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Die
Erfindung betrifft einen für eine Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs bestimmten, eine im Fahrbetrieb anströmbare
Wärmetauscherfläche aufweisenden Ladeluftkühler
zur Kühlung der einem Lufteinlass der Brennkraftmaschine
zuführbaren Luft sowie ein für den Ladeluftkühler
bestimmtes Arbeitsverfahren.
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Ladeluftkühler
der genannten Art werden üblicherweise bei turboaufgeladenen
Brennkraftmaschinen verwendet, um die Ladeluft zu kühlen,
bevor sie in die Brennräume eintritt. Ein Ladeluftkühler
ist zu diesem Zweck beispielsweise zwischen einem Auslass des Laders
und einem Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine angeordnet.
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Je
nach den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ist es oftmals
erwünscht, den Ladeluftkühler nicht mit dem gesamten
Volumenstrom zu beaufschlagen, sondern eine Umgehungsmöglichkeit,
also einen Bypass, zu realisieren, um so einen Teilstrom der aus
einem Lader austretenden heißen Verbrennungsgase zu nutzen.
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Es
ist auch bereits bekannt, den Ladeluftkühler dadurch zu
umgehen, dass in dem Bypass ein Bypass-Ventil angeordnet ist, um
so den Durchfluss einstellen zu können.
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Bei
einem durch die
EP
1 336 736 B1 bekannten Ladeluftkühler hat ein
Wärmetauscherteil mehrere Kanäle, wobei ein Bypass-Ventil
derart vorgesehen ist, dass es einen Luftstrom vom Einlassbereich
zum Auslassbereich leitet, ohne dass der Luftstrom durch den Wärmetauscherteil
fließt. Weiterhin hat der Ladeluftkühler ein Stromregelventil
zur Regelung des Luftdurchlasses durch den Wärmetauscherteil.
Auf diese Weise wird also erreicht, dass ein Teil der heißen
Ansaugluft ungekühlt dem Einlass der Brennkraftmaschine
zugeführt werden kann.
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Die
DE 31 04 124 A1 bezieht
sich auf einen Antrieb, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
mit einer aufgeladen Brennkraftmaschine und mit einem mit dieser
in mechanischer Antriebsverbindung stehenden Lader. Parallel zu
dem Ladeluftkühler ist ein Bypass vorgesehen mit einer
in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine betätigbaren
Ventilanordnung zur Freigabe und Sperrung des Bypasses. Der Ladeluftkühler
ist dabei nur für die im Volllastbetrieb der aufgeladenen
Brennkraftmaschine in einem niedrigen Drehzahlbereich derselben
gelieferte Ladeluftmenge ausgelegt, sodass die Ventilanordnung den
Bypass bei Teil- und Volllastbetrieb der aufgeladenen Brennkraftmaschine
in diesem niedrigen Drehzahlbereich sperrt.
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Die
DE 10 2004 044 895
A1 betrifft eine Abgasrückführeinrichtung
für eine Brennkraftmaschine mit einer mit einem Lufteinlass
der Brennkraftmaschine verbundenen, einen Luftkühler aufweisenden Luftzuführleitung.
Zur Verbesserung der Dynamik der Brennkraftmaschine ist die Abgasrückführeinrichtung derart
ausgeführt, dass der Luftkühler eine Umgehungsluftleitung
aufweist und bei zumindest teilweise geöffneter Abgasrückführleitung
die Umgehungsluftleitung zumindest teilweise geöffnet und
eine Kühlerzuführung geschlossen wird.
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Die
DE 197 24 728 A1 betrifft
einen luftgekühlten Kühler und eine Kühleranordnung,
bestehend aus mehreren Kühlern, beispielsweise Wasserkühler,
Ladeluftkühler und Ölkühler, wobei mindestens
einer der Kühler ein Kühlnetz bestehend aus Rohren
und dazwischen angeordneten Luftlamellen aufweist. Mindestens ein
Kühler der Kühleranordnung weist eine Schiebejalousie
auf, die aus einem flachen, verschiebbaren und geschlitzten Bauteil
besteht, dessen Schlitze und dazwischen liegenden Stege parallel
zu den Rohren des Kühlers angeordnet sind. Mittels dieser
Jalousie ist der vom Ventilator durch die Kühleranordnung
gedrückte Luftvolumenstrom regulierbar. Alternativ kann
auch eine Klapp- oder Faltjalousie verwendet werden. In der vollständig
geöffneten Stellung befinden sich die Stege zumindest nahezu
deckungsgleich mit den Rohren des Kühlers und die Schlitze
sind nahezu deckungsgleich mit den Zwischenräumen zwischen
den Rohren. Die Kühlluft kann ungehindert durch die Kühler
der Kühleranordnung streichen.
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Aus
der
DE 34 38 709 C1 ist
ein Kraftfahrzeugkühler mit einer Schiebejalousie bekannt.
Diese Jalousie besteht aus feststehenden und bewegbaren Schiebegittern.
Die Verstellung des bewegbaren Schiebegitters erfolgt über
ein Dehnstoffelement, welches im Kühlwasserkreislauf angeordnet
ist und in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur
die Schiebejalousie über einen Arbeitskolben öffnet
und schließt.
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Eine
Temperaturregeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine
ist ferner auch aus der
EP
0 156 078 A1 bekannt. Die Temperaturregeleinrichtung umfasst
Temperatursensoren in den verschiedenen Kreisläufen sowie
Drucksensoren, Verstärker und andere elektrische oder elektronische
Bausteine. Aufgrund von Signalen aus den Kreisläufen werden die
Drehzahl des Ventilators, die Jalousien an den Kühlern
und der Kühlmittelfluss so geregelt, dass die Temperatur der
Kühlmittel niemals außerhalb der vorgegebenen
Arbeitstemperaturbereiche liegt, wodurch die Leistung der Brennkraftmaschine
optimiert wird.
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Als
problematisch erweist es sich in der Praxis, dass bei niedrigen
Außentemperaturen die in der Umgebungsluft enthaltene Feuchtigkeit
in den Rohrleitungen des Ladeluftkühlers kondensieren kann.
Da bei geringer Last der Brennkraftmaschine die Temperatur der zugeführten
Luft, insbesondere der rückgeführten Abgase nur
geringfügig höher ist als die Außentemperatur
kann ein Gefrieren des Kondensats nicht zuverlässig ausgeschlossen
werden. Hierdurch wird die Luftzuführung zu der Brennkraftmaschine behindert,
sodass die Betriebsbedingungen nicht optimal eingestellt werden
können.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen
Ladeluftkühler der eingangs genannten Art derart auszuführen,
dass eine Beeinträchtigung der Luftzuführung der
Brennkraftmaschine auch bei niedrigen Temperaturen ausgeschlossen
ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes
Arbeitsverfahren des Ladeluftkühlers zu realisieren.
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Diese
erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Ladeluftkühler
gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die
Unteransprüche 2 bis 7 betreffen besonders zweckmäßige
Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß weist
also der Ladeluftkühler zumindest zwei jeweils eine Teilfläche
der Wärmetauscherfläche bildende Bereiche auf,
wobei die Luft mittels eines Strömungsleitelements bedarfsweise
einem Bereich oder mehreren Bereichen zuführbar ist. Die
Erfindung geht also von dem Gedanken aus, dass zur Vermeidung einer
außentemperaturabhängigen Kondensatbildung und
Vereisung der den Ladeluftkühler durchströmenden
Luft und der damit verbundenen eingeschränkten Luftversorgung der
Brennkraftmaschine grundsätzlich der gesamte Luftstrom
dem Ladeluftkühler zugeführt wird. Dabei wird
nicht etwa ein Bereich der Wärmetauscherfläche abgedeckt,
sondern die gesamte zugeführte Luft durchströmt
den Ladeluftkühler, wobei die durchströmte Teilfläche
der Wärmetauscherfläche bei niedrigen Temperaturen
vermindert ist. Aufgrund der somit reduzierten Kühlleistung
wird das Kondensieren der Luft in der Leitung zuverlässig
vermieden. Ein Bypass ist dabei zwar nicht grundsätzlich
ausgeschlossen, jedoch für die Realisierung der Erfindung im
Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem ein Teilstrom an dem Ladeluftkühler
vorbei geführt wird, nicht erforderlich. Vielmehr beruht
die Erfindung in der Veränderung der wirksamen Fläche,
ohne dass hierzu die äußere, umgebungsluftabhängige
Anströmung der Wärmetauscherfläche verändert
wird.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform des Ladeluftkühler
wird dadurch erreicht, dass das Strömungsleitelement ein
Stellglied, insbesondere eine Klappe aufweist, sodass die eintretende
Luftströmung bedarfsweise den entsprechenden Bereichen
zugeführt wird, die insbesondere hinsichtlich der jeweils
wirksamen Wärmetauscherfläche abweichend bemessen
sein können. Beispielsweise kann das Strömungsleitelement
in einer ersten Stellung die Luftzuführung auf einen ersten
Bereich beschränken, während in einer zweiten
Stellung die ungehinderte Luftzuführung zu der gesamten
Wärmetauscherfläche eingestellt wird.
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Weiterhin
erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn
das Strömungsleitelement in ein Gehäuse, insbesondere
in einen Sammelkasten des Ladeluftkühlers integriert ist,
sodass keine zusätzlichen Leitungselemente zur Realisierung
des Strömungsleitelementes erforderlich sind. Vielmehr
kann das Strömungsleitelement unmittelbar vor dem Eintritt
der Luft in die lamellenartigen Rohrleitungen einer bestimmten Anzahl
dieser Rohrleitungen zugeführt werden, indem in diesem
Bereich die Klappe angeordnet wird. Auf diese Weise kann die Erfindung ohne
eine grundsätzliche Neukonstruktion auch bei an sich bekannten
Ladeluftkühlern realisiert werden. In dem geöffneten
Zustand der Klappe liegt diese vorzugsweise in einer entsprechenden
Ausnehmung einer Innenwandfläche des Gehäuses
konturbündig an.
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Aufgrund
des Strömungsleitelementes könnte ein Druckgradient
erzeugt werden, welcher zu einer Luftdurchströmung eines
oder mehrerer bestimmter Bereiche führt. Besonders einfach
ist hingegen eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung, bei welcher
die Wärmetauscherfläche durch mehrere von der
Luft durchströmbare Kühlrohre bestimmt ist, so
dass die Kühlrohre entweder von der Luft durchströmt
werden oder aber von der Luftversorgung vollständig abgeschnitten
sind und so in Abhängigkeit erfasster Umgebungsparameter
eine vorbestimmte Anzahl der Kühlrohre mittels des Strömungsleitelements
durchströmt werden.
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Eine
andere ebenfalls besonders zielführende Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers wird
dann erreicht, wenn zusätzlich zu einem eintrittsseitigen
Strömungsleitelement ein weiteres austrittsseitig angeordnetes
Strömungsleitelement zur Vermeidung einer Rückströmung
vorgesehen ist, um so an einer Austrittsseite des Ladeluftkühlers
eine Rückströmung der Luft in die eintrittseitig
verschlossenen Bereiche, insbesondere also einzelne Rohrleitungen,
zu vermeiden.
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Das
Strömungsleitelement könnte beispielsweise mit
einem Thermoelement derart verbunden sein, dass bei Unterschreiten
einer vorbestimmten Temperatur ein selbsttätiges Schließen
der Klappe erreicht wird. Eine wesentlich optimierte Weiterbildung
der Erfindung wird hingegen auch dadurch erreicht, dass das Strömungsleitelement
zwangsgesteuert ausgeführt ist und beispielsweise mittels
eines elektromotorisch antreibbaren Stellgliedes betätigbar
ist.
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Die
zweitgenannte Aufgabe, eine verbessertes Arbeitsverfahren eines
für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bestimmten,
eine Wärmetauscherfläche aufweisenden Ladeluftkühler
zur Kühlung der einem Lufteinlass der Brennkraftmaschine
zuführbaren Luft zu schaffen, wird durch ein Verfahren
gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Luft in
Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen, insbesondere der
Temperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit die Luft einem und/oder
mehreren jeweils durch eine Teilfläche der Wärmetauscherfläche
gebildeten Bereichen zugeführt wird. Hierdurch wird also
die effektiv wirksame Wärmetauscherfläche nicht
etwa wie beim Stand der Technik durch eine äußere
Abdeckung, sondern durch eine geänderte Durchströmung
der zu kühlenden Luft angepasst, insbesondere also bei
niedrigen Temperaturen verkleinert. Auf diese Weise wird eine ausreichend
hohe Temperatur der zu kühlenden Luft auch bei sehr niedrigen
Umgebungstemperaturen sichergestellt, mit der Folge, dass eine Kondensatbildung
innerhalb des Ladeluftkühlers nahezu ausgeschlossen ist.
Die Luftverteilung wird mittels Schiebern, Ventilen oder Klappen bedarfsweise
in Abhängigkeit erfasster Betriebsparameter gesteuert.
Zugleich wird aufgrund der so realisierbaren konstanten Temperatur
der zugeführten Luft die Verbrennung in der Brennkraftmaschine
wesentlich optimiert.
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Die
Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu.
Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in
den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigen in
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1 einen
erfindungsgemäßen Ladeluftkühler aus
einer rückwärtigen Ansicht;
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2 eine
entlang der Linie II ausschnittsweise vergrößerte
Darstellung des in der 1 gezeigten Ladeluftkühlers.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der 1 und 2 näher
dargestellt, welche einen für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs bestimmten Ladeluftkühler 1 zur
Kühlung der einem Lufteinlass der Brennkraftmaschine zuführbaren
Luft zeigt. Der Ladeluftkühler 1 hat eine im Fahrbetrieb
vom Fahrtwind anströmbare, durch eine Vielzahl paralleler
Rohrleitungen 2 gebildete lamellenartige Wärmetauscherfläche 3,
welche in der gezeigten rückwärtigen Ansicht teilweise
von Ventilatoren 4 verdeckt ist. Diese Wärmetauscherfläche 3 ist in
einen jeweils eine Teilfläche bildenden ersten Bereich 5 und
einen zweiten Bereich 6 unterteilt, denen die Luft mittels
eines Strömungsleitelements 7 bedarfsweise zuführbar
ist. Hierzu hat das Strömungsleitelement 7 eine
Klappe 8, durch die in der gezeigten Stellung der Klappe 8 die
gesamte Luft ausschließlich dem ersten Bereich 5 zugeführt
wird. Demgegenüber entspricht die lediglich gestrichelt dargestellte
Position der Klappe 8 der bisher üblichen Beaufschlagung
der gesamten Wärmetauscherfläche 3. Die
Klappe 8 ist zu diesem Zweck in einer Ausnehmung 9 einer
Innenwandfläche 10 eines Sammelkastens 11 integriert,
sodass die Luftströmung in der geöffneten Klappenstellung
nicht beeinträchtigt ist. Hierdurch wird bei sehr niedrigen
Temperaturen der effektiv wirksame Anteil der Wärmetauscherfläche 3 durch
eine Durchströmung lediglich des ersten Bereichs 5 reduziert,
sodass eine ausreichend hohe Temperatur der zu kühlen den
Luft sichergestellt und eine Kondensatbildung innerhalb des Ladeluftkühlers 1 nahezu
ausgeschlossen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1336736
B1 [0005]
- - DE 3104124 A1 [0006]
- - DE 102004044895 A1 [0007]
- - DE 19724728 A1 [0008]
- - DE 3438709 C1 [0009]
- - EP 0156078 A1 [0010]