DE102021204938A1

DE102021204938A1 - Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug mit einem Ansaugtrakt zum Ansaugen von Luft in den Verbrennungsmotor und Kühlsystem zum Kühlen des Ansaugtraktes mittels eines Kühlmediums

Info

Publication number: DE102021204938A1
Application number: DE102021204938.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Reichardt; Jan Bolda; Stefan Lucke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2022-11-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ansaugtrakt (10) zum Ansaugen von Luft in den Verbrennungsmotor und einem Kühlsystem (34) zum Kühlen des Ansaugtrakts (10) wobei der Ansaugtrakt (10) einen in einem Gehäuse (16) angeordneten Luftfilter (18) zum Filtern der angesaugten Luft aufweist. Der Ansaugtrakt (10) weist einen kühlbaren Abschnitt (32) auf, wobei der kühlbare Abschnitt (32) mittels eines in einem Kühlreislauf geführten Kühlmediums des Kühlsystems (34) kühlbar ist, wobei der kühlbare Abschnitt (32), zumindest teilweise, stromabwärts des Luftfilters (18) bezogen auf die Strömungsrichtung der angesaugten Luft angeordnet ist und sich, zumindest zum Teil, über zumindest einen Teil des Gehäuses (16) des Luftfilters (18) des Ansaugtrakts (10) und/oder zumindest einen Teil einer Leitung (20) des Ansaugtrakts (10) zum Leiten der angesaugten Luft in Richtung der Saugrohrbrücke (29) des Verbrennungsmotors erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug mit einem Ansaugtrakt zum Ansaugen von Luft in den Verbrennungsmotor und einem Kühlsystem zum Kühlen des Ansaugtraktes mittels eines Kühlmediums.
Verbrennungsmotoren weisen in aller Regel einen Ansaugtrakt auf. Dieser besteht aus einer Reihe von Bauteilen, die die Verbrennungsluft zu den Brennräumen des Verbrennungsmotors leiten. In der Regel tritt die Verbrennungsluft durch eine Ansaugöffnung in den Ansaugtrakt ein. Daraufhin wird sie zu einem Luftfilter geleitet, der dazu dient, die angesaugte Luft zu reinigen. Bei modernen Verbrennungsmotoren weist der Ansaugtrakt häufig auch einen Verdichter auf, der zum Verdichten der angesaugten Luft dient. Nach dem Passieren des Ansaugtraktes gelangt die angesaugte Luft in den Brennraum.
Aufgrund der im Motorraum moderner Kraftfahrzeuge vorherrschenden Temperaturen heizt sich die Verbrennungsluft dabei beim Passieren des Ansaugtraktes bereits signifikant auf, bevor sie die Brennräume erreicht. Die damit verbundene thermische Ausdehnung der angesaugten Luft führt insbesondere dazu, dass ein vorhandener Verdichter eine längere Zeit benötigt, um die gleiche Luftmenge zu komprimieren. Allerdings ist auch bei Saugmotoren, die keinen Verdichter aufweisen, der Luftfüllungsgrad aufgrund der thermischen Ausdehnung der angesaugten Luft reduziert. Im Ergebnis wird daher eine höhere Drehzahl des Verdichters benötigt, es entsteht eine höhere Verdichtungstemperatur, beides wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad, insbesondere des Verdichters, und damit auf den Verbrauch des Verbrennungsmotors aus. Darüber hinaus wird der häufig vorhandene Ladeluftkühler, der der Temperaturerhöhung der angesaugten Luft bei deren Verdichtung entgegenwirken soll, um eine Befüllung der Brennräume mit einer größeren Luftmenge zu ermöglichen, stärker belastet. Eine weitere negative Auswirkung ist eine Verzögerung des Ansprechverhaltens des Motors. Diese liegt zwar im Bereich von Millisekunden, ist aber als sogenannte Hesitation mess- und spürbar, so dass es zu einem Performance-Verlust beim „Gasgeben“ kommt.
Um diesen Nachteilen entgegenzuwirken, sind bereits Ansätze entwickelt worden, um den Ansaugtrakt eines derartigen Verbrennungsmotors zu kühlen.
So offenbart die DE 10 2015 119 851 A1 einen Verbrennungsmotor mit einem mittels eines Verdampfers gekühlten Ansaugtrakt. Damit können zwar sehr niedrige Temperaturen der angesaugten Luft erzeugt werden, jedoch ist der Betrieb eines derartigen Verdampfers für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs im Alltagsbetrieb nicht praktikabel.
Die JP 2012-149633 A beschreibt die Möglichkeit, den Ansaugtrakt mittels einer Luftströmung zu kühlen. Diese kann mittels eines Gebläses erzeugt werden. Alternativ kann durch den Fahrtwind aufgestaute Luft mittels geeignet angeeigneter strömungsleitender Bauteile aufgefangen und zum Ansaugtrakt geleitet werden, um diesen zu kühlen. Eine derartige Lösung ist jedoch in den oftmals sehr beengten Motorräumen moderner Kraftfahrzeuge nur eingeschränkt praktikabel.
Die KR 199 800 37727 U offenbart schließlich die Möglichkeit, einen unmittelbar hinter der Ansaugöffnung liegenden Teil des Ansaugtraktes, der die angesaugte Luft zum Luftfilter führt, mit einer Kühlschlange zu umwickeln. Das Konzept konnte sich in der Praxis jedoch nicht durchsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug mit einem Ansaugtrakt zum Ansaugen von Luft in den Verbrennungsmotor und einem Kühlsystem zum Kühlen des Ansaugtrakts aufzuzeigen, welches eine effiziente und praxistaugliche Lösung für das Problem der Aufheizung der im Ansaugtrakt zum Verdichter geleiteten Luft aufzeigt.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug mit der Merkmalskombination des unabhängigen Anspruchs 1. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
Der Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug weist einen Ansaugtrakt zum Ansaugen von Luft in den Verbrennungsmotor und ein Kühlsystem zum Kühlen des Ansaugtrakts auf. Hierbei weist der Ansaugtrakt einen in einem Gehäuse angeordneten Luftfilter zum Filtern der angesaugten Luft auf. Der Ansaugtrakt weist einen kühlbaren Abschnitt auf. Der kühlbare Abschnitt ist mittels eines in einem Kühlkreislauf geführten Kühlmediums des Kühlsystems kühlbar. Der kühlbare Abschnitt ist, zumindest teilweise, stromabwärts des Luftfilters bezogen auf die Strömungsrichtung der angesaugten Luft angeordnet. Der kühlbare Abschnitt erstreckt sich, zumindest zum Teil, über zumindest einen Teil des Gehäuses des Luftfilters des Ansaugtraktes und/oder zumindest einen Teil einer Leitung des Ansaugtraktes zum Leiten der angesaugten Luft in Richtung der Saugrohrbrücke des Verbrennungsmotors. Die Saugrohrbrücke wird in der Praxis auch als Ansaugkrümmer bezeichnet.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Kühlung eines solchen stromabwärts des Luftfilters angeordneten Abschnitts des Ansaugtraktes, der sich, zumindest teilweise, über zumindest einen Teil des Gehäuses des Luftfilters und/oder eine entsprechende Leitung erstreckt, mittels eines in einem kühlkreislauf geführten Kühlmediums eine effiziente Kühlung der angesaugten Luft bewerkstelligen lässt, die sich positiv auf die Hesitation und den Wirkungsgrad, insbesondere des Verdichters, auswirkt. Unter einem zumindest teilweise stromabwärts des Luftfilters und stromaufwärts des Verdichters bezogen auf die Strömungsrichtung der angesaugten Luft angeordneten kühlbaren Abschnitt des Kühlsystems ist in diesem Zusammenhang insbesondere zu verstehen, dass sich der kühlbare Abschnitt auch über andere Bereiche des Ansaugtraktes erstreckt, jedoch zumindest ein Teil des kühlbaren Abschnitts stromabwärts des Luftfilters angeordnet ist. Es hat sich herausgestellt, dass eine Erhöhung der Temperatur der angesaugten Luft und/oder des die Luft führenden Ansaugtraktes insbesondere stromabwärts des Luftfilters feststellbar ist. Daher ist es besonders effizient, den Ansaugtrakt in diesem Abschnitt zu kühlen. Die Kühlung mittels eines in einem Kühlkreislauf geführten Kühlmediums kann in diesem Zusammenhang für die nötige Kühlkapazität sorgen und erlaubt eine Realisierung der Kühlung auch unter beengten Raumverhältnissen.
Bei dem Kühlmedium kann es sich insbesondere um eine Kühlflüssigkeit und/oder ein Kältemittel handeln. Unter einer Kühlflüssigkeit ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Kühlmedium zu verstehen, das im Kühlkreislauf einphasig in flüssiger Phase vorliegt. Unter einem Kältemittel ist insbesondere ein Kühlmedium zu verstehen, bei dem es im Regelbetrieb des Verbrennungsmotors zu Phasenübergängen kommt, während das Kältemittel den Kühlkreislauf durchläuft.
Der Verbrennungsmotor kann einen bezogen auf die Strömungsrichtung der angesaugten Luft stromabwärts des Luftfilters angeordneten Verdichter zum Verdichten der angesaugten Luft aufweisen. Bei dem Verdichter kann es sich beispielsweise um einen Abgasturbolader handeln. Der kühlbare Abschnitt kann insbesondere stromaufwärts des Verdichters bezogen auf die Strömungsrichtung der angesaugten Luft angeordnet sein.
Es hat sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass insbesondere eine Kühlung mittels eines Kühlmediums in dem Bereich des Ansaugtraktes stromabwärts des Luftfilters und stromaufwärts eines Verdichters besonders effektiv ist. Aufgrund der Steigerung des Wirkungsgrades des Verdichters ist es effektiv, um den gewünschten Effekt zu erzielen, die angesaugte Luft bereits vor dem Erreichen des Verdichters abzukühlen bzw. durch die Kühlung des kühlbaren Abschnitts des Ansaugtraktes zumindest einer Aufheizung der angesaugten Luft entgegen zu wirken.
Der mittels des Kühlsystems kühlbare Abschnitt des Ansaugtraktes kann einen mit dem Kühlmittel durchströmbaren Doppelmantel aufweisen.
Ein derartiger Doppelmantel führt zu einer guten Wärmeleitung zwischen der im Inneren des Ansaugtraktes geführten angesaugten Luft und dem Kühlmedium, das den Doppelmantel durchströmt.
Der kühlbare Abschnitt kann eine Mehrzahl unabhängig voneinander mit dem Kühlmedium des Kühlsystems kühlbare Unterabschnitte aufweisen. In diesem Zusammenhang kann der zum kühlbaren Abschnitt geführte Kühlmediumsstrom in eine Mehrzahl Kühlmittel-Teilströme aufgeteilt werden, von denen jeweils ein Kühlmittel-Teilstrom einen der kühlbaren Unterabschnitte durchströmt. Mit anderen Worten können eine Mehrzahl kühlbare Unterabschnitte eines kühlbaren Abschnitts parallel zueinander im Kühlkreislauf geschaltet sein.
Ein kühlbarer Abschnitt mit einer Mehrzahl kühlbarer Unterabschnitte kann insbesondere dadurch realisiert sein, dass ein mit dem Kühlmedium durchströmbarer Doppelmantel eine Mehrzahl voneinander getrennter Doppelmantelsegmente aufweist, die jeweils unabhängig voneinander mit dem Kühlmedium durchströmbar sind.
Der mittels des Kühlsystems kühlbare Abschnitt des Luftansaugtraktes kann sich zumindest zum Teil über zumindest einen Teil eines Gehäuses des Luftfilters des Ansaugtraktes erstrecken. Es hat sich herausgestellt, dass die angesaugte Luft besonders effizient gekühlt werden kann, wenn das Gehäuse des Luftfilters von der Kühlung betroffen ist. Ohne eine entsprechende Kühlung erhitzt sich die angesaugte Luft insbesondere bei dem Durchtritt durch den Luftfilter. Dem kann durch eine entsprechende Kühlung, die auch auf das Gehäuse des Luftfilters einwirkt, entgegengewirkt werden. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil des Gehäuses des Luftfilters über einen mit dem Kühlmedium durchströmbaren Doppelmantel verfügt.
Der mittels des Kühlsystems kühlbare Abschnitt des Luftansaugtraktes kann sich zumindest zum Teil über zumindest einen Teil einer Leitung des Ansaugtraktes zum Leiten der angesaugten Luft in Richtung der Brennräume erstrecken. Es hat sich gezeigt, dass derartige Leitungen im Betrieb des Kraftfahrzeugs eine vergleichsweise hohe Temperatur erreichen können. Dies führte dazu, dass Wärme auf die angesaugte Luft, die durch derartige Leitungsabschnitte strömt, übertragen wird. Durch eine Kühlung dieser Leitungen bzw. Leitungsabschnitte kann dieser Effekt zumindest vermindert werden. Die Leitung kann hierfür, zumindest teilweise, einen mit dem Kühlmedium durchströmbaren Doppelmantel aufweisen. Andere Gestaltungen, beispielsweise die Umwicklung der Leitung mit einer Kühlschlange, sind jedoch ebenfalls denkbar.
Vorzugsweise ist das Kühlmedium in dem kühlbaren Abschnitt des Luftansaugtraktes in Relation zur angesaugten Luft in Gegenstrom und/oder Kreuzgegenstrom geführt. Eine derartige Gegenstromführung hat den Vorteil, dass das Kühlmedium, das sich beim Durchströmen des kühlbaren Abschnitts des Luftansaugtraktes erwärmt, an dem Ende des kühlbaren Abschnitts des Ansaugtraktes ihre niedrigste Temperatur aufweist, an dem die angesaugte Luft den kühlbaren Abschnitt des Luftansaugtraktes verlässt. Dies führt dazu, dass der kühlbare Abschnitt des Luftansaugtraktes, dessen Temperatur im Wesentlichen von der lokalen Temperatur des Kühlmediums bestimmt wird, eine niedrige, insbesondere seine niedrigste Temperatur an dem Ende aufweist, an dem die angesaugte Luft ihn verlässt. Es hat sich gezeigt, dass sich mit einer derartigen gegenläufigen Strömung von angesaugter Luft und Kühlmedium eine effizientere Kühlung des Ansaugtraktes ermöglichen, insbesondere eine niedrigere Temperatur der angesaugten Luft beim Austritt aus dem kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes erreichen lässt. Alternativ und/oder ergänzend ist eine andere Strömungsführung, beispielsweise eine Führung des Kühlmediums im Gleichstrom, ebenfalls möglich und kann unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise aufgrund einer vorteilhaften Bauraumausnutzung, ebenfalls vorteilhaft sein.
Bei dem Kühlsystem kann es sich um ein Kühlsystem mit einem Niedertemperaturkühler bzw. ein Niedertemperaturkühlsystem handeln. Kühlsysteme mit Niedertemperaturkühlern bzw. Niedertemperatur-Kühlsysteme zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie dazu ausgebildet sind, die zu kühlenden Elemente eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug auf eine Temperatur von weniger als 90°C zu kühlen. Während übliche Wasserkühlsysteme von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen dazu ausgebildet sind, den Verbrennungsmotor, insbesondere den Motorblock und den Zylinderkopf, mit einer konstanten KühlmediumsTemperatur von insbesondere 90°C zu kühlen, um eine für den Betrieb des Motors optimale konstante Temperatur zu gewährleisten, ist es im Fall der vorliegenden Erfindung wünschenswert, wenn die angesaugte Luft beim Eintritt in die Brennräume und insbesondere in den Verdichter eine möglichst niedrige Temperatur aufweist. Unter dem Niedertemperaturkühlsystem ist insbesondere ein vom Motorkühlsystem des Verbrennungsmotors unabhängiges Kühlsystem mit eigenem Kühlmediumskreislauf zu verstehen, das über einen eigenen Wärmetauscher (den Niedertemperaturkühler) zum Abführen der Wärme an die Umgebungsluft verfügt. Dieser Wärmetauscher ist vorteilhafterweise im Kraftfahrzeug-Frontend so angeordnet, dass er von der Umgebungsluft direkt angeströmt wird, bevor diese einen Wärmetauscher des Motorkühlsystems, den Motorkühler erreicht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Wärmetauscher des Niedertemperaturkühlsystems von der Umgebungsluft mit einer möglichst niedrigen Temperatur angeströmt wird, da diese noch nicht durch den Wärmetauscher des Motorkühlkreislaufs aufgewärmt worden ist. Dies heißt, dass der Wärmetauscher des NiedertemperaturKühlsystems insbesondere auf die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Vorwärtsfahrt bezogen vor dem Wärmetauscher des Motorkühlsystems, über den dieser seine Wärme an die Umgebungsluft abgibt, angeordnet ist.
Das Kühlsystem ist insbesondere dazu ausgebildet, das Kühlmedium am Austritt des Wärmetauschers mit einer Kühlmediumstemperatur, die höchstens 25°C über der Umgebungstemperatur liegt, bereitzustellen. Dies bedeutet insbesondere, dass das Kühlsystem dazu ausgelegt ist, das Kühlmedium am Austritt des Wärmetauschers im Dauerbetrieb des Verbrennungsmotors mit einer Kühlmediumstemperatur, die höchstens 25°C über der Umgebungstemperatur liegt, bereitzustellen.
Es hat sich herausgestellt, dass durch ein Kühlsystem, das dazu ausgelegt ist, das Kühlmedium mit einer derart geringen Kühlmediumstemperatur bereitzustellen, der Nutzen der vorliegenden Erfindung signifikant gesteigert wird.
Das Kühlmedium ist im Kühlsystem insbesondere so geführt, dass es von dem Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlmediums kommend zunächst einen indirekten Ladeluftkühler zum Kühlen der vom Verdichter verdichteten Luft kühlt, bevor es den kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes kühlt. Mit anderen Worten ist ein indirekter Ladeluftkühler in dem Kühlsystem dem kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes in Serie vorgeschaltet. Diese Anordnung ist dadurch vorteilhaft, dass der indirekte Ladeluftkühler durch das Kühlmedium mit einer möglichst niedrigen Temperatur bzw. auf eine möglichst niedrige Temperatur gekühlt wird. Dies hat eine positive Auswirkung auf die Gesamteffizienz des Verbrennungsmotors. Alternativ und/oder ergänzend kann der kühlbare Abschnitt dem indirekten Ladeluftkühler in Serie vorgeschaltet sein.
Das Kühlmedium kann im Kühlsystem so geführt sein, dass sie vom kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes kommend zunächst den Verdichter kühlt, bevor sie in dem Wärmetauscher gekühlt wird. Mit anderen Worten kann die Kühlung des Verdichters im Kühlsystem dem kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes in Serie nachgeschaltet sein. Es hat sich gezeigt, dass sich das Kühlsystem in vorteilhafter Weise so auslegen lässt, dass das Kühlmedium, nachdem es den kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes gekühlt hat, noch eine ausreichend niedrige Temperatur aufweist, um noch den Verdichter zu kühlen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Kühlmedium zunächst den integrierten Ladeluftkühler, dann den kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes und danach ein weiteres kühlbares Bauteil, insbesondere den Verdichter, kühlen. Mit anderen Worten können der integrierte Ladeluftkühler, der kühlbare Abschnitt des Ansaugtraktes und die Kühlung eines weiteren kühlbaren Bauteils, insbesondere des Verdichters, im Kühlsystem hintereinander in Serie geschaltet sein.
Alternativ und/oder ergänzend ist es möglich, dass das Kühlmedium im Kühlsystem so geführt ist, dass ein vom Wärmetauscher des Kühlsystems kommender Kühlmediumsstrom auf zwei Kühlmediums-Teilströme aufgeteilt wird. Insbesondere kühlt einer der Kühlmediums-Teilströme den indirekten Ladeluftkühler und der andere Kühlmediums-Teilstrom den kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes. Insbesondere kann dem Kühlmediums-Teilstrom, der den kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes kühlt, zunächst den kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes und danach den Verdichter kühlen. Mit anderen Worten sind der indirekte Ladeluftkühler und der kühlbare Abschnitt des Ansaugtraktes im Kühlsystem parallel zueinander geschaltet. Eine derartige Führung des Kühlmediums im Kühlsystem hat den Vorteil, dass das Kühlmedium sowohl am Kühlmediumseintritt des kühlbaren Abschnitts, als auch am Kühlmediumseintritt des indirekten Ladeluftkühlers mit einer sehr niedrigen Temperatur bereitgestellt werden kann.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ansaugtraktes mit einem kühlbaren Abschnitt und einem Verdichter,
2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ansaugtraktes mit einem in Unterabschnitte unterteilten kühlbaren Abschnitt und einem Verdichter,
3 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ansaugtraktes eines Saugmotors mit einem kühlbaren Abschnitt,
4 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ansaugtraktes eines Saugmotors mit einem in Unterabschnitte unterteilten kühlbaren Abschnitt,
5 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kühlsystems mit in Serie geschaltetem integriertem Ladeluftkühler und kühlbarem Abschnitt des Ansaugtraktes,
6 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kühlsystems mit einem zu einem integrierten Ladeluftkühler parallel geschalteten kühlbaren Abschnitt des Ansaugtraktes,
7 eine schematische Darstellung eines alternativen beispielhaften Kühlsystems mit in Serie geschaltetem integriertem Ladeluftkühler und kühlbarem Abschnitt des Ansaugtraktes,

In 1 ist schematisch ein Ansaugtrakt 10 eines Verbrennungsmotors dargestellt. Dieser kann wie im gezeigten Beispiel eine Ansaugöffnung 12 aufweisen. Von der Ansaugöffnung 12 kann die angesaugte Luft mittels einer Leitung 14 in ein Gehäuse 16 eines Luftfilters 18 geführt sein. Wie im gezeigten Beispiel kann eine weitere Leitung 20 das Gehäuse 16 des Luftfilters 18 mit einem Verdichter 22 zum Verdichten der angesaugten Luft verbinden. Bei dem Verdichter kann es sich um einen Abgasturbolader handeln. Wie im gezeigten Beispiel kann die vom Verdichter 22 verdichtete angesaugte Luft mittels einer weiteren Leitung 24 zu einem Ladeluftkühler 26 geführt werden. Vom Ladeluftkühler 26 wiederum kann wie dargestellt eine Leitung 28 die Luft zu den Brennräumen 30 des Verbrennungsmotors führen.
Wie im gezeigten Beispiel kann der Ansaugtrakt 10 einen Wasserabscheider 31 aufweisen. Ein derartiger Wasserabscheider 31 kann zu einer zusätzlichen Warmluftansaugung aus dem Motorraum führen. Eine Kühlung des Ansaugtraktes 10 ist daher im Zusammenhang mit einem solchen Wasserabscheider 31 besonders vorteilhaft.
Um die angesaugte Luft zu kühlen, weist der Ansaugtrakt 10 einen mittels eines Kühlmediums kühlbaren Abschnitt 32 auf. Der kühlbare Abschnitt 32 kann sich wie im gezeigten Beispiel zu einem Teil über einen Teil des Gehäuses 16 des Luftfilters 18 und zu einem Teil über einen Teil einer Leitung 20 des Ansaugtraktes 10 zum Leiten der angesaugten Luft von dem Luftfilter 18 zu dem Verdichter 22 erstrecken. Der kühlbare Abschnitt kann dadurch realisiert sein, dass Gehäuse 16 und Leitung 20 im Bereich des kühlbaren Abschnitts 32 einen Doppelmantel aufweisen, der mit dem Kühlmedium durchströmbar ist.
Wie im gezeigten Beispiel dargestellt kann der kühlbare Abschnitt 32 einen Kühlmediumseinlass 33 aufweisen. Durch den Kühlmediumseinlass 33 kann das Kühlmedium aus dem Kühlsystem 34 in den kühlbaren Abschnitt 32 einströmen. Weiterhin kann, wie in 1 beispielhaft dargestellt, der kühlbare Abschnitt 32 einen Kühlmediumsauslass 35 aufweisen. Durch den Kühlmediumsauslass 35 kann das Kühlmedium aus dem kühlbaren Abschnitt 32 austreten. Wie beispielhaft dargestellt können der Kühlmediumseinlass 33 und der Kühlmediumsauslass 35 so angeordnet sein, dass das Kühlmedium den kühlbaren Abschnitt 32 relativ zu der angesaugten Luft im Gegenstrom durchströmt.
Wie in 2 beispielhaft dargestellt, kann der Ansaugtrakt 10 auch eine Mehrzahl Abschnitte 32 aufweisen. Im gezeigten Beispiel erstreckt sich ein kühlbarer Abschnitt 32 über eine Leitung zum Leiten der angesaugten Luft in Richtung der Saugrohrbrücke 29 des Verbrennungsmotors, die stromabwärts des Verdichters 22 und stromaufwärts des Ladeluftkühlers 26 bezogen auf die Strömungsrichtung der angesaugten Luft angeordnet ist. Ein weiterer beispielhaft dargestellter kühlbarer Abschnitt 32 kann wie dargestellt in seiner Anordnung dem in 1 beispielhaft dargestellten kühlbaren Abschnitt 32 entsprechen.
In den 3 und 4 sind beispielhafte Ansaugtrakte 10 von Verbrennungsmotoren dargestellt, bei denen es sich um Saugmotoren handelt. Die in den 3 und 4 dargestellten beispielhaften Ansaugtrakte 10 unterscheiden sich von dem in 1 dargestellten Ansaugtrakt 10 insbesondere dadurch, dass sie weder einen Verdichter 22, noch einen Ladeluftkühler 26 aufweisen.
Die in den 3 und 4 jeweils dargestellten beispielhaften kühlbaren Abschnitte 32 erstrecken sich jeweils zum Teil über einen Teil des jeweiligen Gehäuses 16 des Luftfilters 18 des jeweiligen Ansaugtraktes 10 und über einen Teil einer Leitung 20 des jeweiligen Ansaugtraktes 10 zum Leiten der angesaugten Luft in Richtung der jeweiligen Saugrohrbrücke 29 des jeweiligen Verbrennungsmotors.
Der kühlbare Abschnitt 32 des Ansaugtraktes 10 kann in eine Mehrzahl unabhängig voneinander mit dem Kühlmedium des Kühlsystems 34 kühlbare Unterabschnitte unterteilt sein. Die in den 2 und 4 beispielhaft dargestellten Ansaugtrakte 10 weisen derartig gestaltete kühlbare Abschnitte 32 auf. In den 2 und 4 ist dies dadurch dargestellt, dass die entsprechenden kühlbaren Abschnitte 32 jeweils eine Mehrzahl Kühlmediumseinlässe 33 und eine Mehrzahl Kühlmediumsauslässe 35 aufweisen.
Der Ansaugtrakt 10 kann einen Luftmassenstrommesser 37 zum Messen des Massenstroms der angesaugten Luft aufweisen. Dieser kann wie in 1 beispielhaft gezeigt im Bereich des kühlbaren Abschnitts 32 angeordnet sein. Der Luftmassenstrommesser 37 kann beispielsweise ein Heißfilmmanometer sein.
Wie in 5 dargestellt, kann das Kühlsystem 34 zum Kühlen des kühlbaren Abschnitts 32 einen Wärmetauscher 36 aufweisen. Der Wärmetauscher 36 kann als Niedertemperaturkühler ausgestaltet sein und dient zum Kühlen des Kühlmediums des Kühlsystems 34. Das Kühlsystem 34 kann eine Pumpe 38 zum Pumpen des Kühlmediums aufweisen. Bei der Pumpe 38 kann es sich wie im gezeigten Beispiel um eine elektrische Pumpe handeln.
Im Fall des in 5 gezeigten Kühlsystems 34 ist das Kühlmedium im Kühlsystem 34 so geführt, dass es mittels der Pumpe 38 von dem Wärmetauscher 36 kommend zunächst einen indirekten Ladeluftkühler 26 kühlt, bevor es den kühlbaren Abschnitt 32 des Ansaugtraktes 10 kühlt. Wie in dem in 5 gezeigten Beispiel kann das Kühlmedium in dem Kühlsystem 34 so geführt sein, dass es vom kühlbaren Abschnitt 32 des Ansaugtraktes 10 kommend zunächst ein weiteres kühlbares Bauteil 23, bei dem es sich um den in den 1 und 2 beispielhaft dargestellten Verdichter 22 handeln kann, kühlt, bevor es in dem Wärmetauscher 36 gekühlt wird. Mit anderen Worten können wie im Fall des in 5 gezeigten Kühlsystems der integrierte Ladeluftkühler, der kühlbare Abschnitt 32 des Ansaugtraktes 10 und die Kühlung eines weiteren kühlbaren Bauteils 23, insbesondere des Verdichters 22, hintereinander in Serie geschaltet sein.
In 6 ist eine alternative Gestaltung eines Kühlsystems 34 gezeigt. Auch dieses weist eine Pumpe 38 auf. Bei dieser kann es sich um eine elektrische Pumpe handeln. Weiter weist das in 6 beispielhaft gezeigte Kühlsystem ebenfalls einen Wärmetauscher 36 zum Kühlen des Kühlmediums auf. Dieser kann ebenfalls als Niedertemperaturkühler ausgebildet sein. Das Kühlmedium ist in dem in 6 beispielhaft gezeigten Kühlsystem 34 so geführt, dass ein vom Wärmetauscher 36 des Kühlsystems 34 kommender Kühlmediumsstrom 40 auf zwei Kühlmediums-Teilströme 42 und 44 aufgeteilt wird. Der Kühlmediums-Teilstrom 42 kühlt in dem in 6 gezeigten beispielhaften Kühlsystem 34 insbesondere den integrierten Ladeluftkühler 26. Der Kühlmediums-Teilstrom 44 kann wie in dem in 6 beispielhaft gezeigten Kühlsystem 34 zunächst den kühlbaren Abschnitt 32 des Ansaugtrakts 10 kühlen. Wie in 3 beispielhaft dargestellt, kann das Kühlmedium in dem Kühlsystem 34 so geführt sein, dass es von dem kühlbaren Abschnitt 32 des Ansaugtraktes 10 kommend zunächst ein weiteres kühlbares Bauteil 23, insbesondere den Verdichter 22, kühlt, bevor es in dem Wärmetauscher 36 gekühlt wird. Mit anderen Worten sind in dem in 3 gezeigten Beispiel der kühlbare Abschnitt 32 und gegebenenfalls die Kühlung des weiteren kühlbaren Bauteils 23, insbesondere des Verdichters 22, in Reihe hintereinander und gemeinsam parallel zu dem integrierten Ladeluftkühler 26 geschaltet.
Im Fall des in 7 gezeigten Kühlsystems 34 ist das Kühlmedium im Kühlsystem 34 so geführt, dass es mittels der Pumpe 38 von dem Wärmetauscher 36 kommend zunächst den kühlbaren Abschnitt 32 des Ansaugtraktes 10 kühlt, bevor es einen indirekten Ladeluftkühler 26 kühlt. Wie in dem in 7 gezeigten Beispiel kann das Kühlmedium in dem Kühlsystem 34 so geführt sein, dass es vom kühlbaren Abschnitt 32 des Ansaugtraktes 10 kommend zunächst ein weiteres kühlbares Bauteil 23, bei dem es sich um den in den 1 und 2 beispielhaft dargestellten Verdichter 22 handeln kann, kühlt, bevor es den indirekten Ladeluftkühler 26 kühlt. Wie in dem in 7 gezeigten Beispiel kann das Kühlmedium in dem Kühlsystem 34 so geführt sein, dass es vom indirekten Ladeluftkühler kommend zunächst ein weiteres kühlbares Bauteil 23, bei dem es sich um den in den 1 und 2 beispielhaft dargestellten Verdichter 22 handeln kann, kühlt, bevor es in dem Wärmetauscher 36 gekühlt wird. Mit anderen Worten können wie im Fall des in 7 gezeigten Kühlsystems der kühlbare Abschnitt 32 des Ansaugtraktes 10, der integrierte Ladeluftkühler und gegebenenfalls die Kühlung weiterer kühlbarer Bauteile 23, insbesondere des Verdichters 22, hintereinander in Serie geschaltet sein.
In den 5 bis 7 sind durch gestrichelte Linien alternative und/oder ergänzende Möglichkeiten der Führung der Kühlmediumsströme dargestellt. So kann insbesondere der zu dem kühlbaren Abschnitt 32 führende kühlbare Kühlmediumsstrom aufgeteilt und auf eine Mehrzahl kühlbarer Abschnitte 32 und/oder eine Mehrzahl Unterabschnitte eines kühlbaren Abschnitts 32 verteilt werden. Entsprechend kann das von den kühlbaren Abschnitten 32 und/oder den Unterabschnitten eines kühlbaren Abschnitts 32 kommende Kühlmedium jeweils zunächst ein weiteres kühlbares Bauteil 23 kühlen. Alternativ und/oder ergänzend können Kühlmittelströme, die von einer Mehrzahl kühlbarer Abschnitte 32 und/oder einer Mehrzahl Unterabschnitte eines kühlbaren Abschnitts 32 kommen, zusammengeführt werden, bevor sie ein weiteres kühlbares Bauteil 23 gemeinsam kühlen.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Ansaugtrakt
12: Ansaugöffnung
14: Ansaugleitung
16: Gehäuse
18: Luftfilter
20: Ansaugleitung
22: Verdichter
23: weiteres kühlbares Bauteil
24: Leitung
26: Ladeluftkühler
28: Leitung
29: Saugrohrbrücke
30: Brennräume des Verbrennungsmotors
31: Wasserabscheider
32: Kühlbarer Abschnitt
33: Kühlmediumseinlass
34: Kühlsystem
35: Kühlmediumsauslass
36: Wärmetauscher
37: Luftmassenstrommesser
38: Pumpe
40: Kühlmediumsstrom
42: Kühlmediumsstrom
44: Kühlmediumsstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015119851 A1 [0005]
JP 2012149633 A [0006]
KR 19980037727 U [0007]

Claims

Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug, mit einem Ansaugtrakt (10) zum Ansaugen von Luft in den Verbrennungsmotor und einem Kühlsystem (34) zum Kühlen des Ansaugtrakts (10) wobei der Ansaugtrakt (10) einen in einem Gehäuse (16) angeordneten Luftfilter (18) zum Filtern der angesaugten Luft aufweist, wobei der Ansaugtrakt (10) einen kühlbaren Abschnitt (32) aufweist, wobei der kühlbare Abschnitt (32) mittels eines in einem Kühlreislauf geführten Kühlmediums des Kühlsystems (34) kühlbar ist, wobei der kühlbare Abschnitt (32), zumindest teilweise, stromabwärts des Luftfilters (18) bezogen auf die Strömungsrichtung der angesaugten Luft angeordnet ist und sich, zumindest zum Teil, über zumindest einen Teil des Gehäuses (16) des Luftfilters (18) des Ansaugtrakts (10) und/oder zumindest einen Teil einer Leitung (20) des Ansaugtrakts (10) zum Leiten der angesaugten Luft in Richtung der Saugrohrbrücke (29) des Verbrennungsmotors erstreckt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor einen bezogen auf die Strömungsrichtung der angesaugten Luft stromabwärts des Luftfilters (18) angeordneten Verdichter (22) zum Verdichten der angesaugten Luft aufweist und der kühlbare Abschnitt (32) stromaufwärts des Verdichters (22) bezogen auf die Strömungsrichtung der angesaugten Luft angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels des Kühlsystems (34) kühlbare Abschnitt (32) des Ansaugtraktes (10) einen mit dem Kühlmedium durchströmbaren Doppelmantel aufweist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kühlbare Abschnitt (32) eine Mehrzahl unabhängig voneinander mit dem Kühlmedium des Kühlsystems (34) kühlbare Unterabschnitte aufweist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium in dem kühlbaren Abschnitt (32) des Luftansaugtraktes (10) in Relation zur angesaugten Luft im Gegenstrom und/oder Kreuzgegenstrom geführt ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kühlsystem (34) um ein Niedertemperaturkühlsystem handelt.
Verbrennungsmotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (34) einen Wärmetauscher (36) zum Kühlen des Kühlmediums aufweist und dazu ausgebildet ist, das Kühlmedium am Austritt des Wärmetauschers (36) mit einer Kühlmediumstemperatur, die höchstens 25°C über der Umgebungstemperatur liegt, bereitzustellen.
Verbrennungsmotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium im Kühlsystem (34) so geführt ist, dass es vom kühlbaren Abschnitt (32) des Ansaugtraktes (10) kommend zunächst ein weiteres kühlbares Bauteil (23), insbesondere den Verdichter (22), kühlt, bevor es in dem Wärmetauscher (36) gekühlt wird.
Verbrennungsmotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium im Kühlsystem (34) so geführt ist, dass es von dem Wärmetauscher (36) zum Kühlen des Kühlmediums kommend zunächst einen indirekten Ladeluftkühler (26) zum Kühlen der von dem Verdichter (22) verdichteten Luft kühlt, bevor es den kühlbaren Abschnitt (32) des Ansaugtraktes (10) kühlt.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium im Kühlsystem (34) so geführt ist, dass ein vom Wärmetauscher (36) des Kühlsystems (34) kommender Kühlmediumsstrom (40) auf zwei Kühlmediums-Teilströme (42, 44) aufgeteilt wird, wobei einer der Kühlmediums-Teilströme (42) den indirekten Ladeluftkühler (26) und der andere Kühlmediums-Teilstrom (44) den kühlbaren Abschnitt (32) des Ansaugtrakts (10) kühlt.