DE102021003107A1 - Intercooler for an intake manifold - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler für einen Ansaugkrümmer umfassend Kühlkanäle, wobei die Kühlkanäle mit einem elliptischen Querschnitt ausgeführt sind, und einen Ansaugkrümmer umfassend den Ladeluftkühler und einen AGR Mischer.Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler (1) für einen Ansaugkrümmer (2) umfasst Kühlkanäle (3). Die Kühlkanäle (3) sind mit einem elliptischen Querschnitt ausgeführt.The invention relates to a charge air cooler for an intake manifold comprising cooling channels, the cooling channels being designed with an elliptical cross section, and an intake manifold comprising the charge air cooler and an EGR mixer. The charge air cooler (1) according to the invention for an intake manifold (2) comprises cooling channels (3). The cooling channels (3) are designed with an elliptical cross section.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler für einen Ansaugkrümmer umfassend Kühlkanäle, wobei die Kühlkanäle mit einem elliptischen Querschnitt ausgeführt sind, und einen Ansaugkrümmer umfassend den Ladeluftkühler und einen AGR Mischer.The invention relates to a charge air cooler for an intake manifold, comprising cooling channels, the cooling channels being designed with an elliptical cross section, and an intake manifold comprising the charge air cooler and an EGR mixer.

Aus der US2010258096AA ist ein Ladeluftkühler mit mehreren bogenförmig angeordneten Kühlzylindem bekannt.From the US2010258096AA an intercooler with a plurality of cooling cylinders arranged in an arc is known.

Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler für einen Ansaugkrümmer umfasst Kühlkanäle. Die Kühlkanäle sind mit einem elliptischen Querschnitt ausgeführt.The charge air cooler according to the invention for an intake manifold comprises cooling ducts. The cooling channels are designed with an elliptical cross section.

Dadurch, dass die Kühlkanäle mit einem elliptischen Querschnitt ausgeführt sind, ermöglicht die Erfindung, dass gegenüber einem Ladeluftkühler mit Kühlkanälen mit einem kreisförmigen Querschnitt ein Druckverlust einer die Kühlkanäle umströmenden Ladeluft reduziert und ein Wärmetransfer zwischen einem die Kühlkanäle durchströmenden Kühlmediums und der Ladeluft erhöht werden kann.Due to the fact that the cooling channels are designed with an elliptical cross section, the invention makes it possible that, compared to a charge air cooler with cooling channels with a circular cross section, a pressure loss of a charge air flowing around the cooling channels can be reduced and a heat transfer between a cooling medium flowing through the cooling channels and the charge air can be increased.

Vorzugsweise ist der Ladeluftkühler zylinderförmig ausgebildet. Die Kühlkanäle sind in axialer Richtung im Ladeluftkühler angeordnet. Der Ladeluftkühler ist ausgebildet, die Ladeluft in radialer Richtung zu führen. Dadurch, dass der Ladeluftkühler ausgebildet ist, die Ladeluft in radialer Richtung zu führen und die Kühlkanäle in axialer Richtung angeordnet sind, ermöglicht die Erfindung, dass eine mittlere Strömungsrichtung der Ladeluft quer zur Längsache der Kühlkanäle ausgerichtet ist, wodurch ein Wärmeübergang verbessert werden kann.Preferably, the intercooler is cylindrical. The cooling channels are arranged in the axial direction in the intercooler. The charge air cooler is designed to guide the charge air in the radial direction. Due to the fact that the charge air cooler is designed to guide the charge air in the radial direction and the cooling channels are arranged in the axial direction, the invention enables a mean flow direction of the charge air to be aligned transversely to the longitudinal axis of the cooling channels, which means that heat transfer can be improved.

Vorzugsweise ist der Ladeluftkühler als Hohlzylinder ausgeführt. Der Hohlzylinder umfasst weniger als 360°. Dadurch umfasst der Hohlzylinder zwei axiale Flächen. Die erste axiale Fläche ist als Einlass der Ladeluft und die zweite axiale Fläche als Auslass der Ladeluft ausgeführt. Der Holzylinder ist so ausgeführt ist, dass sich eine Wanddicke des Hohlzylinders vom Einlass zum Auslass hin verjüngt. Dadurch, dass sich die Wanddicke vom Einlass zum Auslass hin verjüngt, ermöglicht die Erfindung, dass teilweise gekühlte Ladeluft auch in Bereichen des Ladeluftkühlers, die näher zum Auslass angeordnet sind, vorteilhaft gekühlt werden kann. Denn dadurch, dass die Wanddicke sich zum Auslass hin verjüngt, wird der Abstand zwischen den Kühlkanälen zum Auslass hin verringert, wodurch eine Kontaktfläche zum Wärmeübertrag zwischen Ladeluft und Kühlkanälen vergrößert wird.The intercooler is preferably designed as a hollow cylinder. The hollow cylinder covers less than 360°. As a result, the hollow cylinder includes two axial surfaces. The first axial surface is designed as an inlet for the charge air and the second axial surface is designed as an outlet for the charge air. The hollow cylinder is designed in such a way that a wall thickness of the hollow cylinder tapers from the inlet to the outlet. Due to the fact that the wall thickness tapers from the inlet to the outlet, the invention makes it possible for partially cooled charge air to also be advantageously cooled in areas of the charge air cooler that are arranged closer to the outlet. Because the wall thickness tapers towards the outlet, the distance between the cooling ducts towards the outlet is reduced, as a result of which a contact surface for heat transfer between the charge air and the cooling ducts is increased.

Vorzugsweise umfassen die Kühlkanäle Rippen. Dadurch, dass die Kühlkanäle Rippen umfassen, ermöglicht die Erfindung eine möglichst gleichmäßige Kühlung der Ladeluft. Zusätzlich ermöglichen die Rippen eine kompaktere Bauweise des Ladeluftkühlers, wodurch ein benötigter Bauraum reduziert werden kann.Preferably, the cooling channels include ribs. Because the cooling ducts include ribs, the invention enables the charge air to be cooled as uniformly as possible. In addition, the ribs enable a more compact design of the intercooler, as a result of which the installation space required can be reduced.

Der erfindungsgemäße Ansaugkrümmer umfasst einen erfindungsgemäßen Ladeluftkühler und einen AGR Mischer. Der AGR Mischer umfasst eine Ladeluftleitung und eine AGR Leitung. Eine Wand der Ladeluftleitung umfasst eine Venturidüse. Die Venturidüse ist ausgebildet, die Ladeluftleitung und die AGR Leitung zu verbinden. Dadurch, dass die Venturidüse die Ladeluftleitung und die AGR Leitung verbindet, ermöglicht die Erfindung, dass Abgas aus der AGR Leitung unter Nutzung des Venturiprinzips in die Ladeluftleitung gesaugt wird und so ein vorteilhaftes Mischen von Ladeluft und Abgas erreicht werden kann.The intake manifold according to the invention comprises a charge air cooler according to the invention and an EGR mixer. The EGR mixer includes a charge air line and an EGR line. A wall of the charge air duct includes a venturi nozzle. The Venturi nozzle is designed to connect the charge air line and the EGR line. Because the Venturi nozzle connects the charge air line and the EGR line, the invention enables exhaust gas to be sucked out of the EGR line into the charge air line using the Venturi principle, so that an advantageous mixing of charge air and exhaust gas can be achieved.

Bevorzugt sind Ladeluftkühler und AGR Mischer in dem Ansaugkrümmer integriert. Besonders bevorzugt sind Ansaugkrümmer, Ladeluftkühler und AGR Mischer als ein Bauteil ausgeführt. Das hat den Vorteil einer kompakteren Bauweise, es sind keine Befestigungsvorrichtungen wie Gewinde, Dichtringe oder ähnliches vorzusehen und Undichtigkeiten können vermieden oder zumindest verringert werden.Intercooler and EGR mixer are preferably integrated in the intake manifold. The intake manifold, intercooler and EGR mixer are particularly preferably designed as one component. This has the advantage of a more compact design, no fastening devices such as threads, sealing rings or the like need to be provided and leaks can be avoided or at least reduced.

Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims describe further advantageous embodiments of the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Ansaugkrümmers mit einem Ladeluftkühler und einem AGR Mischer,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel eines Ladeluftkühlers,
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ladeluftkühlers,
  • 4 ein Ausführungsbeispiel eines AGR Mischers,
  • 5 ein weiteres Beispiel eines AGR Mischers und
  • 6 ein Ausführungsbeispiel eines Stutzens zum Frischluftansaugen.
Preferred exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the following figures. while showing
  • 1 an embodiment of an intake manifold with an intercooler and an EGR mixer,
  • 2 an embodiment of an intercooler,
  • 3 another embodiment of the intercooler,
  • 4 an embodiment of an EGR mixer,
  • 5 another example of an EGR mixer and
  • 6 an embodiment of a nozzle for fresh air intake.

1 zeigt einen Ansaugkrümmer 2 eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor. Der Ansaugkrümmer 2 ist ausgebildet, Frischluft aus der Umgebung des Fahrzeugs anzusaugen, zu kühlen und mit vom Verbrennungsmotor rückgeführtem Abgas zu mischen. Hierzu umfasst der Ansaugkrümmer 2 einen Ladeluftkühler 1, einen AGR Mischer 8 und einen Stutzen 15 zum Ansaugen von Frischluft. Dabei sind Ansaugkrümmer 2, Ladeluftkühler 1, AGR Mischer 8 und Stutzen 15 als ein Bauteil ausgeführt. Dadurch werden Undichtigkeiten vermindert und Bauraum reduziert. 1 shows an intake manifold 2 of a vehicle with an internal combustion engine. The intake manifold 2 is designed to suck in fresh air from the surroundings of the vehicle, to cool it and to use it recirculated from the internal combustion engine to mix exhaust gas. For this purpose, the intake manifold 2 includes an intercooler 1, an EGR mixer 8 and a nozzle 15 for sucking in fresh air. The intake manifold 2, intercooler 1, EGR mixer 8 and nozzle 15 are designed as one component. This reduces leaks and space.

2 zeigt einen Ladeluftkühler 1. Der Ladeluftkühler 1 ist als Hohlzylinder ausgeführt. Der Hohlzylinder umfasst weniger als 360°, so dass er zwei axiale Flächen umfasst. Die erste axiale Fläche 4 ist als Einlass der Ladeluft und die zweite axiale Fläche 5 als Auslass der Ladeluft ausgeführt. Der Ladeluftkühler 1 ist ausgebildet, die Ladeluft radial vom Einlass 4 zum Auslass 5 zu führen. 2 shows an intercooler 1. The intercooler 1 is designed as a hollow cylinder. The hollow cylinder covers less than 360°, so it includes two axial surfaces. The first axial surface 4 is designed as an inlet for the charge air and the second axial surface 5 as an outlet for the charge air. The charge air cooler 1 is designed to guide the charge air radially from the inlet 4 to the outlet 5 .

Der Ladeluftkühler 1 umfasst Kühlkanäle 3. Die Kühlkanäle 3 sind in axialer Richtung des Ladeluftkühlers 1 angeordnet. Die radial geführte Ladeluft umströmt die Kühlkanäle 3 dadurch so, dass eine mittlere Strömungsrichtung der Ladeluft quer zu den Längsachsen der Kühlkanäle 3 ausgerichtet ist, wodurch eine vorteilhafte Wärmeübertragung zwischen Ladeluft und Kühlkanälen 3 erreicht wird. Die Kühlkanäle 3 sind ausgebildet, ein Kühlmittel zu führen, das über einen Kühlmitteleinlass 19 den Kühlkanälen 3 zugeführt wird und über einen nicht dargestellten Ablauf auf der gegenüberliegenden Seite des Ladeluftkühlers 1 abgeführt wird.The charge air cooler 1 comprises cooling ducts 3. The cooling ducts 3 are arranged in the axial direction of the charge air cooler 1. The radially guided charge air flows around the cooling ducts 3 in such a way that a mean flow direction of the charge air is aligned transversely to the longitudinal axes of the cooling ducts 3, as a result of which an advantageous heat transfer between the charge air and the cooling ducts 3 is achieved. The cooling ducts 3 are designed to carry a coolant, which is supplied to the cooling ducts 3 via a coolant inlet 19 and is discharged via an outlet, not shown, on the opposite side of the intercooler 1 .

Die Kühlkanäle 3 sind mit einem elliptischen Querschnitt ausgeführt. Durch die elliptische Form wird eine verringerte Strömungsablösung der die Kühlkanäle 3 umströmenden Ladeluft ermöglicht, wodurch ein verbesserter Wärmeübergang zwischen Ladeluft und Kühlkanälen 3 erreicht wird. Die Kühlkanäle 3 umfassen Rippen 7, wodurch der Ladeluftkühler 1 kompakter, also mit geringerem erforderlichen Bauraum, ausgeführt werden kann und eine gleichmäßigere Kühlung der Ladeluft erreicht wird.The cooling channels 3 are designed with an elliptical cross section. The elliptical shape enables reduced flow separation of the charge air flowing around the cooling ducts 3, as a result of which an improved heat transfer between the charge air and the cooling ducts 3 is achieved. The cooling channels 3 include ribs 7, as a result of which the charge air cooler 1 can be made more compact, ie with less installation space required, and a more uniform cooling of the charge air is achieved.

3 zeigt eine seitliche Ansicht des Ladeluftkühlers 1. Der Ladeluftkühler ist so ausgeführt, dass sich eine Wanddicke 6 des Hohlzylinders vom Einlass 4 zum Auslass 5 hin verjüngt. Die Wanddicke 17 am Einlass 4 ist also größer als am Auslass 5. Dadurch ist der Abstand zwischen den Kühlkanälen am Einlass 4,17 größer als am Auslass 5,18 und der Abstand verringert sich kontinuierlich vom Einlass 4 in Richtung des Auslass. Dadurch wird eine gute Kühlung der Ladeluft auch dann noch erreicht, wenn sie bereits teilweise abgekühlt ist, da der verringerte Abstand die Kontaktfläche zur Wärmeübertragung zwischen Ladeluft und Kühlkanälen 3 vergrößert. 3 shows a side view of the intercooler 1. The intercooler is designed in such a way that a wall thickness 6 of the hollow cylinder tapers from the inlet 4 to the outlet 5. The wall thickness 17 at the inlet 4 is therefore greater than at the outlet 5. As a result, the distance between the cooling channels at the inlet 4.17 is greater than at the outlet 5.18 and the distance decreases continuously from the inlet 4 in the direction of the outlet. As a result, good cooling of the charge air is also achieved when it has already partially cooled, since the reduced distance increases the contact surface for heat transfer between the charge air and the cooling ducts 3 .

4 zeigt den AGR Mischer 8. Der AGR Mischer 8 umfasst eine Ladeluftleitung 9 sowie eine erste 10 und eine zweite 20 AGR Leitung. Wie in 5 gezeigt, umgibt die erste AGR Leitung 10 eine erste 13 und die zweite AGR Leitung 20 eine zweite 14 Seite der Ladeluftleitung 9. 4 shows the EGR mixer 8. The EGR mixer 8 includes a charge air line 9 and a first 10 and a second 20 EGR line. As in 5 shown, the first EGR line 10 surrounds a first 13 and the second EGR line 20 a second 14 side of the charge air line 9.

Die erste 13 und die zweite 14 Seite der Ladeluftleitung 9 umfassen jeweils Venturidüsen 11, die ausgebildet sind, die Ladeluftleitung 9 und die AGR Leitungen 10,20 zu verbinden. So kann Abgas aus den AGR Leitungen 10,20 in die Ladeluftleitung 9 gesaugt und mit der Ladeluft vermischt werden.The first 13 and the second 14 side of the charge air line 9 each include Venturi nozzles 11, which are designed to connect the charge air line 9 and the EGR lines 10,20. So exhaust gas from the EGR lines 10,20 can be sucked into the charge air line 9 and mixed with the charge air.

Die Venturidüsen 11 sind mit einem rechteckigen Querschnitt in einem verjüngten Bereich 12 ausgeführt und sind äquidistant angeordnet. Dabei sind die Venturidüsen 11 der ersten Seite 13 versetzt zu den Venturidüsen 11 der zweiten Seite 14 der Ladeluftleitung 9 angeordnet, so dass das durch eine Venturidüse 11 der ersten Seite in die Ladeluftleitung 9 gesaugte Abgas durch gegenüberliegende Venturidüsen 11 angesaugtes Abgas möglichst wenig beeinflusst.The Venturi nozzles 11 are designed with a rectangular cross section in a tapered area 12 and are arranged equidistantly. The Venturi nozzles 11 on the first side 13 are arranged offset to the Venturi nozzles 11 on the second side 14 of the charge air line 9, so that the exhaust gas sucked through a Venturi nozzle 11 on the first side into the charge air line 9 has as little influence as possible on the exhaust gas sucked in through opposite Venturi nozzles 11.

6 zeigt den Stutzen 15 zum Ansaugen von Frischluft. Der Stutzen 15 ist mit einer Aufweitung ausgebildet und mit dem Ladeluftkühler 1 so verbunden, dass die angesaugte Frischluft über die axiale Länge des Einlasses 4 des Ladeluftkühlers 1 verteilt ist. Dadurch kann eine Ungleichförmigkeit der Stömung im Ladeluftkühler verringert werden, wodurch ein gleichmäßigeres und verbessertes Kühlen der Ladeluft erreicht wird. 6 shows the nozzle 15 for sucking in fresh air. The connecting piece 15 is designed with a widening and is connected to the charge air cooler 1 in such a way that the fresh air drawn in is distributed over the axial length of the inlet 4 of the charge air cooler 1 . As a result, non-uniformity in the flow in the charge air cooler can be reduced, as a result of which more uniform and improved cooling of the charge air is achieved.

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  • US 2010258096 AA [0002]US2010258096AA[0002]

Claims (10)

Ladeluftkühler (1) für einen Ansaugkrümmer (2), umfassend Kühlkanäle (3), wobei die Kühlkanäle (3) mit einem elliptischen Querschnitt ausgeführt sind.Charge air cooler (1) for an intake manifold (2), comprising cooling ducts (3), the cooling ducts (3) being designed with an elliptical cross section. Ladeluftkühler (1) nach Anspruch 1, wobei der Ladeluftkühler (1) zylinderförmig ausgebildet ist, die Kühlkanäle (3) in axialer Richtung im Ladeluftkühler (1) angeordnet sind und der Ladeluftkühler (1) ausgebildet ist, die Ladeluft in radialer Richtung zu führen.Intercooler (1) after claim 1 , wherein the charge air cooler (1) is cylindrical, the cooling channels (3) are arranged in the axial direction in the charge air cooler (1) and the charge air cooler (1) is designed to guide the charge air in the radial direction. Ladeluftkühler (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ladeluftkühler (1) als Hohlzylinder ausgeführt ist, wobei der Hohlzylinder weniger als 360° umfasst, wodurch der Hohlzylinder zwei axiale Flächen umfasst, wobei die erste axiale Fläche (4) als Einlass der Ladeluft und die zweite axiale Fläche (5) als Auslass der Ladeluft ausgeführt ist und wobei der Holzylinder so ausgeführt ist, dass sich eine Wanddicke (6) des Hohlzylinders vom Einlass (4) zum Auslass (5) hin verjüngt.Intercooler (1) after claim 1 or 2 , wherein the intercooler (1) is designed as a hollow cylinder, the hollow cylinder encompassing less than 360°, whereby the hollow cylinder encompasses two axial surfaces, the first axial surface (4) serving as the inlet for the charge air and the second axial surface (5) serving as the Outlet of the charge air is carried out and the hollow cylinder is designed in such a way that a wall thickness (6) of the hollow cylinder tapers from the inlet (4) to the outlet (5). Ladeluftkühler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kühlkanäle (3) Rippen (7) umfassen.Intercooler (1) according to one of the preceding claims, wherein the cooling channels (3) comprise ribs (7). Ansaugkrümmer (2) umfassend einen Ladeluftkühler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und einen AGR Mischer (8), wobei der AGR Mischer (8) eine Ladeluftleitung (9) und eine AGR Leitung (10) umfasst, wobei eine Wand der Ladeluftleitung (9) eine Venturidüse (11) umfasst und die Venturidüse (11) ausgebildet ist, die Ladeluftleitung (9) und die AGR Leitung (10) zu verbinden.Intake manifold (2) comprising an intercooler (1) according to one of the preceding claims and an EGR mixer (8), wherein the EGR mixer (8) comprises a charge air line (9) and an EGR line (10), wherein a wall of the charge air line ( 9) comprises a venturi nozzle (11) and the venturi nozzle (11) is designed to connect the charge air line (9) and the EGR line (10). Ansaugkrümmer (2) nach Anspruch 5, wobei die Venturidüse (11) mit einem rechteckigen Querschnitt in einem verjüngten Bereich (12) ausgeführt ist.intake manifold (2) after claim 5 , wherein the Venturi nozzle (11) is designed with a rectangular cross-section in a tapered area (12). Ansaugkrümmer (2) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Ladeluftleitung (9) mehrere Venturidüsen (11) umfasst und die Venturidüsen (11) äquidistant angeordnet sind.intake manifold (2) after claim 5 or 6 , wherein the charge air line (9) comprises a plurality of venturi nozzles (11) and the venturi nozzles (11) are arranged equidistantly. Ansaugkrümmer (2) nach Anspruch 7, wobei die AGR Leitung (10) so ausgebildet ist, dass sie eine erste (13) und eine zweite (14) Seite der Ladeluftleitung (9) umgibt, und wobei ein Teil der Venturidüsen (11) auf der ersten Seite (13) und der andere Teil der Venturidüsen auf der zweiten Seite (14) angeordnet ist.intake manifold (2) after claim 7 , wherein the EGR line (10) is formed in such a way that it surrounds a first (13) and a second (14) side of the charge air line (9), and wherein a part of the venturi nozzles (11) on the first side (13) and the other part of the venturi nozzles is arranged on the second side (14). Ansaugkrümmer (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, umfassend einen Stutzen (15) zum Ansaugen von Frischluft, wobei der Stutzen (15) so ausgebildet und mit dem Ladeluftkühler (1) verbunden ist, dass die angesaugte Frischluft über die axiale Länge des Einlasses (4) des Ladeluftkühlers (1) verteilt ist.Intake manifold (2) according to one of Claims 5 until 8th , comprising a socket (15) for sucking in fresh air, the socket (15) being designed and connected to the charge air cooler (1) in such a way that the fresh air drawn in is distributed over the axial length of the inlet (4) of the charge air cooler (1). . Ansaugkrümmer (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei Ansaugkrümmer (2), Ladeluftkühler (1) und AGR Mischer (8) als ein Bauteil ausgeführt sind.Intake manifold (2) according to one of Claims 5 until 9 , whereby the intake manifold (2), intercooler (1) and EGR mixer (8) are designed as one component.
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