DE102020114653A1 - Luftversorgungsvorrichtung und Verbrennungsmotor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Luftversorgungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse (20), welches einen zwischen einem Kühllufteinlass (46) und einem Kühlluftauslass (48) erstreckenden Kühlluftkanal (44), einen zwischen einem Fluideinlass (26) und einem Fluidauslass (28) erstreckenden Fluidkanal (45) und einen zwischen einem Frischlufteinlass (40) und einem Frischluftauslass (24) erstreckenden Frischluftkanal (38) begrenzt, einem Luftfilter (42), welcher im Frischluftkanal (38) angeordnet ist, und einem Wärmetauscher (36), welcher einen durch den Fluidkanal (45) strömenden Fluidstrom mit einem durch den Kühlluftkanal (44) strömenden Kühlluftstrom (56) wärmeübertragend koppelt, wobei das Gehäuse (20) einen Lufteinlass (22) aufweist, welcher mit dem Kühllufteinlass (46) und mit dem Frischlufteinlass (40) fluidisch verbunden ist, derart, dass ein in das Gehäuse (20) strömende Luftmassenstrom (52) in den Kühllufteinlass (46) und in den Frischlufteinlass (40) strömt, wobei der Luftmassenstrom (52) sich in einen Frischluftstrom (54) und einen Kühlluftstrom (56) aufteilt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Luftversorgungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse, welches einen zwischen einem Kühllufteinlass und einem Kühlluftauslass erstreckenden Kühlluftkanal, einen zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass erstreckenden Fluidkanal und einen zwischen einem Frischlufteinlass und einem Frischluftauslass erstreckenden Frischluftkanal begrenzt, einem Luftfilter, welcher im Frischluftkanal angeordnet ist, und einem Wärmetauscher, welcher einen durch den Fluidkanal strömenden und zu kühlenden Fluidstrom mit einem durch den Kühlluftkanal strömenden Kühlluftstrom wärmeübertragend koppelt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor.
- Derartige Luftversorgungsvorrichtungen umfassen üblicherweise einen von der Atmosphäre zum Brennraum eines Verbrennungsmotors erstreckenden Luftströmungspfad. In dem Luftströmungspfad ist üblicherweise ein Luftfilter angeordnet, welcher die zum Verbrennungsmotor strömende Luft filtert und dadurch verhindert, dass unerwünschte Stoffe in den Brennraum des Verbrennungsmotors durch den Luftmassenstrom mitgerissen werden. Bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren ist im Luftströmungspfad außerdem ein Ladeluftkühler vorgesehen, welcher ein Wärmetauscher ist und in Strömungsrichtung der Luft hinter einem Turbolader angeordnet ist. Der Ladeluftkühler dient dazu, dass die bei der Verdichtung der Luft im Turbolader entstehende Wärme abgeführt wird, wobei durch die abgekühlte Luft eine höhere Luftmasse bei gleichbleibenden Volumen in den Brennraum eingebracht werden kann und dadurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht werden kann. Der Ladeluftkühler wird mit der Ladeluft und einer Kühlluft durchströmt, wobei die beiden Luftströme fluidisch voneinander getrennt sind, jedoch thermisch miteinander gekoppelt sind. Alternativ kann der Wärmetauscher auch ein Kühler für einen Saugmotor oder für eine andere Art eines Verbrennungsmotors sein, wobei anstatt der Ladeluft ein anderes Fluid den Wärmetauscher durchströmt.
- Die
WO 2014/016255 A1 - Nachteilhaft an einer derartigen Luftversorgungsvorrichtung ist, dass eine Vielzahl von Einlässen und Auslässen am Gehäuse vorgesehen sind, welche aufwendig an unterschiedlichen Stellen am Gehäuse angeordnet werden müssen. Durch die Vielzahl von Ein- und Auslässen weist die Luftversorgungsvorrichtung einen großen Bauraum auf, wobei die an die Vielzahl von Ein- und Auslässen anschließenden Fluidführungen den Bauraum vergrößern, indem die für die Fluidführungen vorgesehenen Anschlussstutzen und die Fluidführungen selbst senkrecht von der Außenfläche des Gehäuses abstehen.
- Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Luftversorgungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche eine kompakte Bauweise aufweist und kostengünstig hergestellt werden kann.
- Dadurch, dass das Gehäuse einen Lufteinlass aufweist, welcher mit dem Kühllufteinlass und mit dem Frischlufteinlass fluidisch verbunden ist, derart, dass ein in das Gehäuse strömende Luftmassenstrom in den Kühllufteinlass und in den Frischlufteinlass strömt, wobei sich der Luftmassenstrom in einen Frischluftmassenstrom und den Kühlluftmassenstrom aufteilt, wird auf eine einfache Weise der Bauraum und der Herstellungsaufwand der Luftversorgungsvorrichtung reduziert. Dabei weist die Luftversorgungsvorrichtung einen einzigen Lufteinlass für die Frischluft und die Kühlluft auf. Ferner weist die Luftversorgungsvorrichtung einen Fluideinlass und Fluidauslass sowie einen Frischluftauslass und einen Kühlluftauslass auf.
- Auf diese Weise kann ein Lufteinlass und eine an den Lufteinlass angeschlossene Luftansaugkomponente bzw. Fluidführung eingespart werden, wodurch der Bauraum und die Herstellungs- sowie Montagekosten der Luftversorgungsvorrichtung reduziert werden können.
- Vorzugsweise ist in Strömungsrichtung des Luftmassenstroms hinter dem Lufteinlass mindestens ein Luftleitelement im Gehäuse angeordnet. Das Luftleitelement ist beispielsweise eine von einer Gehäuseinnenfläche erstreckende Rippe, welche zwischen dem Lufteinlass und dem Frischlufteinlass bzw. dem Kühllufteinlass angeordnet ist und dazu dient, dass sich die durch den Lufteinlass einströmende Luft aufteilt und entsprechend in den Frischluftkanal und Kühlluftkanal strömt. Durch das Luftleitelement wird die Luft in den Frischluftkanal und in den Kühlluftkanal eingeleitet und dabei die Strömungseigenschaften des Luftstroms verbessert.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an dem Lufteinlass ein Filterelement angeordnet. Das Filterelement ist als Vorfilter ausgeführt und dient zum Herausfiltern von relativ grobem Schmutz. Durch das Filterelement wird verhindert, dass grober Schmutz in die unterschiedlichen Kanäle der Luftversorgungsvorrichtung gelangen kann und dadurch die Kanäle durch den Schmutz verstopft werden.
- Vorzugsweise ist das Gehäuse mehrteilig ausgeführt. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Gehäuse ein Mittel-Gehäuseelement, ein Luftfilter-Gehäuseelement und einen Fluid-Einlassstutzen auf, wobei das Luftfilter-Gehäuseelement, der Wärmetauscher und der Fluid-Einlassstutzen am Mittel-Gehäuseelement befestigt sind.
- Durch die mehrteilige Ausgestaltung des Gehäuses werden die Herstellung des Gehäuses sowie die Montage der in dem Gehäuse angeordneten Komponenten, insbesondere des Luftfilters, vereinfacht. Die einzelnen Gehäuseelemente, der Wärmetauscher und der Fluid-Einlassstutzen können miteinander lösbar verbunden sein, beispielsweise verschraubt oder verclipst sein. Alternativ können die Gehäuseelemente, der Wärmetauscher und der Fluid-Einlassstutzen unlösbar miteinander verbunden sein, beispielsweise verklebt oder verschweißt sein.
- Vorzugsweise ist eines der Gehäuseelement aus Kunststoff hergestellt und weist Versteifungsrippen auf. Dadurch weist das Gehäuseelement ein geringes Gewicht bei einer relativ hohen Steifigkeit auf. Dadurch kann das Gewicht des Gehäuses reduziert werden.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Wärmetauscher lösbar am Mittel-Gehäuseelement befestigt. Bei einem Defekt des Wärmetauschers kann der Wärmetauscher einfach demontiert und ausgetauscht werden. Außerdem kann durch die lösbare Anbindung des Wärmetauschers am Gehäuse der Luftfilter auf eine einfache Weise ausgetauscht werden, wobei der Wärmetauscher demontiert wird und dadurch ein Zugang zum Innenraum des Gehäuses geschaffen wird. Anschließend kann der Luftfilter über den durch den demontierten Wärmetauscher entstandenen Zugang aus dem Gehäuse demontiert werden und ein neuer Luftfilter wieder in das Gehäuse eingesetzt werden.
- Vorzugsweise ist der Wärmetauscher ein Ladeluftkühler.
- Die Aufgabe wird außerdem durch einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einer Luftversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gelöst. Vorzugsweise ist der Frischluftauslass mit einem Einlass eines Turbolader-Verdichters eines Turboladers fluidisch verbunden, der Ladelufteinlass mit einem Auslass des Turbolader-Verdichters fluidisch verbunden und der Ladeluftauslass mit einem Brennraum des Verbrennungsmotors fluidisch verbunden. Zu den Vorteilen eines derartigen Verbrennungsmotors mit einer erfindungsgemäßen Luftversorgungsvorrichtung wird auf die vorhergehenden Absätze verwiesen.
- Es wird somit eine Luftversorgungsvorrichtung geschaffen, welche einen reduzierten Bauraum sowie einen reduzierten Montage- und Herstellungsaufwand aufweist.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt eine Luftversorgungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht, und -
2 zeigt die Luftversorgungsvorrichtung aus1 in geschnittener Ansicht. -
1 offenbart eine Luftversorgungsvorrichtungen10 . Eine derartige Luftversorgungsvorrichtungen10 ist üblicherweise in einem Luftansaugpfad eines Verbrennungsmotor12 , insbesondere eines turboaufgeladenen Verbrennungsmotor, angeordnet, wobei bevor die Luft in die Brennräume des Verbrennungsmotors12 eingeleitet wird, die Luftversorgungsvorrichtungen10 durchströmt. Die nachfolgend beschriebene Ausführung bezieht sich beispielhaft auf einen turboaufgeladenen Verbrennungsmotor12 . - Die Luftversorgungsvorrichtungen
10 umfasst ein Gehäuse20 , welches einen Lufteinlass22 aufweist, wobei durch den Lufteinlass22 Luft in die Luftversorgungsvorrichtungen10 eingeleitet wird. Der Lufteinlass22 weist einen im Wesentlichen rechteckigen, relativ großen Querschnitt auf. Alternativ kann der Lufteinlass22 einen beliebigen, beispielsweise einen runden, Querschnitt aufweisen. Außerdem weist das Gehäuse20 einen Frischluftauslass24 , einen als Ladelufteinlass ausgeführten Fluideinlass26 und einen als Ladeluftauslass ausgeführten Fluideinlass28 auf. Der Frischluftauslass24 ist über eine Frischluftleitung25 mit einer Saugseite eines Verdichters eines Turbolader14 fluidisch verbunden. Der Verdichter des Turboladers14 ist wiederrum mit seiner Druckseite über eine erste Ladeluftleitung27 mit dem Ladelufteinlass26 fluidisch verbunden. Der Ladeluftauslass28 ist über eine zweite Ladeluftleitung29 mit einem Brennraum des Verbrennungsmotors12 fluidisch verbunden. -
2 zeigt den inneren Aufbau der Luftversorgungsvorrichtungen10 . - Die Luftversorgungsvorrichtung
10 weist das Gehäuse20 auf, welches mehrteilig ausgeführt ist und ein Mittel-Gehäuseelement30 , ein Luftfilter-Gehäuseelement32 und einen Ladeluft-Einlassstutzen34 aufweist. Das Luftfilter-Gehäuseelemente32 ist über eine Clipsverbindung oder eine Klebeverbindung mit dem Mittel-Gehäuseelement30 verbunden. Der Ladeluft-Einlassstutzen34 ist ausschließlich an dem Ladeluftkühler36 befestigt. Der Ladeluftkühler36 ist durch eine Clipsverbindung lösbar mit dem Mittel-Gehäuseelement30 verbunden. Die Gehäuseelemente30 ,32 und der Ladeluft-Einlassstutzen34 sind aus Kunststoff hergestellt und mittels Versteifungsrippen versteift, so dass die Gehäuseelemente30 ,32 ,34 eine ausreichende Steifigkeit bei einem relativ niedrigen Gewicht aufweisen. - Das Luftfilter-Gehäuseelement
32 begrenzt einen Frischluftkanal38 , welcher sich zwischen einem Frischlufteinlass40 und dem Frischluftauslass24 erstreckt. Im Frischluftkanal38 ist ein Luftfilter42 angeordnet, durch welche die vom Frischlufteinlass40 zum Frischluftauslass24 strömende Luft gereinigt wird. Der Ladeluftkühler36 begrenzt einen Ladeluftkanal45 und einen Kühlluftkanal44 , wobei der Ladeluftkanal45 und der Kühlluftkanal44 senkrecht zueinander ausgerichtet angeordnet sind und fluidisch voneinander getrennt sind. Der Ladeluftkanal45 erstreckt sich ausgehend von dem Ladelufteinlass26 bis zum Ladeluftauslass28 , wobei der Ladeluftauslass28 in der2 nicht gezeigt ist. Der Kühlluftkanal44 erstreckt sich zwischen einem Kühllufteinlass46 bis zu einem Kühlluftauslass48 . - Erfindungsgemäß sind der Frischlufteinlass
40 und der Kühllufteinlass46 ausschließlich mit dem Lufteinlass22 fluidisch verbunden. Damit ist ausschließlich ein einziger Lufteinlass vorgesehen, um Frischluft in den Frischluftkanal38 und Kühlluft in den Kühlluftkanal44 einzuleiten. Der Lufteinlass22 ist an dem Mittel-Gehäuseelement30 ausgebildet, wobei das Mittel-Gehäuseelement30 derart ausgeführt ist, dass die durch den Lufteinlass22 einströmende Luft gezielt in den Frischlufteinlass40 und in den Kühllufteinlass46 eingeleitet wird. Hierfür ist im Inneren des Mittel-Gehäuseelements30 ein Luftleitelement50 vorgesehen, welches einstückig mit dem Mittel-Gehäuseelement30 ausgeführt ist. - Im Betrieb des Verbrennungsmotors
12 wird über den Lufteinlass22 Luft in die Luftversorgungsvorrichtung10 eingeleitet, wobei die eingeleitete Luft durch einen am Lufteinlass22 angeordneten Vorfilter23 von groben Schmutzt gereinigt wird. Anschließend strömt die eingeleitete Luft in den Frischluftkanal38 , in welchem die Luft den Luftfilter42 durchströmt und von feinen Partikeln gereinigt wird. Ausgehend vom Frischluftkanal38 strömt die gereinigte Luft über die Frischluftleitung25 zum Verdichter eines Abgasturboladers14 , in welchem die Luft verdichtet wird. Dabei erwärmt sich die Luft. Die verdichtete und erwärmte Luft strömt über den Ladelufteinlass26 wieder in die Luftversorgungsvorrichtung10 , durchströmt den Ladeluftkühler36 über den Ladeluftkanal45 und strömt ausgehend vom Ladeluftauslass28 über die zweite Ladeluftleitung29 zum Verbrennungsmotor. Die Ladeluft wird im Ladeluftkanal45 abgekühlt, wobei die Wärme vom Ladeluftstrom auf den durch den Kühlluftkanal44 strömenden Kühlluftstrom56 übertragen wird. Der Kühlluftstrom56 wird, wie der Frischluftstrom54 auch, durch den Lufteinlass22 in die Luftversorgungsvorrichtung10 eingeleitet, wobei ein Teil des Luftmassenstroms52 in den Frischluftkanal38 und ein Teil des Luftmassenstroms52 in den Kühlluftkanal44 strömt. - Damit wird eine Luftversorgungsvorrichtung
10 geschaffen, welchen einen gemeinsamen Lufteinlass für den Kühlluftkanal44 und den Frischluftkanal38 aufweist, wodurch der Bauraum der Luftversorgungsvorrichtung10 sowie der Herstellung- und der Montageaufwand reduziert werden. - Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.
- 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
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- WO 2014/016255 A1 [0003]
Claims (9)
- Luftversorgungsvorrichtung für (10) einen Verbrennungsmotor (12), mit einem Gehäuse (20), welches einen zwischen einem Kühllufteinlass (46) und einem Kühlluftauslass (48) erstreckenden Kühlluftkanal (44), einen zwischen einem Fluideinlass (26) und einem Fluidauslass (28) erstreckenden Fluidkanal (45) und einen zwischen einem Frischlufteinlass (40) und einem Frischluftauslass (24) erstreckenden Frischluftkanal (38) begrenzt, einem Luftfilter (42), welcher im Frischluftkanal (38) angeordnet ist, und einem Wärmetauscher (36), welcher einen durch den Fluidkanal (45) strömenden und zu kühlenden Fluidstrom mit einem durch den Kühlluftkanal (44) strömenden Kühlluftstrom (56) wärmeübertragend koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) einen Lufteinlass (22) aufweist, welcher mit dem Kühllufteinlass (46) und mit dem Frischlufteinlass (40) fluidisch verbunden ist, derart, dass ein in das Gehäuse (20) strömender Luftmassenstrom (52) in den Kühllufteinlass (46) und in den Frischlufteinlass (40) strömt, wobei der Luftmassenstrom (52) sich in einen Frischluftstrom (54) und einen Kühlluftstrom (56) aufteilt.
- Luftversorgungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Luftmassenstroms (52) hinter dem Lufteinlass (22) mindestens ein Luftleitelement (50) im Gehäuse (20) angeordnet ist. - Luftversorgungsvorrichtung nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lufteinlass (22) ein Filterelement (23) angeordnet ist. - Luftversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) mehrteilig ausgeführt ist.
- Luftversorgungsvorrichtung nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) ein Mittel-Gehäuseelement (30), ein Luftfilter-Gehäuseelement (32) und einen Fluid-Einlassstutzen (34) aufweist, wobei das Luftfilter-Gehäuseelement (32), der Wärmetauscher (36) und der Fluid-Einlassstutzen (34) am Mittel-Gehäuseelement (30) befestigt sind. - Luftversorgungsvorrichtung nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Gehäuseelement (30, 32, 34) aus Kunststoff hergestellt ist und Versteifungsrippen aufweist. - Luftversorgungsvorrichtung nach
Anspruch 5 oder6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (36) lösbar am Mittel-Gehäuseelement (30) befestigt ist. - Luftversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (36) ein Ladeluftkühler ist.
- Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einer Luftversorgungsvorrichtung (10) nach einem der
Ansprüche 1 bis8 .
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DE102020114653.1A DE102020114653B4 (de) | 2020-06-02 | 2020-06-02 | Luftversorgungsvorrichtung und Verbrennungsmotor |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (1) | DE102020114653B4 (de) |
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WO2014016255A1 (de) | 2012-07-26 | 2014-01-30 | Mahle International Gmbh | Brennkraftmaschine mit frischluftversorgungseinrichtung |
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2020
- 2020-06-02 DE DE102020114653.1A patent/DE102020114653B4/de active Active
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