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GEBIET DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Verbrennungslufteinlasssysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere auf ein Einlasskrümmermodul mit einem Drosselklappengehäuse, einem Einlassladungskühler und einem Krümmer.
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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren, die eine Ladeluftkompression verwenden, bestehen typischerweise aus einem oder mehreren durch Abgas angetriebenen Turboladern oder einem durch den Motor angetriebenen Lader, um komprimierte Verbrennungs- oder Ladeluft dem Einlasskrümmer zuzuführen. Im Fall einer Motorkonfiguration mit Doppelturbolader können die Rohre von den Turboladern die komprimierte Verbrennungsluft kombinieren und die Ladung durch einen Ladeluftkühler leiten. Ein Rohr, der sich vom Auslass des Ladeluftkühlers erstreckt, führt gekühlte, komprimierte Ladeluft einem Drosselklappengehäuse zu, das extern an einem herkömmlichen Einlasskrümmer angebracht ist.
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Der Ladeluftkühler ist typischerweise im Motorraumbereich des Fahrzeugs nahe dem Kühlmittelkühler und der Klimaanlagenkondensatorspirale (d. h. nahe der Vorderseite des Fahrzeugs) angebracht, was Luftrohre zum und vom Ladeluftkühler zur Folge hat, die lang sind und Unterbringungs-, Geräusch- und Vibrationsproblemen unterliegen. Dichtungen zwischen den Rohren und den verschiedenen Komponenten stellen Gelegenheiten für ein Leck dar und die Länge der Rohre kann eine schädliche Auswirkung auf die transiente Leistung des Verbrennungsmotors haben. Außerdem enthalten die Rohre vom Turbolader zum Ladeluftkühler und die Rohre, die vom Ladeluftkühler zum Drosselklappengehäuse zurückkehren, ein signifikantes Luftvolumen, das auch während des aufgeladenen Betriebs komprimiert werden muss. Das zusätzliche Volumen verzögert den Druckaufbau der Ladeluft, die in die Zylinder des Motors eintritt, was zu dem beiträgt, was üblicherweise als ”Turboladerverzug” bezeichnet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Lufteinlasssystem zum Zuführen von Verbrennungsluft zu einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors ein integriertes Luftströmungskühlermodul mit einer unteren Krümmeranordnung, die am Zylinderkopf angebracht ist, und einer oberen Krümmeranordnung, die an der unteren Krümmeranordnung angebracht ist, um ein Krümmervolumen dazwischen zu definieren. Ein Drosselklappengehäuse ist innerhalb des Krümmervolumens angeordnet und ist betriebsfähig, um das Krümmervolumen in ein oberes Krümmervolumen und ein unteres Krümmervolumen zu unterteilen. Eine im Drosselklappengehäuse angeordnete Drosselklappe dosiert Verbrennungsluft durch das integrierte Luftströmungskühlermodul vom oberen Krümmervolumen zum unteren Krümmervolumen. Ein Wärmetauscher ist im oberen Krümmervolumen zwischen einem Verbrennungslufteinlass des integrierten Luftströmungskühlermoduls und dem Drosselklappengehäuse angeordnet, wobei sich ein Verbrennungsluftströmungsweg vom Verbrennungslufteinlass, durch den Wärmetauscher und das Drosselklappengehäuse und zum Zylinderkopf des Verbrennungsmotors erstreckt.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein integriertes Luftströmungskühlermodul zum Zuführen von Verbrennungsluft zu einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eine untere Krümmeranordnung, die am Zylinderkopf angebracht ist, und eine obere Krümmeranordnung, die zur Montage an der unteren Krümmeranordnung konfiguriert ist, um ein Krümmervolumen dazwischen zu definieren. Ein Drosselklappengehäuse ist innerhalb des Krümmervolumens fluidtechnisch angeordnet und ist betriebsfähig, um das Krümmervolumen in ein oberes Krümmervolumen und ein unteres Krümmervolumen zu unterteilen. Eine im Drosselklappengehäuse angeordnete Drosselklappe dosiert Verbrennungsluft durch das integrierte Luftströmungskühlermodul vom oberen Krümmervolumen zum unteren Krümmervolumen und zu Einlasskanälen des Zylinderkopfs. Ein erster und ein zweiter Wärmetauscher sind im oberen Krümmervolumen zwischen der oberen Krümmeranordnung und der unteren Krümmeranordnung abdichtend angeordnet. Ein erster und ein zweiter Verbrennungslufteinlass stehen mit einem ersten und einem zweiten Luftraum benachbart zu oberstromigen Vorderseiten des ersten und des zweiten Wärmetauschers in Fluidverbindung, wobei sich ein Verbrennungsluftströmungsweg vom ersten und vom zweiten Verbrennungslufteinlass, durch den ersten und den zweiten Wärmetauscher und das Drosselklappengehäuse und zum Zylinderkopf des Verbrennungsmotors erstreckt.
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In einer nochmals weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein integriertes Luftströmungskühlermodul zum Zuführen von Verbrennungsluft zu einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eine untere Krümmeranordnung, die am Zylinderkopf angebracht ist, eine obere Krümmeranordnung, die an der unteren Krümmeranordnung angebracht ist, um ein Krümmervolumen dazwischen zu definieren, und einen ersten und einen zweiten Verbrennungslufteinlass. Ein Drosselklappengehäuse ist fluidtechnisch innerhalb des Krümmervolumens angeordnet und ist betriebsfähig, um das Krümmervolumen in ein oberes Krümmervolumen und ein unteres Krümmervolumen zu unterteilen. Eine im Drosselklappengehäuse angeordnete Drosselklappe dosiert Verbrennungsluft, die durch das integrierte Luftströmungskühlermodul vom ersten und vom zweiten Einlass zum Zylinderkopf strömt. Ein erster und ein zweiter Wasser-Luft-Wärmetauscher in Fluidverbindung mit einem Kühlsystem durch einen Wasserrohrverteiler sind im oberen Krümmervolumen zwischen dem ersten und dem zweiten Verbrennungslufteinlass und dem Drosselklappengehäuse angeordnet. Dichtungen sind zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher und den Innenwänden der oberen Krümmeranordnung und der unteren Krümmeranordnung angeordnet, um zu verhindern, dass heiße Verbrennungsluft, die in das integrierte Luftströmungskühlermodul eintritt, die Wärmetauscher umgeht und in den Drosselklappengehäuse eintritt. Ein Verbrennungsluftströmungsweg erstreckt sich vom ersten und vom zweiten Verbrennungslufteinlass, durch die Wärmetauscher und das Drosselklappengehäuse und zum Zylinderkopf.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Details ergeben sich lediglich beispielhaft in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
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1 eine teilweise Schnittansicht eines Verbrennungsmotors ist, der Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert; und
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2 eine Seitenansicht eines teilweise zerlegten integrierten Luftströmungskühlermoduls ist, das Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert;
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3 eine Stirnansicht des teilweise zerlegten integrierten Luftströmungskühlermoduls von 2 ist;
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4 eine vergrößerte Schnittansicht des integrierten Luftströmungskühlermoduls von 2 ist; und
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5 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des integrierten Luftströmungskühlermoduls von 2 ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht begrenzen. Selbstverständlich geben in allen Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale an.
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In 1 umfasst (umfassen) in einer beispielhaften Ausführungsform ein oder mehrere Zylinderköpfe 10 eines Verbrennungsmotors 12 mehrere Brennkammern 14 in Fluidverbindung mit mit Ventil versehenen Einlasskanälen 16 und Auslasskanälen 18. Die mit Ventil versehenen Einlasskanäle 16 empfangen Verbrennungsluft von einem Lufteinlasssystem 20 und führen die Einlassluft zu den Brennkammern zum Mischen mit Kraftstoff und zur Verbrennung darin zu. Produkte aus verbrannter Luft und Kraftstoff (d. h. Abgas) verlassen die mit Ventil versehenen Auslasskanäle 18 und strömen durch mit Abgas angetriebene Turbolader 22, die aus dem Abgas Energie gewinnen und sie verwenden, um Verbrennungsluft zur Zuführung zum Lufteinlasssystem 20 zu komprimieren.
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In den 1, 2 und 3 umfasst in einer beispielhaften Ausführungsform das Lufteinlasssystem 20 ein integriertes Luftströmungskühlermodul (”IACM”) 24, das am Zylinderkopf 10 des Verbrennungsmotors 12 angebracht ist. Das IACM 24 dichtet am Zylinderkopf 10 unter Verwendung einer Dichtung 26 ab, die zwischen den Kanalöffnungen 28 der mit Ventil versehenen Einlasskanäle 16 des Zylinderkopfs 10 und Verbrennungsluftauslässen 86 einer unteren Krümmeranordnung 30, 4, des IACM 24 angeordnet ist. Die untere Krümmeranordnung 30 ist am Zylinderkopf 10 unter Verwendung von mehreren Schrauben 32, 4, oder anderen geeigneten Befestigungsvorrichtungen angebracht. Die Dichtung 26 und die Schraubenklemmlast definieren eine formschlüssige Dichtung zwischen den Kanalöffnungen 28 des Zylinderkopfs 10 und den Verbrennungsluftauslässen 86 der unteren Krümmeranordnung 30. Die untere Krümmeranordnung 30 kann eine Vorkehrung für das Anbringen eines Krümmerabsolutdrucksensors (”MAP”-Sensors) 34 sowie einen Kanal 36 zum Aufnehmen einer formschlüssigen Kurbelgehäuse-Entlüftungssystemleitung (”PCV”-Systemleitung) (nicht dargestellt) umfassen. Eine obere Krümmeranordnung 50 ist an der unteren Krümmeranordnung 30 angebracht und schließt diese, um ein Krümmervolumen 46 zu definieren. Die obere Krümmeranordnung 50 und die untere Krümmeranordnung 30 sind zur Montage in einer Dichtungsbeziehung entlang Umfangsflanschen 68 und 70 durch die Verwendung von Schrauben (nicht dargestellt) oder anderen geeigneten Befestigungsvorrichtungen zum Zusammenhalten der zwei Anordnungen in einer abgedichteten Beziehung konfiguriert. Eine an der Oberfläche des Flanschs 70 gezeigte Dichtung 74 kann zwischen den Umfangsflanschen 68 und 70 angeordnet sein, um sicherzustellen, dass eine fluiddichte Abdichtung dazwischen hergestellt ist.
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Wie in den 1–4 gezeigt, ist ein Drosselklappengehäuse 38 innerhalb des Krümmervolumens 46 angeordnet. Das Drosselklappengehäuse 38 wirkt zum Unterteilen des Krümmervolumens in ein oberes Krümmervolumen 76 und ein unteres Krümmervolumen 44 und umfasst eine Drosselklappe 39, die darin angeordnet ist und die Verbrennungsluft durch das IACM 24 und in die Einlasskanäle 16 des Zylinderkopfs 10 dosiert. In der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist das Drosselklappengehäuse 38 innerhalb der unteren Krümmeranordnung 30 angeordnet und kann eine integrale Dichtung (nicht dargestellt) umfassen, um die unterstromige Drosselbohrung 42 des Drosselklappengehäuses 38 daran abzudichten. Die Dichtung (nicht dargestellt) ist wirksam, um Lecks von nicht dosierter Verbrennungsluft um das Drosselklappengehäuse 38 und die Drosselklappe 39 zu vermeiden, die ermöglichen würden, dass Verbrennungsluft vom oberen Krümmervolumen 76 zum unteren Krümmervolumen 44 (d. h. um den gedrosselten Abschnitt des Lufteinlasssystems 20) strömt.
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In einer beispielhaften Ausführungsform sind ein erster und ein zweiter Wärmetauscher 48 bzw. 49 innerhalb des oberen Krümmervolumens 76 angeordnet. In der in den Figuren dargestellten beispielhaften Ausführungsform sind die Wärmetauscher 48, 49 an der oberen Krümmeranordnung 50 unter Verwendung von Schrauben 52 oder anderen geeigneten Befestigungsvorrichtungen montiert, die sich durch Halter 54 erstrecken, die mit Endplatten oder Kopfteilen 56 einteilig sind. Die Wärmetauscher 48, 49 können Luft-Luft-Austauscher oder, wie in den Figuren dargestellt, Wasser-Luft-Wärmetauscher umfassen, die mit einem Kühlsystem (nicht dargestellt) durch einen Wasserrohrverteiler 58, 2, in Fluidverbindung stehen. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform (nicht dargestellt) können die Wärmetauscher 48, 49 an der unteren Krümmeranordnung 30 in einer ähnlichen Weise befestigt sein. Dichtungen 60 sind zwischen den Wärmetauschern 48, 49 und der Innenwand 62 der oberen Krümmeranordnung 50 angeordnet. In einer ähnlichen Weise sind Dichtungen 64 zwischen den Wärmetauschern 48, 49 und der Innenwand 66 der unteren Krümmeranordnung 30 angeordnet. Die Dichtungen 60 und 64 verhindern, dass heiße Verbrennungsluft ”H”, 4, die in das IACM 24 eintritt, die Wärmetauscher 48, 49 umgeht und in das Drosselklappengehäuse 38 eintritt, ohne dass sie zuerst gekühlt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, sind der erste und der zweite Wärmetauscher 48, 49 und das Drosselklappengehäuse 38 innerhalb des Krümmervolumens 46 des IACM 24 verinnerlicht, mit dem Effekt, dass die Drosselklappe 39 des Drosselklappengehäuses 38 das obere Krümmervolumen 76 vom unteren Krümmervolumen 44 trennt. Insbesondere ist ein Verbrennungsluftströmungsweg 82, 4, zwischen dem ersten und dem zweiten Verbrennungslufteinlass 84, durch die Wärmetauscher 48, 49, das Drosselklappengehäuse 38 und zum Zylinderkopf 10 des Verbrennungsmotors 12 definiert.
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Mit Bezug insbesondere auf 1 und 4 tritt in einer beispielhaften Ausführungsform während des Betriebs des Verbrennungsmotors 12 heiße komprimierte Verbrennungsluft ”H” von den mit Abgas angetriebenen Turboladern 22 in den ersten und den zweiten Verbrennungslufteinlass 84, 85 des IACM 24 über Verbrennungsluftleitungen 78 ein. Die Verbrennungslufteinlässe 84, 85 stehen mit äußeren Kammern oder Lufträumen 80, die oberstromig der Wärmetauscher 48, 49 definiert sind und die zum Empfangen der heißen komprimierten Verbrennungsluft ”H” wirken, in Fluidverbindung. Die heiße komprimierte Verbrennungsluft ”H” wird innerhalb der Lufträume 80 über die oberstromigen Vorderseiten 83 der Wärmetauscher 48, 49 verteilt, wodurch die Volumennutzung der Austauscher erhöht wird; was den Systemwirkungsgrad fördert und die Entfernung von übermäßiger Wärme von der heißen komprimierten Verbrennungsluft ”H” maximiert.
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Heiße komprimierte Verbrennungsluft ”H” strömt von den Lufträumen 80 durch die Wärmetauscher 48, 49, wo sie in einer bekannten Weise gekühlt wird, bevor sie in eine vereinigte Verbrennungsluftströmung 82 im oberen Krümmervolumen 76 als gekühlte komprimierte Verbrennungsluft ”C” eintritt und sich damit kombiniert. Die gekühlte komprimierte Verbrennungsluft ”C” wird durch die Drosselklappe 39 des Drosselklappengehäuses 38 dosiert, wenn sie vom oberen Krümmervolumen 76 zum unteren Krümmervolumen 44 strömt, wo sie das IACM 24 durch Verbrennungsluftauslässe 86 verlässt, und in die mit Ventil versehenen Einlasskanäle 16 des Verbrennungsmotors 12 eintritt.
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Obwohl die Erfindung bisher als auf einen V-konfigurierten Verbrennungsmotor 10 mit doppelten durch Abgas angetriebenen Turboladern 22 beschrieben worden war, wird in Erwägung gezogen, dass die Erfindung auf Verbrennungsmotoren mit anderen Konfigurationen gleichermaßen vorteilhafte Anwendung hat. Solche Konfigurationen können V-konfigurierte Motoren mit einem einzelnen durch Abgas angetriebenen Turbolader oder einem durch den Motor angetriebenen Lader umfassen, in welchem Fall die Konfiguration des IACM nur, aber nicht notwendigerweise einen einzelnen Wärmetauscher 48 und einen einzelnen Verbrennungslufteinlass 84 erfordern kann. Wie in 5 dargestellt, ist ein IACM 24 für die Anwendung auf einen solchen Motor dargestellt. In der beispielhaften Ausführungsform definieren eine obere Krümmeranordnung 50 und eine untere Krümmeranordnung 30 einen einzelnen Verbrennungslufteinlass 84, durch den heiße Verbrennungsluft ”H” von einem oder mehreren durch Abgas angetriebenen Turboladern in das IACM 24 über eine einzelne Verbrennungsluftleitung 78 eintritt. Der Verbrennungslufteinlass 84 steht mit einer äußeren Kammer oder einem Luftraum 80 in Fluidverbindung, der oberstromig eines einzelnen Wärmetauschers 48 definiert ist, der zum Empfangen der heißen komprimierten Verbrennungsluft ”H” wirkt. Die heiße komprimierte Verbrennungsluft ”H” wird innerhalb des Luftraums 80 über die oberstromige Vorderseite 83 des Wärmetauschers 48 verteilt. Heiße komprimierte Verbrennungsluft ”H” strömt vom Luftraum 80 durch den Wärmetauscher 48, wo sie gekühlt wird, bevor sie in das obere Krümmervolumen 76 als gekühlte komprimierte Verbrennungsluft ”C” eintritt. Die gekühlte komprimierte Verbrennungsluft ”C” wird durch die Drosselklappe 39 des Drosselklappengehäuses 38 dosiert, wenn sie vom oberen Krümmervolumen 76 zum unteren Krümmervolumen 44 strömt, wo sie das IACM 24 durch Verbrennungsluftauslässe 86 verlässt und in die mit Ventil versehenen Einlasskanäle 16 des Verbrennungsmotors 12 zum Mischen mit Kraftstoff und für die Verbrennung davon in den Brennkammern 14 eintritt.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente davon gegen Äquivalente ausgetauscht werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifikationen hergestellt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzbereich abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen begrenzt ist, die als beste Art offenbart sind, die zur Ausführung dieser Erfindung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen, die in den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung fallen, umfasst.
