DE102004049027A1

DE102004049027A1 - Verbrennungskraftmaschine und Ladermodul für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102004049027A1
Application number: DE102004049027A
Authority: DE
Inventors: Thilo Bartholmess; Ralf Döring; Franz Bäumel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-09
Also published as: DE102004049027B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Motorblock, zwei Reihen von V-förmig im Motorblock angeordneten Zylindern, zwei oberhalb der Zylinderreihen am Motorblock befestigten Zylinderköpfen, einem Ladermodul (2) mit einem von einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Lader (4) und mindestens einem Ladeluftkühler (6) sowie ein solches Ladermodul (2). Um Vibrationen der Ladeluftkühler (6) und damit verbundener Komponenten des Luftansaugsystems zu verringern und die Steifigkeit der Anbindung zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Lader (4) zwei seitlich über ein Ladergehäuse (10) übersehende Ausleger (12) umfasst, die sich jeweils auf einem der Zylinderköpfe abstützen und jeweils einen von zwei Ladeluftkühlern (6) tragen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Ladermodul zur Montage auf einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

In der EP 0 529 639 B1 und in der EP 0 711 907 B1 ist bereits eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art in Form eines Sechszylinder-V-Motors mit einem von der Kurbelwelle des Motors angetriebenen mechanischen Lader vom Schraubentyp bekannt, dessen Ladergehäuse in der Mitte zwischen den beiden Zylinderköpfen angeordnet und an der Oberseite des Motor- oder Zylinderblocks befestigt ist. Oberhalb des Laders ist ein von der Ladeluft durchströmter Ladeluftkühler vorgesehen, dem zwei in Längsrichtung der Kurbelwelle verlaufende und oberhalb der Zylinderköpfe angeordnete Pufferbehälter sowie mehrere zwischen dem Lader und den Zylinderköpfen hindurch geführte Ansaugrohre nachgeschaltet sind, durch welche die gekühlte Ladeluft zu den Lufteinlässen der Zylinderköpfe strömt.

Da sich bei den bekannten Verbrennungskraftmaschinen der Ladeluftkühler über deren gesamte Breite erstreckt und abgesehen von den Ansaugrohren nur seitlich über die beiden Pufferbehälter an den Zylinderköpfen abgestützt ist, treten dort stärkere betriebsbedingte Vibrationen des Ladeluftkühlers und anderer damit verbundener Komponenten des Luftansaugsystems auf. Diese können mit der Zeit einerseits zu Undichtigkeiten an den Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten führen und andererseits Ermüdungsbrüche an den Komponenten zur Folge haben, wenn diese nicht entsprechend stärker ausgelegt werden, was jedoch den Nachteil einer Gewichtsvergrößerung mit sich bringt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Verbrennungskraftmaschine und einem Ladermodul der eingangs genannten Art Vibrationen des Ladeluftkühlers und damit verbundener Komponenten des Luftansaugsystems zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lader zwei seitlich über das Ladergehäuse überstehende Ausleger umfasst, die sich jeweils auf einem der Zylinderköpfe abstützen und einen Ladeluftkühler tragen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann die Steifigkeit der Anbindung der beiden Ladeluftkühler wesentlich verbessert und damit die Störungsanfälligkeit infolge von betriebsbedingten Vibrationen bedeutend verringert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Ausleger in das Ladergehäuse integriert und vorzugsweise in Form von seitlich überstehenden Befestigungsplatten so an diesem angegossen, dass die ebenen Ober- bzw. Unterseiten der Platten miteinander fluchten.

Die Befestigungsplatten werden vorzugsweise auf die beiden Zylinderköpfe bzw. auf die auf den Zylinderköpfen sitzenden Klappenflansche aufgeschraubt, und dann die Ladeluftkühler auf die Oberseiten der Platten aufgesetzt, wobei in den Platten ausgebildete und oberhalb von jedem der Zylinder angeordnete Luftdurchlässe an der Oberseite der Platten in einen Luftkanal der Ladeluftkühler münden und an der Unterseite der Platten mit entsprechenden Lufteintrittsöffnungen in den Klappenflanschen der Zylinderköpfe fluchten, so dass die durch den Luftkanal der Ladeluftkühler strömende Ladeluft durch die Luftdurchlässe der Platten hindurch direkt, d.h. ohne dazwischen angeordnete Rohrstücke in die Lufteintrittsöffnungen der Zylinderköpfe gelangt.

Die Ladeluftkühler weisen zweckmäßig parallel zur Kurbelwelle ausgerichtete Kühlwasserkanäle in Form von Kühlrippen und quer dazu ausgerichtete vertikale Luftkanäle auf, so dass sie im Querstrom zu dem durch die Kühlrippen hindurch geleiteten Kühlwasser von oben nach unten von der Ladeluft durchströmt werden.

Um die aus dem Lader austretende verdichtete Ladeluft in die beiden Ladeluftkühler zu leiten und dabei auch eine sehr hohe Steifigkeit der Verbindungen zwischen dem Lader und den beiden Ladeluftkühlern zu gewährleisten, weist der Lader vorzugsweise einen auf der Oberseite der beiden Ladeluftkühler angeordneten Luftverteilerdeckel auf, der zweckmäßig mit Hilfe von langen Schrauben mit den plattenförmigen Auslegern auf der Unterseite der Ladeluftkühler verschraubt ist, um die Kühler gegen die Oberseite der Ausleger anzupressen und zugleich oberhalb und unterhalb der Kühler für eine Abdichtung zu sorgen. Die Schrauben sind zweckmäßig durch Bohrungen der Ladeluftkühler hindurch geführt, können jedoch auch an den Außenseiten der Ladeluftkühler vorbei geführt werden.

Eine noch weitere zusätzliche Versteifung wird dadurch erreicht, dass der Luftverteilerdeckel zwischen den beiden Ladeluftkühlern an der Oberseite des Ladergehäuses festgeschraubt ist, zweckmäßig entlang des Randes einer Luftauslassöffnung des Ladergehäuses, so dass die vom Lader verdichtete Luft durch den Luftverteilerdeckel hindurch zu Lufteinlässen an den Oberseiten der beiden Ladeluftkühler strömt.

Vorzugsweise weist der Luftverteilerdeckel eine der Luftauslassöffnung des Ladergehäuses gegenüberliegende Lufteintrittsöffnung und zwei den Lufteinlässen der beiden Ladeluftkühler gegenüberliegende Luftaustrittsöffnungen auf. Die Lufteintrittsöffnung und die Luftaustrittsöffnungen sind durch ausgesparte Luftkanäle innerhalb des Deckels miteinander verbunden, welche für eine gleichmäßige Verteilung der Ladeluft zu den beiden Ladeluftkühlern sorgen.

Die durch den Lader hindurch geführte Luft tritt vorzugsweise über eine Luftansaugöffnung an dem einen Stirnende des Ladergehäuses in den Lader ein, während über das andere Stirnende zweckmäßig eine zum Antrieb des Laders dienende, mit der Kurbelwelle gekoppelte Antriebswelle eines Verdichterrades des Laders übersteht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Ladermoduls für einen V-Motor mit einem mechanischen Lader und zwei Ladeluftkühlern in zusammengebautem Zustand;
2: eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Ladermoduls aus 1.
Das in der Zeichnung dargestellte Ladermodul 2 für eine als 6-Zylinder-V-Motor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) besteht im Wesentlichen aus einem von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen mechanischen Lader 4, zwei beiderseits des Laders 4 angeordneten Ladeluftkühlern 6 und einem oberhalb des Laders 4 und der Kühler 6 angeordneten Luftverteilerdeckel 8.
Der Lader 4 ist ein nach dem System Roots/Lysholm arbeitender Schraubenverdichter ohne oder mit innerer Verdichtung, der ein Ladergehäuse 10 und zwei im Inneren des Gehäuses 10 drehbar gelagerte Verdichterräder (nicht sichtbar) umfasst. Das aus Metallguss hergestellte Ladergehäuse 10 ist an den Außenseiten mit zwei massiven angegossenen Befestigungsplatten 12 versehen, die nach entgegengesetzten Seiten überstehen, fluchtende ebene Ober- bzw. Unterseiten aufweisen und jeweils mit drei vertikalen Luftdurchlässen 14 versehen sind.
Nach der Montage des Laders 4 an der Verbrennungskraftmaschine liegen die Befestigungsplatten 12 mit ihren Unterseiten gegen komplementäre ebene Oberseiten von zwei auf den Zylinderköpfen der Verbrennungskraftmaschine sitzenden Klappenflanschen (CVTS-Flanschen) an, wobei die Luftdurchlässe 14 mit entsprechenden Lufteintrittsöffnungen in den Klappenflanschen fluchten. Die Befestigung der Platten 12 erfolgt jeweils mit Hilfe von drei Befestigungsschrauben 16, die Durchgangsbohrungen in den Platten 12 durchsetzen und in Gewindebohrungen der Zylinderköpfe eingeschraubt sind, so dass sich die Platten 12 direkt auf den Zylinderköpfen abstützen und zu den Klappenflanschen abgedichtet sind: Eine direkte Verschraubung auf den Zylinderköpfen ohne dazwischen angeordnete CVTS-Flansche ist ebenfalls möglich.
Das Verdichterrad ist drehfest mit einer Verdichterantriebswelle 18 des Laders 4 verbunden, deren eines Ende 20 über einen Gehäusedeckel 22 am vordere Stirnende des Ladergehäuses 10 übersteht und mittels eines Treibriemens (nicht dargestellt) von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Die Ansaugung der Ladeluft erfolgt durch eine Luftansaugöffnung (nicht sichtbar) am entgegengesetzten Stirnende des Ladergehäuses 10, die über eine Drosselklappe mit einem Luftfilter und einem Ansaugrohr (nicht dargestellt) der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Die vom Verdichterrad aus dem Ladergehäuse 10 ausgestoßene Ladeluft strömt durch eine ungefähr quadratische Luftauslassöffnung 24 an der Oberseite des Ladergehäuses 10 direkt in eine gegenüberliegende Lufteintrittsöffnung 26 in der Unterseite des Luftverteilerdeckels 8, wo der Luftstrom in zwei gleichgroße Teilströme aufgeteilt und innerhalb des Luftverteilerdeckels 8 zu den beiden Ladeluftkühlern 6 weiter geleitet wird.
Die beiden in herkömmlicher Bauweise gefertigten Ladeluftkühler 6 weisen jeweils ein Kühlergehäuse 28 auf, das an seiner Ober- und Unterseite offen ist und einen im Querschnitt etwa rechteckigen vertikalen Luftkanal 30 umschließt. Der Luftkanal 30 erstreckt sich von einem Lufteinlass an der ebenen Oberseite des Gehäuses 28 zu einem Luftaus lass an der ebenen Unterseite des Gehäuses 28 und enthält eine Mehrzahl von parallelen Kühlrippen 32, die in Längsrichtung der Ladeluftkühler 6, d.h. parallel zur Verdichterwelle des Laders 4, zwischen gegenüberliegenden stirnseitigen Begrenzungswänden des Luftkanals 30 angeordnet sind und von Kühlwasser durchströmt werden. Das letztere wird durch einen in der vorderen Begrenzungswand des Luftkanals 30 angeordneten Kühlwassereinlass 34 in die Kühlrippen 32 zugeführt und tritt durch einen daneben oder darunter angeordneten Kühlwasserauslass 36 wieder aus den Kühlern 6 aus. Angrenzend an die Unterseiten sind die beiden Kühlergehäuse 26 an ihren Außenseiten mit Ausnehmungen 38 für die nach oben über die Befestigungsplatten 12 überstehenden Köpfe 40 der drei Befestigungsschrauben 16 versehen.
Der Luftverteilerdeckel 8 weist an seiner Unterseite jeweils eine oberhalb der Lufteinlässe des linken bzw. rechten Ladeluftkühlers 6 angeordnete Luftaustrittsöffnung 42 auf, die durch zwei flache Rohrbogen 44 mit der dazwischen in der Mitte angeordneten Lufteintrittsöffnung 26 oberhalb des Laders 4 verbunden ist. Die Lufteintrittsöffnung 26 und die beiden Luftaustrittsöffnungen 42 werden jeweils von Schraubflanschen 46 bzw. 48 begrenzt, die durch Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) mit einem die Luftauslassöffnung 24 des Laders 4 begrenzenden Schraubflansch 46 bzw. durch vertikale Bohrungen (nicht dargestellt) in den Begrenzungswänden der Luftkanäle 30 der Ladeluftkühler 6 hindurch mit den überstehenden Befestigungsplatten 12 des Ladergehäuses 10 verschraubt sind. Dadurch wird der Deckel 8 von oben her gegen das Ladergehäuse 10 und die beiden Ladeluftkühler 6 angepresst, wobei diese letzteren zwischen dem Deckel 8 und den Platten 12 verspannt und an der Ober- und Unterseite abgedichtet werden.

2: Ladermodul
4: mechanischer Lader
6: Ladeluftkühler
8: Luftverteilerdeckel
10: Ladergehäuse
12: Befestigungsplatten
14: Luftdurchlässe
16: Befestigungsschrauben
18: Antriebswelle
20: Wellenende
22: Gehäusedeckel
24: Luftauslassöffnung
26: Lufteintrittsöffnung
28: Kühlergehäuse
30: Luftkanal
32: Kühlrippen
34: Kühlwassereinlass
36: Kühlwasserauslass
38: Ausnehmungen
40: Schraubenköpfe
42: Luftaustrittsöffnung
44: Rohrbogen
46: Schraubflansch
48: Schraubflansch

Claims

Verbrennungskraftmaschine mit einem Motorblock, zwei Reihen von V-förmig im Motorblock angeordneten Zylindern, zwei oberhalb der Zylinderreihen am Motorblock befestigten Zylinderköpfen, einem von einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Lader mit einem Ladergehäuse, sowie mindestens einem Ladeluftkühler, dadurch gekennzeichnet, dass der Lader (4) zwei seitlich über das Ladergehäuse (10) überstehende Ausleger (12) umfasst, die sich jeweils auf einem der Zylinderköpfe abstützen und einen Ladeluftkühler (6) tragen.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger (12) einstückig mit dem Ladergehäuse (10) verbunden sind.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger (12) am Ladergehäuse (10) angegossen sind.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger (12) als massive Platten ausgebildet und oberhalb von jedem der Zylinder mit einem Luftdurchlass (14) versehen sind.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten (12) jeweils fluchtende Ober- und Unterseiten aufweisen.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftkühler (6) auf die Oberseiten der Platten (12) aufgesetzt sind.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftkühler (6) parallel zur Kurbelwelle von Kühlwasser und im Querstrom von oben nach unten von Ladeluft durchströmt werden.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen oberhalb der beiden Ladeluftkühler (6) angeordneten Luftverteilerdeckel (8).
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverteilerdeckel (8) mit den Auslegern (12) verschraubt ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverteilerdeckel (8) mittig zwischen den beiden Ladeluftkühlern (6) mit dem Ladergehäuse (10) verschraubt ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverteilerdeckel (8) eine über einer Luftauslassöffnung (24) des Ladergehäuses (10) angeordnete Lufteintrittsöffnung (26) und zwei über Lufteinlässen an den Oberseiten der Ladeluftkühler (6) angeordnete Luftauslassöffnungen (42) aufweist.
Ladermodul zur Montage an einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Motorblock und zwei Reihen von V-förmig im Motorblock angeordneten Zylindern, die jeweils mit einem Zylinderkopf versehen sind, zum Antrieb durch eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch zwei seitlich über ein Gehäuse (10) des Laders (4) überstehende, auf den Zylinderköpfen befestigbare Ausleger (12), die jeweils einen Ladeluftkühler (6) tragen.
Ladermodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger (12) einstückig mit dem Ladergehäuse (10) verbunden sind.
Ladermodul nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger (12) am Ladergehäuse (10) angegossen sind.
Ladermodul nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleger (12) als massive Platten ausgebildet und mit einer Mehrzahl von Luftdurchlässen (14) versehen sind.
Ladermodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten (12) jeweils fluchtende Ober- und Unterseiten aufweisen.
Ladermodul nach einem der Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch einen oberhalb der beiden Ladeluftkühler (6) angebrachten Luftverteilerdeckel (8).
Ladermodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverteilerdeckel (8) mit den Auslegern (12) verschraubt ist.
Ladermodul nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverteilerdeckel (8) zwischen den beiden Ladeluftkühlern (6) am Ladergehäuse (10) befestigbar ist.