DE102016115352B4

DE102016115352B4 - Ladeluftkühlervorrichtung

Info

Publication number: DE102016115352B4
Application number: DE102016115352.4A
Authority: DE
Inventors: Christopher C. Nyeholt; James A. Lasecki; John D. Wyatt; Ian D. Butcher
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2036-08-19
Also published as: CN106481438B; CN106481438A; DE102016115352A1; US9689353B2; US20170058841A1

Abstract

Ladeluftkühlervorrichtung (40) (LLK), welche Folgendes umfasst:ein Chassis (65) mit einem Einlassende (66), einem Auslassende (67) und einer Reihe von Durchgängen (72 - 79), die sich zwischen dem Einlassende (66) und dem Auslassende (67) erstrecken und von denen mindestens einer durch ein Einlassblockierelement (100; 240) am Einlassende (66) abgedeckt wird; undein Auslassblockierelement (120; 180), das an dem mindestens einen der Reihe von Durchgängen (72 - 79) am Auslassende (67) vorgesehen ist, wobei das Einlassblockierelement (100; 240), das Auslassblockierelement (120; 180) und der eine der Reihe von Durchgängen (72 - 79) einen Kondenswasser-Sammeltank (123; 210) definieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die exemplarischen Ausführungsformen beziehen sich auf Wärmeaustauschvorrichtungen und, insbesondere auf eine Ladeluftkühlervorrichtung (LLK).
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Ladeluftkühlervorrichtung (LLK) wird in der Regel in einem Motorsystem installiert, um die Ansaugluft nach dem Passieren durch einen Turbolader und vor dem Eintritt in eine Verbrennungskammer abzukühlen. Die LLK-Vorrichtung leitet die Ansaugluft in eine Wärmeaustauschbeziehung mit der Umgebungsluft. Der Wärmeaustausch führt zu einer Reduzierung der Ansauglufttemperatur. Die Abkühlung der Ansaugluft vor dem Eintritt in die Verbrennungskammer verbessert den Verbrennungswirkungsgrad und führt zu weniger unerwünschten Emissionen. Es ist davon abzuraten, die Kondensation zusammen mit der Ansaugluft aufzunehmen.
Demnach ist es ratsam, eine LLK-Vorrichtung mit einem Mechanismus zur Reduzierung oder zumindest zum Kontrollieren der Kondenswasseraufnahme in das Motorsystem bereitzustellen.
US 5 950 715 A offenbart einen Plattenwärmetauscher mit ersten Durchgängen für ein erstes Fluid und weiteren Durchgängen für ein zweites Fluid. Zudem umfasst der Plattenwärmetauscher einen Umleitungsdurchgang. Dieser weist auf seiner Einlassseite ein Ventilelement auf, das dazu dient, einen gewünschten Durchfluss durch den Umleitungsdurchgang einzustellen. Weiterer Stand der Technik ist aus DE 10 2010 033 125 A1 und DE 20 2014 101 948 U1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Ladeluftkühlervorrichtung bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist eine Ladeluftkühlervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß verfügt eine Ladeluftkühlervorrichtung (LLK) über ein Chassis mit einem Einlassende, einem Auslassende und einer Reihe von Durchgängen, die zwischen dem Einlassende und dem Auslassende verlaufen. Mindestens einer der Durchgänge wird am Einlassende von einem Einlassblockierelement abgedeckt. Ein Auslassblockierelement ist an dem mindestens einen der Reihe von Durchgängen am Auslassende vorgesehen. Das Einlassblockierelement, das Auslassblockierelement und der eine der Reihe von Durchgängen definieren einen Kondenswasser-Sammeltank.
Zudem verfügt ein Kraftfahrzeug über eine Karosserie mit einem Motorraum. Ein Motorsystem mit einem Motoreinlass-Einlasssystem befindet sich im Motorraum. Ein Turbolader ist vor dem Motoreinlass vorgelagert und strömungstechnisch mit demselben verbunden. Eine Ladeluftkühlervorrichtung (LLK) ist strömungstechnisch zwischen dem Turbolader und dem Motoreinlass verbunden. Die Ladeluftkühlervorrichtung (LLK) verfügt über ein Chassis mit einem Einlassende, einem Auslassende und einer Reihe von Durchgängen, die zwischen dem Einlassende und dem Auslassende verläuft. Mindestens einer der Durchgänge wird am Einlassende von einem Einlassblockierelement abgedeckt.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, sowie den beigefügten Zeichnungen, leicht ersichtlich.
Figurenliste
Andere Eigenschaften, Vorteile und Details erscheinen, nur beispielhaft, in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die folgenden Zeichnungen bezieht:

1 zeigt gemäß einer exemplarischen Ausführung ein Kraftfahrzeug mit einem Motorsystem, das eine Ladeluftkühlervorrichtung (LLK) enthält;
2 zeigt gemäß einer exemplarischen Ausführung einen Teil eines Einlasssystems mit einer LLK-Vorrichtung;
3 zeigt gemäß einer exemplarischen Ausführung ein Einlassende einer LLK-Vorrichtung mit Einlassblockierelement;
4 zeigt eine Endansicht des Einlassendes der LLK-Vorrichtung in 3;
5 zeigt eine Endansicht eines Auslassendes der LLK-Vorrichtung in 3;
6 zeigt ein Einlassblockierelement am Einlassende der LLK-Vorrichtung in 4;
7 zeigt gemäß einem weiteren Aspekt einer exemplarischen Ausführung ein Auslassende einer LLK- Vorrichtung;
8 zeigt eine Endansicht des Auslassendes der LLK-Vorrichtung in 7;
9 zeigt gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführung ein Auslasselement;
10 zeigt gemäß einem weiteren Aspekt einer exemplarischen Ausführung ein Auslassblockierelement;
11 zeigt gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführung eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kondenswasser-Sammeltanks einer LLK-Vorrichtung; und
12 zeigt gemäß einem weiteren Aspekt einer exemplarischen Ausführung eine Endansicht des Einlassendes der LLK-Vorrichtung in 3 mit einem Einlassblockierelement.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen. Ein Kraftfahrzeug wird gemäß einer exemplarischen Ausführung in 1 in der Regel mit 2 angegeben. Das Kraftfahrzeug 2 verfügt über eine Karosserie 4, die, zumindest teilweise, einen Fahrgastraum 6 und einen Motorraum 8 mit einer Haube 10 umfasst. Motorraum 8 beherbergt ein Motorsystem 14. Es sollte klargestellt werden, dass das Motorsystem 14 einen Verbrennungsmotor oder Hybridmotor mit einer Brennkraftmaschinen-Energiekomponente, sowie einer elektrischen Energiekomponente repräsentiert. Außerdem sollte klargestellt werden, dass die Position des Motorsystems 14, wie z. B. vorne, hinten oder in der Mitte, variieren kann. Das Motorsystem 14 verfügt über ein Einlasssystem 20, das Umgebungsluft in die Brennkammern befördert (nicht dargestellt), um Teil eines Brennverfahrens zu bilden.
Wie in 2 dargestellt, verfügt das Einlasssystem 20 über einen Lufteinlass 30, der strömungstechnisch mit einer Filteranordnung 32 verbunden ist. Zudem verfügt das Einlasssystem 20 über einen Turbolader 34 mit einem Einlass 36, der strömungstechnisch mit der Filteranordnung 32 verbunden ist, sowie einen Auslass 37, der über einen LLK-Einlasskanal 42 strömungstechnisch mit einer Ladeluftkühlervorrichtung (LLK) 40 verbunden ist. Die LLK-Vorrichtung 40 ist strömungstechnisch über einen LLK-Auslasskanal 46 mit einem Motoreinlass 44 verbunden. Die LLK-Vorrichtung 40 verfügt über ein Wärmetauschelement 56, das über ein Einlassgehäuse 58 mit dem LLK-Einlasskanal 42 und über ein Auslassgehäuse 60 mit dem LLK-Auslasskanal 46 verbunden ist.
Wie in 3-5 dargestellt, verfügt das Wärmeaustauschelement 56 über ein Chassis 65 mit einem Einlassende 66 und einem Auslassende 67. Eine erste Reihe von Durchgängen 72-79 verläuft zwischen Einlassende 66 und Auslassende 67 und verbindet strömungstechnisch Einlassgehäuse 58 und Auslassgehäuse 60 miteinander. Eine zweite Reihe von Durchgängen 82-90 verläuft quer durch Chassis 65. Auf diese Weise strömt die Luft aus dem Turbolader 34 über die erste Reihe von Durchgängen 72-79 durch das Wärmeaustauschelement 56 in einer Wärmeaustauschbeziehung mit der Umgebungsluft, welche über die zweite Reihe von Durchgängen 82-90 durch das Chassis 65 strömt. Die Luft, die in das Auslassgehäuse 60 strömt, hat eine Temperatur, die niedriger ist als die der Luft, die durch das Einlassgehäuse 58 eintritt. Die Verringerung der Temperatur führt zu einer verbesserten Verbrennungseffizienz und einer Reduzierung unerwünschter Emissionen.
Um Probleme zu mildern, die damit zusammenhängen, dass die Kondensation über den Motoreinlass 44 in das Motorsystem 14 aufgenommen wird, verfügt das Wärmeaustauschelement 56 über ein Einlassblockierelement 100, welches über einem Durchgang der ersten Reihe von Durchgängen 72-79 vorgesehen ist. Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführung repräsentiert Durchgang 72 den obersten und Durchgang 79 den untersten Durchgang, während es sich bei den Durchgängen 73-78 um Zwischendurchgänge handelt. Das Einlassblockierelement 100 befindet sich über dem untersten Durchgang 79, um die über den untersten Durchgang 79 in das Einlassende 66 strömende Luft ausreichend zu blockieren.
Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführung in 6 bildet das Einlassblockierelement 100 einen Teil einer Einlassdichtung 104, welche einen Umfangsrand 106 aufweist, der sich um das Einlassende 66 erstreckt. Die Einlassdichtung 104 besteht aus einem elastischen, d. h. flexiblen, biegsamen Material, das sich an Temperaturänderungen anpassen kann und die Versiegelung in einem breiten Spektrum von Betriebsumgebungen gewährleistet. Der Umfangsrand 106 weist eine erste Seite 108, eine gegenüberliegende, zweite Seite 109, eine dritte Seite 110 und eine vierte Seite 111 auf. Die dritte und vierte Seite 110 und 111 sind mit der ersten und zweiten Seite 108 und 109 verbunden. Das Einlassblockierelement 100 erstreckt sich zwischen der ersten und zweiten Seite 108 und 109 über dem untersten Durchgang 79. Zudem besteht die Möglichkeit, dass sich ein Stützelement 114 zwischen der ersten und zweiten Seite 108 und 109 über einem abgedeckten Ende (nicht separat gekennzeichnet) eines Durchgangs der zweiten Reihe von Durchgängen 82-90 erstreckt. Das Stützelement 114 trägt dazu bei, den Umfangsrand 106 um das Einlassende 66 verankert zu halten.
Gemäß einem weiteren Aspekt einer exemplarischen Ausführung in 7-8, verfügt das Wärmeaustauschelement 56 über ein Auslassblockierelement 120, welches sich am Auslassende 67 über den untersten Durchgang 79 erstreckt. Das Auslassblockierelement 120 reguliert, dosiert oder begrenzt eine im untersten Durchgang 79 befindliche und in das Auslassgehäuse 60 strömende Kondenswassermenge. Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführung besteht die Möglichkeit, dass das Auslassblockierelement 120 zusammen mit dem Einlassblockierelement 100 am untersten Durchgang 79 einen Kondenswasser-Sammeltank 123 (7) bildet. Das Auslassblockierelement 120 beinhaltet ein erstes Ende 130, welches durch einen ersten Randbereich 131 definiert ist, ein gegenüberliegendes zweites Ende 133, welches durch einen zweiten Randbereich 134 definiert ist, und einen Zwischenbereich 137. Der Zwischenbereich 137 beinhaltet einen ersten Randabschnitt 139 und einen gegenüberliegenden zweiten Randabschnitt 140. Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführung bilden der erste und zweite Randbereich 131 und 133 eine Abmessung des Auslassblockierelements 120, die größer ist als die Abmessung, die zwischen dem ersten und zweiten Randabschnitt 139 und 140 definiert ist.
In der gezeigten exemplarischen Ausführung definiert der erste Randabschnitt 139 einen oberen Rand des Auslassblockierelements 120 und der zweite Randabschnitt 140 einen unteren Rand des Auslassblockierelements 120. Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführung erstreckt sich des Weiteren eine Reihe von Öffnungen, von denen eine unter 146 dargestellt ist, über den Zwischenbereich 137. Die Größe und Anzahl der Öffnungen kann variieren. Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführung sind die Öffnungen 146 am zweiten Randabschnitt 140 freiliegend. Auf diese Weise können die Öffnungen 146 einen dosierten Durchgang schaffen, damit das Kondenswasser vom Auslassgehäuse 60 in den untersten Durchgang 79 und vom untersten Durchgang 79 zurück in das Auslassgehäuse 60 in Richtung Motoreinlass 44 fließen kann.
Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführung in 9 bildet ein Auslassblockierelement 120 einen Teil einer Auslassdichtung 154, welche einen Umfangsrand 156 aufweist, der sich um das Auslassende 67 erstreckt. Die Auslassdichtung 154 besteht aus einem elastischen, d. h. flexiblen, biegsamen Material, das sich an Temperaturänderungen anpassen kann und die Versiegelung in einem breiten Spektrum von Betriebsumgebungen gewährleistet. Der Umfangsrand 156 weist einen ersten Seitenabschnitt 158, einen gegenüberliegenden, zweiten Seitenabschnitt 159, einen dritten Seitenabschnitt 160 und einen vierten Seitenabschnitt 161 auf. Der dritte und vierte Seitenabschnitt 160 und 161 sind mit dem ersten und zweiten Seitenabschnitt 158 und 159 verbunden. Das Auslassblockierelement 120 erstreckt sich zwischen dem ersten und zweiten Seitenabschnitt 158 und 159 über dem untersten Durchgang 79. Zudem besteht die Möglichkeit, dass sich ein Stützelement 164 zwischen dem ersten und zweiten Seitenabschnitt 158 und 159 über einem abgedeckten Ende (nicht separat gekennzeichnet) eines Durchgangs der zweiten Reihe von Durchgängen 82-90 erstreckt. Das Stützelement 164 trägt dazu bei, den Umfangsrand 156 um das Auslassende 67 verankert zu halten.
10 veranschaulicht gemäß einem anderen Aspekt einer exemplarischen Ausführung ein Auslassblockierelement 180. Auslassblockierelement 180 beinhaltet einen Zwischenbereich 182, der einen ersten Randabschnitt 184 und einen gegenüberliegenden, zweiten Randabschnitt 185 aufweist. Eine Reihe von Öffnungen 190, die eine erste Öffnung 192 und eine zweite Öffnung 193 aufweisen, können im Zwischenbereich 182 ausgebildet sein. An dieser Stelle sollte klargestellt werden, dass die Größe und Anzahl der Öffnungen variieren kann. Die erste Öffnung 192 ist am ersten Randabschnitt 184 nicht abgedeckt, während die zweite Öffnung 193 am zweiten Randabschnitt 185 nicht abgedeckt ist. Durch diese Anordnung kann das Auslassblockierelement 180 das Kondenswasser, das während eines Trägheit erzeugenden Manövers, wie dem Fahren durch eine Kurve und dergleichen, aus dem untersten Durchgang 79 fließt, ggf. regulieren.
11 veranschaulicht gemäß einem weiteren Aspekt einer exemplarischen Ausführung ein Wärmeaustauschelement 204. In der gezeigten exemplarischen Ausführung beinhaltet der unterste Durchgang 79 ein erstes abgedichtetes Ende 206 am Einlassende 66 und ein zweites abgedichtetes Ende 207 am Auslassende 67, welche einen Kondenswasser-Sammeltank 210 bilden. Der Kondenswasser-Sammeltank 210 kann strömungstechnisch über eine Reihe von Öffnungen 212 mit einem benachbarten Durchgang der ersten Reihe von Durchgängen 72-79, beispielsweise mit Durchgang 78, verbunden sein. Auf diese Weise kann sich im Kondenswasser-Sammeltank 210 Kondenswasser ansammeln und verdampfen oder es können während Zeitabschnitten erhöhter Luftströme, wie etwa während eines Beschleunigungsvorgangs, dosierte Mengen in das Auslassgehäuse 60 fließen. 12 zeigt ein Einlassblockierelement 240, das eine dosierte Öffnung 242 aufweist, die so bemessen und angeordnet ist, dass das Öl über die LLK-Vorrichtung 40 aus der Kurbelgehäuseentlüftung fließen und / oder eine gewünschte Dosierung der Kondenswasseraufnahme bereitgestellt werden kann.
An dieser Stelle sollte klar werden, dass die exemplarischen Ausführungen ein System zur Reduzierung der Kondenswasseraufnahme während Zeitabschnitten erhöhter Luftströme, wie beispielsweise während eines Beschleunigungsvorgangs, bereitstellen. Die Aufnahme einer unerwünschten oder undosierten Kondenswassermenge während eines Beschleunigungsvorgangs kann zu Fehlzündungen und reduzierter Leistung führen. Es sollte auch klar werden, dass sich aufgrund eines druckinduzierten erhöhten Taupunktes der durch die LLK-Vorrichtung strömenden Einlassluft Kondenswasser ansammeln kann. Es besteht die Möglichkeit, dass sich das Kondenswasser im LLK-Auslassgehäuse ansammelt und in die Maschine aufgenommen wird. Durch die Blockierung eines Einlasses eines Wärmeaustauschdurchgangs besteht die Möglichkeit, dass sich das Kondenswasser ansammelt und bei einer geringeren Geschwindigkeit in den Motor dosiert wird. Durch die Blockierung des Auslasses eines Wärmeaustauschdurchgangs besteht die Möglichkeit, dass sich das Kondenswasser ansammelt und eine längere Verweilzeit in der LLK-Vorrichtung erfährt. Die längere Verweilzeit kann eine gewisse Menge an Verdampfung ermöglichen, die eine weitere Kondenswasseraufnahme vermindern würde. Letztendlich können Öffnungen im Auslassblockierelement eine bei jedem Beschleunigungsvorgang in das LLK-Auslassgehäuse fließende Kondenswassermenge reduzieren. Die Reduzierung der Kondenswasseraufnahme gemäß einer exemplarischen Ausführung führt zu einer verbesserten Motorleistung.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, schließen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ gegebenenfalls auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „enthält“, „aufweist“, „verfügt über“, „ausgestattet mit“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus.
Während die Erfindung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen, und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.

Claims

Ladeluftkühlervorrichtung (40) (LLK), welche Folgendes umfasst: ein Chassis (65) mit einem Einlassende (66), einem Auslassende (67) und einer Reihe von Durchgängen (72 - 79), die sich zwischen dem Einlassende (66) und dem Auslassende (67) erstrecken und von denen mindestens einer durch ein Einlassblockierelement (100; 240) am Einlassende (66) abgedeckt wird; und ein Auslassblockierelement (120; 180), das an dem mindestens einen der Reihe von Durchgängen (72 - 79) am Auslassende (67) vorgesehen ist, wobei das Einlassblockierelement (100; 240), das Auslassblockierelement (120; 180) und der eine der Reihe von Durchgängen (72 - 79) einen Kondenswasser-Sammeltank (123; 210) definieren.
LLK-Vorrichtung (40) nach Patentanspruch 1, worin die Reihe von Durchgängen (72 - 79) einen obersten und einen untersten Durchgang (72, 79) aufweist, wobei das Einlassblockierelement (100; 240) am untersten Durchgang (79) vorgesehen ist.
LLK-Vorrichtung (40) nach Patentanspruch 1, worin das Einlassblockierelement (100; 240) eine Dichtung (104) umfasst, die lösbar am Chassis (65) angebracht ist und aus einem flexiblen Material besteht.
LLK-Vorrichtung (40) nach Patentanspruch 1, worin das Einlassblockierelement (240) mindestens eine dosierte Öffnung (242) beinhaltet.
Die LLK-Vorrichtung (40) gemäß Patentanspruch 1, in welcher das Auslassblockierelement (120; 180) mindestens eine Öffnung (146; 190) beinhaltet, die das Auslassende des einen der Reihe von Durchgängen (79) strömungstechnisch hin zum Auslassende der anderen der Reihe von Durchgängen (72 - 78) freilegt.
LLK-Vorrichtung (40) nach Patentanspruch 5, worin das Auslassblockierelement (180) ein erstes Ende mit einem ersten Randbereich, ein zweites Ende mit einem gegenüberliegenden, zweiten Randbereich sowie einen Zwischenbereich (182) mit einem ersten und einem zweiten Randabschnitt (184, 185), die sich gegenüberliegen, umfasst, wobei die mindestens eine Öffnung (190) an dem ersten oder dem zweiten Randabschnitt (184, 185) freiliegt.
LLK-Vorrichtung (40) nach Patentanspruch 1, worin die Reihe von Durchgängen (72 - 79) einen obersten und einen untersten Durchgang (72, 79) sowie mindestens einen Zwischendurchgang (73 - 78) beinhaltet, wobei der Kondenswasser-Sammeltank (210) den untersten Durchgang (79) beinhaltet und strömungstechnisch über mindestens eine vom Einlassende (66) und Auslassende (67) beabstandete Öffnung (212) mit dem mindestens einen Zwischendurchgang (73 - 78) verbunden ist.