DE102014101386A1

DE102014101386A1 - Ladeluftkühler

Info

Publication number: DE102014101386A1
Application number: DE102014101386.7A
Authority: DE
Inventors: Björn Pehnert; Daniel Stehlik
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Ladeluftkühler zur Kühlung von Ladeluft, die von einem Verdichter (14) mindestens eines Abgasturboladers (10) einer Brennkraftmaschine (2) zuführbar ist, mit einem Gehäuse (20), das mindestens eine Ladeluftdurchströmöffnung (28, 30, 32) und mindestens einen Kühlmittelkanal (22, 24, 26) aufweist, wobei mindestens ein Zuluftanschluss (38) und mindestens ein Abluftanschluss (40) für die Ladeluftdurchströmöffnung (28, 30, 32) sowie mindestens ein Kühlmittelzuführanschluss (34) und mindestens ein Kühlmittelabführanschluss (36) für den Kühlmittelkanal (22, 24, 26) vorgesehen sind, wobei das Gehäuse (20) mindestens zwei zylinderförmige, konzentrisch verlaufende, von Kühlmittel durchströmte Kühlmittelkanäle (22, 24, 26) aufweist, die die mindestens eine Durchströmöffnung (28, 30, 32) ausbilden. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine (2) mit einem derartigen Ladeluftkühler (18).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler zur Kühlung von Ladeluft, die von einem Verdichter mindestens eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine zuführbar ist, mit einem Gehäuse, das mindestens eine Ladeluftdurchströmöffnung und mindestens einen Kühlmittelkanal aufweist, wobei mindestens ein Zuluftanschluss und mindestens ein Abluftanschluss für die Ladeluftdurchströmöffnung sowie mindestens ein Kühlmittelzuführanschluss und mindestens ein Kühlmittelabführanschluss für den Kühlmittelkanal vorgesehen sind. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine.
Ladeluftkühler für Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, siehe hierzu beispielsweise DE 10 2006 017 610 A1 und US 6,394,076 B1 . Hierbei wird durch eine ein- oder mehrstufige Verdichtung der angesaugten Umgebungsluft eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine bewirkt. Aufgrund des Verdichtungsprozesses erwärmt sich die Ladeluft, was eine Abkühlung mittels eines oder mehrerer Ladeluftkühler bedingt. Hierzu wird bei Ladeluftkühlern gemäß dem Stand der Technik die aufgeheizte Ladeluft durch Kühlvorrichtungen geführt, die aufgrund ihres Aufbaues Querschnittsänderungen sowie Änderungen der Durchströmrichtungen aufweisen. Dies führt dann zu einem Druckverlust, der sich folglich nachteilig auf das Leistungsvermögen der Brennkraftmaschine auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ladeluftkühler bereit zu stellen, der auf einfache und kostengünstige Weise bei minimalem Druckverlust die Ladeluft abkühlt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Gehäuse mindestens zwei zylinderförmige, konzentrisch verlaufende, von Kühlmittel durchströmte Kühlmittelkanäle aufweist, die die mindestens eine Durchströmöffnung ausbilden. Auf diese Weise wird ein einfacher, als Plattenverdampfer ausgebildeter Ladeluftkühler bereit gestellt, der keine Strömungsrichtungsänderungen der Ladeluft vorsieht und bei dem Querschnittsänderungen minimiert werden können. Eine besonders effiziente Kühlung der Ladeluft wird dadurch erreicht, dass der Zuluftanschluss in der Nähe des Kühlmittelabführanschlusses und der Abluftanschluss in der Nähe des Kühlmittelzuführanschlusses angeordnet sind, derart, dass eine axiale Komponente des Kühlmittelstromes der Ladeluftströmung entgegen gerichtet ist. Zur Vergrößerung der zum Wärmeaustausch mit der Ladeluft vorgesehenen äußeren Fläche ist es vorteilhaft, wenn in Längsrichtung verlaufende Rippenelemente oder Wellstrukturen vorgesehen sind.
Dadurch, dass in radialer Richtung verlaufende Kühlmittelzuführ- und Kühlmittelabführanschlüsse vorgesehen sind, die jeweils eine Öffnung zu jedem Kühlmittelkanal aufweisen, ist auf besonders einfache Art und Weise ein Kühlmittelkreislauf bei mehreren Kühlmittelkanälen zu realisieren. Die Führung der Ladeluft vom Verdichter zum Ladeluftkühler und vom Ladeluftkühler zur Zylinderbaugruppe wird in vielen Fällen über Ladeluftschläuche realisiert. Die erfindungsgemäße Ausführung des Ladeluftkühlers ist besonders geeignet für den Anschluss von Ladeluftschläuchen. In Fällen, in denen bauraumbedingt der Ladeluftkühler einen größeren Durchmesser aufweisen muss, ist es sinnvoll, dass das Gehäuse (20) mindestens einen trichterförmigen Abschlussbereich aufweist, der/die den Zuluftanschluss und/oder den Abluftanschluss aufweist/en, um beispielsweise mit einem Ladeluftschlauch verbunden zu werden. Diese Art der Querschnittsänderungen wirken sich dann minimal hinsichtlich eines nachteiligen Druckverlustes der Ladeluft aus.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Zylinderbaugruppe, der ein Abgasturbolader zugeordnet ist, wobei Ladeluft vom Verdichter über einen Ladeluftkühler der Zylinderbaugruppe zuführbar ist, wobei der Ladeluftkühler erfindungsgemäß ausgebildet ist.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigen
1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit zwei Ladeluftkühlern, und
2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschine 2 mit zwei Zylinderbaugruppen 4, die auf bekannte Weise jeweils drei Zylinder 6 aufweisen. Über einen zentral angeordneten gemeinsamen Luftsammler 8 werden die Zylinder 6 mit Verbrennungsluft versorgt. Hierbei sollte deutlich sein, dass unter dem Begriff Verdrängungsluft auch ein Luft-Abgas-Gemisch verstanden wird. Jeder Zylinderbaugruppe 6 ist hierbei ein Abgasturbolader 10 zugeordnet, der auf bekannte Weise jeweils eine Turbine 12 und einen Verdichter 14 besitzt. Über den Verdichter 14 wird Umgebungsluft, die über einen Luftfilter 16 zugeführt wird, zu Ladeluft verdichtet, wobei es zu einer Erwärmung der zugeführten Umgebungsluft kommt. Um die Ladeluft abgekühlt dem Luftsammler 8 zuzuführen, ist jedem Abgasturbolader 10 ein Ladeluftkühler 18 zugeordnet. Die die Ladeluftkühler 18 verlassene Ladeluft wird dann auf bekannte Weise über eine gemeinsame Drosselklappe 20 dem Luftsammler 8 zugeführt und bildet die Verbrennungsluft.
2 zeigt nun in einer perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Ladeluftkühler 18. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Ladeluftkühler 18 im Wesentlichen ein Gehäuse 20 auf, das aus drei zylinderförmigen, konzentrisch verlaufenden Kühlmittelkanälen 22, 24, 26 aufgebaut ist. Durch die konzentrische Anordnung der Kühlmittelkanäle 22, 24 und 26 sind Durchströmöffnungen 28, 30 und 32 für die Ladeluft ausgebildet. Es sollte deutlich sein, dass das Gehäuse 20 auch noch eine äußere Zylinderwand aufweisen kann, die nicht von Kühlmittel durchströmt ist.
Um einen Kühlmittelkreislauf in den Kühlmittelkanälen 22, 24, 26 zu realisieren, sind ein Kühlmittelzuführanschluss 34 und ein Kühlmittelabführanschluss 36 vorgesehen. Über entsprechende nicht weiter dargestellte Öffnungen wird den Kühlmittelkanälen 22, 24 und 26 über den Kühlmittelzuführanschluss 34 Kühlmittel zugeführt. Auf gleiche Weise und entsprechende Öffnungen kann dann das Kühlmittel die Kühlmittelkanäle 22, 24, 26 über den Kühlmittelabführanschluss 36 verlassen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde der Kühlmittelzuführanschluss 34 um 180° versetzt zum Kühlmittelabführanschluss 36 angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Anordnung beschränkt.
Mit 38 ein Zuluftanschluss des Ladeluftkühlers bezeichnet und mit 40 ein Abluftanschluss. Dadurch, dass die Kühlkanäle 22, 24 und 26 als geschlossene Zylinder ausgebildet sind, werden bei Anschluss eines Ladeluftschlauchs automatisch die Ladeluftdurchströmöffnungen 28, 30, 32 mit Ladeluft beaufschlagt. Die Ladeluftdurchströmrichtung verläuft in 2 von links nach rechts und ist damit der axialen Komponente des Kühlmittelstromes, der vom Kühlmittelzuführanschluss 34 zum Kühlmittelabführanschluss 36 verläuft entgegengesetzt, wodurch ein besonders effizienter Wärmeaustausch gewährleistet ist.
Zur Verdeutlichung der Möglichkeit, den Zuluftanschluss 38 oder den Abluftanschluss 40 an den Durchmesser eines nicht weiter dargestellten Ladeluftschlauches anzupassen, ist der Abluftanschluss 40 als trichterförmiger Abschlussbereich 41 ausgeführt, wodurch eine hohe Flexibilität hinsichtlich des Anschlusses von Ladeluftschläuchen gegeben ist. Desweiteren sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Längsrichtung verlaufende Rippenelemente 42, 44, 46, 48 und 50 vorgesehen, die die Kühlmittelkanäle 22, 24, 26 miteinander verbinden und gleichzeitig zur Vergrößerung der Wärmeaustauschflächen beitragen. Alternativ können auch Wellstrukturen vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006017610 A1 [0002]
US 6394076 B1 [0002]

Claims

Ladeluftkühler zur Kühlung von Ladeluft, die von einem Verdichter (14) mindestens eines Abgasturboladers (10) einer Brennkraftmaschine (2) zuführbar ist, mit einem Gehäuse (20), das mindestens eine Ladeluftdurchströmöffnung (28, 30, 32) und mindestens einen Kühlmittelkanal (22, 24, 26) aufweist, wobei mindestens ein Zuluftanschluss (38) und mindestens ein Abluftanschluss (40) für die Ladeluftdurchströmöffnung (28, 30, 32) sowie mindestens ein Kühlmittelzuführanschluss (34) und mindestens ein Kühlmittelabführanschluss (36) für den Kühlmittelkanal (22, 24, 26) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) mindestens zwei zylinderförmige, konzentrisch verlaufende, von Kühlmittel durchströmte Kühlmittelkanäle (22, 24, 26) aufweist, die die mindestens eine Durchströmöffnung (28, 30, 32) ausbilden.
Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuluftanschluss (38) in der Nähe des Kühlmittelabführanschlusses (36) und der Abluftanschluss (40) in der Nähe des Kühlmittelzuführanschlusses (34) angeordnet sind, derart, dass eine axiale Komponente des Kühlmittelstromes der Ladeluftströmung entgegen gerichtet ist.
Ladeluftkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung verlaufende Rippenelemente (42, 44, 46, 48, 50) oder Wellstrukturen vorgesehen sind.
Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung verlaufende Kühlmittelzuführ- und Kühlmittelabführanschlüsse (34, 36,) vorgesehen sind, die jeweils eine Öffnung zu jedem Kühlmittelkanal (22, 24, 26) aufweisen.
Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) mindestens einen trichterförmigen Abschlussbereich (41) aufweist, der/die den Zuluftanschluss (38) und/oder den Abluftanschluss (40) aufweist/en.
Brennkraftmaschine mit mindestens einer Zylinderbaugruppe (4), der ein Abgasturbolader (10) zugeordnet ist, wobei Ladeluft vom Verdichter (14) über einen Ladeluftkühler (18) der Zylinderbaugruppe (6) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkühler (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.