DE102005042359B4

DE102005042359B4 - Ladeluftkühler für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005042359B4
Application number: DE102005042359A
Authority: DE
Inventors: Christoph Steinwart
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2025-09-08
Also published as: DE102005042359A1

Abstract

Ladeluftkühler für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei parallelen Strömungszweigen, die jeweils ein Kühlerelement und ein Kanalelement aufweisen, wobei in dem ersten Strömungszweig das Kühlerelement in Strömungsrichtung vor dem Kanalelement positioniert ist und in dem zweiten Strömungszweig das Kanalelement in Strömungsrichtung vor dem Kühlerelement positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerelemente (2a, 2b) und die Kanalelemente (3a, 3b) der beiden Strömungszweige (1a, 1b) jeweils separat gefertigt sind und über ein ebenfalls separat gefertigtes Verbindungselement (4) miteinander gekoppelt sind, wobei das gemeinsame Verbindungselement (4) eine erste Verbindungskammer (6a) aufweist, die dem ersten Strömungszweig (1a) zugeordnet ist, und eine zweite Verbindungskammer (6b) aufweist, die dem zweiten Strömungszweig (1b) zugeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei parallelen Strömungszweigen, die jeweils ein Kühlerelement und ein Kanalelement aufweisen, wobei in dem ersten Strömungszweig das Kühlerelement in Strömungsrichtung vor dem Kanalelement positioniert ist und in dem zweiten Strömungszweig das Kanalelement in Strömungsrichtung vor dem Kühlerelement positioniert ist.

Aus der Druckschrift DE 100 49 315 A1 ist eine Ladeluftkühlung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Turbolader bekannt. Dort wird die Ladeluft stromab des Turboladers zu zwei separaten Ladeluftkühlern geführt, wobei der erste Ladeluftkühler die Ladeluft in zwei Strömungszweige aufteilt, den ersten Strömungszweig effektiv kühlt und den zweiten Strömungszweig im wesentlichen ungekühlt passieren lässt, und wobei der zweite Ladeluftkühler den ersten der beiden Strömungszweige im wesentlichen ungekühlt passieren lässt, den zweiten Strömungszweig effektiv kühlt und die beiden Strömungszweige wieder vereint. Die Verwendung von zwei getrennten Ladeluftkühlern bewirkt eine hohe Kühlleistung und ist in besonderer Weise auf die Bauraumverhältnisse bei Brennkraftmaschinen mit V-förmiger Zylinderanordnung abgestimmt.

Darüber hinaus ist in der Druckschrift DE 20 59 220 A ein Ladeluftkühler für Brennkraftmaschinen beschrieben, der mehrere blockförmige Wärmetauschelemente aufweist. Diese Wärmetauschelemente sind hintereinander und mit Abstand voneinander in ein Gehäuse eingesetzt und mittels dazwischen angeordneten Wänden in Bezug auf strömende Medien zueinander parallel ge schaltet. Aufgrund des dort erforderlichen Gehäuses ist dieser Ladeluftkühler jedoch relativ aufwändig und unflexibel.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Ladeluftkühler zu konzipieren, der zum einen eine effektive Kühlung der Ladeluft leistet und der zum anderen auch bei unterschiedlichen Bauraumverhältnissen in verschiedenen Typen von Kraftfahrzeugen sehr flexibel einsetzbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem die Kühlerelemente und die Kanalelemente der beiden Strömungszweige jeweils separat gefertigt sind und über ein ebenfalls separat gefertigtes Verbindungselement miteinander gekoppelt sind, wobei das gemeinsame Verbindungselement eine erste Verbindungskammer aufweist, die dem ersten Strömungszweig zugeordnet ist, und eine zweite Verbindungskammer aufweist, die dem zweiten Strömungszweig zugeordnet ist. Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler, kann somit den jeweiligen Anforderungen entsprechend aus verschieden langen Kühlerelementen und Kanalelementen mit nahezu beliebigen Längen und Querschnitten zusammengesetzt werden, wobei für die Kühlerelemente, die Kanalelemente und das Verbindungselement kein umgebendes und aufwändig zu fertigendes Gehäuse erforderlich ist. Dadurch ist der Ladeluftkühler als einfacher Bausatz aus unterschiedlichen Elementen günstig herstellbar, flexibel konfigurierbar und darüber hinaus auch sehr effektiv kühlend.

Zweckmäßig ist in das Verbindungselement ein strömungsgünstig geformtes Leitelement integriert, welches das Verbindungselement in die zwei Verbindungskammern unterteilt. Zur Vermeidung von etwaigen Verwirbelungen innerhalb des Verbindungselementes ist dieses Leitelement als im wesentlichen ebene Platte ausgebildet und weist eine möglichst ebene Oberfläche auf.

Bevorzugt haben die Kühlerelemente der beiden Strömungszweige gleiche Querschnitte. Und besonders bevorzugt haben auch die Kanalelemente der beiden Strömungszweige gleiche Querschnitte. Durch diese Abstimmung ist der Ladeluftkühler bezüglich des Verbindungselementes symmetrisch ausgebildet, so dass für verschiedenste Ausführungsformen des Ladeluftkühlers jeweils ein und dasselbe Verbindungselement verwendet werden kann, wobei die Eingangsseite und die Ausgangsseite des Verbindungselementes beliebig vertauschbar sind.

Vorteilhaft weisen das eingangsseitige Kühlerelement des ersten Strömungszweiges und das eingangsseitige Kanalelement des zweiten Strömungszweiges die gleiche Länge auf. Und besonders vorteilhaft weisen auch das ausgangsseitige Kanalelement des ersten Strömungszweiges und das ausgangsseitige Kühlerelement des zweiten Strömungszweiges die gleiche Länge auf. Mittels dieser Merkmalskombination ist der Ladeluftkühler noch weitergehend symmetrisch ausgebildet, so dass das eingangsseitig angeordnete Kühlerelement bzw. Kanalelement mit dem ausgangsseitig angeordneten Kühlerelement bzw. Kanalelement vertauscht werden können. Dadurch bedingt kann der bausatzmäßige Ladeluftkühler aus wenigen unterschiedlichen Elementen bestehen.

Für die Einleitung von ungekühlter Ladeluft in das eingangsseitige Kühlerelement des ersten Strömungszweiges sowie in das eingangsseitige Kanalelement des zweiten Strömungszweiges ist ein gemeinsames Einleitelement vorgesehen. Dieses Einleitelement kann die durch eine Eintrittsöffnung einströmende Ladeluft mittels eines gegebenenfalls im Innern angeordneten Verzweigungselementes in die zwei Strömungszweige aufteilen oder noch ungeteilt zu dem Kühlerelement des ersten Strömungszweiges und zu dem Kanalelement des zweiten Strömungszweiges führen.

Und für die Ausleitung von gekühlter Ladeluft aus dem ausgangsseitigen Kanalelement des ersten Strömungszweiges und aus dem ausgangsseitigen Kühlerelement des zweiten Strömungszweiges ist ein gemeinsames Ausleitelement vorgesehen. Dieses Ausleitelement kann die ausströmende Ladeluft aus dem Kanalelement des ersten Strömungszweiges und aus dem Kühlerelement des zweiten Strömungszweiges unmittelbar vereinen oder entlang eines Verzweigungselementes noch getrennt weiterführen, dann vereinen und schließlich zu einer Austrittsöffnung führen.

Sind das Einleitelement und das Ausleitelement identisch ausgebildet, so bedeutet dies eine weitere Kostenersparnis, da nur für den Ladeluftkühler nur wenige unterschiedliche Elemente bereitgestellt werden müssen und somit nur wenig verschiedene Herstellungsformen bzw. Herstellungswerkzeuge erforderlich sind.

Weiterbildungsgemäß sind die Kühlerelemente und die Kanalelemente durch eine geschweißte oder gecrimpte Verbindung mit dem Verbindungselement und dem Einleitelement bzw. dem Ausleitelement verbunden. Diese Verbindungen sind zuverlässig gasdicht und erlauben somit den bausatzmäßigen Zusammenbau des Ladeluftkühlers aus unterschiedlichen Elementen und verschiedenen Materialien.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgende Zeichnungsfigur näher erläutert. Die Fig. zeigt eine vereinfachte Darstellung der zu einem Ladeluftkühler zusammengefügten Elemente.
Eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Turbolader weist zu Kühlung der von dem Turbolader verdichteten und damit entsprechend aufgeheizten Ladeluft einen Ladeluftkühler auf. Dieser Ladeluftkühler ist aufgrund der im Motorraum herrschenden Bauraumverhältnisse sehr kompakt und gleichzeitig äußerst leistungsstark ausgeführt.
Um eine hohe Kühlleistung zu gewährleisten, weist der erfindungsgemäße Ladeluftkühler zwei parallel zueinander angeordnete Strömungszweige 1a, 1b auf, wobei die beiden Strömungszweige 1a, 1b sowohl ein Kühlerelement 2a bzw. 2b als auch ein Kanalelement 3a bzw. 3b aufweisen. Dabei sind die Kühlerelemente 2a, 2b und die Kanalelemente 3a, 3b separat gefertigt, im Querschnitt rechteckförmig und so angeordnet, dass in dem ersten Strömungszweig 1a das Kühlerelement 2a in Strömungsrichtung S vor dem Kanalelement 3a positioniert ist und dass in dem zweiten Strömungszweig 1b das Kanalelement 3b in Strömungsrichtung S vor dem Kühlerelement 2b positioniert ist.
Die Kühlerelemente 2a, 2b und die Kanalelemente 3a, 3b sind über ein gemeinsames Verbindungselement 4 miteinander gekoppelt, wobei dieses Verbindungselement 4 ebenfalls separat gefertigt ist und einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. In seinem Innern weist das Verbindungselement 4 ein Leitelement 5 auf, welches das Verbindungselement 4 in zwei symmetrisch zueinander angeordnete Verbindungskammern 6a und 6b unterteilt. Dabei ist die erste Verbindungskammer 6a dem ersten Strömungszweig 1a zugeordnet und ist die zweite Verbindungskammer 6b dem zweiten Strömungszweig 1b zugeordnet.
Das Leitelement 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als eine im wesentlichen ebene Platte ausgebildet und ist in einem Winkel von ca. 45 Grad zur Strömungsrichtung S der Ladeluft angeordnet. Alternativ könnte das Leitelement 5 aber auch als eine etwa sinusförmig geschwungene Platte ausgebildet sein. Das Leitelement 5 übernimmt somit die Führung der Ladeluft von dem Kühlerelement 2a zu dem Kanalelement 3a des ersten Strömungszweiges 1a sowie von dem Kanalelement 3b zu dem Kühlerelement 2b des zweiten Strömungszweiges 1b.
Zum Einleiten der ungekühlten Ladeluft in das eingangsseitige Kühlerelement 2a des ersten Strömungszweiges 1a und in das eingangsseitige Kanalelement 3b des zweiten Strömungszweiges 1b weist der Ladeluftkühler zudem ein Einleitelement 7 auf. Durch eine im Querschnitt kreisförmige Eintrittsöffnung 8 des Einleitelementes 7 strömt die ungekühlte Ladeluft ein und wird dem eingangsseitigen Kühlerelement 2a des ersten Strömungszweiges 1a sowie dem eingangsseitigen Kanalelement 3b des zweiten Strömungszweiges 1b zugeführt. Dabei kann die Ladeluft auch schon innerhalb des Einleitelementes 7 in die beiden Strömungszweige 1a und 1b aufgeteilt werden. Dazu ist in das Einleitelement 7 gegebenenfalls ein durch Strichlinien vereinfacht angedeutetes Verzweigungselement 9 integriert.
Zudem weist der Ladeluftkühler zum Ausleiten der gekühlten Ladeluft aus dem ausgangsseitigen Kanalelement 3a des ersten Strömungszweiges 1a und aus dem ausgangsseitigen Kühlerelement 2b des zweiten Strömungszweiges 1b ein Ausleitelement 10 auf. Dieses Ausleitelement 10 vereint die beiden Strömungszweige 1a und 1b wieder und leitet die Ladeluft zu einer im Querschnitt kreisförmigen Austrittsöffnung 11. Dabei kann in gleicher Weise wie beim Eintrittselement ein durch Strichlinien vereinfacht angedeutetes Verzweigungselement 9 vorgesehen sein.
Die Verbindungen 12 zwischen den Kühlerelementen 2a, 2b den Kanalelementen 3a, 3b und dem Verbindungselement 4 sowie dem Einleitelement 7 bzw. dem Ausleitelement 10 sind im vorliegenden Fall durch ein Verschweißen oder Vercrimpen der einzelnen Elemente miteinander realisiert. Dabei bietet sich das Verschweißen bei Elementen aus gleichem Material wie z. B. Aluminium an, während sich das Vercrimpen bei Elementen aus ungleichem Material, wie z. B. Aluminium und Kunststoff anbietet.
Damit der Ladeluftkühler bezüglich des zentralen Verbindungselementes 4 im wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist, sind die Kühlerelemente 2a und 2b jeweils identisch oder weisen zumindest den gleichen Querschnitt D1 auf und sind auch die Kanalelemente 3a und 3b jeweils identisch oder weisen zumindest den gleichen Querschnitt D2 auf. Darüber hinaus weisen das eingangsseitige Kühlerelement 2a des ersten Strömungszweiges 1a und das eingangsseitige Kanalelement 3b des zweiten Strömungszweiges 1b gleiche Längen L1 auf und weisen auch das ausgangsseitige Kanalelement 3a des ersten Strömungszweiges 1a und das ausgangsseitige Kühlerelement 2b des zweiten Strömungszweiges 1b gleiche Längen L2 auf, wobei sich die Längen L1 und L2 aus Symmetriegründen ebenfalls entsprechen sollten. Zudem weist das Verbindungselement 4 einen Querschnitt D3 auf, welcher der Summe der beiden Querschnitte D1 und D2 entspricht, und eine Länge L3, welche wesentlich kleiner ist als die Längen L1 oder L2. Schließlich sind auch das Einleitelement 7 und das Ausleitelement 10 identisch ausgebildet, so dass der Ladeluftkühler aus einer geringen Anzahl von gleichen Elementen gebildet werden kann.
Schließlich können bei dem erfindungsgemäßen Ladeluftkühler durch die Verwendung von unterschiedlichen Paaren aus einem eingangsseitigen Kühlerelement 2a und Kanalelement 3b sowie aus einem ausgangsseitigen Kanalelement 3a und Kühlerelement 2b, von einem entsprechenden Verbindungselement sowie von einem gleichen entsprechenden Einleitelement 7 und Ausleitelement 10 unterschiedlichste Bauformen realisiert werden. Durch die unterschiedlichen Bauformen kann der Ladeluftkühler sowohl auf die im Motorraum herrschenden Platzverhältnisse als auch auf die für die Ladeluft der Brennkraftmaschine benötigte Kühlleistung ideal abgestimmt werden.

1a: erster Strömungszweig
1b: zweiter Strömungszweig
2a, 2b: Kühlerelement
3a, 3b: Kanalelement
4: Verbindungselement
5: Leitelement
6a: erste Verbindungskammer
6b: zweite Verbindungskammer
7: Einleitelement
8: Eintrittsöffnung
9: Verzweigungselement
10: Ausleitelement
11: Austrittsöffnung
12: Verbindung
S: Strömungsrichtung
D1, D2, D3: Querschnitt
L1, L2, L3: Länge

Claims

Ladeluftkühler für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit wenigstens zwei parallelen Strömungszweigen, die jeweils ein Kühlerelement und ein Kanalelement aufweisen, wobei in dem ersten Strömungszweig das Kühlerelement in Strömungsrichtung vor dem Kanalelement positioniert ist und in dem zweiten Strömungszweig das Kanalelement in Strömungsrichtung vor dem Kühlerelement positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerelemente (2a, 2b) und die Kanalelemente (3a, 3b) der beiden Strömungszweige (1a, 1b) jeweils separat gefertigt sind und über ein ebenfalls separat gefertigtes Verbindungselement (4) miteinander gekoppelt sind, wobei das gemeinsame Verbindungselement (4) eine erste Verbindungskammer (6a) aufweist, die dem ersten Strömungszweig (1a) zugeordnet ist, und eine zweite Verbindungskammer (6b) aufweist, die dem zweiten Strömungszweig (1b) zugeordnet ist.
Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Verbindungselement (4) ein strömungsgünstig geformtes Leitelement (5) integriert ist, welches das Verbindungselement (4) in die zwei Verbindungskammern (6a, 6b) unterteilt.
Ladeluftkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerelemente (2a, 2b) der beiden Strömungszweige (1a, 1b) gleiche Querschnitte (D1) haben.
Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalelemente (3a, 3b) der beiden Strömungszweige (1a, 1b) gleiche Querschnitte (D2) haben.
Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eingangsseitige Kühlerelement (2a) des ersten Strömungszweiges (1a) und das eingangsseitige Kanalelement (3b) des zweiten Strömungszweiges (1b) jeweils die gleiche Länge (L1) aufweisen.
Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgangseitige Kanalelement (3a) des ersten Strömungszweiges (1a) und das ausgangsseitige Kühlerelement (2b) des zweiten Strömungszweiges (1b) jeweils die gleiche Länge (L2) aufweisen.
Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einleitung von Ladeluft in das eingangseitige Kühlerelement (2a) des ersten Strömungszweiges (1a) sowie in das eingangsseitige Kanalelement (3b) des zweiten Strömungszweiges (1b) ein gemeinsames Einleitelement (7) vorgesehen ist.
Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausleitung von Ladeluft aus dem ausgangsseitigen Kanalelement (3a) des ersten Strömungszweiges (1a) sowie aus dem ausgangsseitigen Kühlerelement (2b) des zweiten Strömungszweiges (1b) ein gemeinsames Ausleitelement (10) vorgesehen ist.
Ladeluftkühler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Einleitelement (7) und/oder in das Ausleitelement (10) ein Verzweigungselement (9) integriert ist.
Ladeluftkühler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleitelement (7) und das Ausleitelement (10) identisch ausgebildet sind.
Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerelemente (2a, 2b) und die Kanalelemente (3a, 3b) durch eine geschweißte oder gecrimpte Verbindung (12) mit dem Verbindungselement (4) und dem Einleitelement (7) bzw. dem Ausleitelement (10) verbunden.