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EINFÜHRUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Luftansaugsysteme von Fahrzeugmotoren, insbesondere auf Ladeluftkühler und Resonatoren, die in Luftansaugsystemen von Fahrzeugmotoren eingesetzt werden.
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Luftansaugsysteme für Fahrzeugmotoren werden häufig in Automobilen eingesetzt, um die Luftzufuhr in die Zylinder von Verbrennungsmotoren zu unterstützen. Kompressoren und Turbolader können als Komponenten in Ansaugsystemen von Fahrzeugmotoren bereitgestellt werden, um Luft in die Zylinder zu drücken und so den Motorwirkungsgrad zu verbessern. Weitere Komponenten in Ansaugsystemen von Fahrzeugmotoren sind üblicherweise Resonatoren und Ladeluftkühler. Die Resonatoren reduzieren den Schallpegel der Gebläseluft, bevor die Luft den Zylindern zugeführt wird, und die Ladeluftkühler senken die Temperatur der Gebläseluft, bevor die Luft den Zylindern zugeführt wird. Die Resonatoren und Ladeluftkühler werden typischerweise als eigenständige Komponenten an den Stellen hinter den Kompressoren und Turboladern angeordnet. Und in Bezug aufeinander werden die Resonatoren typischerweise an einem Ort installiert, der vor den Ladeluftkühlern liegt.
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ZUSAMMENFAS SUNG
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In einer Ausführungsform kann ein Fahrzeug-Ladeluftkühler ein Eintrittsgehäuse beinhalten. Das Eintrittsgehäuse hat eine Einlasskammer und eine Resonanzkammer. Die Einlasskammer wird durch eine erste Wand des Eintrittsgehäuses und durch eine zweite Wand des Eintrittsgehäuses definiert. Die Resonanzkammer wird durch die zweite Wand des Eintrittsgehäuses und durch eine dritte Wand des Eintrittsgehäuses definiert. Die zweite Wand trennt die Einlasskammer und die Resonanzkammer voneinander. Die zweite Wand weist eine oder mehrere Öffnungen auf, die sich darin befinden. Die Öffnung(en) erstrecken sich zwischen der Einlasskammer und der Resonanzkammer.
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In einer Ausführungsform kann der Fahrzeug-Ladeluftkühler ferner einen Wärmetauscher und ein Auslassgehäuse beinhalten. Der Wärmetauscher befindet sich stromabwärts des Eintrittsgehäuses. Und das Auslassgehäuse befindet sich stromabwärts des Wärmetauschers.
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In einer Ausführungsform bildet die zweite Wand eine Innenwand des Eintrittsgehäuses. Die erste Wand und die dritte Wand bilden die Außenwände des Eintrittsgehäuses.
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In einer Ausführungsform dient die zweite Wand dazu, die Einlasskammer und die Resonanzkammer voneinander zu trennen. Die zweite Wand erstreckt sich zwischen der ersten Wand und der dritten Wand.
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In einer Ausführungsform befindet sich die Resonanzkammer stromabwärts eines Einlasses des Eintrittsgehäuses. Die Resonanzkammer befindet sich weiterhin stromaufwärts eines Wärmetauschers des Ladeluftkühlers des Fahrzeugs.
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In einer Ausführungsform steht die zweite Wand den Wärmetauscher des Fahrzeug-Ladeluftkühlers über die Einlasskammer gegenüber. Die Resonanzkammer empfängt Schallwellen, die von einer gegenüberliegenden Fläche des Wärmetauschers reflektiert werden.
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In einer Ausführungsform empfängt die Resonanzkammer Schallwellen, die sich stromabwärts von einem Einlass des Eintrittsgehäuses bewegen.
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In einer Ausführungsform beinhaltet die Resonanzkammer eine erste Resonanzkammer und eine zweite Resonanzkammer.
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In einer Ausführungsform beinhaltet die Resonanzkammer eine Schallwand, die sich von der zweiten Wand aus erstreckt. Die Schallwand trennt den ersten Resonanzkammer und den zweiten Resonanzkammer voneinander.
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In einer Ausführungsform beinhaltet ein Luftansaugsystem des Fahrzeugmotors den Luftkühler des Fahrzeugladegeräts.
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In einer Ausführungsform bildet die Resonanzkammer den einzigen Resonator des Fahrzeugmotor-Luftansaugsystems stromabwärts eines Turboladers des Fahrzeugmotor-Luftansaugsystems.
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In einer Ausführungsform fehlt dem Fahrzeugmotor-Luftansaugsystem eine eigenständige Resonatorkomponente stromabwärts eines Turboladers des Fahrzeugmotor-Luftansaugsystems.
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In einer Ausführungsform kann ein Fahrzeug-Ladeluftkühler ein Eintrittsgehäuse, einen Wärmetauscher und ein Auslassgehäuse beinhalten. Das Eintrittsgehäuse hat eine Einlasskammer und eine Resonanzkammer. Die Einlasskammer und die Resonanzkammer sind durch eine Innenwand des Eintrittsgehäuses voneinander getrennt. Die Einlasskammer empfängt den Luftstrom von einem Einlass des Eintrittsgehäuses. Die Resonanzkammer befindet sich stromabwärts vom Eingang des Eintrittsgehäuses. Der Wärmetauscher befindet sich stromabwärts des Eintrittsgehäuses. Und das Auslassgehäuse befindet sich stromabwärts des Wärmetauschers.
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In einer Ausführungsform wird die Einlasskammer durch eine erste Außenwand des Eintrittsgehäuses und durch die Innenwand des Eintrittsgehäuses definiert.
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In einer Ausführungsform wird die Resonanzkammer durch eine zweite Außenwand des Eintrittsgehäuses und durch die Innenwand des Eintrittsgehäuses definiert.
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In einer Ausführungsform erstreckt sich die Innenwand des Eintrittsgehäuses zwischen den Außenwänden des Eintrittsgehäuses.
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In einer Ausführungsform weist die Innenwand mehrere Öffnungen auf, die sich in der Innenwand befinden. Die Öffnungen erstrecken sich zwischen der Einlasskammer und der Resonanzkammer.
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In einer Ausführungsform beinhaltet die Resonanzkammer eine Schallwand. Die Schallwand trennt die Resonanzkammer in eine erste Resonanzkammer und eine zweite Resonanzkammer.
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In einer Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeugmotorluftansaugsystem den Fahrzeug-Ladeluftkühler.
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In einer Ausführungsform kann ein Fahrzeug-Ladeluftkühler ein Eintrittsgehäuse und einen Wärmetauscher beinhalten. Das Eintrittsgehäuse hat eine Einlasskammer und eine Resonanzkammer. Die Einlasskammer wird durch eine Außenwand des Eintrittsgehäuses und durch eine Innenwand des Eintrittsgehäuses definiert. Die Resonanzkammer wird durch die Außenwand des Eintrittsgehäuses und durch die Innenwand des Eintrittsgehäuses definiert. Die Resonanzkammer befindet sich stromabwärts eines Einlasses des Eintrittsgehäuses. Die Einlasskammer und die Resonanzkammer sind durch die Innenwand des Eintrittsgehäuses voneinander getrennt. Die Innenwand hat mehrere Öffnungen, die sich in der Innenwand befinden. Die Öffnungen erstrecken sich zwischen der Einlasskammer und der Resonanzkammer. Der Wärmetauscher befindet sich stromabwärts des Eintrittsgehäuses.
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Figurenliste
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Ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
- 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugmotor-Luftansaugsystems;
- 2 ist eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeug-Ladeluftkühlers mit einer Resonanzkammer, die im Fahrzeugmotor-Luftansaugsystem von 1 verwendet werden kann; und
- 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Fahrzeug-Ladeluftkühlers und der Resonanzkammer von 2.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen ist ein Fahrzeugmotor-Luftansaugsystem 10 mit einem Fahrzeug-Ladeluftkühler (FLK) 12 ausgestattet, der die Funktionalität eines Resonators aufweist, der in das Design und die Konstruktion des Ladeluftkühlers 12 integriert ist. Eine eigenständige Resonatorkomponente - in früheren Systemen typischerweise unmittelbar vor einem FLK installiert und für höhere Drücke vorgesehen - muss daher nicht im Motorluftansaugsystem 10 vorgesehen werden. Vielmehr wird der Schallpegelreduzierungseffekt der eigenständigen Resonatorkomponente in den Ladeluftkühler 12 integriert. Damit erfüllt der Ladeluftkühler 12 leichter Packungsanforderungen, die in Automobilanwendungen oft unflexibel sind. Tatsächlich optimiert der Ladeluftkühler 12 und seine Resonatorfunktionalität die Packung und beseitigt Design- und Konstruktionseinschränkungen, die sonst mit einer eigenständigen Resonatorkomponente verbunden sind, so dass eine verbesserte Gleichmäßigkeit des Luftstroms durch den Ladeluftkühler 12 erreicht werden kann. Weitere Weiterentwicklungen, abhängig von der jeweiligen Anwendung, können die Minimierung von Verbindungen und potenziellen Leckagen im Ansaugsystem 10 des Fahrzeugmotors, die Erleichterung von Fertigungs- und Montagearbeiten, das reduzierte Gesamtgewicht und die Senkung der Gesamtkosten sein. Der Ladeluftkühler 12 wird im Folgenden im Rahmen einer Automobilanwendung beschrieben, könnte aber auch in nicht-automotiven Anwendungen eingesetzt werden.
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Wie hierin verwendet, werden die Begriffe stromabwärts und stromaufwärts in Bezug auf den Luftstrom verwendet, der durch den Ladeluftkühler 12 fließt, so dass stromabwärts auf eine Richtung mit Richtung des Luftstroms und stromaufwärts auf eine Richtung verweist, die entgegengesetzt oder entgegen der Richtung des Luftstroms verläuft.
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Das Motorluftansaugsystem 10 versorgt die Zylinder des Verbrennungsmotors mit Luft. Im Beispiel von 1 beinhaltet das Motorluftansaugsystem 10 einen Turbolader 14, der Luft verdichtet, den Ladeluftkühler 12, Motorluftförderkomponenten 16 wie eine Drosselklappe und einen Ansaugkrümmer und einen Verbrennungsmotor 18; dennoch könnte das System mehr, weniger und/oder verschiedene Komponenten in anderen Beispielen wie eine Kompressorkomponente anstelle der Turboladerkomponente beinhalten. Die Luft wird gezwungen, vom Turbolader 14 und schließlich zum Verbrennungsmotor 18 inmitten des Betriebs des Motorluftansaugsystems 10 zu gelangen. Im Motorluftansaugsystem 10 von 1 fehlt eine eigenständige Resonatorkomponente, die zuvor an einer Stelle 20 stromabwärts des Turboladers 14 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 12 sowie zwischen den beiden Komponenten installiert werden konnte.
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Der Ladeluftkühler 12 senkt die Temperatur der durch ihn strömenden Gebläseluft, bevor die Luft zum Verbrennungsmotor 18 gelangt. Die Wärmeabfuhr aus der Gebläseluft erhöht die Dichte der Luft und verbessert den Wirkungsgrad und die Effektivität des Verbrennungsmotors 18. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Ladeluftkühlern hat der Ladeluftkühler 12 eine Resonanzkammer 22 in seiner Struktur eingebaut. Auf diese Weise werden die Funktionalitäten von reduziertem Schallpegel und reduzierten Temperaturen in einem einzigen Gerät kombiniert. Der Ladeluftkühler 12 kann verschiedene Ausführungen, Konstruktionen und Komponenten in verschiedenen Ausführungsformen aufweisen, abhängig von - unter anderem - den Konstruktionen und Komponenten der vor- und nachgeschalteten Bereiche des Motorluftansaugsystems 10 und der beabsichtigten Größe der Schallpegelreduzierung. In der durch die 2 und 3 dargestellten Ausführungsform weist der Ladeluftkühler 12 ein Eintrittsgehäuse 24, einen Wärmetauscher 26 und ein Auslassgehäuse 28 auf.
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Das Eintrittsgehäuse 24 erhält einen Gebläseluftstrom unmittelbar hinter dem Turbolader 14 und leitet den Luftstrom zum Wärmetauscher 26. Das Eintrittsgehäuse 24 kann unterschiedliche Ausführungen und Konstruktionen in verschiedenen Ausführungsformen aufweisen. Unter besonderer Berücksichtigung von 3 weist das Eintrittsgehäuse 24 in dieser Ausführungsform einen Einlass 30, eine Einlasskammer 32 und die Resonanzkammer 22 auf. Der Einlass 30 ist eine Öffnung im Eintrittsgehäuse 24, die mit den stromaufwärts liegenden Komponenten in Fluidkontakt steht, um den Luftstrom zunächst in die Einlasskammer 32 zu leiten. Die Einlasskammer 32 bildet den Hauptbereich des Eintrittsgehäuses 24, das den Luftstrom aufnimmt. Eine erste Wand 34 definiert und begrenzt teilweise die Einlasskammer 32. In der hier vorgestellten Ausführungsform ist die erste Wand 34 gleichzeitig eine erste Außenwand 36 des Eintrittsgehäuses 24. Weiterhin definiert und begrenzt eine zweite Wand 38 teilweise die Einlasskammer 32. Im Gegensatz zur ersten Wand 34 ist die zweite Wand 38 in dieser Ausführungsform auch eine Innenwand 40 des Eintrittsgehäuses 24. Die Innenwand 40 hängt von einer Innenfläche 42 des Eintrittsgehäuses 24 ab und befindet sich hauptsächlich innerhalb des Eintrittsgehäuses 24. Die erste Wand 34 und die zweite Wand 38 bilden zusammen die strukturellen Grenzen der Einlasskammer 32.
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Die Resonanzkammer 22 wirkt als ein Helmholtz-Resonator, der den Schallpegel dämpft, der durch einen Zwangsluftstrom entsteht, der durch das Eintrittsgehäuse 24 fließt und mit der Resonanzkammer 22 zusammenwirkt. Die Resonanzkammer 22 befindet sich an einer Stelle, die stromabwärts von einer Stelle des Eingangs 30 liegt. Eine dritte Wand 44 definiert und begrenzt teilweise die Resonanzkammer 22. In dieser Ausführungsform ist die dritte Wand 44 gleichzeitig eine zweite Außenwand 46 des Eintrittsgehäuses 24. Tatsächlich sind in dieser Ausführungsform die ersten und zweiten Außenwände 36, 46 Abschnitte einer größeren einteiligen Außenwand des Eintrittsgehäuses 24. Auch die Innenwand 40 definiert und begrenzt teilweise die Resonanzkammer 22. Die zweite Außenwand 46 und die Innenwand 40 bilden zusammen einen doppelwandigen Abschnitt des Eintrittsgehäuses 24 und bilden die strukturellen Grenzen der Resonanzkammer 22.
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Zur Bewirkung der Resonatorfunktion weist die Innenwand 40 mehrere Öffnungen 48 auf, die sich in ihrer Struktur befinden und sich zwischen der Resonanzkammer 22 und der Einlasskammer 32 erstrecken. In gewisser Weise dient die Innenwand 40 dazu, eine ansonsten größere Kammer zu unterteilen und in zwei getrennte Kammern, die Einlasskammer 32 und die Resonanzkammer 22, aufzuteilen. Die Innenwand 40 kann eine einheitliche Verlängerung anderer Wände des Eintrittsgehäuses 24 sein oder zunächst als eigenständige Struktur konstruiert werden, die anschließend an den anderen Wänden des Eintrittsgehäuses 24 befestigt wird, beispielsweise durch Schweißen. Je nach Form kann die Innenwand 40 im Spritzgussverfahren, durch additive Fertigungstechniken wie den dreidimensionalen (3D) Druck oder ein anderes Fertigungsverfahren hergestellt werden. In der Ausführungsform der 2 und 3 beinhaltet die Resonanzkammer 22 eine erste Resonanzkammer 50 und eine zweite Resonanzkammer 52. Die ersten und zweiten Resonanzkammern 50, 52 sind teilweise durch eine erste Schallwand 54 definiert und voneinander getrennt. Die erste Schallwand 54 erstreckt sich zwischen der Innenwand 40 und der zweiten Außenwand 46. Eine zweite Schallwand 56 erstreckt sich von der Innenwand 40, endet aber kurz vor der zweiten Außenwand 46. Und eine dritte Schallwand 58 erstreckt sich von der Innenwand 40, endet aber kurz vor der zweiten Außenwand 46. In noch weiteren, durch die Figuren nicht dargestellten Ausführungsformen könnte der Resonanzkörper 22 verschiedene Unterkammeranordnungen (z.B. zwei Unterkammern wie dargestellt, drei Unterkammern usw.) und Leitwandanordnungen in Abhängigkeit von den vorgesehenen Frequenzen der Schallpegeldämpfung beinhalten; außerdem könnte der Resonanzkörper 22 andere Positionen und andere Ausmaße innerhalb des Eintrittsgehäuses 24 aufweisen.
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Insbesondere in Bezug auf 3 bewirkt die Resonanzkammer 22 eine Schallpegeldämpfung durch den Empfang von Schallwellen 60, die vom Eingang 30 direkter in die Resonanzkammer 22 wandern und die Einlasskammer 32 in die Resonanzkammer 22 durchlaufen. Darüber hinaus bewirkt die Resonanzkammer 22 eine Schallpegeldämpfung durch den Empfang von Schallwellen 62, die von einer gegenüberliegenden Fläche 64 des Wärmetauschers 26 reflektiert werden. Die Gegenfläche 64 überspannt die Seiten 66, 68 des Wärmetauschers 26 und dient als Schallwellenreflexionsbarriere. In einigen Fällen können bestimmte Schallwellen mehr als einmal eine Abschwächung erfahren - beim Durchlaufen des Einlasses 30 und anschließend bei Reflexion der gegenüberliegenden Fläche 64. Unabhängig davon, wie Schallwellen empfangen werden, kann die Resonanzkammer 22 auf die Dämpfung verschiedener Frequenzen in verschiedenen Ausführungsformen abgestimmt werden. Maßnahmen, die ergriffen werden können, um die Aufmerksamkeit des Schallpegels zu verändern, sind unter anderem: die Anzahl der Resonanzkammern, das Volumen der Resonanzkammer(n), die Lage der Resonanzkammer(n), die Größe und Menge und Lage der Öffnungen in der Innenwand, die Größe und Menge und Lage der Leitwände oder eine Kombination dieser Maßnahmen.
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Durch die Resonanzkammer 22 und die Integration der zugehörigen Schallpegeldämpfungsfunktion in den Ladeluftkühler 12, wie beschrieben, werden die Packungsanforderungen in bestimmten Anwendungen, insbesondere in Automobilanwendungen in der Nähe eines Verbrennungsmotors, die besonders unflexibel und anspruchsvoll sein können, besser erfüllt. Die durch eine eigenständige Resonatorkomponente eingeführten Packungsanforderungen entfallen in den in dieser Beschreibung dargestellten Ausführungsformen vollständig. Damit entfallen auch die konstruktiven Einschränkungen, die sonst dem Ansaugsystem 10 des Fahrzeugmotors und dem Ladeluftkühler 12 mit einer diskreten Resonatorkomponente auferlegt würden. Die Beseitigung dieser Einschränkungen ermöglicht eine Auslegung und Konstruktion des Ladeluftkühlers 12, die sonst nicht möglich wäre, wie z.B. die Auslegung und Konstruktion des Ladeluftkühlers 12 in den Figuren. So durchströmt beispielsweise der Luftstrom 70 unter Bezugnahme auf 2 die Einlasskammer 32 und über eine größere Querausdehnung von Seite zu Seite, um eine verbesserte Strömungsgleichmäßigkeit über die gegenüberliegende Fläche 64 des Wärmetauschers 26 zu erreichen. Der Wirkungsgrad und die Effektivität der daraus resultierenden Temperaturabsenkung werden dadurch verbessert. Darüber hinaus erleichtert der Ladeluftkühler 12 seine Herstellung in Anwendungen, in denen die Resonanzkammer 22 nicht benötigt wird, da die Innenwand 40 ohne großen Werkzeugwechsel und ohne Veränderung der Verbindungen vor dem Ladeluftkühler 12 entfernt werden kann, wie es sonst bei Anwendungen mit einer eigenständigen Resonatorkomponente erforderlich sein könnte.
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Der Wärmetauscher 26 ist der Abschnitt des Ladeluftkühlers 12, der für eine Temperatursenkung der Luft sorgt, die durch den Wärmetauscher 26 strömt. Der Wärmetauscher 26 befindet sich an einer Stelle im Ladeluftkühler 12, die dem Eintrittsgehäuse 24 und dem Auslassgehäuse 28 vorgelagert ist. Der Wärmetauscher 26 kann von verschiedenen Typen in verschiedenen Ausführungsformen sein, und im Beispiel der 2 und 3 mehrere Durchgänge und Lamellen zur Ausführung seiner Temperaturreduzierungsfunktionalität beinhalten. Das Auslassgehäuse 28 nimmt den aus dem Wärmetauscher 26 austretenden Luftstrom auf und leitet den Luftstrom über einen Auslass 72 des Ladeluftkühlers 12 zu den Motorluftförderkomponenten 16.
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Es ist zu verstehen, dass es sich bei dem Vorstehenden um eine Beschreibung eines oder mehrerer Aspekte der Offenbarung handelt. Die Offenbarung beschränkt sich nicht auf die hierin offenbarte(n) Ausführungsform(en), sondern wird ausschließlich durch die folgenden Ansprüche definiert. Darüber hinaus beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sind nicht als Einschränkung des Umfangs der Offenbarung oder der Definition der in den Ansprüchen verwendeten Begriffe zu verstehen, es sei denn, ein Begriff oder eine Phrase ist vorstehend ausdrücklich definiert. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsform(en) werden für den Fachmann offensichtlich werden. Alle anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollen in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
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Wie in dieser Spezifikation und den Ansprüchen verwendet, sind die Begriffe „z.B.“, „zum Beispiel“, „Beispielsweise“, „so wie“, und „wie“ und die Verben „umfassend“, „aufweisend“, „beinhaltend“, und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Auflistung von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Elementen verwendet werden, jeweils als nach oben offen auszulegen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht als Ausschluss anderer, zusätzlicher Komponenten oder Elemente zu betrachten ist. Andere Begriffe sind mit ihrer weitesten vernünftigen Bedeutung auszulegen, es sei denn, sie werden in einem Kontext verwendet, der eine andere Auslegung erfordert.
