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Technisches Gebiet
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Ansauganlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine aufgeladene Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit integriertem Wärmetauscher.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Ansauganlagen für Brennkraftmaschinen bekannt, in denen Wärmetauscher von der Ansaugluft umströmt werden. Dies dient der Kühlung der Ansaugluft, die beispielsweise durch die vorherige Verdichtung durch einen Abgasturbolader oder eines Kompressors unvorteilhaft erwärmt sein kann. Auch bekannt sind Wärmetauscher zur Kühlung der mit rückgeführtem Abgas aus dem Verbrennungsprozess vermischten Ansaugluft.
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Die
DE 10 2007 030 464 A1 offenbart eine Ansauganlage, in die ein Wärmetauscher seitlich in das Gehäuse der Ansauganlage eingeschoben ist und starr mit dem Gehäuse verbunden ist. Der Wärmetauscher verschließt dabei das Gehäuse der Ansauganlage im Bereich des Wärmetauschers nach außen. Aus der
JP 60-91972 U ist eine Ansauganlage mit einem mehrteiligen Gehäuse bekannt. In der Ansauganlage ist ein Wärmetauscher angeordnet, der zwischen zwei Gehäuseteilen verspannt ist und von der Luft durchströmt wird. Die
DE 197 01 872 C2 zeigt ein Gehäuse für eine Klimaanlage mit einem Wandteil, in dem ein Heiz-Wärmetauscher im Bereich seines oberen Sammlerkastens unter Zwischenfügung einer umlaufenden Dichtung aufgenommen ist.
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Die Publikation
DE 10 2007 029 036 A1 zeigt dagegen eine Ansauganlage, die aus zwei Gehäuseteilen besteht, die an der Anström- und der Abströmseite des Wärmetauschers starr mit diesem verbunden werden.
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Nachteilig an den bekannten Lösungen ist die starre Verbindung von Wärmetauscher und dem Gehäuse der Ansauganlage, da mit einer solchen Verbindung keine Toleranzen aufgenommen werden können. Aufgrund des fehlenden Toleranzausgleiches sind die Bauteile mit hoher Genauigkeit herzustellen. Dazu gestaltet sich die Montage schwierig und im Falle von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Ansauganlage und Wärmetauscher kommt es im Bauteil zu Spannungen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindungen ist es daher, den Stand der Technik zu verbessern und eine Ansauganlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 zu schaffen.
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Offenbarung der Erfindung
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Um die genannten Nachteile zu verbessern, weist die erfindungsgemäße Ansauganlage einen Wärmetauscher auf, der innerhalb des Gehäuses der Ansauganlage angeordnet ist und elastisch entkoppelt von dem Gehäuse befestigt ist. Somit können Toleranzen, die während des Fertigungsprozesses von Gehäuse und Wärmetauscher auftreten oder sich aus unterschiedlicher Wärmedehnung der Bauteile ergeben, aufgenommen werden. Zusätzlich ist der Wärmetauscher von Bauteilschwingungen entkoppelt, die von der Brennkraftmaschine auf das Saugrohr übertragen werden.
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Die Entkopplung erfolgt durch Entkoppelelemente aus Elastomerwerkstoff, die zwischen dem Gehäuse der Ansauganlage und dem Wärmetauscher angeordnet sind. Der Wärmetauscher wird durch eine dafür vorgesehene Öffnung im Gehäuse der Ansauganlage in das Gehäuse eingesetzt und anschließend mit einem Deckelbauteil, welches mit dem Gehäuse der Ansauganlage verbunden wird, durch die Entkoppelelemente befestigt. Bei gleicher Montagerichtung von Wärmetauscher und Deckelbauteil verspannt das Deckelbauteil den Wärmetauscher mit den Entkoppelelementen im Gehäuse der Ansauganlage. Die Befestigung des Wärmetauschers in den Richtungen quer zur Montagerichtung kann über das Zusammenspiel einer Anordnung von Vertiefungen und Erhebungen an Wärmetauscher, Gehäuse der Ansauganlage, Entkoppelelementen und Deckelbauteil erfolgen. Somit ergibt sich eine vorteilhafte Befestigung bei gleichzeitiger Entkopplung, ohne dass zusätzliche Befestigungsmittel erforderlich sind.
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Zur einfacheren Montage und Herstellung der Entkoppelelemente können mehrere einzelne Entkoppelmittel mit Stegen zu einem Entkoppelelement verbunden sein. So lassen sich die Entkoppelmittel an mehreren Stellen des Wärmetauschers zu wenigen oder gar nur einem Entkoppelelement zusammenfassen und in einem Arbeitsgang montieren. Vorteilhaft ist die Verwendung von identischen Teilen zur Entkopplung des Wärmetauschers.
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Da eine Strömung der Ansaugluft an der Gehäuseinnenwand der Ansauganlage um den Wärmetauscher außen herum unerwünscht ist, ist ein einer weiteren Ausführungsform der Entkoppelelemente eine Dichtfunktion vorgesehen, die erreicht wird indem die Verbindungsstege zwischen zwei oder mehreren Entkoppelelementen als Dichtlippen ausgeführt sind und den Spalt zwischen Gehäuseinnenwand der Ansauganlage und dem Wärmetauscher abdichten.
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Eine alternative Ausführungsform der Abdichtung besteht aus einer Labyrinthdichtung, die von Stegen und Vertiefungen in Wärmetauscher und Ansauganlagengehäuse gebildet wird. Dabei werden enge Spalte erzeugt, die ein Durchströmen von Ansaugluft zwischen Wärmetauscher und Saugrohrinnenwand verhindern oder zumindest auf ein akzeptables Minimum reduzieren.
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Das Gehäuse der Ansauganlage ist vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, insbesondere Polyamid mit Glasfaserverstärkung, hergestellt. Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit von Gehäuse und Deckelbauteil ist in einer besonderen Ausführungsform ein Verstärkungsmittel in das Kunststoffbauteil eingelegt oder umspritzt, beispielsweise ein Profil aus Edelstahl.
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Der in die Ansauganlage montierte Wärmetauscher ist aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt.
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Der Wärmetauscher kann zur Kühlung der Ansaugluft nach einem Abgasturbolader oder einem anderen Verdichter als Ladeluftkühler eingesetzt sein, um die Ansaugluft vor dem Eintritt in die Brennkammer abzukühlen. Ebenfalls ist der Einsatz des Wärmetauschers zur Kühlung der Ansaugluft möglich, die durch zurückgeführtes Abgas unvorteilhaft erwärmt sein kann. In diesem Fall spricht der Fachmann von einem Kühler zur Kühlung von in den Ansaugtrakt rückgeführtem Abgas.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Figuren zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht einer Sauganglage mit integriertem Wärmetauscher;
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2: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ansauganlage nach 1;
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3a: eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Entkoppelmittels;
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3b: eine perspektivische Ansicht eines ”Zweifach-Entkoppelelementes” mit Dichtlippen;
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3c: eine perspektivische Ansicht eines ”Vierfach-Entkoppelementes” mit Dichtlippen.
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Gleiche Bauteile sind durch gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren gekennzeichnet.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt die perspektivische Ansicht einer Ansauganlage 1 mit einem in dem Gehäuse 3 der Ansauganlage integrierten Wärmetauscher 2 und einem Deckelbauteil 10. Die Ansauganlage 1 weist einen Lufteinlassstutzen 4 auf, durch den die Ansaugluft in Richtung des Pfeils 5 von der Drosselklappe (nicht dargestellt) in die Ansauganlage 1 einströmt. Auf der Ausströmseite der Ansauganlage 1 strömt die Ansaugluft in Richtung des Pfeils 6 in die Einlasskanäle in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt). Die Ansauganlage 1 verfügt über einen Flansch 7, der mit dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine verbunden ist und über den die Ansauganlage 1 an der Brennkraftmaschine befestigt ist. Zwischen Lufteinlass und Luftauslass strömt die Ansaugluft durch einen innerhalb des Gehäuses 3 der Ansauganlage 1 angeordneten Wärmetauscher 2. Der Wärmetauscher 2 wird von einem Kühlfluid durchströmt, welches durch einen Fluideinlassstutzen 8 in den Wärmetauscher strömt und diesen durch den Fluidauslassstutzen 9 wieder verlässt. Je nach Aufbau des Wärmetauschers kann die Durchströmung des Fluids in einer anderen Ausführungsform auch in umgekehrter Richtung erfolgen oder die Stutzen sind an anderer Stelle des Wärmetauschers angebracht als in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Gehäuse 3 der Ansauganlage 1 weist an einer Seite ein Deckelbauteil 10 auf, das mit dem Gehäuse 3 nach Einbau des Wärmetauschers dicht verbunden ist. Zu diesem Zweck dienen Befestigungsmittel 11 auf der Außenseite des Deckelbauteils 10 und eine eingelegte Dichtung 12 (siehe 2), die als Formdichtung ausgebildet sein kann.
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Eine perspektivische Explosionsdarstellung der Einzelteile der Ansauganlage 1 zeigt die 2. Der Wärmetauscher 2 mit dem Fluideinlassstutzen 8 und dem Fluidauslassstutzen 9 wird durch eine dafür vorgesehene Öffnung im Gehäuse 3 der Ansauganlage 1 in das Gehäuse 3 eingesetzt. Das Gehäuse 3 wird mit dem Deckelbauteil 10 verschossen und mit den Befestigungsmitteln 11, beispielsweise Schrauben, am Gehäuse 3 befestigt. Eine am Gehäuse 3 umlaufende Dichtung 12 dichtet dabei das Deckelbauteil 10 gegen das Gehäuse 3 luftdicht ab. Der Fluideinlassstutzen 8 des Wärmetauschers 2 wird durch das Deckelbauteil und der Fluidauslassstutzen 9 durch das Gehäuse 3 nach außen geführt und mit je einem Dichtring 13 gegen die Ansauganlage 1 abgedichtet. Das Gehäuse 3 weist Aufnahmen 14 auf, beispielsweise Gewindebuchsen oder Bohrungen im Kunststoff, die mit den Befestigungsmitteln 11 korrespondieren.
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Die Entkopplung des Wärmetauschers 2 von Gehäuse 3 und Deckelbauteil 10 der Ansauganlage 1 erfolgt durch Entkoppelelemente 15 aus einem Elastomerwerkstoff, die zwischen dem Gehäuse 3 der Ansauganlage 1 und dem Wärmetauscher 2 angeordnet sind, so dass kein direkter Kontakt zwischen Wärmetauscher 2 und dem Gehäuse 3 oder dem Deckelbauteil 10 besteht. Diese Entkoppelelemente 15 können in einer bevorzugten Ausführungsform an den Eckpunkten auf Ober- und Unterseite des Wärmetauschers 2 angeordnet sein. Dabei ist es vorteilhaft, mehrere einzelne Entkoppelmittel 18 zu einem Entkoppelelement 15 zusammenzufassen.
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Bei gleicher Montagerichtung 16 von Wärmetauscher 2 und Deckelbauteil 10 verspannt das Deckelbauteil 10 den Wärmetauscher 2 mit den Entkoppelelementen 15 im Gehäuse 3 der Ansauganlage 1. Die Befestigung des Wärmetauschers 2 in den Richtungen quer zur Montagerichtung 15 erfolgt über eine Anordnung von Vertiefungen 17 und Erhebungen am Gehäuse 3 der Ansauganlage 1, den Entkoppelelementen 15 und Deckelbauteil 10. In dem Gehäuse 3 und im Deckelbauteil 10 sind Vertiefungen 17 angebracht, in die die Entkoppelelemente 15 durch eine geeignete erhabene Gegenkontur eingreifen. Somit ist der Wärmetauscher 2 in seiner Lage in der Ansauganlage 1 fixiert, ohne dass zusätzliche Befestigungsmittel erforderlich sind.
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Verschiedene Ausführungsformen der Entkoppelelemente 15 zeigen die 3a bis 3c. So zeigt 3a ein einzelnes Entkoppelmittel 18. Es besitzt eine erhabene ringförmige Kontur 18a, so dass es in die Vertiefung 17 des Gehäuses passt und so die Kräfte quer zur Montagerichtung 16 des Wärmetauschers 2 aufnehmen kann. Um eine bestimmte Toleranzsituation zu erreichen, können die Konturen im Gehäuse 3 unterschiedlich ausgelegt sein, beispielsweise sorgt eine Kombination von runden und langlochförmigen Vertiefungen für eine definierte Ausrichtung des Wärmetauschers 2 im Gehäuse 3.
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Zur einfacheren Montage und Herstellung der Entkoppelelemente 15 können mehrere einzelne Entkoppelmittel 18 mit Stegen 19 zu einem Entkoppelelement 15 verbunden sein. So lassen sich die Entkoppelelemente 15 an mehreren Stellen des Wärmetauschers 2 zu wenigen oder gar nur einem Entkoppelelement 15 zusammenfassen und in einem Arbeitsgang montieren. Die 3b zeigt ein Entkoppelelement 15, bestehend aus zwei Entkoppelmittel, die mit Stegen 19 verbunden sind.
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Die 3c beschreibt eine Kombination aus vier Entkoppelmitteln 18 zu einem Entkoppelelement 15.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von identischen Teilen zur Entkopplung des Wärmetauschers 2.
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Da eine Leckageströmung der Ansaugluft an der Gehäuseinnenwand der Ansauganlage 1 um den Wärmetauscher 2 herum unerwünscht ist, ist in einer weiteren Ausführungsform der Entkoppelelemente 15 eine Dichtfunktion vorgesehen, indem die Verbindungsstege 19 zwischen zwei oder mehreren Entkoppelmitteln 18 als Dichtlippen 20 ausgeführt sind und so einen Spalt zwischen Gehäusewand der Ansauganlage 1 und dem Wärmetauscher 2 abdichten.
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Ohne die Dichtlippen ist eine Begrenzung der Leckageströmung durch eine Labyrinthdichtung möglich. Dazu ist am Wärmetauscher zumindest eine Rippe ausgebildet, die in zumindest eine Vertiefung am Gehäuse 3 und am Deckelbauteil 10 greift und so mit einer engen Umlenkung die Leckageluftmenge auf ein Minimum begrenzt. Alternativ kann die Rippe auch am Gehäuse 3 und/oder dem Deckelbauteil 10 der Ansauganlage 1 ausgeführt sein, die in eine Vertiefung im Wärmetauscher 2 greift. Auch eine separate Dichtung zwischen Gehäuse 3 und Wärmetauscher 2 ist in einer alternativen Ausgestaltung ausführbar.
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Das Gehäuse 3 der Ansauganlage 1 ist vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, insbesondere Polyamid 6 oder Polyamid 6.6 mit Glasfaserverstärkung hergestellt. Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit und zur Versteifung von Gehäuse 3 und Deckelbauteil 10 ist in einer besonderen Ausführungsform ein Verstärkungsmittel (nicht dargestellt) in das Kunststoffbauteil eingelegt oder vom Kunststoff umspritzt, beispielsweise ein biegesteifes U-Profil aus Edelstahl.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Deckelbauteil 10 an das Gehäuse 3 geschraubt und mit einer umlaufenden Dichtung gegen die Umgebung abgedichtet. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Verbindung von Deckelbauteil 10 und Gehäuse 3 im Laserschweißverfahren oder mittels Ultraschallschweißen möglich. In diesem Fall kann die Dichtung entfallen, da die Schweißnaht nicht nur verbindet sondern gleichzeitig auch abdichtet.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Entkoppelmittel 18 am Wärmetauscher 2 oder am Gehäuse 3 oder Deckelbauteil 10 der Ansauganlage 1 angespritzt. In dieser Ausführungsform ist keine Montage der Entkoppelmittel 18 nötig. Auch die Dichtlippen 20 zur Abdichtung von Leckagestellen zwischen Wärmetauscher 2 und Gehäuse 3 oder Deckelbauteil 10 können entweder zusammen oder separat von den Entkoppelmitteln 18 angespritzt sein an dem Wärmetauscher oder dem Gehäuse 3 oder dem Deckelbauteil 10.
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Für die verschiedenen Dichtaufgaben an verschiedene Stellen rund um den Wärmetauscher 2 können in alternativen Ausgestaltungsformen der Entkoppelelemente 15 jeweils der Kontur angepasste und untereinander verschiedene Dichtgeometrien ausgebildet sein.
