DE112016006413T5

DE112016006413T5 - Ladeluftkühler

Info

Publication number: DE112016006413T5
Application number: DE112016006413.6T
Authority: DE
Inventors: Isao Kuroyanagi; Masaki Harada; Takefumi KAWAGUCHI
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-02-11
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2036-12-20
Also published as: CN108699947A; JP6409793B2; CN108699947B; DE112016006413B4; US10612457B2; JP2017141753A; WO2017138259A1; US20190048785A1

Abstract

Ein Ladeluftkühler hat Strömungspfadrohre (21) und Rippen (22), die miteinander gestapelt sind. Der Ladeluftkühler hat einen Wärmetauscherabschnitt (23), der so aufgebaut ist, dass er Wärme zwischen einem Kühlmedium im Inneren der Strömungspfadrohre und aufgeladener Einlassluft an der Außenseite der Strömungspfadrohre tauscht. Das Kühlmedium umfasst ein erstes Kühlmedium und ein zweites Kühlmedium. Die Strömungspfadrohre definieren in ihnen einen ersten Kühlmediumströmungspfad (25), in dem das erste Kühlmedium strömt, und einen zweiten Kühlmediumströmungspfad (26), in dem das zweite Kühlmedium strömt. Der zweite Kühlmediumströmungspfad befindet sich stromaufwärtig von dem ersten Kühlmediumströmungspfad in Bezug auf die aufgeladene Einlassluft. Der zweite Kühlmediumströmungspfad hat einen zweiten U-Wendeabschnitt (26d), in dem das zweite Kühlmedium eine U-Wendung vollzieht. In dem zweiten Kühlmediumströmungspfad ist ein stromabwärtiger Strömungspfad (26f), der sich stromabwärtig von dem zweiten U-Wendeabschnitt befindet, stromaufwärtig in einer Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft von einem stromaufwärtigen Strömungspfad (26e) angeordnet, der sich stromaufwärtig von dem zweiten U-Wendeabschnitt befindet. Ein Wärmeaustauschbegrenzungsabschnitt (30) ist an einer Position zwischen den Strömungspfadrohren und den Rippen vorgesehen, wobei die Position benachbart zu einem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft von dem stromabwärtigen Strömungspfad ist.

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der am 11. Februar 2016 angemeldeten japanischen Patentanmeldung JP 2016-024231 , wobei auf deren gesamten Inhalt hierbei Bezug genommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ladeluftkühler für ein Kühlen von Einlassluft (Ansaugluft), die durch einen Turbolader aufgeladen wird.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
Ein Ladeluftkühler ist bekannt, der aufgeladene Einlassluft kühlt. Der Ladeluftkühler führt einen Wärmeaustausch zwischen der zu einem Verbrennungsmotor gelieferten, durch einen Turbolader aufgeladenen Luft und zwei Arten an Kühlwasser aus, die zueinander unterschiedliche Temperaturen haben (sh. beispielsweise Patentdokument 1). Bei dem in Patentdokument 1 offenbarten Ladeluftkühler vollführt das heiße Kühlwasser eine U-Wendung an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft, und das kalte Kühlwasser vollführt eine U-Wendung an der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft. In dem Strömungspfad für heißes Kühlwasser und dem Strömungspfad für kaltes Kühlwasser sind Innenrippen für ein Unterstützen des Wärmeaustausches zwischen dem Kühlwasser und der aufgeladenen Einlassluft vorgesehen.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann das kalte Kühlwasser durch die Wärme des heißen Kühlwassers bei einem Verbrennungsmotorstart schnell aufgewärmt werden. Des Weiteren kann, da die aufgeladene Einlassluft durch das heiße Kühlwasser vorgekühlt werden kann, bevor die aufgeladene Einlassluft durch das kalte Kühlwasser gekühlt wird, das Kühlvermögen (die Kühlleistung) des Kühlsystems für die aufgeladene Einlassluft verbessert werden.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE
Patentdokument 1: JP 2015-155692 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Ladeluftkühler hat der Strömungspfad des heißen Kühlwassers einen Aufbau einer U-Wendung, bei dem ein stromabwärtiger Strömungspfad stromaufwärtig von einem stromaufwärtigen Strömungspfad in Bezug auf die Strömung der aufgeladenen Einlassluft angeordnet ist. Daher wird in dem stromabwärtigen Strömungspfad des Strömungspfades für das heiße Kühlwasser das Kühlwasser Wärme mit der heißen aufgeladenen Einlassluft austauschen, und demgemäß ist es wahrscheinlich, dass die Temperatur des Kühlwassers zunimmt. Da der Strömungspfad für das heiße Kühlwasser den Aufbau mit der U-Wendung, einen schmalen Strömungspfad und Innenrippen hat, kann ein Druckverlust des Kühlwassers hoch sein, und der Siedepunkt des Kühlwassers kann abnehmen.
Als ein Ergebnis kann das Kühlwasser in dem stromabwärtigen Strömungspfad in dem Pfad für das heiße Kühlwasser sieden. Wenn das Kühlwasser in dem Strömungspfad für das heiße Kühlwasser siedet, kann dies eine Temperaturzunahme der Komponenten um den Strömungspfad für das heiße Kühlwasser herum bewirken, und demgemäß kann die Festigkeit der Komponenten abnehmen und die Komponenten können beschädigt werden.
Im Hinblick darauf ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sieden eines Kühlmediums in einem Ladeluftkühler zu vermeiden, der so aufgebaut ist, dass er aufgeladene Einlassluft durch zwei Arten an Kühlmedium mit verschiedener Temperatur kühlt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kühlt ein Ladeluftkühler aufgeladene Einlassluft durch einen Wärmeaustausch zwischen einem aufgeladenen Kühlmedium und der aufgeladenen Einlassluft, die zu einem Verbrennungsmotor durch einen Turbolader aufgeladen wird. Der Ladeluftkühler hat einen erwärmenden Abschnitt (nachfolgend „Erwärmungsabschnitt“), bei dem Strömungspfadrohre und Rippen miteinander gestapelt sind, und der Erwärmungsabschnitt ist so aufgebaut, dass er Wärme zwischen dem im Inneren der Strömungspfadrohre strömenden Kühlmedium und der außerhalb der Strömungspfadrohre strömenden aufgeladenen Einlassluft austauscht. Das Kühlmedium umfasst ein erstes Kühlmedium und ein zweites Kühlmedium, dessen Temperatur höher ist als eine Temperatur des ersten Kühlmediums. Die Strömungspfadrohre definieren in ihnen: einen ersten Kühlmediumströmungspfad, durch den das Kühlmedium in einer Richtung strömt, die sich mit einer Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft schneidet; und einen zweiten Kühlmediumströmungspfad, durch den das zweite Kühlmedium in einer Richtung strömt, die sich mit der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft schneidet. Der zweite Kühlmediumströmungspfad ist stromaufwärtig des ersten Kühlmittelströmungspfades in Bezug auf die Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft angeordnet. Der erste Kühlmediumströmungspfad umfasst einen U-Wendeabschnitt, in dem das erste Kühlmedium eine U-Wendung ausführt, und der zweite Kühlmediumströmungspfad umfasst einen zweiten U-Wendeabschnitt, in dem das zweite Kühlmedium eine U-Wendung ausführt. In dem zweiten Kühlmediumströmungspfad ist ein stromabwärtiger Strömungspfad, der sich stromabwärtig von dem zweiten U-Wendeabschnitt befindet, stromaufwärtig angeordnet und zwar in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft von einem stromaufwärtigen Strömungspfad, der sich stromaufwärtig des zweiten U-Wendeabschnittes befindet. Ein Wärmetauschbegrenzungsabschnitt, der so aufgebaut ist, dass er einen Wärmeaustausch zwischen den Strömungspfadrohren und den Rippen begrenzt, ist zumindest an einer Position zwischen den Strömungspfadrohren und den Rippen vorgesehen, wobei die Position benachbart zu einem in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft gesehen am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt von dem stromabwärtigen Strömungspfad ist.
Gemäß diesem Ladeluftkühler wird in dem am weitesten stromabwärtig befindlichen Abschnitt in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft verhindert, dass die Wärme der aufgeladenen Einlassluft zu dem zweiten Kühlwasser in dem auslassseitigen Kanal durch die Rippen übertragen wird. Als ein Ergebnis ist es möglich, ein Sieden des zweiten Kühlwassers in dem auslassseitigen Kanal zu verhindern, bei dem das zweite Kühlwasser leicht sieden könnte. Demgemäß kann ein Temperaturanstieg der Komponenten um den zweiten auslassseitigen Strömungspfad herum vermieden werden, und eine Verringerung der Festigkeit und eine Beschädigung oder ein Brechen können verhindert werden.
Figurenliste

1 zeigt eine Darstellung eines Überblicks über ein Kühlsystem für aufgeladene Einlassluft eines Fahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hauptabschnittes eines Ladeluftkühlers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt eine Vorderansicht von Strömungspfadrohren und Rippen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Innenseite des Strömungspfadrohres gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
5 zeigt eine Querschnittsansicht von Strömungspfadrohren und Rippen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Vorderansicht von Strömungspfadrohren und Rippen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Querschnittsansicht von Strömungspfadrohren und Rippen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUR ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele, die die vorliegende Erfindung ausführen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jedem Ausführungsbeispiel sind die Abschnitte, die den in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Elementen entsprechen, anhand der gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine wiederholte Erläuterung kann weggelassen sein. In jedem der Ausführungsbeispiele kann, wenn lediglich ein Teil des Aufbaus beschrieben ist, der restliche Teil des Aufbaus bei den anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen angewendet sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Kombinationen von Ausführungsbeispielen beschränkt, die jene Teile kombinieren, die ausdrücklich als solche beschrieben sind, die kombinierbar sind. Solange sich keine Probleme ergeben, können die verschiedenen Ausführungsbeispiele in Teilen miteinander sogar dann kombiniert werden, wenn dies nicht explizit angegeben ist.
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Im ersten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Ladeluftkühler der vorliegenden Erfindung bei einem Kühlsystem für aufgeladene Einlassluft eines Fahrzeugs angewendet ist.
Ein (nicht gezeigter) Turbolader für ein Aufladen von Einlassluft zu einem Verbrennungsmotor 10 ist in einem Einlassluftsystem des Verbrennungsmotors 10 des Fahrzeugs vorgesehen. Dieser Turbolader ist so vorgesehen, dass er für eine Kompensation in Hinblick auf eine maximale Abgabeleistung des Verbrennungsmotors 10 sorgt. Das heißt das Fahrzeug des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat einen solchen Verbrennungsmotor 10, der zum Zwecke einer höheren Kraftstoffeffizienz kleiner gebaut ist, und der Turbolader wird verwendet, um für eine Kompensation in Hinblick auf die maximale Abgabeleistung zu sorgen, die verringert wurde, um im Austausch dafür den Verbrennungsmotor kleiner zu gestalten.
Ein Ladeluftkühler 20, der Verbrennungsmotoreinlassluft (Ansaugluft) kühlt, ist stromabwärtig des Turboladers in dem Lufteinlasssystem in Bezug auf eine Strömung der Einlassluft angeordnet. Der Ladeluftkühler 20 kühlt die aufgeladene Einlassluft, die durch den Turbolader komprimiert worden ist, in derartiger Weise, dass die Aufladeeffizienz der Verbrennungsmotoreinlassluft verbessert wird.
Erstes Kühlwasser, das in dem ersten Kühlwasserkreislauf 50 zirkuliert, und zweites Kühlwasser, das in einem zweiten Kühlwasserkreislauf 60 zirkuliert, strömt durch den Ladeluftkühler 20. Der Ladeluftkühler 20 kühlt die aufgeladene Einlassluft durch ein Austauschen von Wärme zwischen dem ersten Kühlwasser, dem zweiten Kühlwasser und der aufgeladenen Einlassluft, die durch den Turbolader komprimiert wird.
Eine Wasserpumpe 51, die bewirkt, dass das erste Kühlwasser zirkuliert, ist in dem ersten Kühlwasserkreislauf 50 vorgesehen. Ein erster Radiator 52, der das erste Kühlwasser durch Abstrahlen von Wärme des ersten Kühlwassers kühlt, ist zwischen der Wasserpumpe 51 und dem Ladeluftkühler 20 in dem ersten Kühlwasserkreislauf 50 vorgesehen.
Eine Wasserpumpe 61, ein zweiter Radiator 62 und ein Heizeinrichtungskern 63 sind in dem zweiten Kühlwasserkreislauf 60 vorgesehen. Die Wasserpumpe 61 lässt das zweite Kühlwasser in dem zweiten Kühlwasserkreislauf 60 zirkulieren. Der zweite Radiator 62 gibt Wärme von dem zweiten Kühlwasser, die von dem Verbrennungsmotor 10 aufgenommen wurde, zu einer Außenluft ab. Der Heizeinrichtungskern 63 erwärmt geblasene Luft durch einen Austausch zwischen dem zweiten Kühlwasser und der geblasenen Luft, die zu dem Fahrzeugraum geblasen wird. Der Ladeluftkühler 20, der zweite Radiator 62 und der Heizeinrichtungskern 63 sind in dem zweiten Kühlwasserkreislauf 60 parallel zueinander angeordnet.
Das zweite Kühlwasser nimmt Wärme von dem Verbrennungsmotor 10 auf. Daher ist, wenn das erste und zweite Kühlwasser durch das Innere des Ladeluftkühlers 20 treten, das zweite Kühlwasser heißer und hat eine höhere Temperatur als das erste Kühlwasser. Das heißt das erste Kühlwasser ist kaltes Kühlwasser und das zweite Kühlwasser ist heißes Kühlwasser. Das erste Kühlwasser des vorliegenden Ausführungsbeispiels entspricht einem ersten Kühlmedium der vorliegenden Erfindung, und das zweite Kühlwasser des vorliegenden Ausführungsbeispiels entspricht einem zweiten Kühlmedium der vorliegenden Erfindung. LLC (eine Antifrostmischung), Wasser oder dergleichen können als das erste und das zweite Kühlwasser verwendet werden.
Eine Antriebskraft der Wasserpumpen 51, 61 wird von dem Verbrennungsmotor 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel übertragen, jedoch kann eine elektrische Wasserpumpe als die Wasserpumpen 51 und 61 angewendet werden.
Nachstehend ist der Ladeluftkühler 20 des ersten Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben. Der Ladeluftkühler 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist als ein Wärmetauscher der sogenannten gezogenen Becherart aufgebaut. Wie dies in 2 gezeigt ist, hat der Ladeluftkühler 20 einen Wärmetauscherabschnitt 23, bei dem eine Vielzahl an Strömungspfadrohren 21 und Rippen 22, die mit benachbarten Strömungspfadrohren 21 verbunden sind, abwechselnd zueinander gestapelt sind. Die Außenumfänge eines Paares an Plattenelementen 24 sind miteinander so verbunden, dass die Strömungspfadrohre 21 ausgebildet sind. Der Wärmetauscherabschnitt 23 tauscht Wärme zwischen dem ersten und zweiten Kühlwasser, das im Inneren der Strömungspfadrohre 21 strömt, und der aufgeladenen Einlassluft, die an der Außenseite der Strömungspfadrohre 21 strömt. Der Raum, in dem die Rippen 22 zwischen den Strömungspfadrohren 21, die miteinander gestapelt sind, angeordnet sind, bildet einen Strömungspfad für aufgeladene Einlassluft, durch den die aufgeladene Einlassluft strömt.
Sämtliche oder ein Teil der Bestandteile des Ladeluftkühlers 20 sind aus einem Auskleidungsmaterial ausgebildet, das durch Vorsehen eines Lötmaterials auf der Oberfläche eines Kernmaterials ausgebildet ist, das beispielsweise aus Aluminium hergestellt ist. Die jeweiligen Komponenten des Ladeluftkühlers 20 sind miteinander durch Erwärmen derselben gelötet und in einem Zustand verbunden, bei dem ein Flussmittel auf die Oberfläche des Auskleidungsmaterials aufgebracht ist.
Wie dies in 3 gezeigt ist, ist die Rippe 22 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine gewellte Rippe, die ausgebildet ist durch Biegen eines Plattenelementes zu einer gewellten Form. Die Rippe 22 hat eine gewellte Form, bei der flache Abschnitte bildende Wandabschnitte 22a und gebogene Abschnitte bildende Spitzenabschnitte 22b fortlaufend sind. Die Rippe 22 hat eine gewellte Form, bei der die Spitzenabschnitte 22b an der einen Seite und der anderen Seite in einer Richtung abwechselnd angeordnet sind, die sich mit der Richtung der Strömung der aufgeladenen Einlassluft schneidet. Der Strömungspfad für die aufgeladene Einlassluft ist ein Raum zwischen den miteinander gestapelten Strömungspfadrohren und ist in eine Vielzahl an Strömungspfaden durch den Wandabschnitt 22a geteilt. Die Rippe 22 bildet einen Wärmeaustauschverstärkungsabschnitt zum Vergrößern eines Wärmeübertragungsbereiches (Fläche) der aufgeladenen Einlassluft und des ersten und zweiten Kühlwassers.
Die Rippen sind als Lamellenrippen aufgebaut, die Lamellen 22c haben, die an den Wandabschnitten 22a ausgebildet sind. Die Spitzenabschnitte 22b der Rippe 22 sind an die flache Außenfläche der benachbarten Strömungspfadrohre 21 gelötet und mit dieser verbunden. Die Rippe 22 kann beispielsweise ausgebildet werden, indem ein Walzformverfahren bei einem dünnen Metallblechmaterial angewendet wird.
Wie dies in 4 gezeigt ist, sind in den Strömungspfadrohren 21 ein erster Kühlwasserströmungspfad 25, durch den das erste Kühlwasser strömt, und ein zweiter Kühlwasserströmungspfad 26 definiert, durch den das zweite Kühlwasser strömt. In dem Strömungspfadrohr 21 sind der erste Kühlwasserströmungspfad 25 und der zweite Kühlwasserströmungspfad 26 parallel zueinander in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft angeordnet. Die Strömungsrichtung des Kühlwassers in den Kühlwasserpfaden 25 und 26 ist eine Richtung, die sich mit der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft schneidet, genauer gesagt eine Richtung, die senkrecht zu der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Kühlwasserströmungspfad 25 an einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft angeordnet, und der zweite Kühlwasserströmungspfad 26 ist an einer stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft angeordnet. Das heißt bei dem Ladeluftkühler 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels strömt das heiße zweite Kühlwasser an der stromaufwärtigen Seite des Strömungspfades für die aufgeladene Einlassluft, durch den die aufgeladene Einlassluft strömt, und das kalte erste Kühlwasser strömt an der stromabwärtigen Seite des Strömungspfades für die aufgeladene Einlassluft.
Die Strömungspfadlängen des ersten Kühlwasserströmungspfades 25 und des zweiten Kühlwasserströmungspfades 26 sind gleich. Die Längen von diesen Kühlwasserströmungspfaden 25 und 26 in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft, d.h. die Längen in der Breitenrichtung der Kühlwasserströmungspfade 25 und 26 sind so festgelegt, dass der erste Kühlwasserströmungspfad 25 länger als der zweite Kühlwasserströmungspfad 26 ist.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, hat der Ladeluftkühler 20 einen ersten Verteiltankabschnitt, der das erste Kühlwasser zu den ersten Kühlwasserströmungspfaden 25 der Strömungspfadrohre 21 verteilt, und einen ersten Sammeltankabschnitt zum Sammeln des ersten Kühlwassers von den ersten Kühlwasserströmungspfaden 25. Obwohl dies nicht gezeigt ist, hat der Ladeluftkühler 20 einen zweiten Verteiltankabschnitt, der das zweite Kühlwasser zu den zweiten Kühlwasserströmungspfaden 26 der Strömungspfadrohre 21 verteilt, und einen zweiten Sammeltankabschnitt zum Sammeln des zweiten Kühlwassers von den zweiten Kühlwasserströmungspfaden 26.
Das Strömungspfadrohr 21 hat einen ersten Einlassabschnitt 25a, durch den das erste Kühlwasser in den ersten Kühlwasserströmungspfad 25 einströmt, und einen ersten Auslassabschnitt 25b, durch den das erste Kühlwasser aus dem ersten Kühlwasserströmungspfad 25 herausströmt. Das Strömungspfadrohr 21 hat einen zweiten Einlassabschnitt 26a, durch den das zweite Kühlwasser in den zweiten Kühlwasserströmungspfad 26 einströmt, und einen zweiten Auslassabschnitt 26b, durch den das zweite Kühlwasser aus dem zweiten Kühlwasserströmungspfad 26 herausströmt. Der erste Einlassabschnitt 25a, der erste Auslassabschnitt 25b, der zweite Einlassabschnitt 26a und der zweite Auslassabschnitt 26b sind als Durchgangslöcher in dem Strömungspfadrohr 21 vorgesehen.
Der erste Kühlwasserströmungspfad 25 hat einen ersten Trennabschnitt 25c (erster Teilungsabschnitt), der den Strömungspfad in zwei Strömungspfade teilt, und einen ersten U-Wendungsabschnitt 25b, in dem das erste Kühlwasser eine U-Wendung vollzieht. Der erste Kühlwasserströmungspfad 25 ist durch den ersten Trennabschnitt 25c in einen ersten stromaufwärtigen Strömungspfad 25e, der nahe zu dem ersten Einlassabschnitt 25a ist, und einen ersten stromabwärtigen Strömungspfad 25f geteilt (getrennt), der nahe zu dem ersten Auslassabschnitt 25b ist. Der erste stromaufwärtige Strömungspfad 25e befindet sich stromaufwärtig von dem ersten U-Wendeabschnitt 25d, und der erste stromabwärtige Strömungspfad 25f befindet sich stromabwärtig von dem ersten U-Wendeabschnitt 25d.
Der zweite Kühlwasserströmungspfad 26 hat einen zweiten Trennabschnitt (zweiter Teilungsabschnitt) 26c, der den Strömungspfad in zwei Strömungspfade teilt (trennt), und einen zweiten U-Wendeabschnitt 26d, bei dem das zweite Kühlwasser eine U-Wendung vollführt. Der zweite Kühlwasserströmungspfad 26 ist durch den zweiten Trennabschnitt 26c in einen zweiten stromaufwärtigen Strömungspfad 26e, der nahe zu dem zweiten Einlassabschnitt 26a ist, und einen zweiten stromabwärtigen Strömungspfad 26f getrennt (geteilt), der nahe zu dem zweiten Auslassabschnitt 26b ist. Der zweite stromaufwärtige Strömungspfad 26e befindet sich stromaufwärtig von dem zweiten U-Wendeabschnitt 26d, und der zweite stromabwärtige Strömungspfad 26f befindet sich stromabwärtig von dem zweiten U-Wendeabschnitt 26d.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist der zweite Kühlwasserströmungspfad 26 stromabwärtig von dem ersten Kühlwasserströmungspfad 25 in Bezug auf die Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft angeordnet. Demgemäß sind der zweite stromabwärtige Strömungspfad 26f, der zweite stromaufwärtige Strömungspfad 26e, der erste stromabwärtige Strömungspfad 25f und der erste stromaufwärtige Strömungspfad 25e in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft aus angeordnet. Das heißt in den Strömungspfaden 25e, 25f, 26e, 26f, die in den Strömungspfadrohren 21 vorgesehen sind, ist der zweite stromabwärtige Strömungspfad 26f des zweiten Kühlwasserströmungspfades 26 an dem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt in Bezug auf die Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft angeordnet.
Die Temperatur der aufgeladenen Einlassluft nimmt von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft ab. Daher ist die Temperatur der aufgeladenen Einlassluft am höchsten, wenn sie durch den am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft in dem zweiten Strömungspfad 26f an der stromabwärtigen Seite tritt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste Einlassabschnitt 25a, der erste Auslassabschnitt 25b, der zweite Einlassabschnitt 26a und der zweite Auslassabschnitt 26b an einem Endabschnitt in der Längsrichtung der Strömungspfadrohre 21 vorgesehen (d.h. an dem linken Seitenendabschnitt in 4). Der zweite Auslassabschnitt 26b, der zweite Einlassabschnitt 26a, der erste Auslassabschnitt 25b und der erste Einlassabschnitt 25a sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft angeordnet. Der erste U-Wendeabschnitt 25d und der zweite U-Wendeabschnitt 26d sind an dem anderen Endabschnitt in der Längsrichtung der Strömungspfadrohre 21 angeordnet (d.h. an dem rechten Seitenendabschnitt in 4).
In dem ersten Kühlwasserströmungspfad 25 ist eine erste Innenrippe 27 vorgesehen, die den ersten Kühlwasserströmungspfad 25 in eine Vielzahl an schmalen Strömungspfaden teilt. Die erste Innenrippe 27 ist in sowohl dem ersten stromaufwärtigen Strömungspfad 25e als auch dem ersten stromabwärtigen Strömungspfad 25f des ersten Kühlwasserströmungspfades 25 angeordnet. In dem zweiten Kühlwasserströmungspfad 26 ist eine zweite Innenrippe 28 vorgesehen, die den zweiten Kühlwasserströmungspfad 26 in eine Vielzahl an schmalen Strömungspfaden teilt. Die zweite Innenrippe 27 ist in sowohl dem zweiten stromaufwärtigen Strömungspfad 26e als auch dem zweiten stromabwärtigen Strömungspfad 26f des zweiten Kühlwasserströmungspfades 26 angeordnet.
Da der zweite Kühlwasserströmungspfad 26 den U-Wendungsaufbau, einen schmalen Strömungspfad und die zweite Innenrippe 28 hat, kann ein Druckverlust des zweiten Kühlwassers hoch sein, und der Siedepunkt des zweiten Kühlwassers kann kleiner werden. Da außerdem die Temperatur der aufgeladenen Einlassluft an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung hoch ist und da die aufgeladene Einlassluft direkt mit dem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt des Strömungspfadrohres 21 in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft in Kontakt gelangt, ist es besonders wahrscheinlich, dass die Temperatur des zweiten Kühlwassers zunimmt, das durch den zweiten stromabwärtigen Strömungspfad 26f strömt.
Wie dies in 5 gezeigt ist, ist ein durch Löten vorgesehener verbundener Abschnitt 29 zwischen dem Strömungspfadrohr 21 und der Rippe 22 vorgesehen. Der verbundene Abschnitt 29 ist aus einem Lötmaterial hergestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Strömungspfadrohr 21 und der Rippe 22 ein nicht verbundener Abschnitt 30 vorgesehen, bei dem das Strömungspfadrohr 21 und die Rippe 22 nicht gelötet und verbunden sind. In dem nicht verbundenen Abschnitt 30 können das Strömungspfadrohr 21 und die Rippe 22 miteinander in Kontakt stehen oder sie können voneinander außer Kontakt sein. Der nicht verbundene Abschnitt 30 kann vorgesehen werden, indem beispielsweise ein Lötmaterial an einem Zielabschnitt nicht als Auskleidung (Mantel) vorgesehen ist oder indem ein Flussmittel auf einen Zielabschnitt nicht aufgebracht wird.
In den 4 und 5 ist durch einen anhand einer Strichpunktlinie umkreisten Abschnitt der nicht verbundene Abschnitt 30 gezeigt. Wie dies in den 4 und 5 gezeigt ist, ist in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft der nicht verbundene Abschnitt 30 stromaufwärtig von dem verbundenen Abschnitt 29 angeordnet. Das heißt zwischen dem Strömungspfadrohr 21 und der Rippe 22 ist der nicht verbundene Abschnitt 30 an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Luft vorgesehen, und der verbundene Abschnitt 29 ist stromabwärtig von dem nicht verbundenen Abschnitt 30 angeordnet.
Da das Strömungspfadrohr 21 und die Rippe 22 in dem nicht verbundenen Abschnitt 30 nicht miteinander gelötet und verbunden sind, ist die Kontaktfläche (der Kontaktbereich) zwischen dem Strömungspfadrohr 21 und der Rippe 22 kleiner als in dem verbundenen Abschnitt 29. Daher ist in dem nicht verbundenen Abschnitt 30 der Wärmeübertragungskoeffizient geringer als in dem verbundenen Abschnitt 29. Das heißt der nicht verbundene Abschnitt 30 bildet einen Wärmeaustauschbegrenzungsabschnitt, bei dem der Wärmeaustausch zwischen dem Strömungspfadrohr 21 und den Rippen 22 unterdrückt wird. An der stromaufwärtigen Seite der aufgeladenen Einlassluft, an der der nicht verbundene Abschnitt 30 vorgesehen ist, ist der Wärmeübertragungskoeffizient geringer als an der stromabwärtigen Seite, an der der verbundene Abschnitt 29 vorgesehen ist, und demgemäß ist der Wärmeaustausch zwischen dem Strömungspfadrohr 21 und der Rippe 22 begrenzt.
In dem in 4 gezeigten Beispiel erstreckt sich der nicht verbundene Abschnitt 30 von dem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft in dem zweiten stromabwärtigen Strömungspfad 26f bis zu einem mittleren Abschnitt des zweiten stromabwärtigen Strömungspfades 26f in der Länge in Breitenrichtung. Demgemäß sind sowohl der nicht verbundene Abschnitt 30 als auch der verbundene Abschnitt 29 zwischen der Rippe 22 und einem Teil des Strömungspfadrohres 21 vorgesehen, der dem zweiten stromabwärtigen Strömungspfad 26f entspricht. Zwischen der Rippe und einem Teil des Strömungspfadrohres 21, der dem zweiten stromaufwärtigen Strömungspfad 26e, dem ersten stromabwärtigen Strömungspfad 25f und dem ersten stromaufwärtigen Strömungspfad 25e entspricht, ist lediglich der verbundene Abschnitt 29 vorgesehen. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel erstreckt sich der nicht verbundene Abschnitt 30 gänzlich in dem zweiten stromabwärtigen Strömungspfad 26f in der Strömungsrichtung des zweiten Kühlwassers.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist in dem Ladeluftkühler 20, der die aufgeladene Ladungsluft unter Verwendung von zwei Arten an Kühlwasser mit verschiedener Temperatur kühlt, der nicht verbundene Abschnitt 30, bei dem das den Kühlwasserströmungspfad definierende Strömungspfadrohr 21 und die Rippe 22 nicht verbunden sind, an dem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft vorgesehen. Demgemäß wird in dem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft verhindert, dass die Wärme der aufgeladenen Einlassluft zu dem zweiten Kühlwasser in dem zweiten auslassseitigen Strömungspfad (zweiter stromabwärtiger Strömungspfad) 26f durch die Rippe 22 übertragen wird. Als ein Ergebnis ist es möglich, ein Sieden des zweiten Kühlwassers in dem zweiten auslassseitigen Strömungspfad 26f zu vermeiden, in dem das zweite Kühlwasser mit Leichtigkeit siedet. Demgemäß kann ein Temperaturanstieg der Komponenten um den zweiten auslassseitigen Strömungspfad 26f herum vermieden werden, und eine Verringerung der Festigkeit und Stärke und eine Beschädigung oder Brechen können vermieden werden.
Des Weiteren kann gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der nicht verbundene Abschnitt 30 durch eine einfache Maßnahme vorgesehen werden, wie beispielweise ein nicht erfolgendes Auskleiden mit dem Lötmaterial oder ein nicht erfolgendes Aufbringen des Flussmittels auf den Zielabschnitt des nicht verbundenen Abschnittes 30, und demgemäß kann der vorstehend beschriebene Effekt durch eine einfache Maßnahme (eine einfache Einrichtung) erzielt werden. Da die Rippen 22 durch ein Walzformen ähnlich wie im Stand der Technik hergestellt werden können, ist es möglich, den Ladeluftkühler 20 ohne Verringerung der Produktivität herzustellen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind lediglich die Teile beschrieben, die sich von dem ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheiden. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der Aufbau der Rippe 22 anders als im ersten Ausführungsbeispiel.
Wie dies in den 6 und 7 gezeigt ist, ist im zweiten Ausführungsbeispiel ein Absatzabschnitt 22d in den Spitzenabschnitt 22b der Rippe 22 an einem Abschnitt vorgesehen, der dem nicht verbundenen Abschnitt 30 entspricht. Die Höhe des Absatzabschnittes 22d ist niedriger als an dem restlichen Abschnitt des Spitzenabschnittes 22. Daher ist in dem nicht verbundenen Abschnitt 30 ein Zwischenraum zwischen dem Strömungspfadrohr 21 und der Rippe 22 ausgebildet. Der Absatzabschnitt 22d kann durch eine derartige Maßnahme vorgesehen sein, wie beispielsweise ein Pressen eines Abschnittes, der dem nicht verbundenen Abschnitt 30 des Spitzenabschnittes 22b entspricht.
Da gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Zwischenraum zwischen dem Strömungspfadrohr 21 und der Rippe 22 in dem nicht verbundenen Abschnitt 30 ausgebildet ist, kann sicher verhindert werden, dass die Wärme der aufgeladenen Einlassluft zu dem zweiten Kühlwasser in dem zweiten auslassseitigen Strömungspfad 26f durch die Rippe 22 übertragen wird. Des Weiteren wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine solche Maßnahme, wie ein nicht erfolgendes Auskleiden mittels Lötmaterial an einem Zielabschnitt oder ein nicht erfolgendes Auftragens eines Flussmittels auf einen Zielabschnitt des nicht verbundenen Abschnittes 30, nicht benötigt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend dargelegte Ausführungsbeispiel beschränkt und kann in verschiedenen Weisen wie nachstehend beschrieben abgewandelt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Im vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der nicht verbundene Abschnitt 30 von dem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft in dem zweiten stromabwärtigen Strömungspfad 26f bis zu der Mitte der in Breitenrichtung gesehen Länge des zweiten stromabwärtigen Strömungspfades 26f. Jedoch ist die Länge des nicht verbundenen Abschnittes nicht darauf beschränkt. Eine beliebige Länge des nicht verbundenen Abschnittes 30 ist akzeptabel, solange der nicht verbundene Abschnitt 30 zumindest in einem Abschnitt vorgesehen ist, der dem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt des zweiten stromabwärtigen Strömungspfades 26f in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft entspricht.
Das heißt die Länge des nicht verbundenen Abschnittes 30 in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft kann relativ zu dem in 4 gezeigten Aufbau verkürzt oder verlängert werden. In dem Fall, bei dem die Länge des nicht verbundenen Abschnittes 30 in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Luft erhöht wird, kann sich der nicht verbundene Abschnitt 30 bis zu einem Abschnitt in der Nähe des am weitesten stromabwärtig befindlichen Abschnittes des zweiten stromaufwärtigen Strömungspfades 26e erstrecken. Das heißt es ist akzeptabel, solange der verbundene Abschnitt 29 zumindest in einem Abschnitt vorgesehen ist, der dem am weitesten stromabwärtigen Abschnitt des zweiten stromaufwärtigen Strömungspfades 26e in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft entspricht. Demgemäß kann der Wärmeaustausch zwischen der Rippe 22 und dem zweiten Kühlwasserströmungspfad 26 des Strömungspfadrohres 21 sichergestellt werden.
In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der nicht verbundene Abschnitt 30 gänzlich in dem zweiten stromabwärtigen Strömungspfad 26f in der Strömungsrichtung des zweiten Kühlwassers. Jedoch ist der nicht verbundene Abschnitt 30 nicht darauf beschränkt. Es ist akzeptabel, so lange nicht der nicht verbundene Abschnitt 30 zumindest in dem am weitesten stromabwärtig befindlichen Abschnitt des zweiten stromabwärtigen Strömungspfads 26f (das heißt eine Seite in der Nähe des zweiten Auslassabschnittes 26b) in der Strömungsrichtung des zweiten Kühlwassers vorgesehen ist.
Der Absatzabschnitt 22d der Rippe 22 des zweiten Ausführungsbeispiels kann so vorgesehen sein, dass er dem nicht verbundenen Abschnitt 30 entspricht. Das heißt es ist akzeptabel, solange der Absatzabschnitt 22d der Rippe 22 zumindest in einem Abschnitt vorgesehen ist, der dem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt des zweiten stromabwärtigen Strömungspfades 26f in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft entspricht. Des Weiteren ist es akzeptabel, solange der Absatzabschnitt 22d der Rippe 22 zumindest in dem am weitesten stromabwärtig befindlichen Abschnitt des zweiten stromabwärtigen Strömungspfades 26f (das heißt eine Seite in der Nähe des zweiten Auslassabschnittes 26b) in der Strömungsrichtung des zweiten Kühlwassers vorgesehen ist.
Während die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsbeispiele beschrieben ist, sollte verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und aufgezeigten Konstruktionen beschränkt ist. Im Gegensatz dazu soll die vorliegende Erfindung verschiedene Abwandlungen und gleichwertige Aufbauarten abdecken. Außerdem fallen, während verschiedene Elemente in verschiedenen Kombinationen und Aufbauarten gezeigt sind, die als beispielartig gelten, andere und weitere Kombinationen und Aufbauarten inklusive mehr, weniger oder lediglich einem einzelnen Element, auch in den Umfang der vorliegenden Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016024231 [0001]
JP 2015155692 A [0005]

Claims

Ladeluftkühler, der aufgeladene Ansaugluft kühlt durch Austauschen von Wärme zwischen einem Kühlmedium und der aufgeladenen Einlassluft, die zu einem Verbrennungsmotor (10) durch einen Turbolader aufgeladen wird, wobei der Ladeluftkühler Folgendes aufweist: einen Wärmetauscherabschnitt (23), in dem Strömungspfadrohre (21) und Rippen (22) miteinander gestapelt sind, wobei der Wärmetauscherabschnitt so aufgebaut ist, dass er Wärme zwischen dem an der Innenseite des Strömungspfadrohre strömenden Kühlmedium und der an der Außenseite der Strömungspfadrohre strömenden aufgeladenen Ansaugluft tauscht, wobei das Kühlmedium ein erstes Kühlmedium und ein zweites Kühlmedium umfasst, wobei eine Temperatur des zweiten Kühlmediums höher ist als eine Temperatur des ersten Kühlmediums, in den Strömungspfadrohren definiert ist: ein erster Kühlmediumströmungspfad (25), durch den das erste Kühlmedium in einer Richtung strömt, die sich mit einer Strömungsrichtung der aufgeladenen Ansaugluft schneidet, und ein zweiter Kühlmediumströmungspfad (26), durch den das zweite Kühlmedium in einer Richtung strömt, die sich mit der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft schneidet, der zweite Kühlmediumströmungspfad stromaufwärtig von dem ersten Kühlmediumströmungspfad in Bezug auf die Strömungsrichtung der aufgeladenen Ansaugluft angeordnet ist, der erste Kühlmediumströmungspfad einen ersten U-Wendeabschnitt (25d) aufweist, in dem das erste Kühlmedium eine U-Wendung vollzieht, der zweite Kühlmediumströmungspfad Folgendes aufweist: einen zweiten U-Wendeabschnitt (26d), in dem das zweite Kühlmedium eine U-Wendung vollzieht, einen stromabwärtigen Strömungspfad (26f), der stromabwärtig von dem zweiten U-Wendeabschnitt angeordnet ist, und einen stromaufwärtigen Strömungspfad (26e), der stromaufwärtig von dem zweiten U-Wendeabschnitt angeordnet ist, wobei der stromabwärtige Strömungspfad stromaufwärtig von dem stromaufwärtigen Strömungspfad in Bezug auf die Strömungsrichtung der aufgeladenen Ansaugluft angeordnet ist, und ein Wärmeaustauschbegrenzungsabschnitt (30), der so aufgebaut ist, dass er einen Wärmeaustausch zwischen den Strömungspfadrohren und den Rippen begrenzt, zumindest an einer Position zwischen den Strömungspfadrohren und den Rippen vorgesehen ist, wobei die Position benachbart zu einem am weitesten stromaufwärtig befindlichen Abschnitt in der Strömungsrichtung der aufgeladenen Einlassluft von dem stromabwärtigen Strömungspfad ist.
Ladeluftkühler gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmeaustauschbegrenzungsabschnitt zumindest an einer Position benachbart zu dem am weitesten stromabwärtig befindlichen Abschnitt in der Strömungsrichtung des zweiten Wärmemediums von dem stromabwärtigen Strömungspfad vorgesehen ist.
Ladeluftkühler gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Strömungspfadrohre und die Rippen miteinander gelötet sind, und der Wärmeaustauschbegrenzungsabschnitt ein nicht verbundener Abschnitt ist, in dem die Strömungspfadrohre und die Rippen nicht gelötet sind.
Ladeluftkühler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rippen gewellte Formen haben, die so gebogen sind, dass Spitzenabschnitte abwechselnd an einer Seite und einer anderen Seite angeordnet sind, ein Abschnitt (22d) der Spitzenabschnitte, der dem Wärmeaustauschbegrenzungsabschnitt entspricht, eine niedrigere Höhe als ein anderer Abschnitt der Spitzenabschnitte hat, und ein Zwischenraum zwischen den Strömungspfadrohren und den Spitzenabschnitten in dem Wärmeaustauschbegrenzungsabschnitt vorgesehen ist.