DE102010020519A1

DE102010020519A1 - Kraftwagen mit wenigstens einem Ladeluftkühler

Info

Publication number: DE102010020519A1
Application number: DE102010020519A
Authority: DE
Inventors: Jason Cox; Daniel Knapp
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-11-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftwagen mit wenigstens einem Ladeluftkühler (18, 20) zum Kühlen von Ladeluft für eine zugeordnete Brennkraftmaschine (10, 12), welcher ein Ladeluftleitungsrohr (28) mit einer Lufteinlassöffnung (34) und einer Luftauslassöffnung (36) umfasst. Lufteinlassöffnung (34) und Luftauslassöffnung (36) des Ladeluftkühlers (18, 20) sind auf der gleichen Seite (35) eines Gehäuses (26) des Ladeluftkühlers (18, 20) angeordnet. Das Ladeluftleitungsrohr (28) verläuft U-förmig durch das Gehäuse (26). Ein mit der Luftauslassöffnung (36) verbundener Schenkel (30) des Ladeluftleitungsrohrs (28) ist einer Kühllufteintrittsöffnung des Kraftwagens zugewandt, während ein mit der Lufteinlassöffnung (34) der Ladeluftleitung (28) verbundener Schenkel (24) des Ladeluftleitungsrohrs (28) der Kühllufteintrittsöffnung abgewandt ist. Ein solcher Ladeluftkühler (18, 20) ist besonders kompakt ausgebildet und spart daher Bauraum ein. Gleichzeitig wird durch die Umströmung der Schenkel (24, 30) der Ladeluftleitung (28) mit Kühlluft nach dem Gegenstromprinzip eine besonders gute Kühlleistung erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftwagen mit wenigstens einem Ladeluftkühler nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solcher Ladeluftkühler ist aus der FR 2 899 648 A1 bekannt. Er dient zum Kühlen von Ladeluft für eine Brennkraftmaschine, welche vor Durchströmen des Ladeluftkühlers mittels eines Turboladers verdichtet wurde. Durch die Verdichtung erhöht sich die Temperatur der Ladeluft, was wiederum zu einer Dichteabnahme führt. Die anschließende Kühlung bewirkt eine Dichtezunahme der Ladeluft, so dass der Brennkraftmaschine besonders dichte Luft und damit besonders viel für die Verbrennung des Kraftstoffs benötigter Sauerstoff zugeführt werden kann.
Um den geringen, im Motorraum eines Kraftwagens zur Verfügung stehenden Bauraum besonders gut auszunutzen, bildet der in der FR 2 899 648 A1 beschriebene Ladeluftkühler einen U-förmig verlaufenden Luftkanal aus, der im Fahrbetrieb des Kraftwagens von Kühlluft umspült wird. Solche Ladeluftkühler sind zwar besonders kompakt, weisen jedoch eine relativ geringe Kühlleistung auf.
Eine bessere Kühlleistung erbringen Ladeluftkühler, welche einen geradlinigen Luftkanal für die zu kühlende Ladeluft ausbilden. Im Fahrbetrieb werden solche Ladeluftkühler nach dem Gegenstromprinzip von Kühlluft umströmt, d. h. die Strömungsrichtung der Kühlluft ist der Strömungsrichtung der Ladeluft entgegengesetzt. Die Kühlluft kann daher über die gesamte Länge des Ladeluftkühlers Wärme aus der Ladeluft aufnehmen. Solche Kühler beanspruchen jedoch nachteiligerweise beträchtlichen Bauraum.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, dessen Ladeluftkühler einen geringen Bauraumbedarf mit einer hohen Kühlleistung verbindet.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein solcher Kraftwagen zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass ein mit einer Luftauslassöffnung verbundener Schenkel eines U-förmigen Ladeluftleitungsrohrs eines Ladeluftkühlers einer Kühllufteintrittsöffnung des Kraftwagens zugewandt und ein mit einer Lufteinlassöffnung verbundener Schenkel des Ladeluftleitungsrohrs der Kühllufteintrittsöffnung abgewandt ist. Durch die Kühllufteintrittsöffnung, welche üblicherweise in einer Frontpartie des Kraftwagens ausgebildet ist, strömt im Fahrbetrieb des Kraftwagens Kühlluft zum Ladeluftkühler.
Der Ladeluftkühler ist aufgrund des U-förmigen Verlaufs seines Ladeluftleitungsrohrs besonders kompakt. Zudem wird er nach dem Gegenstromprinzip von Kühlluft umströmt. Die Kühlluft umspült im Fahrbetrieb des Kraftwagens zunächst auf den mit der Luftauslassöffnung verbundenen Schenkel des Ladeluftleitungsrohr und strömt von dort weiter um den mit der Lufteinlassöffnung verbundenen Schenkel. Da die Ladeluft im mit der Luftauslassöffnung verbundenen Schenkel bereits vorgekühlt ist, ist sie kälter als die Ladeluft im mit der Lufteinlassöffnung verbundenen Schenkel. Zwischen Ladeluft und Kühlluft besteht also an jeder Stelle des Ladeluftkühlers ein Temperaturunterschied, so dass ein besonders guter Wärmeübergang von der Ladeluft auf die Kühlluft ermöglicht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lufteinlassöffnung mit einer Luftzuführleitung und die Luftauslassöffnung mit einer Ansaugleitung der zugeordneten Brennkraftmaschine verbunden. Mittels einer Umgehungsleitung kann diese Luftzuführleitung unter Umgehung der Ladeluftkühlers mit der Ansaugleitung verbunden werden. Wenn eine erhöhte Ladelufttemperatur gewünscht ist, beispielsweise um die Kondensation von Wasser aus der Ladeluft zu vermeiden, kann über diese Leitung der Ladeluftkühler umgangen werden. Da die Lufteinlassöffnung und die Luftauslassöffnung auf der selben Seite des Ladeluftkühlers liegen, kann eine solche Umgehungsleitung besonders platzsparend angebracht werden. Vorzugsweise ist der Ladeluftkühler in Fahrzeuglängsrichtung vor einem Hauptwasserkühler des Kraftwagens angeordnet. Der Ladeluftkühler befindet sich bei einer solchen Anordnung in unmittelbarer Nähe des Motors, so dass nur kurze Leitungen zum Verbinden des Ladeluftkühlers mit einem Ansaugtrakt des Motors bzw. mit einem Turbolader notwendig sind. Gleichzeitig ist der Ladeluftkühler im Fahrbetrieb des Kraftwagens direkt im Fahrtwindstrom, der den Hauptwasserkühler durchtritt, angeordnet, so dass eine besonders gute Kühlleistung erzielt wird.
Die geschilderte Gestaltung des Ladeluftkühlers ist besonders zweckmäßig in Kraftwagen mit zwei Brennkraftmaschinen, da dort besonders wenig Bauraum zur Verfügung steht, kann jedoch selbstverständlich auch in konventionellen Kraftwagen mit einer einzigen Brennkraftmaschine Anwendung finden. Durch die Verwendung zweier Brennkraftmaschinen kann Kraftstoff eingespart werden, da in einem Teillastbetrieb des Kraftwagens nur eine Brennkraftmaschine betrieben werden muss. Die zweite Brennkraftmaschine ist im Teillastbetrieb entkoppelt und wird lediglich im Vollastbetrieb zugeschaltet. In diesem Betriebszustand werden die von den beiden Brennkraftmaschinen bereitgestellten Momente über ein Koppelgetriebe additiv in einen Antriebsstrang der Brennkraftmaschine eingekoppelt.
Verglichen mit der Verwendung lediglich einer Brennkraftmaschine, deren Leistungsabgabe im Teillastbetrieb durch die Abschaltung eines oder mehrerer Zylinder reduziert werden kann, ist die Verwendung zweier Brennkraftmaschinen verlustärmer, da im Teillastbetrieb nicht gegen die Reibung der abgeschalteten Brennkraftmaschine gearbeitet werden muss.
Vorzugsweise sind bei einem solchen Kraftwagen die beiden Ladeluftkühler in Fahrzeugquerrichtung nebeneinander angeordnet. Hierdurch wird sichergestellt, dass beide Ladeluftkühler gleichmäßig mit Kühlluft umströmt werden, so dass beide Brennkraftmaschinen hinreichend gekühlte Ladeluft erhalten.
Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht von Ladeluftkühler und Hauptwasserkühler eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftwagens mit einer Brennkraftmaschine,
2 eine perspektivische Ansicht eines Ladeluftkühlers für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftwagens.
Einem Ladeluftkühler 18 eines Kraftwagens wird über Luftzufuhrschläuche 22 die von einem nicht gezeigten Abgasturbolader verdichtete Ladeluft für eine ebenfalls nicht dargestellte Brennstoffkraftmaschine zugeführt. Diese tritt in einen ersten Schenkel 24 eines in einem Gehäuse 26 der Ladeluftkühler 18, 20 angeordneten Ladeluftleitungsrohrs 28 ein. Das Ladeluftleitungsrohr 28 ist insgesamt in Form eines liegenden „U”s ausgebildet und umfasst einen zweiten Schenkel 30, über welchen die Ladeluft zu einer Ansaugleitung 32 strömt.
Die Lufteinlassöffnung 34 des Ladeluftleitungsrohrs 28 liegt also auf der gleichen Seite 35 des Gehäuses 26 wie die Luftauslassöffnung 36 des Ladeluftleitungsrohrs 28. Im Bereich der Öffnungen 34, 36 kann daher besonders bauraumsparend eine in der Figur nicht gezeigte Bypassleitung zum Überbrücken des Ladeluftkühlers 18 angebracht werden. Über eine solche Bypassleitung kann die Ladeluft an dem Ladeluftkühler 18 vorbeigeleitet werden, wenn keine Ladeluftkühlung erwünscht ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn Kondensation von Wasser aus der Ladeluft vermieden werden soll.
Der Ladeluftkühler 18 ist an einem Rahmen 38 montiert, welcher auch einen Hauptwasserkühler 40 zur Kühlung der Brennkraftmaschinen 10, 12 trägt. Der Ladeluftkühler 18 ist in Fahrzeuglängsrichtung vor dem Hauptwasserkühler 40 angeordnet und wird daher im Fahrbetrieb des Kraftwagens vor diesem von der in Richtung des Pfeils 42 durch eine Kühllufteintrittsöffnung 44 anströmenden Kühlluft umströmt. Die Kühllufteintrittsöffnung ist üblicherweise in der Front des Kraftwagens ausgebildet und von einem Kühlergrill bedeckt.
Die Kühlluft trifft zuerst auf diejenige Seite des Gehäuses 26, die den zweiten Schenkel 30 des Ladeluftleitungsrohrs 28 ausbildet. Von dort aus strömt die Kühlluft weiter um den ersten Schenkel 24 des Ladeluftleitungsrohrs 28. Da im zweiten Schenkel 30 des Ladeluftleitungsrohrs 28 die Ladeluft bereits kühler ist als im ersten eintrittsseitigen Schenkel 24, besteht über den ganzen Strömungspfad der Kühlluft durch den Ladeluftkühler 18 eine Temperaturdifferenz zwischen Kühlluft und Ladeluft. Durch dieses Gegenstromprinzip weist der Ladeluftkühler eine besonders gute Kühlleistung auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

FR 2899648 A1 [0002, 0003]

Claims

Kraftwagen mit wenigstens einem Ladeluftkühler (18, 20) zum Kühlen von Ladeluft für eine zugeordnete Brennkraftmaschine (10, 12), welcher ein Ladeluftleitungsrohr (28) zwischen einer Lufteinlassöffnung (34) und einer Luftauslassöffnung (36) umfasst, wobei die Lufteinlassöffnung (34) und Luftauslassöffnung (36) auf der gleichen Seite (35) eines Gehäuses (26) des Ladeluftkühlers (18, 20) angeordnet sind und das Ladeluftleitungsrohr (28) U-förmig durch das Gehäuse (26) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Luftauslassöffnung (36) verbundener Schenkel (30) des Ladeluftleitungsrohrs (28) einer Kühllufteintrittsöffnung des Kraftwagens zugewandt und ein mit der Lufteinlassöffnung (34) der Ladeluftleitung (28) verbundener Schenkel (24) des Ladeluftleitungsrohrs (28) der Kühllufteintrittsöffnung abgewandt ist.
Kraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlassöffnung (34) mit einer Luftzuführleitung (22) und die Luftauslassöffnung (36) mit einer Ansaugleitung (32) der zugeordneten Brennkraftmaschine (10, 12) verbunden ist, wobei eine Umgehungsleitung vorgesehen ist, mittels welcher die Luftzuführleitung (22) unter Umgehung des Ladeluftkühlers (18, 20) mit der Ansaugleitung (32) verbindbar ist.
Kraftwagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkühler (18, 20) in Fahrzeuglängsrichtung vor einem Hauptwasserkühler (40) des Kraftwagens angeordnet ist.
Kraftwagen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftwagen zwei Brennkraftmaschinen (10, 12) mit einem jeweils zugeordneten Ladeluftkühler (18, 20) aufweist.
Kraftwagen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftkühler (18, 20) in Fahrzeugquerrichtung nebeneinander angeordnet sind.