindung mit 6 beschrieben ist.The sectional view according to 5 can be further seen that the height of the arrangement is a multiple of the width, so the intercooler is designed so very flat. Due to this flat design, despite the relatively large flow cross-sections, it can be arranged on an internal combustion engine such that it protrudes only insignificantly beyond its contour. On the other hand, this flat design provides the prerequisite for the simultaneous use of the intercooler as a cover of hot engine components, as described below in connection with 6 is described.

Die erwähnte 6 zeigt, ebenfalls in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Strömungsrichtung der Ladeluft, einen Ladeluftkühler, bestehend aus einer ersten von der Ladeluft durchströmten Kammer 15 und einer 2-zügig ausgebildeten zweiten Kammer 16, 16'. Die erste Kammer 15 ist auf ihrer Innenseite, jeweils an den Trennwänden zu den beiden Zügen der zweiten Kammer 16, 16', zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche mit Rippen 18 versehen, die Außenwandungen 22, 22' der beiden Züge der zweiten Kammer 16, 16' sind glattflächig ausgeführt. Im Bereich der Trennwände 17, 17' können in der Kammer 16, 16', abweichend zur Darstellung, Profilierungen bzw. die Oberfläche vergrößernde Strukturen vorgesehen sein.The mentioned 6 shows, also in a sectional view perpendicular to the flow direction of the charge air, a charge air cooler, consisting of a first of the charge air flowed through chamber 15 and a 2-speed second chamber 16 . 16 ' , The first chamber 15 is on its inside, each on the dividing walls to the two trains the second chamber 16 . 16 ' , to increase the heat transfer surface with ribs 18 provided, the outer walls 22 . 22 ' the two trains of the second chamber 16 . 16 ' are smooth-surfaced. In the area of partitions 17 . 17 ' can in the chamber 16 . 16 ' Deviating from the illustration, profilings or the surface-enlarging structures can be provided.

Der vorstehend beschriebene Ladeluftkühler ist an der Brennkraftmaschine so angeordnet, dass er zwischen einem heißen Bauteil 23, z. B. einem Abgasrohr, und einem hitzeempfindlichen Bauteil 21, z. B. einer Motorabdeckung, die häufig aus Kunststoff, besteht, liegt. Dem heißen Bauteil 23 zugewandt, ist der eine das Kühlmedium führende Zug der zweiten Kammer 16, 16' angeordnet, während der andere das Kühlmedium führende Zug der zweiten Kammer 16, 16' dem hitzeempfindlichen Bauteil 21 benachbart ist.The intercooler described above is arranged on the internal combustion engine so that it is between a hot component 23 , z. B. an exhaust pipe, and a heat-sensitive component 21 , z. As an engine cover, which is often made of plastic, is. The hot component 23 facing, one is the cooling medium leading train of the second chamber 16 . 16 ' arranged, while the other the cooling medium leading train of the second chamber 16 . 16 ' the heat-sensitive component 21 is adjacent.

Auf die vorstehend beschriebene Weise lassen sich auch sehr heiße Bereiche einer Brennkraftmaschine, z. B. Abgasrohre oder die Turbinen von Turboladern, um nur einige zu nennen, ohne zusätzlichen Aufwand effektiv gegenüber ihrer Umgebung abschirmen. Die für solche Bereich üblicherweise vorgesehenen Wärmeabschirmbleche können entfallen, der dafür notwendige Bauraum lässt sich im Doppelnutzen für die Ladeluftkühlung verwenden.On the manner described above can also be very hot areas an internal combustion engine, for. As exhaust pipes or the turbines of turbochargers, just to name a few, effective against theirs without any extra effort Shield the environment. The for such areas are usually provided heat shields can accounted for that necessary space left in the double benefit for the charge air cooling use.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungen lassen sich selbstverständlich mit dem dem Fachmann zugänglichen Fachwissen auf vielfältige Weise ausgestalten, ohne den grundlegenden erfinderischen Gedanken zu verlassen, es kommt diesen Ausführungsformen somit nur Beispielcharakter zu.The previously described embodiments of course with the one accessible to the skilled person Expertise in a variety of ways without the basic inventive thought leave, it comes to these embodiments thus only exemplary character.

Claims

Intercooler for an internal combustion engine with 2-stage supercharging, wherein a first intercooler as intercooler ( 8th ) between the low pressure compressor ( 7 '' ) of the low-pressure stage ( 7 ) and the high pressure compressor ( 6 '' ) of the high-pressure stage ( 6 ) and a second intercooler ( 9 ) after the high pressure compressor ( 6 '' ) of the high-pressure stage ( 6 ), characterized in that at least one of the intercoolers ( 8th . 9 ) is tubular, wherein the tube in its longitudinal direction in at least a first chamber ( 15 ), which is flowed through by the charge air and at least one second chamber ( 16 . 16 ' ), which via an inflow opening ( 13 . 13 ' ) and a discharge opening ( 14 . 14 ' ) is flowed through by a cooling medium and wherein the at least one first chamber ( 15 ) and the at least one second chamber ( 16 . 16 ' ) by a partition wall ( 17 . 17 ' ) are separated, which has a high thermal conductivity.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the partition wall ( 17 . 17 ' ) between the at least one second chamber through which the cooling medium flows ( 16 . 16 ' ) and the at least one first chamber through which the charge air flows ( 15 ) of the respective wall occupies the largest possible part.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the intercooler ( 8th . 9 ) is flowed through by the charge air and the cooling medium according to the DC principle.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the intercooler ( 8th . 9 ) is flowed through by the charge air and the cooling medium according to the countercurrent principle.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the intercooler ( 8th . 9 ) is flowed through by the charge air and the cooling medium according to the cross-flow principle.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the partition wall ( 17 . 17 ' ) is formed so that there is the largest possible surface in terms of the contact surface with the cooling medium and / or with the charge air.

Arrangement according to claim 6, characterized in that the partition ( 17 . 17 ' ) has a profiling which increases the surface area.

Arrangement according to claim 6, characterized in that the partition ( 17 ' ) is wave-shaped, such that the wave troughs and wave crests are parallel to the flow direction of the charge air.

Arrangement according to claim 6, characterized in that the partition ( 17 ) Ribs ( 18 ), wherein the ribs ( 18 ) are arranged on the side of the cooling medium and / or on the charge air side, such that the ribs ( 18 ) parallel to the flow direction of the cooling medium and / or parallel to the flow direction of the charge air.

Arrangement according to one of claims 6 to 9, characterized in that the partition wall ( 17 . 17 ' ) has a macrostructure on the side of the cooling medium and / or on the charge air side, which increases the contact area with the cooling medium and / or the charge air.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the intercooler ( 8th . 9 ) is designed as a metal casting.

Arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the intercooler as intercooler ( 8th ) is designed so that it the air outlet of the low-pressure compressor ( 7 '' ) with the air inlet of the high pressure compressor ( 6 '' ) connects.

Arrangement according to claim 12, characterized in that the connection between low-pressure compressor ( 7 '' ) and intercooler ( 8th ) and between this and the high pressure compressor ( 6 '' ) each have a flange connection ( 12 . 12 ' ).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling medium leading second chamber ( 16 . 16 ' ) via the inflow opening ( 13 . 13 ' ) as well as the discharge opening ( 14 . 14 ' ) in the cooling circuit of the internal combustion engine ( 1 ) is integrated.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling medium leading second chamber ( 16 . 16 ' ) via the inflow opening ( 13 . 13 ' ) as well as the discharge opening ( 14 . 14 ' ) in one of the cooling of the internal combustion engine ( 1 ) independent cooling circuit is integrated.

Arrangement according to claim 14, characterized in that the cooling medium leading second chamber ( 16 . 16 ' ) flow-wise in series with the cooling circuit of the internal combustion engine ( 1 ) lies.

Arrangement according to claim 14, characterized in that the cooling medium leading second chamber ( 16 . 16 ' ) flow-wise parallel to the engine cooling circuit ( 1 ) lies.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling medium leading chamber ( 16 . 16 ' ) consists of at least two parallel trains, wherein the parallel trains to the charge air leading chamber ( 15 ) each have a partition wall ( 17 . 17 ' ) and wherein the parallel trains are viewed in relation to each other in the DC or in countercurrent or in the reverse flow through the cooling medium.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the wall ( 20 ) the first chamber carrying the charge air ( 15 ) in which at least one second chamber ( 16 ), at least in a part is formed so that with respect to the contact surface of this part of the wall ( 20 ) with its environment gives the largest possible surface.

Arrangement according to claim 19, characterized in that the largest possible surface by profiling the wall ( 20 ) is reached.

Arrangement according to claim 19, characterized in that the wall ( 20 ) is wave-shaped, such that the wave troughs and wave crests are parallel to the flow direction of the charge air.

Arrangement according to claim 19, characterized in that the wall ( 20 ) Cooling fins ( 19 . 19 ' ), wherein the cooling fins ( 19 . 19 ' ) on the inside and / or on the outside of the first chamber ( 15 ) are arranged such that the cooling fins ( 19 . 19 ' ) when on the inside of the chamber ( 15 ), parallel to the flow direction of the charge air.

Arrangement according to one of claims 19 to 22, characterized in that the wall ( 20 ) on the inside of the first chamber 15 and / or on the outside of which has a surface enlarging macrostructure.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that of the first chamber ( 15 ) facing away wall ( 20 ' ) the at least one second chamber ( 16 . 16 ' ) on both the inside of the second chamber ( 16 . 16 ' ) Is formed smooth surface on the outside.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the intercooler ( 8th . 9 ) is formed so that a substantially flat structure results, such that a section through the intercooler ( 8th . 9 ) has an elongated shape perpendicular to the flow direction of the charge air.

Use of the arrangement according to claims 1 to 25 on an internal combustion engine, characterized in that the arrangement is installed in the internal combustion engine in such a way that it is equipped with its at least one second chamber (through which the cooling medium flows). 16 . 16 ' ) hot components ( 23 ) of the internal combustion engine is adjacent, and this compared to heat-sensitive components ( 21 ) covers the internal combustion engine and / or its environment.