DE102005045103B3 - Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102005045103B3
DE102005045103B3 DE102005045103A DE102005045103A DE102005045103B3 DE 102005045103 B3 DE102005045103 B3 DE 102005045103B3 DE 102005045103 A DE102005045103 A DE 102005045103A DE 102005045103 A DE102005045103 A DE 102005045103A DE 102005045103 B3 DE102005045103 B3 DE 102005045103B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat transfer
cooling device
transfer unit
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102005045103A
Other languages
English (en)
Inventor
Hans-Jürgen Hüsges
Hans-Ulrich Kühnel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
Priority to DE102005045103A priority Critical patent/DE102005045103B3/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102005045103B3 publication Critical patent/DE102005045103B3/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/022Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being wires or pins
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/0205Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/04Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids
    • F01N3/043Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids without contact between liquid and exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32Liquid-cooled heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/048Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2230/00Sealing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/102Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/14Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Es wird eine Kühlvorrichtung, insbesondere Abgaskühlvorrichtung, für eine Verbrennungskraftmaschine beschrieben, welche im Druckgussverfahren herstellbar ist und welche aus einer Wärmeübertragungseinheit (2) besteht, die in eine Außenschale (1) eingeschoben wird. Die Wärmeübertragungseinheit (2) besteht aus einem Oberteil (9) und einem Unterteil (10), von dem aus sich stiftförmige Rippen (21, 22) in einen Kanal (20) in der Wärmeübertragungseinheit (2) erstrecken. DOLLAR A Eine derartige Ausführung erhöht den Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung im Vergleich zu bekannten Ausführungen, so dass weniger Bauraum benötigt wird und Kosten- und Gewichtsvorteile erzielt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, insbesondere eine Abgaskühlvorrichtung, für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Außenschale, in der eine Wärmeübertragungseinheit angeordnet ist, welche ein Außengehäuse aufweist, das einen zwischen der Außenschale und der Wärmeübertragungseinheit ausgebildeten, von einem Kühlmittel durchströmten Mantel von einem Kanal trennt, der in der Wärmeübertragungseinheit ausgebildet ist und durch den das zu kühlende Fluid strömt.
  • Es ist allgemein bekannt in Verbrennungskraftmaschinen Gas durchströmte Kühlvorrichtungen für verschiedene Zwecke einzusetzen. Es existieren Luft durchströmte Kühlvorrichtungen, wie im Falle eines Ladeluftkühlers zur Verringerung der Verbrennungstemperaturen und somit der entstehenden Stickoxide, als auch von Abgas durchströmte. Als Kühlmittel dient dabei zumeist das Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine. Abgas durchströmte Kühlvorrichtungen werden beispielsweise zur Aufheizung der Luft zur schnelleren Erwärmung eines Fahrgastraumes als auch im Abgasstrang zur Verminderung der Abgastemperatur eines zu einem Katalysator strömenden Abgases verwendet, wobei im zweiten Fall wiederum das Kühlwasser als Wärme aufnehmendes Medium verwendet wird. Des Weiteren sind Abgaskühlvorrichtungen in Abgasrückführleitungen bekannt, mit deren Hilfe die Abgastemperatur und somit die Verbrennungstemperatur im Motor herabgesetzt werden kann, wodurch wiederum Schadstoffemissionen verringert werden können. Diese Art von Abgaskühlvorrichtungen werden häufig zur schnelleren Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine während der Kaltstartphase mit einem Bypasskanal ausgerüstet.
  • Bei all diesen unterschiedlichen Kühlvorrichtungen beziehungsweise Wärmetauschern muss ein hoher Wirkungsgrad bezüglich der übertragenen Wärme auch bei Versottung sicher gestellt werden, da ansonsten die notwendigen Wärmeaustausch flächen zu groß würden. Insbesondere in der Automobilindustrie besteht die Vorgabe einer Größen- und Gewichtsreduzierung sowie einer damit einhergehenden Verringerung der Herstell- und Montagekosten.
  • Zur Reduzierung der Montage- und Herstellkosten wird in der DE 20 2004 003 131 U1 ein mehrteiliger Abgaswärmetauscher aus Aluminiumdruckguss offenbart, bei dem die Hauptteile topfförmig ineinander gesetzt werden. Bei diesem Wärmetauscher entsteht so zwischen dem inneren Wärmeübertragungsteil und der Außenschale ein Kühlmittel durchströmter Mantel. Das innere Wärmetauscherteil ist von Abgas durchströmt.
  • Des Weiteren ist aus der DE 28 25 271 A Wärmetauscher zu Erwärmung eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs bekannt, der Luft umströmt ist, wobei ebenfalls eine Wärmetauschereinheit in einem Gehäuse angeordnet ist. Diese Wärmetauschereinheit ist zweiteilig aufgebaut, wobei die Teilungsebene in Hauptströmungsrichtung des Abgases verläuft. Dieser Wärmetauscher weist des Weiteren entlang der Hauptströmungsrichtung der Luft und des Abgases verlaufende Kühlrippen auf die vom Wärmetauscherelement sowohl in den Luft führenden Kanal als auch in den Abgas führenden Kanal ragen.
  • Nachteilig an diesen bekannten Wärmetauschern ist der nicht ausreichende Wirkungsgrad und die Gefahr der Versottung insbesondere im Bereich der Rippen. Hierdurch sind diese Wärmetauscher relativ groß gebaut.
  • Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung bereit zu stellen, die einen hohen Wirkungsgrad bezüglich des Wärmeübergangs zwischen den beiden Medien aufweist, so dass der Kühler im Vergleich zu bekannten Ausführungen kleiner gebaut werden kann, wodurch Gewichtsvorteile erzielt werden. Zusätzlich soll der Montage- und Herstellaufwand möglichst klein gehalten werden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Wärmeübertragungseinheit stiftförmige Rippen aufweist, die senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids vom Außengehäuse in den Kanal ragen. Durch derartig ausgebildete Rippen wird der Staudruck sowie die Verweilzeit des zu kühlenden Fluids in der Kühlvorrichtung und somit der Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung erhöht, so dass dieser in seinen Außenmaßen im Vergleich zu bekannten Ausführungen reduziert werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Rippen einen runden Querschnitt auf. Durch die Anströmung der runden Querschnitte ist eine derartige Ausführung unempfindlich gegen Versottung insbesondere gegen Rußablagerungen bei einer Verwendung als Abgaskühler.
  • In einer hierzu alternativen Ausführungsform weisen die Rippen einen rechteckigen Querschnitt auf. Hierdurch erhöht sich die Turbulenz an den Hinterkanten der Rippen, so dass eine gute Homogenisierung und Vermischung des zu kühlenden Fluids entsteht.
  • Vorzugsweise sind die Rippen in Hauptströmungsrichtung versetzt zueinander angeordnet, so dass der Staudruck in der Vorrichtung sowie die Verweilzeit im Kühler erhöht werden, wodurch der Wirkungsgrad des Kühlers wiederum steigt.
  • In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist in Hauptströmungsrichtung betrachtet die Breite der Rippen größer als der Zwischenraum zwischen den Rippen, so dass eine schlangenlinienförmige Bewegung des zu kühlenden Fluids in der Wärmeübertagungseinheit die Folge ist, was wiederum zu einer Erhöhung der Verweilzeit durch Erhöhung der zurückzulegenden Strecke und somit einem erhöhten Wirkungsgrad führt.
  • Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades ist die Wärmeübertragungseinheit aus einem Oberteil und einem Unterteil aufgebaut, wobei in gleichmäßig wechselnder Folge eine erste Anzahl Rippen vom Oberteil ausgehend in den Kanal ragen und eine zweite Anzahl Rippen vom Unterteil ausgehend in den Kanal ragt. So kann der Kühler durch Verhinderung einer geradlinigen Bewegung des zu kühlenden Fluids oberhalb oder unterhalb der vorhandenen Rippen bezüglich seines Wirkungsgrades weiter verbessert und somit bezüglich des benötigten Bauraums verkleinert werden.
  • Dies wird in besonders starkem Maße erreicht, wenn die Rippen sich vom Oberteil und vom Unterteil jeweils über die Mittelachse der Wärmeübertragungseinheit hinaus in den Bereich des Außengehäuses des jeweils gegenüberliegenden Teils erstrecken. Hierdurch besteht nur noch eine sehr geringe freie Fläche an den Enden der jeweiligen Rippen durch die das zu kühlenden Fluid ungestört strömen kann.
  • Vorzugsweise sind das Oberteil und das Unterteil durch Reibrührschweißen miteinander verbunden. Eine derartige Verbindung ist äußerst zuverlässig und kostengünstig herzustellen.
  • In einer weiterführenden bevorzugten Ausführungsform strömt das Kühlmittel vom Kühlmittelzulaufstutzen in einen im Mantel ausgebildeten Ringkanal, der an seiner zum weiterführenden Mantel weisenden Seite durch eine umlaufende Rippe begrenzt ist, die Durchbrüche aufweist, die derart angeordnet sind, dass eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels über den gesamten Umfang der Wärmeübertragungseinheit entsteht. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass im Bereich des Einlasses die Abstände zwischen den Durchbrüchen größer gewählt sind als im gegenüber liegenden Bereich. Durch diese gleichmäßige Durchströmung beziehungsweise Umströmung der Wärmeübertragungseinheit werden Wärmeinseln beziehungsweise nicht ausreichend gekühlte Todräume vermieden und somit erneut der Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung erhöht.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Einleitung des zu kühlenden Fluids in die Kühlvorrichtung über einen Diffusor erfolgt, wodurch auch eine gleichmäßige Verteilung des zu kühlenden Fluids über den gesamten Querschnitt der Wärmeübertragungseinheit sichergestellt wird.
  • Vorzugsweise ist der Diffusor aus Stahl und die übrige Kühlvorrichtung aus Aluminium hergestellt, wodurch ein geringes Gewicht der Kühlvorrichtung erzielt wird und gleichzeitig durch die Ausführung des Diffusors in Stahl die thermische Belastung des Aluminiumgehäuses reduziert wird.
  • Vorteilhafterweise ist die Wärmeübertragungseinheit unter Zwischenlage von Dichtungen in der Außenschale befestigt, wobei zumindest am Einlass der Wärmeübertragungseinheit in Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids vor der Dichtung zwischen Außenschale und Wärmeübertragungseinheit eine umlaufende Nut ausgebildet ist. Durch diese umlaufende Nut wird die Dichtung zusätzlich vor Hitze geschützt, so dass eine thermische Überlastung der Dichtung und somit eine Undichtigkeit des Kühlers zuverlässig vermieden werden.
  • Zur Verringerung der Herstellkosten ist die Kühlvorrichtung vorzugsweise im Druckgußverfahren hergestellt.
  • Es wird somit eine Kühlvorrichtung geschaffen, die einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad im Vergleich zu bekannten Kühlvorrichtungen gleicher Baugröße aufweist. Hierdurch entstehen Kosten- und Gewichtsvorteile sowie ein verringerter Montageaufwand.
  • Zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kühlvorrichtungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
  • 1 zeigt eine Draufsicht einer ersten erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit runden stiftförmigen Rippen in geschnittener Darstellung.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht der Kühlvorrichtung aus 1 in geschnittener Darstellung.
  • 3 zeigt eine Draufsicht einer zweiten erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit rechteckigen Rippen in geschnittener Darstellung.
  • 4 zeigt eine Seitenansicht der Kühlvorrichtung aus 3 in geschnittener Darstellung.
  • 5 zeigt eine Kopfansicht der Kühlvorrichtung aus den 3 und 4 in geschnittener Darstellung.
  • Die in den 1 und 2 dargestellte Kühlvorrichtung besteht aus einer Außenschale 1, welche eine Wärmeübertragungseinheit 2 umgibt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Außenschale 1 zweiteilig aufgebaut und besteht aus einem im Wesentlichen topfförmigen Teil 3 sowie einem damit fest verbundenen trichterförmigen Teil 4, welches an der offenen Seite des topfförmigen Teils 3 befestigt ist. Am topfförmigen Teil 3 der Außenschale 1 sind ein Kühlmittelzulaufstutzen 5, ein Kühlmittelablaufstutzen 6 sowie ein Einlassstutzen 7 für das zu kühlende Fluid ausgebildet. Der Einlassstutzen 7 für das zu kühlende Fluid befindet sich an der zum trichterförmigen Teil 4 gegenüberliegenden Seite des topfförmigen Teils 3. Der trichterförmige Teil 4 mündet in einen Auslassstutzen 8 für das zu kühlende Fluid.
  • Die in der Außenschale 1 angeordnete Wärmeübertragungseinheit 2 ist zweiteilig aufgebaut und besteht aus einem Oberteil 9 und einem Unterteil 10. Die Teilungsebene erstreckt sich über die Länge der Wärmeübertragungseinheit. Oberteil 9 und Unterteil 10 bilden nach dem Zusammenbau ein Außengehäuse 11, welches außer an den Kopfseiten der Wärmeübertragungseinheit 2, also im Bereich eines Einlasses und eines Auslasses für das zu kühlende Fluid, die Wärmeübertragungseinheit 2 vollständig verschließt. So entsteht mit Ausnahme der Kopfseiten zwischen dem Außengehäuse 11 der Wärmeübertragungseinheit 2 und der Außenschale 1 ein Mantel 12 der Kühlmittel durchströmt ist. Der Außenumfang der Wärmeübertragungseinheit 2 ist so gewählt, dass im Bereich des Mantels 12 ein ausreichender Abstand zwischen Außenschale 1 und Außengehäuse 11 gewährleistet ist, wobei jeweils an den Kopfseiten der Wärmeübertragungseinheit 2 ein sich über den Umfang der Wärmeübertragungseinheit 2 erstreckender Absatz 13 ausgebildet ist, der eine Nut 14 aufweist, in der jeweils eine Dichtung 15 angeordnet ist. Der durch den Absatz 13 entstehende Außenumfang der Wärmeübertragungseinheit 2 entspricht an den Kopfseiten dem Innenumfang der Außenschale 1, so dass eine ausreichende Abdichtung des Kühlmittel durchströmten Mantels 12 von den übrigen Bereichen der Kühlvorrichtung gegeben ist.
  • Der Zusammenbau erfolgt in der Weise, dass nach Einlegen der Dichtungen 15 in die Nuten 14, die Wärmeübertragungseinheit 2 von der offenen Kopfseite des topf förmigen Teils 3 der Außenschale 1 in die Außenschale 1 eingeschoben wird und anschließend der trichterförmige Teil 4 auf dem topfförmigen Teil 3 und der Wärmeübertragungseinheit 2 befestigt wird. Am Außenumfang an der zum Einlassstutzen 7 für das zu kühlende Fluid gelegenen Seite weist die Wärmeübertragungseinheit 2 in Hauptströmungsrichtung vor der Dichtung 15 eine weitere Nut 16 auf, welche die Dichtung zusätzlich vor Überhitzung durch das zu diesem Zeitpunkt bei der Verwendung als Abgaskühler noch sehr heiße Abgas schützt. Unter Hauptströmungsrichtung wird der direkte Weg des zu kühlenden Fluids vom Einlass zum Auslass der Wärmeübertragungseinheit 2 unter Nichtbeachtung zu umgehender Einbauten verstanden.
  • Unmittelbar hinter dieser Dichtung 15 ist der Kühlmittelzulaufstutzen 5 angeordnet, über den das Kühlmittel in den Mantel 12 fließt. Um hier eine gleichmäßige Verteilung zu erhalten, ist am Außenumfang der Wärmeübertragungseinheit 2 in Hauptströmungsrichtung gesehen unmittelbar hinter dem Kühlmittelzulaufstutzen 5 eine sich über den gesamten Umfang der Wärmeübertragungseinheit 2 verlaufende Rippe 17 angeordnet, welche einen Ringkanal 18 zwischen ihr und dem Absatz 13 festlegt. Die Rippe 17 weist über den Umfang verteilte Durchbrüche 19 auf, welche in vorliegender Ansicht nicht deutlich erkennbar sind. Vorteilhafterweise werden diese Durchbrüche 19 derart über den Umfang verteilt, dass ein gleichmäßiger Kühlmittelstrom vom Kühlmittelzulaufstutzen 5 zum Kühlmittelablaufstutzen 6 über den gesamten Umfang der Wärmeübertragungseinheit 2 gewährleistet ist. Hierzu sind die Querschnitte oder die Anzahl der Durchbrüche 19 in vom Kühlmittelzulaufstutzen 5 abgewandter Seite größer beziehungsweise häufiger auszubilden.
  • Der Einlass des zu kühlenden Fluids könnte vorteilhafterweise über einen hier nicht dargestellten Diffusor erfolgen, so dass auch eine gleichmäßige Verteilung des zu kühlenden Fluids in der Wärmeübertragungseinheit 2 sichergestellt wird.
  • Das Außengehäuse 11 der Wärmeübertragungseinheit 2 umschließt einen Kanal 20, in der das zu kühlende Fluid, insbesondere Abgas von einer Kopfseite der Wärmeübertragungseinheit 2 zur anderen Kopfseite, also vom Einlass zum Auslass strömt.
  • Sowohl vom Außengehäuse 11 des Oberteils 9 als auch des Unterteils 10 ragen stiftförmige Rippen 21, 22 in den Kanal 20. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen diese stiftförmigen Rippen 21, 22 einen runden Querschnitt auf und sind in Strömungsrichtung jeweils hintereinander und sich senkrecht zur Strömungsrichtung erstreckend angeordnet. Dabei erstreckt sich jeweils jede erste Reihe von Rippen 21 vom Oberteil 9 in den Kanal 20 und jede zweite Reihe von Rippen 22 vom Unterteil 10 in den Kanal 20. Selbstverständlich wäre jedoch auch eine andere Ausbildung denkbar, so dass sich zusätzlich in jedem Querschnitt zur Hauptströmungsrichtung jede erste Rippe 21 vom Oberteil 9 und jede zweite Rippe 22 vom Unterteil 10 in den Kanal 20 erstrecken könnte. Wichtig hierbei ist, dass durch die Anordnung der Rippen 21, 22 die Strömung des zu kühlenden Fluids auch im oberen und unteren Bereich in der Nähe des Außengehäuses 11 der Wärmeübertragungseinheit 2 möglichst nicht gleichförmig in eine Richtung, insbesondere nicht in Richtung der Hauptströmungsrichtung, erfolgen sollte. Daher sollten die Rippen 21, 22 von einer Reihe zur nächsten möglichst jeweils vom anderen Teil 9, 10 ausgehen.
  • Fließt nun das zu kühlende Fluid vom Einlassstutzen 7 beispielsweise über einen Diffusor in die Wärmeübertragungseinheit 2 so findet ein sehr guter Wärmeaustausch zwischen den durch das Kühlmittel gekühlten Rippen 21, 22 und dem Fluidstrom statt. Das Außengehäuse 11 ist in vorliegender Ausführungsform etwa in einer Mittelebene der Wärmeübertragungseinheit 2 in Oberteil 9 und Unterteil 10 geteilt. Die Befestigung des Oberteils 9 am Unterteil 10 erfolgt vorteilhafterweise durch Reibrührschweißen. Wichtig ist ferner, dass die einzelnen Rippen 21, 22 über diese Mittelachse sich von beiden Seiten in Richtung zum gegenüberliegenden Teil 9, 10 erstrecken und möglichst nahe an das Außengehäuse 11 heran geführt werden, um einen möglichst guten Wärmeübergang zu erreichen.
  • In den 3 bis 5 ist eine ähnlich aufgebaute Kühlvorrichtung dargestellt, wobei die Bezugszeichen bei gleichen Teilen unverändert verwendet wurden. Der Hauptunterschied zur Ausführung gemäß der beiden ersten Figuren besteht darin, dass die Rippen 21, 22 keinen runden Querschnitt sondern im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Des Weiteren sind die Rippen 21, 22 in Hauptströmungsrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet, so dass keine gerade Strömung durch die Wärmeübertragungseinheit 2 statt finden kann. Hierdurch wird das zu kühlende Fluid gezwungen eine schlangenlinienförmige Bewegung durch den Kanal 20 zu vollziehen. Dabei reicht wie bei der ersten Ausführung jeweils eine erste Reihe von Rippen 21 vom Oberteil 9 in den Kanal und eine zweite Reihe von Rippen 22 vom Unterteil 10 in den Kanal. Diese Schlangenbewegung wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Breite jeder Rippe 21, 22 größer ist als der Zwischenraum zwischen den Rippen 21, 22.
  • In 5 ist zu erkennen, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Verbindungsebene zwischen Oberteil 9 und Unterteil 10 nicht im Bereich der Mittelachse angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet das Unterteil 10 den Hauptteil des Außengehäuses 11 und weist lediglich entlang der Hauptströmungsrichtung im Bereich der Rippen 21, 22 eine geöffnete Seite auf, die durch das Oberteil 9, dessen Außengehäuse 11 im wesentlichen eine Plattenform aufweist in der Art eines Deckels verschlossen wird. Dennoch erstrecken sich die stiftförmigen Rippen 22 von diesem Oberteil 9 über die Mittelachse hinaus in den Kanal 20. Das Unterteil 10 weist somit einen in Hauptströmungsrichtung gesehen vorderen und hinteren Bereich auf, in dem keine Rippen 22 angeordnet sind, so dass in diesen Bereichen durch das Unterteil 10 ein vollständig zu den Seiten geschlossener Kanal mit Deckel geformt ist. In diesem Bereich ist auch der Absatz 13 angeordnet, so dass die Anordnung der Dichtungen 15 leichter zu vollziehen ist, da sie nur am Unterteil ausgebildet werden müssen. Des Weiteren kann das Oberteil 9 auf das Unterteil 10 aufgelegt werden und aus dieser Richtung das Werkzeug zur Verbindung der beiden Einzelteile 9, 10 geführt werden.
  • Bezüglich der weiteren Ausbildung der Wärmeübertragungseinheit 2 der 3 bis 5 und der Kühlvorrichtung wird auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen.
  • Es ist ersichtlich, dass sämtliche Teile dieser Ausführungsformen einer Kühlvorrichtung im Druckgussverfahren vorzugsweise im Aluminiumdruckgussverfahren herstellbar sind. Je nach Konstruktion können insbesondere die Formen des Außengehäuses des Oberteils und des Unterteils der Wärmeübertragungseinheit voneinander abweichen, wie aus den beiden Ausführungen deutlich wird. Auch die Anordnung der Einlässe und Auslässe zueinander lässt sich ändern, so dass beispielsweise der Wärmetauscher im Gegenstromverfahren betrieben werden kann.
  • Diese Ausführungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sind einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar und weisen im Vergleich zu bekannten Kühlvorrichtungen einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad auf, wobei gleichzeitig eine Versottung der Wärmeübertragungseinheit vermieden wird.

Claims (13)

  1. Kühlvorrichtung, insbesondere Abgaskühlvorrichtung, für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Außenschale, in der eine Wärmeübertragungseinheit angeordnet ist, welche ein Außengehäuse aufweist, das einen zwischen der Außenschale und der Wärmeübertragungseinheit ausgebildeten, von einem Kühlmittel durchströmten Mantel von einem Kanal trennt, der in der Wärmeübertragungseinheit ausgebildet ist und durch den das zu kühlende Fluid strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (2) stiftförmige Rippen (21, 22) aufweist, die senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids vom Außengehäuse (11) in den Kanal (20) ragen.
  2. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (21, 22) einen runden Querschnitt aufweisen.
  3. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (21, 22) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
  4. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (21, 22) in Hauptströmungsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
  5. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Hauptströmungsrichtung betrachtet die Breite der Rippen (21, 22) größer ist als der Zwischenraum zwischen den Rippen (21, 22).
  6. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (2) aus einem Oberteil (9) und einem Unterteil (10) aufgebaut ist, wobei in gleichmäßig wechselnder Folge eine erste Anzahl Rippen (21) vom Oberteil (9) ausgehend in den Kanal (20) ragt und eine zweite Anzahl Rippen (22) vom Unterteil (10) ausgehend in den Kanal (20) ragt.
  7. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (21, 22) sich vom Oberteil (9) und vom Unterteil (10) jeweils über die Mittelachse der Wärmeübertragungseinheit (2) hinaus in den Bereich des Außengehäuses (11) des jeweils gegenüberliegenden Teils (9, 10) erstrecken.
  8. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (9) und das Unterteil (10) durch Reibrührschweißen miteinander verbunden sind.
  9. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel vom Kühlmittelzulaufstutzen (5) in einen im Mantel (12) ausgebildeten Ringkanal (18) strömt, der an seiner zum weiterführenden Mantel (12) weisenden Seite durch eine umlaufende Rippe (17) begrenzt ist, die Durchbrüche (19) aufweist, die derart angeordnet sind, dass eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels über den gesamten Umfang der Wärmeübertragungseinheit (2) entsteht.
  10. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung des zu kühlenden Fluids in die Kühlvorrichtung über einen Diffusor erfolgt.
  11. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor aus Stahl und die übrige Kühlvorrichtung aus Aluminium hergestellt ist.
  12. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (2) unter Zwischenlage von Dichtungen (15) in der Außenschale (1) befestigt ist, wobei zumindest am Einlass der Wärmeübertragungseinheit (2) in Hauptströmungsrichtung des zu kühlenden Fluids vor der Dichtung (15) zwischen Außenschale (1) und Wärmeübertragungseinheit (2) eine umlaufende Nut (16) ausgebildet ist.
  13. Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung im Druckgussverfahren hergestellt ist.
DE102005045103A 2005-09-21 2005-09-21 Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine Expired - Fee Related DE102005045103B3 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005045103A DE102005045103B3 (de) 2005-09-21 2005-09-21 Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005045103A DE102005045103B3 (de) 2005-09-21 2005-09-21 Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005045103B3 true DE102005045103B3 (de) 2006-12-28

Family

ID=37513808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005045103A Expired - Fee Related DE102005045103B3 (de) 2005-09-21 2005-09-21 Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005045103B3 (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007008864A1 (de) * 2007-02-23 2008-08-28 Pierburg Gmbh Wärmeübertragungsvorrichtung
EP2080979A1 (de) * 2008-01-18 2009-07-22 Pierburg GmbH Verbrennungsmotor-Kühler
EP2175221A2 (de) 2008-10-10 2010-04-14 Mahle International GmbH Kühleinrichtung
DE102009035723B3 (de) * 2009-07-31 2011-02-03 Pierburg Gmbh Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102009040474A1 (de) * 2009-09-08 2011-03-31 Pierburg Gmbh Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
CN102589317A (zh) * 2011-01-17 2012-07-18 优尼蔻空气间隙股份公司 用法高度灵活的热交换器
DE102011053421A1 (de) * 2011-09-09 2013-03-14 Pierburg Gmbh Vorprodukt eines Gehäuseteils, Innengehäuse, Wärmeübertragungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Innengehäuses und einer derartigen Wärmeübertragungsvorrichtung
WO2014086558A1 (de) * 2012-12-07 2014-06-12 Pierburg Gmbh Wärmetauscher für eine verbrennungskraftmaschine
WO2020030386A1 (de) * 2018-08-06 2020-02-13 Webasto SE Wärmeübertrager
US20210215072A1 (en) * 2018-08-27 2021-07-15 Hanon Systems Heat exchanger of exhaust heat recovery apparatus

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2825271A1 (de) * 1977-06-08 1979-01-11 Citroen Sa Waermetauscher
DE202004003131U1 (de) * 2004-03-01 2004-05-19 Albert Handtmann Metallgusswerk Gmbh & Co. Kg Mehrteiliger Abgaswärmetauscher aus Aluminiumdruckguß

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2825271A1 (de) * 1977-06-08 1979-01-11 Citroen Sa Waermetauscher
DE202004003131U1 (de) * 2004-03-01 2004-05-19 Albert Handtmann Metallgusswerk Gmbh & Co. Kg Mehrteiliger Abgaswärmetauscher aus Aluminiumdruckguß

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007008864A1 (de) * 2007-02-23 2008-08-28 Pierburg Gmbh Wärmeübertragungsvorrichtung
DE102007008864B4 (de) * 2007-02-23 2012-03-22 Pierburg Gmbh Wärmeübertragungsvorrichtung
EP2080979A1 (de) * 2008-01-18 2009-07-22 Pierburg GmbH Verbrennungsmotor-Kühler
EP2175221A3 (de) * 2008-10-10 2011-12-14 Mahle International GmbH Kühleinrichtung
EP2175221A2 (de) 2008-10-10 2010-04-14 Mahle International GmbH Kühleinrichtung
DE102008051268A1 (de) 2008-10-10 2010-04-15 Mahle International Gmbh Kühleinrichtung
DE102009035723B3 (de) * 2009-07-31 2011-02-03 Pierburg Gmbh Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
EP2284471A2 (de) 2009-07-31 2011-02-16 Pierburg GmbH Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102009040474A1 (de) * 2009-09-08 2011-03-31 Pierburg Gmbh Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
CN102589317A (zh) * 2011-01-17 2012-07-18 优尼蔻空气间隙股份公司 用法高度灵活的热交换器
EP2476986A1 (de) * 2011-01-17 2012-07-18 UNICAL AG S.p.A. Wärmetauscher mit äußerst vielseitiger Verwendung
DE102011053421A1 (de) * 2011-09-09 2013-03-14 Pierburg Gmbh Vorprodukt eines Gehäuseteils, Innengehäuse, Wärmeübertragungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Innengehäuses und einer derartigen Wärmeübertragungsvorrichtung
WO2014086558A1 (de) * 2012-12-07 2014-06-12 Pierburg Gmbh Wärmetauscher für eine verbrennungskraftmaschine
WO2020030386A1 (de) * 2018-08-06 2020-02-13 Webasto SE Wärmeübertrager
US20210215072A1 (en) * 2018-08-27 2021-07-15 Hanon Systems Heat exchanger of exhaust heat recovery apparatus
US11603782B2 (en) * 2018-08-27 2023-03-14 Hanon Systems Heat exchanger of exhaust heat recovery apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005045103B3 (de) Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
EP1196687B1 (de) Fluideinleitung für ein heisses fluid in einer hohlraumstruktur
WO2007062939A1 (de) Kühlvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine
DE102009047620C5 (de) Wärmeübertrager mit Rohrbündel
WO2005052346A1 (de) Wärmetauscher
EP1062418B1 (de) Vorrichtung zur kühlung von gasen
EP2302183A2 (de) Wärmeüberträger
DE102007043992B4 (de) Ladeluftmodul für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102005006055A1 (de) Wärmetauscher
DE102005045098B4 (de) Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102011050596B4 (de) Wärmeübertragungsvorrichtung
EP3516319B1 (de) Wärmetauscher
DE102008056810B4 (de) Kühlvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE10142539A1 (de) Abgaswärmeübertrager
DE2306426A1 (de) Waermetauscher
DE102010009061B4 (de) Anordnung einer Kühlvorrichtung in einer Verbrennungskraftmaschine
DE102008053054B4 (de) Ölfiltermodul
EP2218897B1 (de) Vorrichtung zur Abgasrückführung für einen Verbrennungsmotor
DE102007041338B3 (de) Wärmeübertragungseinheit für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102010025030B4 (de) Wärmetauscher für einen Verbrennungsmotor
DE10321533B4 (de) Luftansaugkanalsystem für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102009055931A1 (de) Wärmeübertragungsvorrichtung sowie Wärmeübertragungsvorproduktanordnung und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Wärmeübertragungsvorrichtung
EP3309381B1 (de) Abgasrückführkühler für eine brennkraftmaschine
DE102007008865B3 (de) Wärmeübertragungsvorrichtung
EP2998684A1 (de) Vorrichtung zur zuführung eines kühlmittels zu einem wärmeübertrager, vorzugsweise für einen abgaskühler eines verbrennungsmotors eines kraftfahrzeuges

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140401