DE102011075617A1

DE102011075617A1 - Verfahren zur Führung einer Ladeluft, Anschlusskasten für eine Kühleranordnung und Kühleranordnung für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine mit einer zweistufigen Aufladung

Info

Publication number: DE102011075617A1
Application number: DE102011075617A
Authority: DE
Inventors: Hermann Baumann
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: DE102011075617B4; US8857416B2; CN102777250A; CN102777250B; US20120325182A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Anschlusskasten für eine Kühleranordnung (1, 1A, 1B) einer Brennkraftmaschine (1000) mit einer zweistufigen Aufladung, der zur Führung einer Ladeluft (LL) an einen Ladeluftkühler anschließbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass – der Anschlusskasten als ein Doppelanschlusskasten (2) gebildet ist und einen unteren Anschluss (33) aufweist, an den ein erster Ladeluftkühler unter dem Doppelanschlusskasten (2) anschließbar ist, und einen oberen Anschluss (34) aufweist, an den ein zweiter Ladeluftkühler über dem Doppelanschlusskasten (2) anschließbar ist, und – eine Führung aufweist, die zur getrennten Führung einer Ladeluft des ersten Ladeluftkühlers und des zweiten Ladeluftkühlers ausgebildet ist, wobei ein Innenraum des Doppelanschlusskastens (2) durch eine Trennwand (5) in einen unteren, am unteren Anschluss (33) anschließenden Führungsbereich (11) und einen oberen, am oberen Anschluss (34) anschließenden Führungsbereich (21) geteilt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Anschlusskasten für eine Kühleranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung eine Kühleranordnung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Weiter betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
Insbesondere bei einer Diesel-Brennkraftmaschine hat sich eine Aufladung zur Leistungssteigerung etabliert. Eine Aufladung einer Diesel-Brennkraftmaschine führt mit einer verbesserten Verbrennung des Dieselkraftstoffs auch zu einer Reduzierung von Stickoxiden im Abgas. Dies ist insbesondere zur Einhaltung von Abgasnormen mittlerweile erforderlich. Je nach Bedarf hat sich insbesondere bei Dieselgroßmotoren eine doppelstufige Aufladung, d. h. mit einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe – vorzugsweise, aber nicht notwendiger Weise in Kombination mit einer Abgasrückführung – bewährt, um die vorgenannten Aspekte in verbesserter Weise zu berücksichtigen. Aufgrund der anfallenden Hochdruck-Ladeluft-, Niederdruck-Ladeluft- und ggfs. Abgasrückführ-Ströme – d. h. allgemein von Ladefluid-Strömen – kann sich die Ausgestaltung einer doppelstufigen Aufladung, insbesondere mit Abgasrückführung, als vergleichsweise bauraumintensiv erweisen. Für die einzelnen Aufladestufen ist neben einem Turbolader – aufweisend eine üblicherweise von Abgas angetriebene Turbine und einen die Ladeluft verdichtenden Verdichter – auch eine geeignete Kühleranordnung erforderlich, um verdichtete Ladeluftströme und/oder Abgasrückführströme vor der Zuführung in einen Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine zu kühlen.
Bei einer doppelstufigen Aufladung ist vorliegend wenigstens ein erster Ladeluftkühler und ein zweiter Ladeluftkühler gemäß einer Kühleranordnung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 vorgesehen. Ggfs. kann es sich auch als vorteilhaft erweisen einen oder mehrere Abgasrückführkühler vorzusehen. Strömungsverluste eines Ladefluids sind insbesondere an einem Kühler möglichst gering zu halten. Dies gilt ggfs. für die Führung von Abgas bei einem Abgasrückführkühler. Vorliegend sollen insbesondere Strömungsverluste einer Ladeluft bei Zuführung und Abführung derselben von einem Ladeluftkühler vergleichsweise gering gehalten werden und darüber hinaus ist ein Wärmeaustausch in einem Ladeluftkühler zu verbessern. Dazu ist ein Ladeluftkühler einer Kühleranordnung der eingangs genannten Art über einen Luftanschlusskasten an eine Ladeluftführung angeschlossen. Insbesondere kann dadurch ein Strömungsquerschnitt der Ladeluftführung auf einen Strömungsquerschnitt des Ladeluftkühlers angepasst werden. Ein Anschlusskasten kann auch eine Diffusorwirkung entfalten, die dazu dient, unter Aufweitung des Strömungsquerschnitts der Ladelufts eine Strömungsgeschwindigkeit weitgehend zu verringern.
Die Anbringung solcher vorgenannter Komponenten auf einer Brennkraftmaschine hat nicht nur Erfordernissen im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum zu genügen, sondern darüber hinaus auch strömungstechnische Anforderungen zu gewährleisten, um Leistung und Abgasausstoß einer Brennkraftmaschine in der oben genannten Weise zu optimieren. Solche Anforderungen sind insbesondere im Hinblick auf kleinere Baureihen von Dieselgroßmotoren in zunehmendem Maße von Bedeutung. Dies betrifft insbesondere die Anordnung eines ersten und zweiten Ladeluftkühlers zusammen mit den üblicherweise bauraumintensiven Anschlusskästen einer Kühleranordnung in einer Ladeluftführung. Die Anbringung von jeweils einem einlassseitigen und einem auslassseitigen Luftanschlusskasten an einen ersten und einen zweiten Ladeluftkühler hat sich bei einer doppelstufigen Aufladung einer Brennkraftmaschine als problematisch erwiesen, wenn neben strömungstechnischen Anforderungen auch ein enges Bauraumerfordernis für die Kühleranordnung eingehalten werden sollen.
Wünschenswert ist eine vergleichsweise kompakte und darüber hinaus strömungstechnisch vorteilhafte Kühleranordnung. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren zur Führung von Ladeluft und einen Anschlusskasten für eine Kühleranordnung, eine Kühleranordnung für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einer zweistufigen Aufladung derart anzugeben, dass vergleichsweise wenig Bauraum in Anspruch zu nehmen ist und dennoch ein strömungstechnisch vorteilhafter Anschluss an eine Ladeluftführung realisierbar ist.
Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird durch ein Verfahren nach Anspruch 21 zur Führung einer Ladeluft bei einer Kühleranordnung einer Brennkraftmaschine mit einer zweistufigen Aufladung, in einem als Doppelanschlusskasten ausgebildeten Anschlusskasten gelöst. Erfindungsgemäß sind die Schritte vorgesehen:

– Zuführen einer ersten Ladeluft zum Anschlusskasten aus einem ersten Ladeluftkühler (ND-LLK oder HD-LLK) über einen unteren Anschluss;
– Zuführen einer zweiten Ladeluft zum Anschlusskasten aus einem zweiten Ladeluftkühler (HD-LLK oder ND-LLK) über einen oberen Anschluss;
– getrennte Führung der Ladeluft des ersten Ladeluftkühlers und des zweiten Ladeluftkühlers in einem Innenraum des Doppelanschlusskastens in einem unteren, am unteren Anschluss anschließenden Führungsbereich und einem oberen, am oberen Anschluss anschließenden Führungsbereich.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich eine Bauraumoptimierung und ein strömungstechnisch vorteilhafter Anschluss einer Kühleranordnung an eine Ladeluftkühlung vorteilhaft gestalten lässt. Die Anordnung eines ersten Ladeluftkühlers und eines zweiten Ladeluftkühlers mit wenigstens einem Anschlusskasten erweist sich als eine gute Möglichkeit beide Aspekte zu berücksichtigen. Die Erfindung hat erkannt, dass es nicht in allen Fällen eines Ladeluftkühlers zwingend erforderlich ist, für jeden der Ladeluftkühler einen eingangsseitigen und ausgangsseitigen separaten Anschlusskasten in einem separaten Gehäuse vorzusehen. Vielmehr hat die Erfindung erkannt, dass sich für eine Kühleranordnung wenigstens ein Anschlusskasten der Kühleranordnung als ein Doppelanschlusskasten, vorzugsweise mit einem einzigen Gehäuse, realisieren lässt. Der erste Ladeluftkühler und der zweite Ladeluftkühler lassen sich in Bezug auf den Doppelanschlusskasten in einer geeignet vorteilhaften Weise anordnen. Erfindungsgemäß ist eine getrennte Führung der Ladeluft des ersten Ladeluftkühlers und des zweiten Ladeluftkühlers in einem Innenraum des Doppelanschlusskastens in einem unteren, am unteren Anschluss anschließenden Führungsbereich und einem oberen, am oberen Anschluss anschließenden Führungsbereich vorgesehen.
Der Doppelanschlusskasten lässt sich in vorteilhafter Weise in eine Gehäusekonstruktion für die Kühleranordnung einbinden. Die Erfindung hat erkannt, dass sich ein Doppelanschlusskasten besonders vorteilhaft zudem als konstruktiv stützendes Element der Kühleranordnung ausführen lässt. Im Ergebnis lässt sich die Kühleranordnung besonders kompakt realisieren.
Die Aufgabe betreffend den Anschlusskasten wird durch einen Anschlusskasten der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgesehen sind.
Zur Umsetzung des Konzepts der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Ladeluftkühler unter dem Doppelanschlusskasten und der zweite Ladeluftkühler über dem Doppelanschlusskasten angeordnet ist und der Doppelanschlusskasten zur Führung eines Ladelufts des ersten Ladeluftkühlers und des zweiten Ladeluftkühlers ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Innenraum des Anschlusskastens durch eine Trennwand in einen unteren am ersten Ladeluftkühler angeschlossenen Führungsbereich und einen oberen am zweiten Ladeluftkühler angeschlossenen Führungsbereich geteilt ist. Mit dieser Maßnahme kann gemäß dem Konzept der Erfindung ein insbesondere einziges Gehäuse des Doppelanschlusskastens im Innenraum vorteilhaft gestaltet sein. Ein unterer Führungsbereich weist einen unteren Anschluss zum ersten Ladeluftkühler und ein oberer Führungsbereich weist einen oberen Anschluss zum zweiten Ladeluftkühler auf. Die Trennwand ist in vorteilhafter Weise ladefluiddicht ausgeführt, um eine Vermischung von Ladeluft des unteren Führungsbereichs und des oberen Führungsbereichs zu vermeiden.
Mit den Maßnahmen gemäß dem Konzept der Erfindung wird jedenfalls wenigstens ein zusätzlicher Anschlusskasten im Vergleich zu einer üblichen Kühleranordnung eingespart. Entsprechend sind Bauraumerfordernisse bei der Kühleranordnung gemäß dem Konzept der Erfindung vergleichsweise gering gehalten. In besonders vorteilhafter Weise können der untere und obere Führungsbereich des Doppelanschlusskastens also einen ein- oder ausgangsseitigen Anschlusskasten des ersten Ladeluftkühlers und einen einoder ausgangsseitigen weiteren Anschlusskastens des zweiten Ladeluftkühlers ersetzen. Es hat sich zudem überraschenderweise gezeigt, dass sich der Bauraumbedarf eines Doppelanschlusskastens mit Trennwand nicht größer gestaltet als der Bauraumbedarf eines üblichen einfachen Anschlusskastens. Diese Erkenntnis führt dazu, dass der Bauraumbedarf bei der Kühleranordnung gemäß dem Konzept der Erfindung in ganz erheblichem Masse verringert wird. Insgesamt kann die Kühleranordnung in einer äußerst kompakten Paketbauweise mit reduzierter Bauteilanzahl realisiert werden.
Die Aufgabe betreffend die Kühleranordnung wird durch eine Kühleranordnung der eingangs genannten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 9 vorgesehen sind.
Ein weiterer vorteilhafter Ansatz besteht darin, einen z. B. bei einem V-Motor vorhandenen Bauraum im Zwischenraum der V-Anordnung zur Anbringung einer Kühleranordnung zu nutzen. Diese Maßnahme hat sich als grundsätzlich vorteilhaft erwiesen, insbesondere für eine erfindungsgemäße Kühleranordnung. Die Aufgabe betreffend die Brennkraftmaschine wird durch eine Brennkraftmaschine des Anspruchs 17 gelöst.
In einer besonders bevorzugten – beispielhaft in 3A gezeigten – ersten Variante ist der erste Ladeluftkühler ein Hochdruckladeluftkühler und der zweite Ladeluftkühler ein Niederdruckladeluftkühler. In einer ebenfalls möglichen – beispielhaft in 3B gezeigten – zweiten Variante ist der erste Ladeluftkühler ein Niederdruckladeluftkühler und der zweite Ladeluftkühler ein Hochdruckladeluftkühler.
Mit einem einzigen Doppelanschlusskasten können nicht nur zwei sonst üblich separate Anschlusskästen vermieden werden. Es kann darüber hinaus der einzige separate Doppelanschlusskasten in konstruktiv vorteilhafter Weise für die Kühleranordnung genutzt werden. Z. B. kann das Gehäuse des Doppelanschlusskastens geeignete Halterungen und Lagerungen für den ersten und zweiten Ladeluftkühler aufweisen. Entsprechender Lagerungs- und Halterungsaufwand ist vergleichsweise gering gehalten und in besonders vorteilhafter Weise realisiert. Insgesamt sind Effizienz und Kostenvorteile bei der Kühleranordnung durch das Konzept der Erfindung wesentlich verbessert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben dem einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung wurde zudem erkannt, dass sich aufbauend auf dem Konzept eines einzigen Doppelanschlusskastens mit Trennwand ein Innenraum des Gehäuses des Doppelanschlusskastens strömungstechnisch vergleichsweise einfach und dennoch besonders vorteilhaft ausbilden lässt.
Bevorzugt ist der untere und obere Führungsbereich derart ausgebildet, dass Ladeluft im unteren und oberen Führungsbereich gegenläufig führbar ist. Insbesondere weist die Trennwand vorteilhaft einen schräg im Innenraum verlaufenden Wandbereich auf, der den unteren Führungsbereich zum unteren Anschluss des ersten Ladeluftkühlers und/oder der den oberen Führungsbereich zum oberen Anschluss des zweiten Ladeluftkühlers hin im Querschnitt erweitert. Dadurch wird mit besonderem Vorteil versehen eine Diffusorwirkung des unteren und oberen Führungsbereichs im Anschlusskasten bei der Zuführung von Ladeluft zum ersten und zweiten Ladeluftkühler realisiert.
Insbesondere bevorzugt weist ein Doppelanschlusskasten wenigstens eine erste Durchtrittsöffnung zum unteren Führungsbereich und wenigstens eine zweite Durchtrittsöffnung zum oberen Führungsbereich auf. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Weiterbildung vorgesehen, dass zwischen der ersten Durchtrittsöffnung und dem unteren Anschluss und/oder zwischen der zweiten Durchtrittsöffnung und dem oberen Anschluss, der untere und/oder obere Führungsbereich eine Querschnittsverjüngung aufweist. Es hat sich gezeigt, dass sich mit dieser Maßnahme eine Strömungsführung, insbesondere im genannten Wandbereich der Trennwand, besonders vorteilhaft gestalten lässt.
Besonders vorteilhaft weist die Trennwand einen schräg im Innenraum verlaufenden Wandbereich auf, der den unteren Führungsbereich zu ersten Durchtrittsöffnung und/oder der den oberen Führungsbereich zur zweiten Durchtrittsöffnung im Querschnitt erweitert. Vorteilhaft ist die Querschnittsverjüngung, insbesondere Taille, für den unteren Führungsbereich im Bereich des schräg im Innenraum verlaufenden Wandbereichs gebildet. Vorteilhaft ist die Querschnittsverjüngung, insbesondere Taille, für den oberen Führungsbereich außerhalb des genannten Wandbereichs gebildet, insbesondere im Bereich einer weitgehend horizontal verlaufenden Gehäusewandung des Doppelanschlusskastens.
Der Doppelanschlusskasten ist besonders vorteilhaft entweder ausschließlich zur Zuführung von Ladeluft zum ersten und zweiten Ladeluftkühler ausgebildet oder ausschließlich zur Abführung von Ladeluft vom ersten und zweiten Ladeluftkühler ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Doppelanschlusskasten beidseitig, d. h. insbesondere an seinem unteren und oberen Anschluss mit entweder "heißer" Ladeluft (im erst genannten Falle einer beidseitigen Zuführung) oder "kalter" Ladeluft (im zuletzt genannten Falle einer beidseitigen Abführung) beaufschlagt wird. Die Temperaturverhältnisse im unteren und oberen Führungsbereich sind somit weitgehend ähnlich. Ein die Systemauslegung beeinträchtigender Wärmeaustausch über die Trennwand wird in beiden vorgenannten grundsätzlich vorteilhaft möglichen Fällen über die Trennwand vergleichsweise einfach vermieden.
Unter einem Zuführungsbereich ist ein Bereich zu verstehen, mit dem Ladeluft einem Ladeluftkühler ausschließlich zuführbar ist. Unter einem Abführungsbereich ist ein Bereich zu verstehen, mit dem Ladeluft von einem Ladeluftkühler ausschließlich abführbar ist. Besonders bevorzugt ist der untere und obere Führungsbereich als ein Abführungsbereich ausgebildet. Dabei ist die Temperaturbelastung des Doppelanschlusskastens mit "kalter" Ladeluft vergleichsweise gering gehalten. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der untere Anschluss und der obere Anschluss einen Abführungsanschluss von Ladeluft vom ersten und zweiten Ladeluftkühler sind. Unter einem Abführungsanschluss ist ein Anschluss zu verstehen, durch dessen Querschnitt Ladeluft nur unidirektional aus der Richtung des Ladeluftkühlers kommend in den Innenraum des Anschlusskastens eindringen kann.
In einer besonders bevorzugten konstruktiven Realisierung des Doppelanschlusskastens sind ein unterer Anschluss auf einer Unterseite und ein oberer Anschluss auf einer der Unterseite gegenüber liegenden Oberseite des Doppelanschlusskastens gebildet. Vorzugsweise ist wenigstens ein oberer Anschluss als ein Anschlussflansch gebildet, beispielsweis als ein oberer Tragflansch. Ein Tragflansch ist insbesondere konstruktiv verstärkt an einem Gehäuse des Doppelanschlusskastens derart vorgesehen, dass der zweite Ladeluftkühler über dem Doppelanschlusskasten getragen werden kann. Vorzugsweise ist der zweite Ladeluftkühler direkt am Tragflansch festgemacht, beispielsweise mittels Schraubverbindungen oder dergleichen Befestigungsmittel. Vorzugsweise wird der erste Ladeluftkühler unter dem Anschlusskasten direkt am unteren Anschlussflansch fest gemacht, beispielsweise mittels Schraubverbindungen oder dergleichen.
Zusätzlich zum unteren und oberen Anschluss – sind vorteilhaft eine erste und eine zweite Durchtrittsöffnung – vorzugsweise Abführungsöffnung – am Doppelanschlusskasten vorgesehen. Unter einer Durchtrittsöffnung ist eine Öffnung zu verstehen, welche die Schnittstelle des Doppelanschlusskastens zu einer Ladeluftführung außerhalb eines Ladeluftkühlers bildet. Im Falle einer Durchtritttsöffnung in Form einer bevorzugten Abführungsöffnung handelt es sich also um einen "Ausgang" des Doppelanschlusskastens zur weiteren Ladeluftführung. Ein unterer und oberer Anschluss bilden in dem Falle jeweils einen "Eingang" des Doppelanschlusskastens. Die umgekehrte Zuordnung von "Ausgang" und "Eingang" ist, wie oben beschrieben möglich.
Es ist grundsätzlich möglich, die Durchtrittsöffnungen auf unterschiedlichen seitlichen Seiten (also von Unter- und Oberseite verschiedenen Seiten) einer Gehäusekonstruktion vorzusehen. Vorzugsweise ist eine erste und eine zweite Durchtrittsöffnung – vorzugsweise Abführungsöffnung – am Doppelanschlusskasten für Ladeluft auf einer einzigen seitlichen Seite des Doppelanschlusskastens angeordnet. Dadurch kann die Anbindung an eine Ladeluftführung vorteilhaft gestaltet und der erste und zweite Ladeluftkühler kann am Doppelanschlusskasten vergleichsweise strömungsarm angebunden werden. Auch hat sich diese Maßnahme als vorteilhaft hinsichtlich einer Auslegung des Gesamtsystems als vorteilhaft erwiesen, da z.B. die erste und zweite Durchtrittsöffnung auf einer ersten seitlichen Seite am Doppelanschlusskasten angeordnet und etwaige weitere Anschlüsse, insbesondere für Kühlmittel der Ladeluftkühler od. dgl., auf einer der ersten seitlichen Seite gegenüberliegenden zweiten seitlichen Seite einer Gehäusekonstruktion für die Kühleranordnung vorgesehen sein kann.
Mit konstruktivem Vorteil versehen ist eine zweite Durchtrittsöffnung zwischen zwei Durchtrittsöffnungen der vorgenannten ersten Art angeordnet. Insbesondere kann in einer Weiterbildung der Doppelanschlusskasten mit zwei ersten Durchtrittsöffnungen zum oberen Führungsbereich versehen werden. In besonders vorteilhafter Weise kann zwischen den zwei ersten Durchtrittsöffnungen zum oberen Führungsbereich die zweite Durchtrittsöffnung zum unteren Führungsbereich vorgesehen sein.
In einer anderen Weiterbildung kann der Doppelanschlusskasten mit zwei ersten Durchtrittsöffnungen zum unteren Führungsbereich versehen werden. In besonders vorteilhafter Weise kann zwischen den zwei ersten Durchtrittsöffnungen zum unteren Führungsbereich die zweite Durchtrittsöffnung zum oberen Führungsbereich vorgesehen sein.
In einer konstruktiv besonders bevorzugten Weise lassen sich die vorgenannten Gestaltungen in einem von der genannten Trennwand im Querschnitt geteilten Rahmen realisieren. Besonders bevorzugt kann der Rahmen an die Trennwand seitlich anschließende die Durchtrittsöffnungen erweiternde Ladeluftkanäle aufweisen. Die Ladeluftkanäle lassen sich unter Abwägung von strömungstechnischen und bauraumtechnischen Anforderungen gestalten. Vorzugsweise ist dazu der Querschnitt des Rahmens weiter durch zwei an die Trennwand anschließende Streben geteilt.
Besonders bevorzugt weist die Trennwand über den Querschnitt einer Eintrittsöffnung, insbesondere im vorgenannten Rahmen, einen Wölbungsverlauf auf. Der Wölbungsverlauf kann in bevorzugter Weise genutzt werden, um die eine zweite Durchtrittsöffnung zwischen den zwei ersten Eintrittsöffnungen in der vorgenannten Weise anzuordnen. Insbesondere ist ein vorgenannter Wölbungsverlauf in einem praktisch rechteckig ausgebildeten Rahmen nach unten, insbesondere zur Seite des unteren Anschlusses hin, gewölbt. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Strömungsführung.
In konstruktiv besonders bevorzugter Weise ist der Doppelanschlusskasten in einem oder als Teil einer Gehäusekonstruktion für den ersten und/oder zweiten Ladeluftkühler gebildet. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass das Gehäuse des Doppelanschlusskastens und des ersten und zweiten Ladeluftkühlers zur Bildung der Gehäusekonstruktion vergleichsweise einfach aneinander befestigt werden können – beispielsweise durch Schraubklemmen, Klebe – oder sonstige Befestigungsmaßnahmen.
Insbesondere kann die unter Nutzung des Gehäuses des Doppelanschlusskastens gebildete mehrteilige Gehäusekonstruktion vergleichsweise einfach mit Kühlmittelanschlüssen für die Ladeluftkühler versehen werden. Vorzugsweise sind die Kühlmittelanschlüsse auf einer einzigen Seite des Trägergehäuses gebildet. In besonders bevorzugter Weise liegt die genannte einzige Seite auf einer den vorgenannten Durchtrittsöffnungen für Ladeluft gegenüber liegenden Seite der Gehäusekonstruktion. Die Anbindung der Kühlflüssigkeitsführung an die Kühleranordnung, insbesondere die Gehäusekonstruktion, ist so vergleichsweise einfach und platzsparend gegenüber den Durchtrittsöffnungen für Ladeluft möglich.
Vorzugsweise ist ein zusätzlicher unterer Anschlusskasten an den unteren Ladeluftkühler zur Führung einer Ladeluft zum unteren Ladeluftkühler angeschlossen. Der untere Anschlusskasten dient insbesondere zur Zuführung der Ladeluft – sei es von einem HD-ATL (Hochdruckabgasturbolader) (z.B. 3A) oder ND-ATL (Niederdruckabgasturbolader) (z. B. 3B) – zum unteren Ladeluftkühler. Vorteilhaft ist ein zusätzlicher oberer Anschlusskasten an den oberen Ladeluftkühler zur Führung einer Ladeluft des oberen Ladeluftkühlers angeschlossen. Der obere Anschlusskasten dient insbesondere zur Zuführung der Ladeluft – sei es von einem ND-ATL (Niederdruckabgasturbolader) (z. B. 3A) oder HD-ATL (Hochdruckabgasturbolader) (z. B. 3B) – zum oberen Ladeluftkühler.
In einer als besonders vorteilhaft angesehenen Weiterbildung gemäß dem Konzept der Erfindung ist dazu der Doppelanschlusskasten mit Trennwand gemäß dem Konzept der Erfindung zwischen den Gehäusen des ersten und zweiten Ladeluftkühlers direkt angeschlossen, sowie der obere und untere Anschlusskasten in der vorgenannten Weise wiederum direkt an dem zweiten und ersten Ladeluftkühler angeschlossen. Diese in sich besonders stabile und strömungstechnisch optimierbare Kühleranordnung ist darüber hinaus mit der Gehäusekonstruktion unter Einbindung des Doppelanschlusskastens einfach herzustellen und leicht zu handhaben.
Das Konzept der Erfindung führt auf eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art, die insbesondere als eine Diesel-Brennkraftmaschine ausgebildet ist und die eine Kühleranordnung gemäß dem Konzept der Erfindung oder einer der Weiterbildungen für eine zweistufige Aufladung aufweist. Insbesondere weist die Brennkraftmaschine auch eine Abgasrückführung auf. Eine zweistufige Aufladung, insbesondere zusätzlich mit Abgasrückführung, ist an einem Motorgehäuse eines Motorblocks der Brennkraftmaschine angebracht. Die Kühleranordnung ist erfindungsgemäß auf dem Motorgehäuse des Motorblocks angeordnet. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass das Motorgehäuse eine V-Anordnung von Zylindern aufweist und die Kühleranordnung im Zwischenraum der V-Anordnung angeordnet ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass das Motorgehäuse einen Wandungsbereich eines unteren Anschlusskastens bildet. Bevorzugt ist der untere Anschlusskasten unmittelbar an den unteren Ladeluftkühler zur Führung einer Ladeluft des unteren Ladeluftkühlers angeschlossen. Insbesondere kann dieser zur Zuführung einer Ladeluft zum unteren Ladeluftkühler angeschlossen sein (wie z. B. in 3A bis 4 dargestellt). Es kann der unter Anschlusskasten jedoch auch zur Abführung einer Ladeluft vom unteren Ladeluftkühler angeschlossen sein (wie z. B. in 2 dargestellt). Der untere Anschlusskasten kann dadurch materialsparend unter Nutzung des Motorgehäuses als Wandungsbereich realisiert sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
1 ein Flussdiagramm für eine zweistufige Aufladung auf einer Luftseite einer Brennkraftmaschine zur Anbindung einer Kühleranordnung – vorliegend in Form einer reinen Ladeluftkühleranordnung – gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Kühleranordnung mit einem Doppelanschlusskasten zur Anbindung an die zweistufige Aufladung der 1;
3A ein rechtsseitiger Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform einer Kühleranordnung in einer ersten bevorzugten konstruktiven Realisierung für eine Diesel-Brennkraftmaschine;
3B ein rechtsseitiger Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform einer Kühleranordnung in einer variierten zweiten konstruktiven Realisierung für eine Diesel-Brennkraftmaschine;
4 eine kraftanschlussseitige Ansicht einer Kühleranordnung gemäß der Ausführungsform der 3A in einer konstruktiven Realisierung für eine Diesel-Brennkraftmaschine.
1 zeigt in schematischer Weise eine Brennkraftmaschine 1000 mit einem schematisch dargestellten Motorgehäuse 100 und zugehöriger Zylinderbank 150 mit einer Anzahl von Ladefluidzuführungen 102 zu jeweils einem Zylinder 101 der Zylinderbank 150. An die Ladefluidzuführungen 102 für Ladefluid LF ist eine luftseitige Ladeluftführung für Ladeluft LL aus einer zweistufigen Ladeluftaufladung 200 und Abgas AG aus einer Abgasrückführung 300 angeschlossen. Unter Ladefluid LF wird vorliegend das Gemisch aus Ladeluft LL und einem rückgeführten Abgas AG verstanden.
Die Ladeluftaufladung 200 weist eine Niederdruckstufe 210 und eine in Strömungsrichtung der Ladefluidzuführung 102 folgende Hochdruckstufe 220 auf. Zwischen der Hochdruckstufe und der Ladefluidzuführung 102 ist die Abgasrückführung 300 an die Ladefluidführung angeschlossen. Vorliegend wird mittels der Ladeluftaufladung 200 zweifach verdichtete und gekühlte Ladeluft LL als Frischgas mit Abgas AG geeignet vermischt und mit dem so gemischten Ladefluid LF über die schematisch dargestellten Ladefluidkrümmer der Ladefluidzuführungen 102 den Verbrennungsräumen der Zylinder 101 der Zylinderbank 150 zugeführt. In der zweistufigen Aufladung 200 ist die Führungsrichtung der Ladeluft LL mit einer entsprechenden Kreuz- und Punktsymbolik – die auch in 2 und 3A und 3B, 4 verwendet wird – schematisch dargestellt. Die Ladeluft LL wird vorliegend über einen Niederdruckverdichter NDV eines Niederdruck-Abgasturboladers ND-ATL der Niederdruckstufe 210 verdichtet und anschließend in einem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK gekühlt. Anschließend wird die Ladeluft LL in einem Hochdruckverdichter HDV eines Hochdruck-Abgasturboladers HD-ATL der Hochdruckstufe 220 verdichtet und in einem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK gekühlt. Der Niederdruckladeluftkühler ND-LLK und der Hochdruckladeluftkühler HD-LLK sind Teil einer Kühleranordnung 1, 1A, 1B wie sie in 2 und 3A und 3B in bevorzugten Ausführungsformen gezeigt ist.
Zunächst bezugnehmend auf 2 ist die luftseitige Führung der Ladeluft LL der 1 mit einem Querschnitt der Kühleranordnung 1 für die Brennkraftmaschine 1000 dargestellt. Die Kühleranordnung 1 weist den Niederdruckladeluftkühler ND-LLK, den Hochdruckladeluftkühler HD-LLK und einen zwischen und an diesen unmittelbar angeschlossenen Doppelanschlusskasten 2 auf. In dieser Ausführungsform weist der Doppelanschlusskasten 2 zwei erste Durchtrittsöffnungen 10 und eine einzige zweite Durchtrittsöffnung 20 auf. Vorliegend wird über die Durchtrittsöffnung 10 dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK Ladeluft LL vom Niederdruckverdichter NDV zugeführt. Vorliegend wird über die Durchtrittsöffnung 20 dem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK Ladeluft LL vom Hochdruckverdichter HDV zugeführt. Insofern dienen vorliegend die Durchtrittsöffnungen 10, 20 als Zuführungsöffnungen zum Doppelanschlusskasten 2 bei der in 2 schematisch dargestellten Ausführungsform. Die Zuführungsöffnungen 10, 20 führen somit Ladeluft LL gleichermaßen zum Niederdruckladeluftkühler ND-LLK und Hochdruckladeluftkühler HD-LLK.
Der Niederdruckladeluftkühler ND-LLK ist vorliegend unter dem Doppelanschlusskasten 2 über einen nicht näher bezeichneten unteren Anschluss unmittelbar angeschlossen und der Hochdruckladeluftkühler HD-LLK ist vorliegend vom Doppelanschlusskasten 2 getragen unmittelbar auf diesem über einen nicht näher bezeichneten oberen Anschluss angeschlossen. Die unteren und oberen Anschlüsse dienen vorliegend als Zuführungsanschlüsse zum Niederdruckladeluftkühler ND-LLK bzw. Hochdruckladeluftkühler HD-LLK bei der in 2 schematisch dargestellten Ausführungsform.
Die Kühleranordnung 1 weist darüber hinaus einen zusätzlichen unteren Anschlusskasten 3 auf, der unmittelbar unterhalb an den unteren Niederdruckladeluftkühler ND-LLK – bei der in 2 schematisch dargestellten Ausführungsform zur Abführung der Ladeluft LL aus dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK – angeschlossen ist. Die Kühleranordnung 1 weist auch einen zusätzlichen oberen Anschlusskasten 4 auf, der unmittelbar oberhalb auf dem oberen Hochdruckladeluftkühler HD-LLK – bei der in 2 schematisch dargestellten Ausführungsform zur Abführung der Ladeluft des oberen Ladeluftkühlers HD-LLK – angeschlossen ist.
Die Führung der Ladeluft LL erfolgt gemäß der Punkt- und Kreuzsymbolik der 1 und 2 unter Zuführung zum Doppelanschlusskasten 2 über die Durchtrittsöffnungen 10, 20 und den Doppelanschlusskasten 2 unmittelbar zu den Ladeluftkühlern LLK. Die Ladeluft LL wird zunächst über die genannten zwei Durchtrittsöffnungen 10 vom Niederdruckverdichter NDV dem Doppelanschlusskasten 2 und dann unmittelbar dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK unter dem Doppelanschlusskasten 2 zugeführt. Anschließend wird die Ladeluft LL über den zusätzlichen unteren Anschlusskasten 3 abgeführt und dann dem Hochdruckverdichter HDV zugeführt. Anschließend wird die Ladeluft LL über die zweite Durchtrittsöffnung 20 wieder dem Doppelanschlusskasten 2 und dann unmittelbar dem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK über dem Doppelanschlusskasten 2 zugeführt. Aus dem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK wird die Ladeluft LL über den oberen Anschlusskasten 4 abgeführt und anschließend als Frischgas unter Mischung mit Abgas AG aus der Abgasrückführung AGR 300 den Zylindern 101 des Motorgehäuses 100 zugeführt.
In dem in 2 gezeigten Querschnitt der Kühleranordnung weist der Doppelanschlusskasten 2 eine einzige zweite Durchtrittsöffnung 20 und zwei erste Eintrittsöffnungen 10 auf. Diese sind in einem in etwa rechteckigen durch das Gehäuse 30 des Doppelanschlusskastens 2 gebildeten Rahmen 39 realisiert, welcher in etwa den Gesamtquerschnitt der Zuführung der Eintrittsöffnungen 10, 20 definiert. In dem Rahmen 39 ist die Trennwand 5 des Doppelanschlusskastens 2 erkennbar. Die vorliegend mit einem im Querschnitt des Rahmens 39 verlaufenden Wölbungsverlauf versehene Trennwand 5 ist bei dieser Ausführungsform nach unten gewölbt, d.h. umfasst mit einer Innenseite die einzige zweite Durchtrittsöffnung 20 während die zwei weiteren ersten Durchtrittsöffnungen 10 auf der Außenseite des Wölbungsverlaufs der Trennwand 5 gebildet sind.
Eine andere zweite Ausführungsform ist in einem rechtsseitigen Längsschnitt in 3A in Kombination mit 4 aus Richtung einer Kraftseite KS der Brennkraftmaschine 1000 im Schnitt gezeigt. Die erste, grundsätzlich bevorzugte, konstruktive Realisierung einer Kühleranordnung 1A mit Doppelanschlusskasten 2 sowie zusätzlichem unteren und oberen Anschlusskasten 3, 4 und den Ladeluftkühlern ND-LLK, HD-LLK ist mit einer symbolisch dargestellten Zylinderbank 150 gezeigt. Eine dieser im Prinzip ähnliche, aber leicht abgewandelte, zweite konstruktive Realisierung ist in 3B mit einer Kühleranordnung 1B gezeigt. Für identische oder ähnliche Merkmale bzw. Merkmale identischer oder ähnlicher Funktion werden der Einfachheit halber und wo zweckmäßig gleiche Bezugszeichen wie in 1 und 2 verwendet. Die Kühleranordnung 1A der 3A, 4 sowie die Kühleranordnung 1B der 3B kann unter Anpassung der Durchflussrichtungen – also in Abwandlung zu 2 – in einer doppelstufigen Aufladung 200 der 1 grundsätzlich ebenfalls integriert werden. Darüber hinaus ergibt sich eine Führung der Ladeluft LL – analog dem in 1 dargestellten Schema – gemäß den Pfeilen der 3A, 4 bzw. der 3B.
Zunächst wird die besonders bevorzugte konstruktive Ausführungsform einer Kühleranordnung 1A im Folgenden anhand von 3A und 4 in Zusammenschau beschrieben. Eine gemeinsame Gehäusekonstruktion 90 der Kühleranordnung 1 ist vorliegend durch das in etwa mittig angeordnete Gehäuse 30 des Doppelanschlusskastens 2 sowie den Kühlergehäusen 40, 50 und den Anschlusskästen 3, 4 gebildet. Dazu ist unter dem Doppelanschlusskasten 2 – einerseits – das Kühlergehäuse 40 des Niederdruckladeluftkühlers ND-LLK unmittelbar angebracht sowie darunter das Gehäuse des unteren Anschlusskastens 3. Dazu ist über dem Doppelanschlusskasten 2 – anderseits – das Kühlergehäuse 50 des Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK unmittelbar angebracht sowie darunter das Gehäuse des oberen Anschlusskastens 4. Aus 4 zusätzlich erkennbar ist darüber hinaus das Gehäuse des unteren Anschlusskastens 3 jedenfalls unterseitig mittels dem Motorgehäuse 100 abgeschlossen, so dass die Abführung der Ladeluft LL aus dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK durch den unteren Anschlusskasten 3 jedenfalls teilweise an der Wandung des Motorgehäuses 100 erfolgt.
Im Folgenden wird der Aufbau des Doppelanschlusskastens 2 näher beschrieben. Ein Innenraum des Gehäuses 30 des Doppelanschlusskastens 2 ist – ähnlich wie in 2 – durch eine Trennwand 5 geteilt. Die Trennwand 5 verläuft – in der Längsschnittansicht der 3A gesehen – entlang einer Längsachse und jedenfalls in einem Wandbereich 6 schräg zu den Wänden des Gehäuses 30. In der in 3A gezeigten Ausführungsform und in der Längsschnittansicht verläuft die Trennwand 5 von links ausgehend von einer unteren Kante 31 des Gehäuses 30 des Doppelanschlusskastens 2 zunächst in etwa parallel zu den Wänden des Gehäuses 30 und dann weiter im Wandbereich 6 schräg auf eine obere Kante 32 des Gehäuses 30 des Doppelanschlusskastens 2 hin.
In einer in 4 ersichtlichen Querschnittsansicht – aus Richtung der Kraftseite KS einer Brennkraftmaschine 1000 in einem Querschnitt quer zur Längsachse – verläuft die Trennwand 5 nach unten gewölbt, jedenfalls im Wandbereich 6. Gemäß 4 wird so ein Innenraum jedenfalls im Wandbereich 6 des Doppelanschlusskastens 2 in vorliegend drei Durchtrittsöffnungen geteilt, nämlich in zwei erste Durchtrittsröffnungen 10 sowie eine einzige zweite Durchtrittsöffnung 20. Die Durchtrittsöffnungen dienen vorliegend der Abführung von Ladeluft aus dem Doppelanschlusskasten 2 an einen Hochdruckverdichter HDV zum einen und an eine Zylinderbank 150 zum anderen. Grundsätzlich könnten die Durchtrittsöffnungen 10, 20 auf einen gemeinsamen Austrittstutzen 7.1 münden, d.h. der einem Austrittsstutzen 7.1 vorgelagert anschließende Austrittsbereich im Innenraum des Doppelanschlusskastens 2 kann dazu bereits in drei Durchtrittsöffnungen geteilt sein. Insbesondere ist dies der Fall für eine Ausführungsform, bei der eine Ladeluft LL auf der gleichen Seite der Gehäusekonstruktion 90 über den Austrittstutzen 7.1 an einen Hochdruckverdichter HDV zum einen und an eine Zylinderbank 150 zum anderen weggeführt wird.
Vorliegend führt ein oberer Führungsbereich 21 auf die einzige zweite Durchtrittsöffnung 20 und ein unterer Führungsbereich 11 auf die zwei ersten Durchtrittsöffnungen 10. Der obere Führungsbereich 21 ist so über die zweite Durchtrittsöffnung 20 mit einem Austrittsstutzen 7.1 verbunden. Der untere Führungsbereich 11 ist vorliegend über die beiden ersten Durchtrittsöffnungen 10 mit einem weiteren Austrittsstutzen 7.2 verbunden, der in 3A (und 3B) nur symbolisch dargestellt ist. Den Austrittstutzend verlassend wird die Ladeluft LL schließlich den Zylindern 101 der Zylinderbank 150 zugeführt. Vorliegend ist der Austrittsstutzen 7.1 und der weitere Austrittstutzen 7.2 – wie dargestellt – auf gegenüberliegenden seitlichen Seiten des Doppelanschlusskastens 2 angebracht. Gleichwohl kann in einer hier nicht dargestellten Abwandlung auch der untere Führungsbereich 11 zu einem weiteren Austrittsstutzen geführt werden, der auf der gleichen Seite des Doppelanschlusskastens 2 angebracht ist wie der Austrittstutzen 7.1. Dies kann sich insbesondere dann als vorteilhaft erweisen, wenn im weiteren Verlauf einer Führung von Ladeluft nach dem unteren Führungsbereich 11 noch ein Anschluss aus einer in 3A nicht gezeigten Abgasrückführung AGR an die Führung von Ladeluft angeschlossen werden soll. Dies kann grundsätzlich nach dem weiteren in 3A gezeigten Austrittstutzen 7.2 erfolgen. Dies kann in einer hier nicht gezeigten Abwandlung auch unter Weiterführung des unteren Führungsbereichs 11 in den Austrittstutzen 7.1 umgesetzt werden wie es anhand von 4 weiter unten erläutert ist.
Vorliegend wird ein Innenraum, im Wesentlichen zwei Führungsbereiche 11, 21, des Doppelanschlusskastens 2 der Kühleranordnung 1A mit den Durchtrittsöffnungen 10, 20 verbunden: einer ersten Durchtrittsöffnung 10 ist ein unterer Führungsbereich 11 zugeordnet und einer zweiten Durchtrittsöffnung 20 ist der obere Führungsbereich 21 in der oben erläuterten Weise zugeordnet. Der untere Führungsbereich 11 schließt sich unmittelbar an den Ausgang des unteren Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK an. Der obere Führungsbereich 21 schließt sich unmittelbar an den Ausgang des oberen Niederdruckladeluftkühlers ND-LLK an. Der Innenraum des Gehäuses 30 des Doppelanschlusskastens 2 wird durch die im Wandbereich 6 schräg verlaufende Trennwand 5 in den genannten unteren Führungsbereich 11 und den genannten oberen Führungsbereich 21 geteilt. Diese Schrägteilung des Innenraums in den unteren Führungsbereich 11 und den oberen Führungsbereich 21 ist in der Längsschnittansicht des Doppelanschlusskastens 2 der 3A erkennbar. In der Querschnittansicht des Doppelanschlusskastens 2 der 4 ist der Wölbungsverlauf der Trennwand 5 erkennbar.
Der Wölbungsverlauf der Trennwand 5 erstreckt sich zwischen zwei seitlich angeordnete, vorliegend vertikale, Streben 8, die den unteren Führungsbereich 11 erkennbar in Abschnitte unterteilt, die strömungsverbunden sind. Die seitlichen Streben 8 sind Teil eines mit der Trennwand 5 und den seitlich daran anschließenden Kanalwandungen 9 gebildeten Rahmens 39 im Querschnitt des Gehäuses 30 des Doppelanschlusskastens 2. Zwischen Kanalwandung 9 und Streben 8 ist jeweils ein seitlicher Führungskanal mit einem ersten Abschnitt 11.1 des unteren Führungsbereichs 11 gebildet, der unmittelbar an die Durchtrittsöffnung 10 anschließt. In einem hinteren Bereich des seitlichen Führungskanals geht der erste Abschnitt 11.1 in einen zweiten Abschnitt 11.2 über, der den hinteren Teil des unteren Führungsbereichs 11 bildet. In diesem hinteren Teil des unteren Führungsbereichs 11 ist der Doppelanschlusskasten 2 an seiner Unterseite mit einem unteren Anschluss 33 versehen. Der untere Anschluss 33 bildet eine Öffnung aus, die als Abführungsanschluss zur Abführung von Ladeluft LL aus dem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK dient. An den unteren Anschluss 33 ist ein Gehäuse 40 des Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK angebracht. Das Gehäuse 30 des Doppelanschlusskastens 2 ist mit Schraubverbindungen 41 an das Gehäuse 40 angeschraubt ist. Die Ladeluft LL wird aus dem Gehäuse 40 des Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK in das Gehäuse 30 des Doppelanschlusskastens 2 und weiter zum ersten Abschnitt 11.1 des unteren Führungsbereichs 11 in Längsrichtung der Kühleranordnung 1 zum weiteren Austrittsstutzen 7.2 geführt. In den aus 3A ersichtlichen zweiten Abschnitt 11.2 des unteren Führungsbereichs 11 gelangt die Ladeluft LL in gekühltem Zustand aus dem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK über den unteren Anschluss 33. In den Hochdruckladeluftkühler HD-LLK tritt die Ladeluft LL aus dem unteren Anschlusskasten 3 ein. In den unteren Anschlusskasten 3 tritt die Ladeluft LL aus dem Hochdruckverdichter HDV über einen nicht näher bezeichneten Eintrittstutzen ein und wird in der erläuterten Weise dem Gehäuse 30 des Doppelanschlusskastens 2 zugeführt.
Die in 3A im Schnitt erkennbare zweite Durchtrittsöffnung 20 schließt an den oberen Führungsbereich 21 des Doppelanschlusskastens 2 an, welchem die Ladeluft LL aus dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK durch einen oberen Anschluss 34 zugeführt wird. Dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK wird die Ladeluft dabei aus einem Niederdruckverdichter über einen oberen Anschlusskasten 4 zugeführt. Der obere Anschlusskasten 4 weist dazu einen nicht näher bezeichneten Eintrittsstutzen zur Ladeluftführung auf.
Bezugnehmend auf 3A ist die Trennwand 5 am Wandbereich 6 im Innenraum des Gehäuses 30 des Doppelanschlusskastens 2 derart ausgebildet, dass sich der untere Führungsbereich 11 im zweiten Abschnitt 11.2 zum unteren Anschluss 33 des Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK hin im Querschnitt erweitert. Ein weiterer Querschnitt des unteren Führungsbereichs 11 am ersten Abschnitt 11.1 erweitert sich zur ersten Durchtrittsöffnung 10 hin. Mit anderen Worten weist der untere Führungsbereich 11, vorliegend im Wandbereich 6, eine Verjüngung T2 auf, die sich als besonders vorteilhaft für eine Strömungsführung der Ladeluft LL erwiesen hat.
Der obere Führungsbereich 21 weist eine in 3A gekennzeichnete Verjüngung T1 auf. Von der Verjüngung T1 erweitert sich der obere Führungsbereich 21 zum oberen Anschluss 34 hin, so dass damit eine vorteilhafte Diffusorwirkung verbunden ist. Auch erweitert sich der obere Führungsbereich 21 von der oberen Verjüngung T1 zur Durchtrittsöffnung 20, was ebenfalls mit Vorteilen für die Strömungsführung verbunden ist.
Die Zuführung von Kühlmittel KM erfolgt auf einer in 3A ersichtlichen, dem Austrittsstutzen 7 gegenüber liegenden Seite der Kühlergehäuse 40, 50. Dies hat sich als besonders einfach realisierbar und gleichzeitig bauraumsparend erwiesen.
Wie aus 4 ersichtlich, kann die gesamte Kühleranordnung 1 im Zwischenraum einer V-Anordnung von Zylindern 101 des Motorgehäuses 100 eines Motorblocks angeordnet werden, d. h. sowohl platzsparend als auch unter Nutzung eines Motorgehäuses 101 als untere Wandung eines unteren Anschlusskastens 3 der Kühleranordnung 1.
3B zeigt eine im Vergleich zu 3A leicht abgewandelte zweite konstruktive Realisierung einer zweiten Ausführungsform der Kühleranordnung 1B. Für die konstruktive Ausführung des Doppelanschlusskastens 2 als auch für die Gehäusekonstruktion 90 sind die Ausführungen hinsichtlich der 3A relevant. Aufgrund der unterschiedlichen Anordnung des Niederdruckladeluftkühlers ND-LLK und des Hochdruckladeluftkühlers HD-LLK bei der Kühleranordnung 1B ergibt sich lediglich eine andere Führung für die Ladeluft LL, die in 3B entsprechend dargestellt ist. Vorliegend ist der an den unteren Anschluss 33 angeschlossene untere erste Ladeluftkühler in Form eines Niederdruckladeluftkühlers ND-LLK gebildet. Der an den oberen Anschluss 34 angeschlossene obere zweite Ladeluftkühler ist bei der in 3B gezeigten Ausführungsform als Hochdruckladeluftkühler HD-LLK gebildet. Die Führung der Ladeluft LL ergibt sich dem entsprechend wie von den Pfeilen dargestellt.
Ladeluft LL wird aus einem Niederdruckverdichter NDV eines Niederdruckabgasturboladers ND-ATL einem nicht näher bezeichneten Eintrittsstutzen des unteren Anschlusskastens 3 zugeführt. Im unteren Anschlusskasten 3 wird Ladeluft dann dem im Kühlergehäuse 40 untergebrachten Niederdruckladeluftkühler ND-LLK zugeführt und verlässt diesen in gekühlter Form durch den unteren Anschluss 33 in den Innenraum des Doppelanschlusskastens 2, nämlich in den unteren Führungsbereich 11 desselben.
Auch bei der in 3B gezeigten Ausführungsform verlässt die Ladeluft LL den Doppelanschlusskasten über einen weiteren Austrittsstutzen 7.2 zu einem Hochdruckverdichter HDV eines Hochdruckabgasturboladers HD-ATL. In hochverdichteter Form wird die Ladeluft LL danach einem nicht näher bezeichneten Eintrittsstutzen des oberen Anschlusskastens 4 zugeführt. Danach gelangt die Ladeluft in den Hochdruckladeluftkühler HD-LLK, der im Gehäuse 50 zwischen dem oberen Anschlusskasten 4 und dem Doppelanschlusskasten 2 angeordnet ist. Vorliegend ist das Gehäuse 50 auf einem Tragflansch des Doppelanschlusskastens 2 im Bereich des oberen Anschlusses 34 angeschraubt. Durch den oberen Anschluss 34 gelangt die gekühlte hochverdichtete Ladeluft in den Innenraum des Doppelanschlusskastens 2, nämlich in den oberen Führungsbereich 21. Der obere Führungsbereich 21 und der untere Führungsbereich 11 sind, wie bereits bei der Kühleranordnung 1A erläutert, auch bei der Kühleranordnung 1B durch eine Trennwand 5 im Doppelanschlusskasten getrennt. Eine Ladeluft LL aus dem Niederdruckladeluftkühler im unteren Führungsbereich 11 und eine Ladeluft LL aus einem Hochdruckladeluftkühler im oberen Führungsbereich 21 wird also im Innenraum des Doppelanschlusskastens 2 getrennt.
Da bei der Kühleranordnung 1A und auch bei der Kühleranordnung 1B lediglich gekühlte Ladeluft LL in den Innenraum des Doppelanschlusskastens 2 eintritt ist ein Wärmeaustausch über die Trennwand 5 weitgehend reduziert.
Schließlich gelangt die Ladeluft LL weiter in den Austrittsstutzen 7.1 und verlässt diesen in Richtung der Zylinder der Zylinderbank 150.
In beiden Ausführungsformen der Kühleranordnungen 1A, 1B ist ein Führungsbereich 11, 21 des Innenraum des Doppelanschlusskastens 2 mit einer Verjüngung T1 bzw. T2 versehen. Dadurch ist ein Abschnitt des unteren Führungsbereichs 11 zwischen unterem Anschluss 33 und Verjüngung T2 in der Art eines Diffusors ausgebildet. Dadurch kann die niederdruckverdichtete und gekühlte Ladeluft in weitgehend strömungsvergleichmäßigter Form aus dem Niederdruckladeluftkühler ND-LLK in den hinteren Abschnitt 11.2 des unteren Führungsbereichs 11 gelangen.
Durch die Verjüngung T1 zwischen dem oberen Anschluss 34 und dem Austrittsstutzen 7.1 des oberen Führungsbereichs 21 wird zum Einen erreicht, dass die hochdruckverdichtete und gekühlte Ladeluft LL aus dem Hochdruckladeluftkühler HD-LLK strömungsvergleichmäßigt bis zur Verjüngung T1 gebündelt werden kann. Hinter der Verjüngung T1 ist des weiteren der Austrittsstutzen 7.1 trichterförmig aufgeweitet gebildet, um eine möglichst vergleichmäßigte Einleitung in den Querschnitt einer weiteren Ladeluftführung bis zur Zylinderbank 150 zu ermöglichen.
Im Ergebnis ist durch einen Doppelanschlusskasten 2 der vorbeschriebenen Art eine separate Führung von niederdruckverdichteter und hochdruckverdichteter Ladeluft im Innenraum des Doppelanschlusskastens 2 ermöglicht. Die zur Trennung vorgesehene Trennwand 5 ist in einem Wandbereich 6 schräg ausgebildet und verläuft des Weiteren so, dass ein unterer Führungsbereich 11 und ein oberer Führungsbereich 21 jeweils von einem Anschluss 33, 34 zu einem Austrittsstutzen des Doppelanschlusskastens 2 hin sich bis zu einer Verjüngung T1, T2 verengen. Dadurch wird eine strömungswiderstandsarme Ausführung der Ladeluft LL aus einem Ladeluftkühler LLK unter Beschleunigung der Strömung erreicht. Zudem ist bei dem beschriebenen Doppelanschlusskasten 2 eine separate und im Gegenstromprinzip geführte Führung von weitgehend ähnlich temperierter Ladeluft LL realisiert. Dazu ist ein zuvor beschriebener Doppelanschlusskasten mit Anschlüssen 33, 34 versehen, die lediglich zur Einleitung von gekühlter Ladeluft ausgebildet sind.
Schließlich bietet ein in 4 ansatzweise beschriebener Doppelanschlusskasten 2 durch Ausbildung eines hinteren ersten Abschnitts 11.1 und eines vorderen zweiten Abschnitts 11.2 eines unteren Führungsbereichs 11 die Möglichkeit eine Ladeluft LL sowohl einerseits in niedrig verdichteter Form als auch andererseits in hoch verdichteter Form und separat einem gemeinsamen Stutzen auf der gleichen Seite des Doppelanschlusskasten 2 zuzuführen. Auch dazu kann eine Trennwand 5 des Doppelanschlusskastens in einer anhand von 4 beschriebenen Weise gewölbt über einen Querschnitt verlaufen und durch Streben 8 von seitlichen Führungskanälen getrennt sein.
Bezugszeichenliste

1000: Brennkraftmaschine
100: Motorgehäuse
101: Zylinder
102: Ladeluftzuführungen
150: Zylinderbank
200: Ladeluftaufladung
300: Abgasrückführung
210: Niederdruckstufe
220: Hochdruckstufe
LL: Ladeluft
AG: Abgas
LF: Ladefluid
200: Aufladung
NDV: Niederdruckverdichter
ND-LLK: Niederdruckladeluftkühler
ND-ATL: Niederdruckabgasturbolader
HDV: Hochdruckverdichter
HD-LLK: Hochdruckladeluftkühler
ND-ATL: Hochdruckabgasturbolader
1, 1A, 1B: Kühleranordnung
2: Doppelanschlusskasten
3: unterer Anschlusskasten
4: oberer Anschlusskasten
5: Trennwand
6: Wandbereich
7.1, 7.2: Austrittsstutzen
8: vertikale Streben
9: Kanalwandungen
10, 20: Durchtrittsöffnung
11: unterer Führungsbereich
11.1: erster Abschnitt
11.2: zweiter Abschnitt
21: oberer Führungsbereich
30: Gehäuse des Doppelanschlusskastens
31: untere Kante
32: oberer Kante
33: unterer Anschluss
34: oberer Anschluss
39: Rahmen
40, 50: Kühlergehäuse
90: Gehäusekonstruktion
T1, T2: Verjüngung
KS: Kraftseite

Claims

Anschlusskasten für eine Kühleranordnung (1, 1A, 1B) einer Brennkraftmaschine (1000) mit einer zweistufigen Aufladung, der zur Führung einer Ladeluft (LL) an einen Ladeluftkühler anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Anschlusskasten als ein Doppelanschlusskasten (2) gebildet ist und einen unteren Anschluss (33) aufweist, an den ein erster Ladeluftkühler unter dem Doppelanschlusskasten (2) anschließbar ist, und einen oberen Anschluss (34) aufweist, an den ein zweiter Ladeluftkühler über dem Doppelanschlusskasten (2) anschließbar ist, und – eine Führung aufweist, die zur getrennten Führung einer Ladeluft des ersten Ladeluftkühlers und des zweiten Ladeluftkühlers ausgebildet ist, wobei ein Innenraum des Doppelanschlusskastens (2) durch eine Trennwand (5) in einen unteren, am unteren Anschluss (33) anschließenden Führungsbereich (11) und einen oberen, am oberen Anschluss (34) anschließenden Führungsbereich (21) geteilt ist.
Anschlusskasten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (5) wenigstens einen schräg im Innenraum verlaufenden Wandbereich (6) aufweist, der den unteren Führungsbereich (11) zum unteren Anschluss (33) des ersten Ladeluftkühlers und/oder der den oberen Führungsbereich (21) zum oberen Anschluss (34) des zweiten Ladeluftkühlers hin im Querschnitt erweitert.
Anschlusskasten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass, der Doppelanschlusskasten (2) wenigstens eine erste Durchtrittsöffnung (10) zum unteren Führungsbereich (11) aufweist und zwischen der ersten Durchtrittsöffnung (10) und dem unteren Anschluss, insbesondere am Wandbereich (6) der Trennwand (5), der untere Führungsbereich (11) eine Verjüngung (T1) aufweist.
Anschlusskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass, der Doppelanschlusskasten (2) wenigstens eine zweite Durchtrittsöffnung (20) zum oberen Führungsbereich (21) aufweist und zwischen der zweiten Durchtrittsöffnung (20) und dem oberen Anschluss, insbesondere an einem Aussenwandbereich des Kastengehäuses, der obere Führungsbereich (21) eine Verjüngung (T2) aufweist.
Anschlusskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass, die Trennwand (5) wenigstens einen schräg im Innenraum verlaufenden Wandbereich (6) aufweist, der den unteren Führungsbereich (11) zur ersten Durchtrittsöffnung (10) und/oder der den oberen Führungsbereich (21) zur zweiten Durchtrittsöffnung (20) hin im Querschnitt erweitert.
Anschlusskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass, der Doppelanschlusskasten (2) zur Führung einer Ladeluft zum ersten Ladeluftkühler und zum zweiten Ladeluftkühler oder zur Führung einer Ladeluft vom ersten Ladeluftkühler und vom zweiten Ladeluftkühler ausgebildet ist, insbesondere der untere und obere Führungsbereich (11, 21) als ein Abführungsbereich ausgebildet ist, insbesondere der untere Anschluss (33) und der obere Anschluss (34) ein Abführungsanschluss von Ladeluft (LF) vom ersten und zweiten Ladeluftkühler ist.
Anschlusskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der untere und obere Führungsbereich (11, 21) derart ausgebildet sind, dass Ladeluft im unteren und oberen Führungsbereich (11, 21) gegenläufig führbar ist.
Anschlusskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass, ein unterer Anschluss (33) auf einer Unterseite und ein oberer Anschluss (34) auf einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Doppelanschlusskastens (2) gebildet ist, insbesondere die Anschlüsse als Anschlussflansche gebildet sind, insbesondere ein oberer Anschlussflansch als ein Tragflansch ausgebildet ist.
Kühleranordnung (1, 1A, 1B) für eine Brennkraftmaschine (1000) mit einer zweistufigen Aufladung aufweisend: – einen ersten Ladeluftkühler, insbesondere einen Hochdruckladeluftkühler (HD-LLK), – einen zweiten Ladeluft-Kühler, insbesondere einen Niederdruckladeluftkühler (ND-LLK), – wenigstens einen, insbesondere unmittelbar, an den ersten und zweiten Ladeluft-Kühler angeschlossenen Anschlusskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur getrennten Führung einer Ladeluft des ersten und zweiten Ladeluftkühlers.
Kühleranordnung (1, 1A, 1B) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass, eine erste und eine zweite Durchtrittsöffnung (10, 20) für Ladeluft auf einer einzigen Seite einer Gehäusekonstruktion (90) umfassend den Doppelanschlusskastens (2) angeordnet ist.
Kühleranordnung (1, 1A, 1B) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet dass, eine zweite Durchtrittsöffnung (20) zwischen zwei ersten Durchtrittsöffnungen (10) in einem gemeinsamen, von der Trennwand (5) geteilten Rahmen (39) gebildet ist.
Kühleranordnung (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet dass, die Trennwand (5) über den Querschnitt einer Durchtrittsöffnung (10, 20) einen, insbesondere nach unten gewölbten, Wölbungsverlauf hat.
Kühleranordnung (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet dass, der Doppelanschlusskasten (2) in einem oder als Teil einer Gehäusekonstruktion (90) für den ersten und/oder zweiten Ladeluftkühler gebildet ist, insbesondere die Gehäusekonstruktion (90) Kühlmittelanschlüsse aufweist.
Kühleranordnung (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet dass, Kühlmittelanschlüsse auf einer einzigen Seite der Gehäusekonstruktion (90) gebildet sind, insbesondere auf einer Eintrittsöffnungen (10, 20) für Ladeluft gegenüberliegenden Seite.
Kühleranordnung (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet dass, ein unterer Anschlusskasten (3) unmittelbar unterhalb eines unteren Ladeluftkühlers zur Führung, insbesondere Zuführung, einer Ladeluft des unteren Ladeluftkühlers angeschlossen ist.
Kühleranordnung (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet dass, ein oberer Anschlusskasten (4) unmittelbar oberhalb eines oberen Ladeluftkühlers zur Führung, insbesondere Zuführung, einer Ladeluft des oberen Ladeluftkühlers angeschlossen ist.
Brennkraftmaschine (1000) mit einem Motorgehäuse (100) eines Motorblocks mit einer Kühleranordnung (1, 1A, 1B) nach einem der Ansprüche 9 bis 16 für eine zweistufige Aufladung dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleranordnung (1, 1A, 1B) auf dem Motorgehäuse (100) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1000) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (100) eine V-Anordnung von Zylindern aufweist und die Kühleranordnung (1, 1A, 1B) im Zwischenraum der V-Anordnung angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse einen Wandungsbereich eines unteren Anschlusskastens (3) bildet, der unmittelbar an den unteren Ladeluftkühler zur Führung, insbesondere Zuführung, einer Ladeluft des unteren Ladeluftkühlers angeschlossen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleranordnung (1, 1A, 1B) eine Ladeluftkühleranordung ist, wobei der erste Ladeluftkühler, als ein Niederdruck-Ladeluftkühler (ND-LLK) und der zweite Ladeluftkühler als ein Hochdruck-Ladeluftkühler (HD-LLK) gebildet ist.
Verfahren zur Führung einer Ladeluft (LL) bei einer Kühleranordnung (1, 1A, 1B) einer Brennkraftmaschine (1000) mit einer zweistufigen Aufladung, in einem als Doppelanschlusskasten ausgebildeten Anschlusskasten, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend die Schritte: – Zuführen einer ersten Ladeluft (LL) zum Anschlusskasten aus einem ersten Ladeluftkühler (ND-LLK) über einen unteren Anschluss (33); – Zuführen einer zweiten Ladeluft (LL) zum Anschlusskasten aus einem zweiten Ladeluftkühler (ND-LLK) über einen oberen Anschluss (34); – getrennte Führung der Ladeluft des ersten Ladeluftkühlers und des zweiten Ladeluftkühlers in einem Innenraum des Doppelanschlusskastens (2) in einem unteren, am unteren Anschluss (33) anschließenden Führungsbereich (11) und einem oberen, am oberen Anschluss (34) anschließenden Führungsbereich (21).