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GEBIET DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Luftansaugsysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Ansaugkrümmermodul, das einen oder mehrere direkt montierte Ladeluftkühler und Drosselkörper aufweist.
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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren, die eine Ladeluftzufuhr verwenden, bestehen typischerweise aus einem oder mehreren abgasgetriebenen Turboladern oder einem motorgetriebenen mechanischen Lader bzw. Kompressor, um Ladeluft an den Ansaugkrümmer zu liefern. In dem Fall einer Motorkonfiguration mit Zweifach- oder Doppel-Turbolader können Röhren von den Turboladern die komprimierte Zufuhrluft kombinieren und die Ladung durch einen Ladeluftkühler führen. Eine Röhre oder ein Sammler, die/der sich von dem Auslass des Ladeluftkühlers erstreckt, liefert gekühlte komprimierte Ladeluft an einen Drosselkörper, der außerhalb eines herkömmlichen Ansaugkrümmers montiert ist.
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Der Ladeluftkühler ist typischerweise in dem Bereich unter der Motorhaube des Fahrzeugs nahe dem Kühlmittelkühler und der Kondensatorwicklung der Luftklimatisierung (d. h. nahe zu der Front des Fahrzeugs) montiert, was in Luftröhren zu und von dem Ladeluftkühler resultiert, die lang sind sowie Einbau-, Geräusch- und Vibrationsproblemen ausgesetzt sind. Dichtungen zwischen den Röhren und den verschiedenen Komponenten weisen Möglichkeiten zur Leckage auf, und die Länge der Röhren kann eine nachteilige Wirkung auf ein transientes Leistungsvermögen des Verbrennungsmotors besitzen. Zusätzlich enthalten die Röhren von dem Turbolader zu dem Ladeluftkühler und die Röhren, die von dem Ladeluftkühler zurück zu dem Drosselkörper zurückkehren, ein signifikantes Luftvolumen, das während des aufgeladenen Betriebs ebenfalls komprimiert werden muss. Das zusätzliche Volumen verzögert den Druckkopf der Ladeluft, die in die Zylinder des Motors eintritt, was zu dem beiträgt, was üblicherweise als ”Turboloch” bezeichnet ist.
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Um das Turboloch zu reduzieren und das Packungsvermögen des gesamten Systems zu verbessern, sind Ladeluftkühler eingeführt worden, die direkt in ein Ansaugmodul eines Verbrennungsmotors integriert sind. Der größte Teil der am Ansaugmodul montierten Ladeluftkühler sind Kühler vom Typ von Luft zu Flüssigkeit anstatt vom Typ von Luft zu Luft.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist ein Luftansaugsystem zum Liefern einer Zufuhrluft an einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eine Ansaugsammlerbaugruppe, die an dem Ansaugkrümmer montiert ist, wobei der Ansaugkrümmer an dem Zylinderkopf montiert ist, und ein Luftströmungskühlermodul auf, das an dem Ansaugsammler montiert ist. Das Luftansaugsystem weist auch einen Wärmetauscher auf, der in dem Luftströmungskühlermodul zwischen einem Zufuhrlufteinlass des Luftströmungskühlermoduls und dem Einlasssammler angeordnet ist, wobei sich ein Einlassluftströmungspfad von dem Verbrennungslufteinlass durch den Wärmetauscher und den Ansaugsammler zu dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors erstreckt.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform weist ein Luftströmungskühlermodul zum Liefern von Zufuhrluft zu einem Verbrennungsmotor einen Lufteinlass, der an einem ersten Ende des Luftströmungskühlermoduls angeordnet ist, sowie eine offene Seite auf, die an einem zweiten Ende des Luftströmungskühlermoduls angeordnet ist, wobei sich das zweite Ende gegenüberliegend und stromabwärts des Luftströmungspfades des ersten Endes befindet. Das Luftströmungskühlermodul weist auch einen Wärmetauscher auf, der zwischen einem Zufuhrlufteinlass des Luftströmungskühlermoduls und der offenen Seite angeordnet ist, wobei die offene Seite derart konfiguriert ist, dass sie direkt an einem Ansaugsammler montierbar ist. Der Wärmetauscher ist ein Wärmetauscher vom Luft-zu-Flüssigkeit-Typ, der aus einem Kühlmittelfluideinlass und Auslassdurchlässen besteht. Das Kühlfluid kann über eine Verrohrung entweder zu dem Kühlsystem des Verbrennungsmotors oder seinem eigenen Kühlsystem mit geschlossenem Kreislauf kommuniziert werden. Der Wärmetauscher überträgt thermische Energie von der bei höherer Temperatur befindlichen eintretenden komprimierten Luft zu dem abgehenden Kühlmittelfluid, wobei die thermische Energie dann von dem Kühlmittel an die Umgebung durch einen Kühler des Kühlsystems abgeführt wird.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Luftansaugsystems für einen Verbrennungsmotor mit einem extern montierten Luftströmungskühlermodul ist, das Merkmale der Erfindung verkörpert;
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2 eine Seitenschnittansicht eines Verbrennungsmotors mit einem extern montierten Luftströmungskühlermodul ist, das Merkmale der Erfindung verkörpert; und
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3 eine auseinandergebaute perspektivische Ansicht eines Verbrennungsmotors mit einem extern montierten Luftströmungskühlermodul ist, das Merkmale der Erfindung verkörpert.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
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Nun Bezug nehmend auf 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Luftansaugsystems für einen Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) gemäß beispielhafter Ausführungsformen gezeigt. Das Luftansaugsystem weist ein Luftströmungskühlermodul 110 auf, das an einem Ansaugsammler 120 montiert ist, der an einem Ansaugkrümmer (140, nicht gezeigt) montiert ist. Das Luftströmungskühlermodul 110 weist einen Zufuhrlufteinlass 112, einen Kühleinlass 114 und einen Kühlauslass 116 auf.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Luftströmungskühlermodul 110 direkt an dem Ansaugsammler 120 montiert und befestigt. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann das Luftströmungskühlermodul 110 auch einen Turbobypassdurchlass 115 und einen Druckdurchlass aufweisen, die derart konfiguriert sind, um sicherzustellen, dass der Luftdruck in dem Luftströmungskühlermodul 110 keinen vorbestimmten maximalen Wert überschreitet.
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Nun Bezug nehmend auf 2 ist eine Schnittseitenansicht eines Luftströmungskühlermoduls 110, das extern an einem Verbrennungsmotor 100 montiert ist, gemäß beispielhafter Ausführungsformen gezeigt. Der Verbrennungsmotor 100 weist einen oder mehrere Zylinderköpfe 130 mit einer Mehrzahl von Brennkammern 132 in Fluidkommunikation mit mit Ventilen versehenen Ansaugdurchlässen 134 und Abgasdurchlässen 136 auf. Die mit Ventilen versehenen Ansaugdurchlässe 134 nehmen Zufuhrluft von dem Ansaugsammler auf und liefern die Ansaugluft an die Brennkammern 132 zum Mischen mit Kraftstoff und zur Verbrennung darin. Produkte der verbrannten Luft und des verbrannten Kraftstoffs (d. h. Abgas) verlassen die mit Ventil versehenen Abgasdurchlässe 136 und strömen durch abgasgetriebene Turbolader 150, die Energie von dem Abgas entnehmen und diese zur Kompression von Zufuhrluft zur Lieferung an den Zufuhrlufteinlass 112 des Luftströmungskühlermoduls 110 verwenden.
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Bei beispielhaften Ausführungsformen weist ein Luftansaugsystem ein Luftströmungskühlermodul 110 auf, das an dem Ansaugsammler 120 des Verbrennungsmotors 100 montiert ist. Der Ansaugsammler 120 ist an einem Ansaugkrümmer 140 montiert, der an dem Zylinderkopf 130 unter Verwendung einer Dichtung 142 montiert ist, die zwischen den Durchlassöffnungen 144 der mit Ventil versehenen Ansaugdurchlässe 134 des Zylinderkopfs 130 und Zufuhrluftauslässen 146 des Ansaugkrümmers 140 angeordnet ist. Der Ansaugkrümmer 140 ist an dem Zylinderkopf 130 unter Verwendung einer Mehrzahl von Bolzen oder anderen geeigneten Befestigungseinrichtungen montiert. Die Dichtung 142 und die Bolzenklemmlast definieren eine zuverlässige Abdichtung zwischen den Durchlassöffnungen 144 des Zylinderkopfs 130 und den Zufuhrluftauslässen 146 des Ansaugkrümmers 140. Der Ansaugkrümmer 140 kann eine Bereitstellung für die Montage eines Krümmerabsolutdruck- und Temperatursensors, von Kraftstoffspülsystemverrohrung, von Bremsunterdruckverrohrung, wie auch einen Durchlass zur Aufnahme einer Verrohrung eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems (nicht gezeigt) aufweisen. Der Ansaugsammler 120 ist an dem Ansaugkrümmer montiert und umschließt den Sammlerluftvolumenbereich zu dem Ansaugkrümmer 140. Das Ansaugsammlergehäuse 120 und der Ansaugkrümmer 140 sind zur Montage in einer abdichtenden Beziehung entlang von Umfangsflanschen 141 durch die Verwendung von Bolzen (nicht gezeigt) oder anderen geeigneten Befestigungseinrichtungen zum Aneinanderhalten der beiden Baugruppen in einer abgedichteten Beziehung konfiguriert.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Drosselkörper 122 in dem Ansaugsammler 120 angeordnet. Der Drosselkörper 122 dient dazu, ein Sammlervolumen 124 und ein Krümmervolumen 148 zu trennen, und weist eine Drosselklappe 126 auf, die darin angeordnet ist und Zufuhrluft zu dem Ansaugsammler 120 und zu den Ansaugdurchlässen 134 des Zylinderkopfs 130 dosiert. Bei der Ausführungsform, wie in den 2–3 gezeigt ist, ist der Drosselkörper 122 in dem Ansaugsammler 120 angeordnet und kann eine integrale Dichtung 128 aufweisen, um die stromabwärtige Drosselbohrung des Drosselkörpers 122 daran abzudichten. Die Dichtung 128 dient dazu, nicht dosierte Zufuhrluftundichtigkeiten um den Drosselkörper 122 und die Drosselklappe 126 zu vermeiden, die ermöglichen würden, dass Zufuhrluft von dem Sammlervolumen 124 zu dem Krümmervolumen 148 (d. h. um den gedrosselten Abschnitt des Luftansaugsystems) strömt.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das Luftströmungskühlermodul 110 einen Wärmetauscher 118 auf, der in dem Luftströmungskühlermodul 110 angeordnet ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform kann der Wärmetauscher 118 einen Luft-zu-Luft-Wärmetauscher oder, wie in den Figuren gezeigt ist, einen Wasser-zu-Luft-Wärmetauscher umfassen, der in Fluidkommunikation mit einem Kühlsystem (nicht gezeigt) durch einen Kühleinlass 114 und einen Kühlauslass 116 steht.
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Bei beispielhaften Ausführungsformen, wie am besten in 3 gezeigt ist, weist das Luftströmungskühlermodul 110 einen Ansauglufteinlass 112, der an einem Ende des Luftströmungskühlermoduls 110 angeordnet ist, und eine offene Seite 119 auf, die an einem gegenüberliegenden Ende angeordnet ist. Bei beispielhaften Ausführungsformen ist die offene Seite 119 zur direkten Montage an dem Ansaugsammler 120 konfiguriert.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform tritt während des Betriebs des Verbrennungsmotors 100 heiße komprimierte Zufuhrluft von den abgasgetriebenen Turboladern 150 in den Lufteinlass 112 des Luftströmungskühlermoduls 110 ein. Der Zufuhrlufteinlass 112 steht in Fluidkommunikation mit dem Wärmetauscher 118, der dazu dient, die heiße komprimierte Zufuhrluft aufzunehmen. Die heiße komprimierte Zufuhrluft wird in dem Luftströmungskühlermodul 110 stromaufwärts des Wärmetauschers 118 verteilt, wodurch die Volumenverwendung der Wärmetauscher erhöht wird, was die Systemeffizienz erhöht und die Entfernung von überschüssiger Wärme von der heißen komprimierten Zufuhrluft maximiert.
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Heiße komprimierte Zufuhrluft strömt durch den Wärmetauscher 118, wo sie auf eine bekannte Weise gekühlt wird, bevor sie in den Ansaugsammler 120 eintritt und in eine vereinigte Zufuhrluftströmung aus gekühlter komprimierter Zufuhrluft kombiniert wird. Die gekühlte komprimierte Zufuhrluft wird durch die Drosselklappe 126 des Drosselkörpers 122 dosiert, wenn sie von dem Sammlervolumen 124 zu dem Krümmervolumen 148 strömt, wo sie den Ansaugkrümmer 140 durch Zufuhrluftauslässe 146 verlässt und in die mit Ventil versehenen Ansaugdurchlässe 134 des Verbrennungsmotors 100 eintritt.
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Während die Erfindung soweit, wie auf einen V-konfigurierten Verbrennungsmotor 130 mit zwei abgasgetriebenen Turboladern 150 beschrieben worden ist, ist es denkbar, dass die Erfindung gleichermaßen nützliche Anwendungen auf Verbrennungsmotoren mit anderen Konfigurationen hat. Derartige Konfigurationen können reihenkonfigurierte Motoren mit einem einzelnen abgasgetriebenen Turbolader oder einem motorgetriebenen mechanischen Lader bzw. Kompressor aufweisen, wobei in diesem Fall die Konfiguration des Luftströmungskühlermoduls nur, jedoch nicht notwendigerweise, einen einzelnen Wärmetauscher 118 und einen einzelnen Zufuhrlufteinlass erfordert.
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Bei der beispielhaften Ausführungsform definieren der Ansaugsammler 120 und der Ansaugkrümmer 140 einen einzelnen Zufuhrlufteinlass, durch den gekühlte komprimierte Zufuhrluft von einem Luftströmungskühlermodul 110 aufgenommen wird. Heiße Zufuhrluft von einem oder mehreren abgasgetriebenen Turboladern tritt in das Luftströmungskühlermodul 110 über eine Luftansaugung 112 ein und wird gekühlt und an den Ansaugsammler 120 geliefert. Die gekühlte komprimierte Zufuhrluft wird von der Drosselklappe 126 des Drosselkörpers 122 dosiert, wenn sie von dem Sammlervolumen 124 zu dem Krümmervolumen 148 strömt, wo sie durch Zufuhrluftauslässe 146 austritt und in die mit Ventil versehenen Ansaugdurchlässe 134 des Verbrennungsmotors 100 zur Mischung mit Kraftstoff und zur Verbrennung derselben in den Brennkammern 132 eintritt.
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Bei beispielhaften Ausführungsformen ist durch Bereitstellung eines oder mehrerer Luftströmungskühlermodule 110, die von dem Ansaugsammler 120 getrennt und direkt daran montiert sind, die Wärmeabführung der Luftströmungskühlermodule 110 im Vergleich zu ähnlichen integrierten Luftströmungskühlermodulen erhöht.
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Während die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ersetzt werden können. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, die als der beste Modus offenbart sind, der zur Ausführung dieser Erfindung denkbar ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.
