DE102016216233A1

DE102016216233A1 - Vorrichtung zur Kühlung von Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016216233A1
Application number: DE102016216233.0A
Authority: DE
Inventors: Marcel Sterzenbach
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2018-03-01

Abstract

Vorrichtung zur Kühlung von Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, wobei die verdichtete Ladeluft von einem ersten Wärmetauscher und anschließend von einem zweiten Wärmtauscher kühlbar ist, bevor sie der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt wird, wobei der erste Wärmetauscher von einem Kühlmittel der Brennkraftmaschine durchströmbar ist, wobei der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher über ein Zulaufrohr Ladeluft führend miteinander verbunden sind und der erste Wärmetauscher weitgehend in das Zulaufrohr integriert ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird in vorteilhafter Weise Bauraum gespart, d. h. das Package wird deutlich verbessert bei gleichzeitiger Kostenersparnis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2014 218 378 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist ein gasgekühlter Wärmeübertrager, insbesondere ein „direkter“ Ladeluftkühler, zur Kühlung eines durch den Wärmeübertrager strömbaren Fluids, mit einem eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweisenden Wärmeübertragungsblock bekannt. Der Wärmeübertragungsblock weist einen ersten Sammelkasten und einen zweiten Sammelkasten auf, wobei die Sammelkästen über die Strömungskanäle fluidisch miteinander verbunden sind und der Wärmeübertragungsblock außen von einem Gas durchströmbar ist. In Strömungsrichtung vor dem Wärmeübertragungsblock ist eine Blende zur bereichsweisen Veränderung der Umströmung der Strömungskanäle desselben angeordnet. Weiter weist einer der Sammelkästen ein Ventil zur Ableitung von Kondensat des Fluids auf, das zur Umgebung des Wärmeübertragers hin verschließbar oder freigebbar ist.
Direkte Ladeluftkühler werden zur Kühlung der Ladeluft von aufgeladenen Brennkraftmaschinen verwendet. Nachteilig an direkten Ladeluftkühlern ist, dass diese, wenn größerer Kühlungsbedarf besteht, sehr groß bauen und somit schnell ein Packageproblem entstehen kann.
Ein kleiner bauender Ladeluftkühler ist beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 051 843 A1 bekannt. In dieser Offenlegungsschrift ist ein sogenannter „indirekter“ Ladeluftkühler beschrieben. Die beschriebene Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einer Ladeeinrichtung zum Erhöhen eines Druckniveaus in einer Frischluftleitung zur Versorgung der Brennräume mit Frischluft und mit einem indirekten Ladeluftkühler, der mit einem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine gekoppelt ist und der in der Frischluftleitung stromab der Ladeeinrichtung und stromauf der Brennräume angeordnet ist.
Nachteilig an diesen bekannten „indirekten“ Ladeluftkühlern sind die relativ hohen Herstellkosten.
Eine Kombination eines „direkten“ Ladeluftkühlers und eines „indirekten“ Ladeluftkühlers ist beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 010 123 A1 bekannt. In dieser Offenlegungsschrift ist eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs bekannt, mit einem ersten Wärmetauscher zur Ladelufthochdruckkühlung, mit einem zweiten Wärmetauscher zur Ladeluftniederdruckkühlung, sowie mit einem Verbindungselement zur Verbindung des ersten Wärmetauschers und des zweiten Wärmetauschers miteinander, mit einer Kühlmittelzuleitung zur Durchströmung zumindest eines Wärmetauschers mit Kühlmittel, mit einer Kühlmittelableitung zur Ableitung von Kühlmittel aus einem der Wärmetauscher, wobei die Kühlmittelzuleitung und die Kühlmittelableitung im Wesentlichen vollständig in dem Verbindungselement angeordnet sind.
Nachteilig an dieser bekannten Ausgestaltung ist der relativ große Bauraumbedarf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie das Package von einem „direkten“ Ladeluftkühler und einem „indirekten“ Ladeluftkühler verkleinert werden kann, bei gleichzeitig kleinen Herstellkosten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Ausführung des indirekten Ladeluftkühlers (iLLK) als Art „Manschette“, die den gleichen Außendurchmesser wie das Zulaufrohr des direkten Ladeluftkühlers hat, kann der Bauraumnachteil minimiert werden. Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen-Kombinationen, für die ein direktes Ladeluftkühlsystem (Kosten deutlich geringer als ein indirekter Ladeluftkühler) nicht ausreichen würde, können erfindungsgemäß mit einem direkten Ladeluftkühler und einem indirekten Ladeluftkühler als „Verstärkung“ ausgeführt werden. Das führt im Idealfall zu einer kleineren Variantenvielfalt von Kühlmodulen und Kostenersparnissen durch die häufigere Verwendungsmöglichkeit von den kostengünstigen direkten Ladeluftkühlern.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So kann mit der Ausführung gemäß Patentanspruch 2 das kleinste Package erzielt werden.
Die Ausführungsvarianten gemäß den Patentansprüchen 3 und 4 sind bevorzugte Ausführungsvarianten.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer einzigen schematischen Figur näher erläutert.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Kühlung von Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Kühlung von Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine 1. Die von einem Kompressor, beispielsweise eines Verdichters eines Abgasturboladers verdichtete Ladeluft (LL) durchströmt zuerst einen ersten Wärmetauscher 2 und anschließend einen zweiten Wärmetauscher 3, in denen die Ladeluft gekühlt wird, bevor sie der Brennkraftmaschine 1 zur Verbrennung zugeführt wird.
Der erste Wärmetauscher 2 ist von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar, und ist somit ein „indirekter“ Ladeluftkühler (iLLK). Der zweite Wärmetauscher 3 ist von der Umgebungsluft durchströmbar, und ist somit ein „direkter“ Ladeluftkühler (dLLK). Eine Strömungsrichtung der Ladeluft ist durch drei Pfeile schematisch dargestellt und mit LL beziffert.
Bei dem Kühlmittel handelt es sich um ein Kühlmittel der Brennkraftmaschine 1, welches mittels einer Pumpe 7 in einem Kühlmittelkreislauf 5 sowohl durch den ersten Wärmetauscher 2 als auch die Brennkraftmaschine 1 förderbar ist, und anschließend weiter förderbar ist durch einen dritten Wärmetauscher 6, den Kühler der Brennkraftmaschine (Motorkühler). Von dort wird das gekühlte Kühlmittel von der Pumpe 7 wieder angesaugt und wieder durch die Brennkraftmaschine 1 und den ersten Wärmetauscher 2 gefördert.
Erfindungsgemäß sind der erste Wärmetauscher 2 und der zweite Wärmetauscher 3 über ein Zulaufrohr 4 des zweiten Wärmetauschers 3 Ladeluft führend miteinander verbunden wobei der erste Wärmetauscher 2 weitgehend in das Zulaufrohr 4 integriert ist.
Für ein bestmögliches Package sind ein Innenquerschnitt des Zulaufrohrs 4 und ein Außenquerschnitt des ersten Wärmetauschers 2 weitgehend gleich.
Das Zulaufrohr 4 kann aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Polyamid oder einem Metall, wie beispielswiese Aluminium oder ein Verbundmaterial, wie beispielsweise faserverstärkter Kunststoff bestehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Zulaufrohr 4 als ein druckfester Schlauch, ein sog. Ladeluftschlauch, ausgeführt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist der erste Wärmetauscher 2 vollständig in das Zulaufrohr 4 integriert.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine (Motor)
2: erster Wärmetauscher (iLLK)
3: zweiten Wärmtauscher (dLLK)
4: Zulaufrohr
5: Kühlmittelkreislauf
6: dritter Wärmetauscher (Motorkühler)
7: Kühlmittelpumpe
LL: Ladeluft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014218378 A1 [0002]
DE 102008051843 A1 [0004]
DE 102007010123 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Kühlung von Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (1), wobei die verdichtete Ladeluft von einem ersten Wärmetauscher (2) und anschließend von einem zweiten Wärmtauscher (3) kühlbar ist, bevor sie der Brennkraftmaschine (1) zur Verbrennung zuführbar ist, wobei der erste Wärmetauscher (2) von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (2) und der zweite Wärmetauscher (3) über einen Zulaufrohr (4) Ladeluft führend miteinander verbunden sind und der erste Wärmetauscher (2) weitgehend in das Zulaufrohr (4) integriert ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenquerschnitt des Zulaufrohrs (4) und ein Außenquerschnitt des ersten Wärmetauschers (2) weitgehend gleich sind.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zulaufrohr (4) aus einem Kunststoff oder einem Metall oder einem Verbundmaterial ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zulaufrohr (4) ein druckfester Schlauch ist.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (2) vollständig in das Zulaufrohr (4) integriert ist.