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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verbrennungsmotoranordnung mit einem Ladeluftkühlersystem für ein Fahrzeug, das die Motorleistung und den Wirkungsgrad verbessert.
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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren (ICEs) sind oft gefordert, ein erhebliches Leistungsniveau über längere Zeiträume auf zuverlässiger Grundlage zu erzeugen. Viele derartige Motoren verwenden eine Aufladung über einen Gaskompressor wie einen Turbolader oder einen Kompressor, um einen Umgebungsluftstrom unter Druck in Brennkammern des Verbrennungsmotors zu leiten und so die Leistung und Effizienz des Motors zu steigern.
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Aufgeladene Motoren verwenden häufig Ladeluftkühler oder Wärmetauscher, um den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors weiter zu steigern, indem sie die Dichte einer Einlassluftladung durch eine nahezu isobare Kühlung, d.h. eine mit konstantem Druck, erhöhen. Typischerweise liegt ein solcher Ladeluftkühler zwischen dem Kompressor eines Turboladers und dem Ansaugkrümmer, um die Druckluft vor ihrem Eintritt in die Brennkammern des Motors zu kühlen.
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Die
DE 17 51 209 A bezieht sich auf eine aufgeladene luftgekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Ladeluftkühlung und V-Anordnung der Zylinderreihen, bei der in dem von den Zylinderreihen begrenzten Raum eine Einspritzpumpe vorgesehen ist und sich an der Stirnseite dieses Raumes ein Axial-Kühlluftgebläse befindet, während an der gegenüberliegenden Stirnseite der Hubkolbenbrennkraftmaschine ein Räderkasten für die Hilfsantriebe vorgesehen ist.
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Die
EP 0 780 555 B1 betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere der V-Bauart, mit zumindest zwei parallel wirkenden Abgas-Turboladern, deren Förderluftstrom über Zuströmleitungen jeweils einem Ladeluftkühler zuführbar ist, von dem jeweils eine Rückleitung zur Sauganlage der Brennkraftmaschine führt, wobei ein schaltbarer Bypass zum Ladeluftkühler vorgesehen ist.
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Die
US 2012/0017877 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Kühlen von Ladeluft, insbesondere zum Kühlen von Ladeluft, die in einem Kompressor von mindestens einem Abgasturbolader komprimiert ist und die einem Verbrennungsmotor zugeführt werden soll, wobei mindestens zwei Ladeluftkühler in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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Die
US 9 664 152 B2 beschreibt ein Induktionssystem für einen aufgeladenen internen V-Verbrennungsmotor, umfassend einen monolithischen Endlos-Einheitsguss, in dem ein Lader mit einer Rotor- und Zahnradanordnung untergebracht ist, die Druckluft über einen ersten verschiebbaren Ladeluftkühler, der eine erste Kühlung bereitstellt und zu einem gemeinsamen Begrenzungsaufnahmekanal abführt.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Offenbarung sieht ein Ladeluftkühlersystem mit einem Krümmerladeluftkühler, einem ersten Ladeluftkühler und einem zweiten Ladeluftkühler vor. Der Krümmerladeluftkühler befindet sich innerhalb einer Sammelkammer und definiert eine erste Kammer und eine zweite Kammer innerhalb der Sammelkammer. Der Krümmerladeluftkühler ist konfiguriert, um einen ungleichmäßigen Strom zwischen der ersten und der zweiten Kammer zu kühlen. Der erste Ladeluftkühler kann konfiguriert sein, um einen ersten Umgebungsluftstrom zu kühlen und kann in Fluidverbindung mit der ersten Kammer stehen. Der zweite Ladeluftkühler kann konfiguriert werden, um einen zweiten Umgebungsluftstrom zu kühlen, worin der zweite Ladeluftkühler in Fluidverbindung mit der zweiten Kammer steht.
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In der ersten Ausführungsform steht der erste Ladeluftkühler in Fluidverbindung mit einem ersten Gaskompressor, der dazu konfiguriert ist, einen ersten Umgebungsluftstrom zur Abgabe an die erste Kammer unter Druck zu setzen. Der erste Ladeluftkühler kann zwischen dem ersten Gaskompressor und dem Ansaugkrümmer angeordnet sein. Der zweite Ladeluftkühler steht in Fluidverbindung mit einem zweiten Gaskompressor, der dazu konfiguriert ist, einen zweiten Umgebungsluftstrom zur Abgabe an die zweite Kammer unter Druck zu setzen. Der zweite Ladeluftkühler kann zwischen dem zweiten Gaskompressor und der zweiten Kammer angeordnet sein.
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Die Ladeluftkühleranordnung der vorliegenden Offenbarung kann ferner einen Kühler beinhalten, der operativ zum Kühlen eines Eingangskühlmittelstroms konfiguriert ist. Der Kühler kann in Fluidverbindung mit einem Eingang des Krümmerladeluftkühlers, eines ersten Ausgangs des ersten Ladeluftkühlers und eines zweiten Ausgangs des zweiten Ladeluftkühlers stehen. Alternativ kann der Kühler in einer anderen Anordnung in Fluidverbindung mit einem Eingang des Krümmerladeluftkühlers, eines ersten Eingangs des ersten Ladeluftkühlers und eines zweiten Eingangs des zweiten Ladeluftkühlers stehen. Bei dieser alternativen Anordnung der Ladeluftkühleranordnung kann der Kühler auch in Fluidverbindung mit einem Ausgang des Krümmerladeluftkühlers, einem ersten Ausgang des ersten Ladeluftkühlers und einem zweiten Ausgang des zweiten Ladeluftkühlers stehen.
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Die vorliegende Offenbarung sieht ferner eine Verbrennungsmotoranordnung vor, die einen Motorblock, einen Zylinderkopf, einen Ansaugkrümmer, einen Krümmerladeluftkühler, einen ersten und einen zweiten Luftkompressor, einen ersten und einen zweiten Ladeluftkühler beinhaltet. Der Motorblock kann eine erste Bank und eine zweite Bank definieren, die über der ersten Bank angeordnet ist. Jede der ersten und zweiten Bänke beinhaltet mindestens einen Zylinder (oder eine Brennkammer). Der Zylinderkopf kann am Motorblock befestigt sein. Der Ansaugkrümmer kann am Zylinderkopf befestigt sein, worin der Ansaugkrümmer eine Sammelkammer und eine Vielzahl von Kanälen definiert. Der Krümmerladeluftkühler kann innerhalb der Sammelkammer angeordnet sein, sodass der Krümmerladeluftkühler eine erste Kammer und eine zweite Kammer innerhalb der Sammelkammer definiert. Die erste Kammer kann in Fluidverbindung mit der ersten Bank stehen und die zweite Kammer kann in Fluidverbindung mit der zweiten Bank stehen.
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Der erste Gaskompressor der Motoranordnung kann konfiguriert werden, um einen ersten Umgebungsluftstrom zur Zuführung an die erste Bank über einen ersten Ladeluftkühler und den Ansaugkrümmer unter Druck zu setzen. Der erste Ladeluftkühler kann zwischen dem ersten Gaskompressor und dem Ansaugkrümmer angeordnet sein. Der zweite Gaskompressor kann konfiguriert werden, um einen zweiten Umgebungsluftstrom zur Zuführung an die zweite Bank über einen zweiten Ladeluftkühler und den Ansaugkrümmer unter Druck zu setzen. Der zweite Ladeluftkühler kann zwischen dem zweiten Gaskompressor und dem Ansaugkrümmer angeordnet sein. Der Krümmerladeluftkühler der Motoranordnung kann operativ konfiguriert sein, um einen ungleichmäßigen Luftstrom zwischen der ersten und der zweiten Kammer zu kühlen. Darüber hinaus kann der Krümmerladeluftkühler in Fluidverbindung mit dem ersten und zweiten Ladeluftkühler stehen. Der Krümmerladeluftkühler ist auch konfiguriert, dass der ungleichmäßige Luftstrom zwischen der ersten und der zweiten Kammer passieren kann.
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Die Motoranordnung der vorliegenden Offenbarung kann ferner einen Kühler beinhalten, der operativ zum Kühlen eines Eingangskühlmittelstroms konfiguriert ist. Der Kühler kann in Fluidverbindung mit einem Eingang des Krümmerladeluftkühlers, eines ersten Ausgangs des ersten Ladeluftkühlers und eines zweiten Ausgangs des zweiten Ladeluftkühlers stehen.
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In einer alternativen Anordnung für die Motoranordnung kann der Kühler in Fluidverbindung mit einem Eingang des Krümmerladeluftkühlers, einem ersten Eingang des ersten Ladeluftkühlers und einem zweiten Eingang des zweiten Ladeluftkühlers stehen. Bei dieser alternativen Anordnung steht der Kühler auch in Fluidverbindung mit dem Ausgang des Krümmerladeluftkühlers, einem ersten Ausgang des ersten Ladeluftkühlers und einem zweiten Ausgang des zweiten Ladeluftkühlers.
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In Bezug auf alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Krümmerladeluftkühler die gesamte Länge des Ansaugkrümmers überspannen oder nicht. In Fällen, in denen der Krümmerladeluftkühler nicht die gesamte Länge des Ansaugkrümmers überspannt, kann der Ansaugkrümmer ferner eine Leitblechwand beinhalten, worin der Krümmerladeluftkühler und die Leitblechwand die ersten und zweiten Kammern definieren.
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Die vorliegende Offenbarung und ihre besonderen Eigenschaften und Vorteile wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen offensichtlicher werden.
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Figurenliste
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, dem besten Modus, den Ansprüchen und den dazugehörigen Zeichnungen ersichtlich:
- 1 ist ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Zwillings-Turbolader-Motorsystems mit einem herkömmlichen Ladeluftkühlersystem.
- 2 ist ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 4 ist ein schematisches Diagramm einer Draufsicht des Ansaugkrümmers und des Motorblocks gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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Gleiche Referenznummern beziehen sich auf gleiche Teile in der Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es wird nun im Detail auf derzeit bevorzugte Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, welche die besten Arten der Durchführung der vorliegenden Offenbarung darstellen, die den Erfindern gegenwärtig bekannt sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich exemplarisch für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Daher sind die spezifischen Details, die hierin offenbart werden, nicht als Beschränkungen zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für jegliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung und/oder dienen nur als repräsentative Grundlage, um Fachleuten auf dem Gebiet die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten zu vermitteln.
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Außer in den Beispielen oder wenn ausdrücklich erwähnt, sind alle nummerischen Angaben über Materialmengen oder Reaktions- und/oder Nutzungsbedingungen in dieser Beschreibung so zu verstehen, dass sie durch den Zusatz „etwa“ modifiziert werden, sodass sie den weitestmöglichen Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Das Ausführen innerhalb der angegebenen nummerischen Grenzen wird im Allgemeinen bevorzugt. Ferner gilt, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben: Prozent, „Teile von“ und Verhältniswerte nach Gewicht; die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien geeignet oder bevorzugt für einen bestimmten Zweck im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung, bedeutet dass Mischungen von zwei oder mehreren Elementen der Gruppe oder Klasse gleichermaßen geeignet oder bevorzugt sind; die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt in entsprechender Anwendung für normale grammatikalische Variationen der anfangs definierten Abkürzung entsprechend. Und es wird, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, die Messung einer Eigenschaft anhand derselben Technik bestimmt, wie es vorher oder nachher für dieselbe Eigenschaft angegeben ist.
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Es versteht sich ferner, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen und Verfahren beschränkt ist, die im Folgenden beschrieben werden, da bestimmte Komponenten und/oder Bedingungen natürlich variieren können. Des Weiteren dient die hierin verwendete Terminologie nur zum Zweck der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und ist in keiner Weise als einschränkend zu verstehen.
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Es wird ferner darauf hingewiesen, dass, wie in der Spezifikation und den angehängten Patentansprüchen verwendet, die Singularformen „ein/e“ und „der/die/das“ auch die Pluralverweise umfassen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Der Verweis auf eine Komponente im Singular soll beispielsweise eine Vielzahl von Komponenten umfassen.
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Der Begriff „umfassend“ ist gleichbedeutend mit „beinhaltend“, „aufweisend“, „enthaltend“ oder „gekennzeichnet durch“. Diese Begriffe sind einschließlich und offen auszulegen, und schließen zusätzliche ungenannte Elemente oder Verfahrensschritte nicht aus.
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Der Ausdruck „bestehend aus“ schließt jedes Element, jeden Schritt oder Bestandteil aus, der nicht in dem Anspruch spezifiziert ist. Wenn dieser Ausdruck in einem Abschnitt des Hauptteils eines Anspruchs erscheint, anstatt sofort nach der Einleitung zu folgen, begrenzt er nur das Element, das in dem Abschnitt beschrieben ist, wobei andere Elemente nicht vom Anspruch insgesamt ausgeschlossen werden.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ begrenzt den Umfang eines Anspruchs auf die angegebenen Materialien oder Schritte, plus denjenigen, die nicht erheblich die Grund- und neuartigen Merkmal(e) des beanspruchten Gegenstands beeinflussen.
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Die Begriffe „umfassend“, „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“ können alternativ verwendeten werden. Wo einer von diesen drei Begriffen verwendet wird, kann der vorliegend offenbarte und beanspruchte Gegenstand die Verwendung eines der anderen beiden Begriffe beinhalten.
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Offenbarungen der Veröffentlichungen, auf die in dieser Anwendung verwiesen wird, gelten durch Bezugnahme in vollem Umfang in diese Anwendung aufgenommen, um den Stand der Technik, auf die sich dies vorliegende Offenbarung bezieht, genauer zu beschreiben.
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Das Betriebsprinzip für Turbo-Boost-Motoren ist, dass die Abluft zum Antrieb einer Turbinenschaufel verwendet wird und der Luftkompressor, der in einem Ende der Turbinenachse angeordnet ist, verwendet wird, um die Ansaugluft zu komprimieren, bevor diese in die Brennkammer eintritt. Die Druckluft wird der Verbrennungsmotoranordnung zur Verbrennung bereitgestellt. Die in 1 gezeigten Ladeluftkühler 118, 120 können entsprechend implementiert werden, wenn Doppelturbolader 119, 121 in einer herkömmlichen Motoranordnung 110 verwendet werden. Die Ladeluftkühler 118, 120 sind jeweils ein Wärmetauscher, der zum Kühlen von Luft 124 verwendet wird, die von einem Turbolader 119, 121 (oder einen Kompressor) für den Motor komprimiert wurde.
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Ein Ladeluftkühler 118, 120 ist im Allgemeinen an beliebiger Stelle in dem Luftweg angeordnet, der von dem Turbolader/Kompressor 119, 121 zum Motor 122 fließt, und ist typischerweise eine separate Einheit in der Nähe des Motors, wie in 1 dargestellt. Die Ladeluftkühler 118, 120 sind im Allgemeinen implementiert, um übermäßig heiße Luft zu kühlen, bevor die Luft in die Brennkammern eines Motors 122 eintritt. Heiße Luft ist weniger dicht und enthält daher weniger Sauerstoffmoleküle pro Volumeneinheit. Dementsprechend gibt es bei heißer Luft weniger Luft für den Motor in einem vordefinierten Hub und weniger erzeugte Energie. Darüber hinaus bewirkt heiße Luft auch eine höhere Brennkammertemperatur (oder Zylindertemperatur), die eine Vorzündung des Verbrennungszyklus fördern kann, was zu ineffizienten Motorbetrieben führt. Ein Ladeluftkühler 118, 120 für jeden Turbolader 119, 121 kann in einer Motoranordnung 110 verwendet werden, um die Ansaugluft zu kühlen.
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Der Luftansaugkrümmer 128 kann einströmende gekühlte Luft 125 von den Ladeluftkühlern 118, 120 zu den jeweiligen Motorzylindern 130, 132 eines Verbrennungsmotors 122 leiten. Der Luftansaugkrümmer 128 kann aus Metall oder geformten Materialien wie Thermoplasten, Harzen und Polymeren hergestellt sein. Bevorzugte Materialien können Nylon oder andere Polyamide umfassen, die ferner Füllstoffmaterialien, wie Glasfasern, enthalten können. Jedoch ist eine gewisse Turbulenz im Ansaugkrümmer in Form einer ungleichmäßigen Strömung innerhalb der Sammelkammer des Luftansaugkrümmers vorgesehen. Es versteht sich, dass Restwärme in dem ungleichmäßigen Strom verbleibt.
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Dementsprechend verbessert die vorliegende Offenbarung die Motorleistung und den Wirkungsgrad durch eine bessere Kühlung des Luftstroms weiter. Das Ladeluftkühlsystem 10 reduziert ferner die Temperatur des ungleichmäßigen Luftstroms 35 (4) innerhalb der Sammelkammer. Unter jetziger Bezugnahme auf die 2 und 3, beinhaltet das Ladeluftkühlersystem 10 der vorliegenden Offenbarung einen Krümmerladeluftkühler 12, einem ersten Ladeluftkühler 28 und einem zweiten Ladeluftkühler 32. Der Krümmerladeluftkühler 12 befindet sich innerhalb einer Sammelkammer 14 und definiert eine erste Kammer 16 und eine zweite Kammer 18 innerhalb der Sammelkammer 14 ( 4). Der Krümmerladeluftkühler 12 ist konfiguriert, um einen ungleichmäßigen Strom 35 zwischen der ersten und der zweiten Kammer 16, 18 zu kühlen. Der erste Ladeluftkühler 28 kann konfiguriert sein, um einen ersten Umgebungsluftstrom 30 zu kühlen und kann in Fluidverbindung mit der ersten Kammer 16 stehen. Der zweite Ladeluftkühler 32 kann konfiguriert werden, um einen zweiten Umgebungsluftstrom 34 zu kühlen, worin der zweite Ladeluftkühler 32 in Fluidverbindung mit der zweiten Kammer 18 steht.
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In der ersten Ausführungsform steht der erste Ladeluftkühler 28 in Fluidverbindung mit einem ersten Gaskompressor 38, der dazu konfiguriert ist, einen ersten Umgebungsluftstrom zur Abgabe an die erste Kammer 16 unter Druck zu setzen. Der erste Ladeluftkühler 28 kann zwischen dem ersten Gaskompressor 38 und dem Ansaugkrümmer 58 angeordnet sein. Der zweite Ladeluftkühler 32 steht in Fluidverbindung mit einem zweiten Gaskompressor 36, der dazu konfiguriert ist, einen zweiten Umgebungsluftstrom 34 zur Abgabe an die zweite Kammer 18 unter Druck zu setzen. Der zweite Ladeluftkühler 32 kann zwischen dem zweiten Gaskompressor 36 und der zweiten Kammer 18 angeordnet sein.
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Das Ladeluftkühlersystem 10, 10' der vorliegenden Offenbarung kann ferner einen Kühler 40 beinhalten, der operativ zum Kühlen eines Eingangskühlmittelstroms 42 konfiguriert ist. Mit Bezug auf 2 kann der Kühler 40 in Fluidverbindung mit einem Eingang 44 des Krümmerladeluftkühlers 12, einem ersten Ausgang 46 des ersten Ladeluftkühlers 28 und einem zweiten Ausgang 48 des zweiten Ladeluftkühlers 32 stehen. Die Ladeluftkühleranordnung von 2 ist eine Konfiguration, bei der der Krümmerladeluftkühler mit dem ersten und dem zweiten Ladeluftkühler (parallel zueinander) in Reihe geschaltet ist. Der Krümmerladeluftkühler empfängt daher bei seiner kältesten Temperatur Kühlmittel. Bei dieser Anordnung steht jeder Ladeluftkühler in Fluidverbindung miteinander und sorgt daher für eine effiziente Verwendung des Kühlmittels aus dem Kühler, während er einen besseren Kühlluftstrom aufweist.
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Alternativ kann der in 3 gezeigt Kühler 40 in einer anderen Anordnung in Fluidverbindung mit einem Eingang 44 des Krümmerladeluftkühlers 12, eines ersten Eingangs 47 des ersten Ladeluftkühlers 28 und eines zweiten Eingangs 49 des zweiten Ladeluftkühlers 32 stehen. Bei dieser alternativen Anordnung der Ladeluftkühleranordnung kann der Kühler 40 auch in Fluidverbindung mit einem Ausgang 50 des Krümmerladeluftkühlers 12, einem ersten Ausgang 46 des ersten Ladeluftkühlers 28 und einem zweiten Ausgang 48 des zweiten Ladeluftkühlers 32 stehen. Die Ladeluftkühleranordnung von 3 ist eine Konfiguration, bei der der Krümmerladeluftkühler parallel zum ersten und zweiten Ladeluftkühler ist. Der mittlere, der erste und der zweite Ladeluftkühler empfangen daher jeweils Kühlmittel bei seiner kältesten Temperatur. Ähnlich der vorgenannten „Reihenanordnung“ steht jeder Ladeluftkühler in Fluidverbindung miteinander und sorgt daher für eine effiziente Verwendung des Kühlmittels aus dem Kühler, während er einen besseren Kühlluftstrom aufweist.
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Die vorliegende Offenbarung sieht ferner eine Verbrennungsmotoranordnung 52 vor, die einen Motorblock 54 (4), einen Zylinderkopf 56 (4), einen Ansaugkrümmer 58, einen Krümmerladeluftkühler 12, einen ersten und einen zweiten Luftkompressor zusätzlich zu dem ersten und einen zweiten Ladeluftkühler 28, 32 beinhaltet. Es versteht sich, dass der erste Zylinderkopf 56' für die erste Bank 20 der Brennkammern und der zweite Zylinderkopf 56" für die zweite Bank 22 der Brennkammern dargestellt ist. Sowohl der erste als auch der zweite Zylinderkopf 56', 56" können zusammen als der Motorzylinderkopf 56 bezeichnet werden. Der Motorblock 54 kann eine erste Bank 20 und eine zweite Bank 22 definieren, die der ersten Bank 20 gegenüberliegend angeordnet ist. Jede der ersten und zweiten Bänke 20, 22 beinhaltet mindestens einen Zylinder (oder eine Brennkammer). Der Zylinderkopf 56 kann dem Motorblock 54 befestigt sein. Der Ansaugkrümmer 58 kann am Zylinderkopf 56 befestigt sein, worin der Ansaugkrümmer 58 eine Sammelkammer 14 und eine Vielzahl von Kanälen 60 definiert. Der Krümmerladeluftkühler 12 kann innerhalb der Sammelkammer 14 angeordnet sein, sodass der Krümmerladeluftkühler 12 eine erste Kammer 16 und eine zweite Kammer 18 innerhalb der Sammelkammer 14 definiert. Die erste Kammer 16 kann in Fluidverbindung mit der ersten Bank 20 der Zylinder 24 stehen und die zweite Kammer 18 kann in Fluidverbindung mit der zweiten Bank 22 der Zylinder 24 stehen.
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Der erste Gaskompressor 38 der Verbrennungsmotoranordnung 52 kann konfiguriert werden, um einen ersten Umgebungsluftstrom 30 zur Zuführung an die erste Bank 20 über einen ersten Ladeluftkühler 28 und den Ansaugkrümmer 58 unter Druck zu setzen. Der erste Ladeluftkühler 28 kann zwischen dem ersten Gaskompressor 38 und dem Ansaugkrümmer 58 angeordnet sein. Der zweite Gaskompressor 36 kann konfiguriert werden, um einen zweiten Umgebungsluftstrom zur Zuführung an die zweite Bank 22 über einen zweiten Ladeluftkühler 32 und den Ansaugkrümmer 58 unter Druck zu setzen. Der zweite Ladeluftkühler 32 kann zwischen dem zweiten Gaskompressor 36 und dem Ansaugkrümmer 58 angeordnet sein. Der Krümmerladeluftkühler 12 der Verbrennungsmotoranordnung 52 kann operativ konfiguriert sein, um einen ungleichmäßigen Luftstrom 35 zwischen der ersten und der zweiten Kammer 18 zu kühlen. Darüber hinaus kann der Krümmerladeluftkühler 12 in Fluidverbindung mit dem ersten und zweiten Ladeluftkühler 28, 32 stehen. Der Krümmerladeluftkühler 12 ist auch konfiguriert, dass der ungleichmäßige Luftstrom 35 zwischen der ersten und der zweiten Kammer 16, 18 passieren kann.
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Wie in 2 gezeigt, kann die Verbrennungsmotoranordnung 52 der vorliegenden Offenbarung ferner einen Kühler 40 beinhalten, der operativ zum Kühlen eines Eingangskühlmittelstroms 42 konfiguriert ist. Wie in 2 gezeigt, kann der Kühler 40 in Fluidverbindung mit einem Eingang 44 des Krümmerladeluftkühlers 12, eines ersten Ausgangs 46 des ersten Ladeluftkühlers 28 und eines zweiten Ausgangs 48 des zweiten Ladeluftkühlers 32 stehen. In 2 ist der Krümmerladeluftkühler mit dem ersten und zweiten Ladeluftkühler (parallel zueinander) in Reihe geschaltet. Der Krümmerladeluftkühler empfängt daher bei seiner kältesten Temperatur Kühlmittel. Bei dieser Anordnung steht jeder Ladeluftkühler in Fluidverbindung miteinander und sorgt daher für eine effiziente Verwendung des Kühlmittels aus dem Kühler, während er einen besseren Kühlluftstrom aufweist. Wie gezeigt, kann ein optionales Bypassventil 41 so implementiert werden, dass unter vorbestimmten Bedingungen das Kühlmittel vom Kühler nur über den optionalen Schlauch 43 zu dem ersten und zweiten Ladeluftkühler strömt. Das Bypassventil 41 ist konfiguriert, um einen Teil des Kühlmittels 51 (oder das gesamte Kühlmittels 51) vom Kühler weg zu den ersten und zweiten Eingängen 47, 49 des ersten und zweiten Ladeluftkühlers 28, 32 umzuleiten.
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In einer alternativen Anordnung für die Verbrennungsmotoranordnung 52' in 3, kann der Kühler 40 in Fluidverbindung mit einem Eingang 44 des Krümmerladeluftkühlers 12, einem ersten Eingang 47 des ersten Ladeluftkühlers 28 und einem zweiten Eingang 49 des zweiten Ladeluftkühlers 32 stehen. Bei dieser alternativen Anordnung steht der Kühler 40 auch in Fluidverbindung mit dem Ausgang 50 des Krümmerladeluftkühlers 12, einem ersten Ausgang 46 des ersten Ladeluftkühlers 28 und einem zweiten Ausgang 48 des zweiten Ladeluftkühlers 32. In 3 befindet sich der Krümmerladeluftkühler parallel zum ersten und zweiten Ladeluftkühler. Der mittlere, der erste und der zweite Ladeluftkühler empfangen daher jeweils Kühlmittel bei seiner kältesten Temperatur. Ähnlich der vorgenannten „Reihenanordnung“ steht jeder Ladeluftkühler in Fluidverbindung miteinander und sorgt daher für eine effiziente Verwendung des Kühlmittels aus dem Kühler, während er einen besseren Kühlluftstrom aufweist. Wie in 3 gezeigt, kann ein optionales Bypassventil 41 so implementiert werden, dass unter vorbestimmten Bedingungen das Kühlmittel vom Kühler nur über den optionalen Schlauch 43 zu dem ersten und zweiten Ladeluftkühler strömt. Das Bypassventil 41 von 3 ist konfiguriert, um einen Teil des Kühlmittels 51 (oder das gesamte Kühlmittels 51) vom Kühler weg zu den ersten und zweiten Eingängen 47, 49 des ersten und zweiten Ladeluftkühlers 28, 32 umzuleiten.
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In Bezug auf alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Krümmerladeluftkühler 12 die gesamte Länge des Ansaugkrümmers 58 überspannen oder nicht. In Fällen, in denen der Krümmerladeluftkühler 12 nicht die gesamte Länge des Ansaugkrümmers 58 überspannt, kann der Ansaugkrümmer 58 ferner eine Leitblechwand 70 beinhalten, worin der Krümmerladeluftkühler 12 und die Leitblechwand 70 gemeinsam die ersten und zweiten Kammern 16, 18 definieren. Die Leitblechwand 70 kann eine Öffnung beinhalten oder nicht, um zusätzlich zu dem ungleichmäßigen Luftstrom 35, die durch den Wärmetauscherabschnitt des Krümmerladeluftkühlers 12 strömt, einen ungleichmäßigen Luftstrom 35 durch die Leitblechwand zu ermöglichen. Wie in 4 dargestellt, kann die Verbrennungsmotoranordnung 52 der vorliegenden Offenbarung einen Zylinderblock mit einer Vielzahl von Zylindern 24 beinhalten, die in der ersten und zweiten Bank 20, 22 angeordnet sind.
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Die Verbrennungsmotoranordnung 52 kann ebenfalls eine Vielzahl von Einlassventilen (nicht dargestellt) beinhalten, die mit dem Zylinderkopf 56 wirkverbunden und ausgelegt sind, eine Zuführung von Luft zu jedem Zylinder 24 für die Verbrennung mit Kraftstoff in selbigem zu steuern. Der Zylinderkopf 56 beinhaltet im Allgemeinen Einlassöffnungen zur Durchleitung der zuzuführenden Luft oder der Luft und des Kraftstoffs zur Vielzahl von Einlassventilen. Die Verbrennungsmotoranordnung 52 kann als Otto-Verbrennungsmotor ausgelegt sein, der eine Zündkerze verwendet (nicht dargestellt), um die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennkammern einzuleiten. Die Verbrennungsmotoranordnung 52 kann weiterhin eine Vielzahl von Auslassventilen (nicht dargestellt) beinhalten, die mit dem Zylinderkopf 56 wirkverbunden und so konfiguriert sind, dass sie die Ableitung der Verbrennungsabgase aus jedem Zylinder regulieren.
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Die Verbrennungsmotoranordnung kann auch eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) beinhalten, konfiguriert zur Drehung im Zylinderblock. Wie Fachleuten bekannt ist, wird die Kurbelwelle durch jeden der Kolben (nicht dargestellt) in den Brennkammern aufeinanderfolgend gedreht, weil ein angemessen proportioniertes Kraftstoff-Luft-Gemisch gezielt über ein oder mehrere Einlassventile, die mit dem Zylinderkopf 56 wirkverbunden sind, in die Brennkammern geleitet und darin verbrannt wird. In einem kontinuierlichen Zyklus bewegt die Drehung der Kurbelwelle auch die Kolben über jeweilige Stangen (nicht dargestellt) hin und her, als Ergebnis der Verbrennung in den Zylindern 24, einschließlich eines ersten Kolbens im ersten Zylinder und eines zweiten Kolbens im zweiten Zylinder.
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Der Krümmerladeluftkühler 12 der vorliegenden Offenbarung kann in einen Ansaugkrümmer 58 (2-4) integriert werden, der direkt an der Brennkammer 24 (gebildet durch den Zylinderkopf 56 und den Motorblock 54, dargestellt in 4) montiert ist. Wie angegeben, ist der Krümmerladeluftkühler 12 konfiguriert, um den druckbeaufschlagten, ungleichmäßigen Luftstrom 35 zu kühlen, d. h. nachdem der Luftstrom entweder durch den ersten oder zweiten Kompressor unter Druck gesetzt wurde, bevor der druckbeaufschlagte Luftstrom zu den Zylindern 24 geführt wird. Die ersten/zweiten Krümmerladeluftkühler 12, 28, 32 können als Luft-zu-Flüssigkeit-Ladeluftkühler ausgelegt sein, worin thermische Energie aus dem Luftstrom über ein zweckbestimmtes Kühlmittel 72 abgeleitet wird.
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In Bezug auf alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der Krümmerladeluftkühler 12 innerhalb des Ansaugkrümmers 58 angeordnet und kann entlang der Krümmerladeluftkühlerachse B (4) verlängert sein. Die Krümmerladeluftkühlerachse B kann einen schrägen Winkel θ relativ zur Krümmerachse P definieren, wie in 4 dargestellt. Daher kann die Krümmerladeluftkühlerachse B schräg angewinkelt oder mit der Krümmerachse P ausgerichtet sein. Beispielsweise kann der Krümmerladeluftkühler 12 in Bezug auf die Krümmerachse P schräg abgewinkelt sein, um zu ermöglichen, dass mehr Ladeluftkühler-Oberflächenbereiche mindestens einem der Zylinder 24 (4) ausgesetzt werden, wodurch das Zylinder-zu-Zylinder-Gleichgewicht weiter verbessert wird. Die Winkelausrichtung des Krümmerladeluftkühlers 12 kann auch in Bezug auf mindestens einen der Kanäle 60 bestimmt werden, worin jeder Kanal eine Kanalmittelachse 74 definiert (4).
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Darüber hinaus beinhaltet der Krümmerladeluftkühler 12 einen Wärmetauscherabschnitt 76 (4), der sich entlang der gesamten Länge des Krümmerladeluftkühlers 12 erstrecken kann. Der Wärmetauscherabschnitt 76 des Krümmerladeluftkühlers ist konfiguriert, um den druckbeaufschlagten, ungleichmäßigen Luftstrom 35 zu kühlen, der in der Sammelkammer 14 aufgenommen wird. Wenn sich der warme ungleichmäßige Luftstrom 35 durch den Wärmetauscherabschnitt 76 bewegt, ist der Wärmetauscherabschnitt 76 konfiguriert, um den warmen ungleichmäßigen Luftstrom 35 zu kühlen, bevor der Luftstrom 35 als Teil des Ansaugstroms zu den Zylindern 24 übertragen wird. Dementsprechend leitet der Ansaugkrümmer 58 die Ansaugluft 35 von der Sammelkammer zu den Brennkammern.
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Wie angegeben, definiert der Ansaugkrümmer 58 eine Vielzahl von Anschlüssen/Kanälen 60, die betreibbar sind, um die Ansaugluft zu den Zylindern 24 zu leiten. Wie hierin verwendet, beinhaltet der Begriff „Kanäle“ ohne Einschränkung Öffnungen und Bohrungen, die in der Lage sind, eine Fluidverbindung zwischen dem Ansaugkrümmer 58 und der Brennkammer 24 herzustellen. Jeder Anschluss/Kanal 60 ist in Fluidverbindung mit einer entsprechenden Brennkammer 24 angeordnet. Somit kann der Ansaugkrümmer 58 aller Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Sammelkammer 14 aufweisen, die integraler Bestandteil der Vielzahl von Kanälen 60 ist. Die Sammelkammer 14 kann entlang einer Krümmerachse P (4) verlängert sein, und die Kanäle/Anschlüsse 60 können entlang der Krümmerachse P voneinander beabstandet sein. Der Ansaugkrümmer 58 kann auch entlang der Krümmerachse P verlängert sein.
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Während exemplarische Ausführungsformen in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt wurden, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Offenbarung in keiner Weise einschränken sollen. Die vorstehende ausführliche Beschreibung stellt Fachleuten auf dem Gebiet vielmehr einen zweckmäßigen Plan zur Implementierung der exemplarischen Ausführungsform bzw. der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen aufgeführt ist, abzuweichen.
