DE19604738A1 - Saugeinrichtung für einen in das Heck eines Kraftfahrzeuges einbaubaren, aufgeladenen Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Saugeinrichtung für eine in ein Kraftfahrzeug einbaubare, aufgeladene Brennkraftmaschine, mit einem Luftfilterkasten zur Aufnahme eines Luftfilterelementes, sowie mit einem Ladeluftkühler.

Bei einem aus der DE-Zeitschrift ATZ, Automobiltechnische Zeitschrift 88 (1986), Seiten 265 bis 270 bekannten Kraftfahr­ zeug wird die Rohluft unmittelbar im Heckbereich des Fahrzeuges angesaugt und durchströmt einen Luftfilter sowie einen Lader, der beispielsweise als Abgasturbolader ausgebildet ist, um dann den Verbrennungsräumen des Motors zugeführt zu werden. Problema­ tisch ist bei einer im Heckbereich von Kraftfahrzeugen angeord­ neten aufgeladenen Brennkraftmaschine die Ladeluftkühlung, da bei Anordnung eines Ladeluftkühlers im Heckbereich dieser nur unzureichend mit Kühlluft versorgt werden kann. Bei dieser handelt es sich nämlich im wesentlichen um Luft, die das Fahrzeug beim Fahren umströmt.

Die Anordnung des Ladeluftkühlers im Frontbereich würde zwar zu günstigen Anströmungsverhältnissen des Ladeluftkühlers führen, ist aber bei einem Heckmotor wegen der großen Leitungslängen, die einen großen Aufwand und große Strömungsverluste bedeuten, nicht praktikabel.

Gleiches gilt auch beispielsweise bei Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeugen, bei denen der Ladeluftkühler in einem Bereich angeordnet ist, der nicht in günstigen Ausströmungsverhältnissen liegt (beim Lastkraftwagen zum Beispiel hinter der Fahrerkabi­ ne).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Saugeinrichtung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit Ladeluftkühlung so weiterzubilden, daß bei einem Einbau der Brennkraftmaschine und auch dessen Lader sowie Ladeluftkühler im Heckbereich des Fahrzeuges bzw. im Falle von ungünstigen Anströmverhältnissen des Ladeluftkühlers eine optimale Kühlung der Ladeluft sicherge­ stellt ist. Im übrigen soll der Montage-, Logistik- und Prüf­ aufwand im Zusammenhang mit der Saugeinrichtung, insbesondere beim Hersteller, minimal sein.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der Ladeluftkühler in den Luftfilterkasten integriert ist.

Die Integration des Ladeluftkühlers in den Luftfilterkasten ermöglicht es, Ladeluftkühler und Luftfilterkasten als Montage­ und/oder Baueinheit auszubilden. Hierdurch kann beim Hersteller der Montage-, Logistik- und Prüfaufwand gering gehalten werden. Bei der konstruktiven Gestaltung des Luftfilters können un­ mittelbar konstruktive Details des Ladeluftkühlers einfließen.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Luftfilterkasten zwei Einlässe aufweist, wobei ein Einlaß den Rohlufteinlaß für die durch das Filterelement und den Lader strömende Luft bildet, und der andere Einlaß den Kühllufteinlaß für den Ladeluftkühler bildet. Der Begriff "Kühllufteinlaß" bzw. nachfolgend der Begriff "Kühlluft" wird deshalb verwendet, um besser zum Ausdruck zu bringen, daß es sich hier um den Luftmas­ senstrom handelt, der durch den Ladeluftkühler strömt, obwohl es sich hierbei selbstverständlich auch um Rohluft handelt.

Die vorstehende Gestaltung des Luftfilterkastens bedingt, daß getrennte Luftströme durch den Luftfilterkasten geführt werden, nämlich ein Luftstrom zum Kühlen des Ladeluftkühlers, sowie ein anderer Luftstrom, der über den Luftfilter, den Lader, der insbesondere als Abgasturbolader ausgebildet ist, und den Ladeluftkühler zu den Brennkammern der Brennkraftmaschine geführt wird. Vorteilhaft sind beide Einlässe in einen Ansaugs­ tutzen integriert, der einen dem Kühllufteinlaß zugeordneten Kühlluftkanal und einen dem Rohlufteinlaß zugeordneten Rohluft­ kanal aufweist. Der Vorteil dieser Gestaltung ist darin zu sehen, daß der Luftstrom der für die Verbrennung benötigten Rohluft aufgrund dessen Ansaugung beim Betrieb der Brennkraftma­ schine in den Ansaugstutzen eingesogen wird und damit auch eine Zwangszuführung eines Teiles dieser angesaugten Luft, nämlich des Kühlluftstromes zum Ladeluftkühler bedingt.

Gemäß bevorzugter Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß eine Vielzahl geeigneter motorspezifischer Bauteile in den Luftfilterkasten integriert sind. Dies zum einen unter dem Aspekt, den Montage-, Logistik- und Prüfaufwand weiter zu minimieren, ferner unter dem Gesichtspunkt, daß bestimmte, im Betrieb einer Erwärmung unterliegende Bauteile mittels des durch den Luftfilterkasten strömenden Luftstromes gekühlt werden können. So kann im Luftfilterkasten beispielsweise ein Luftmas­ senmeßelement und/oder ein Modul für die Steuerelektronik der Brennkraftmaschine und/oder ein Steuerelement für ein automati­ siertes Schaltgetriebe angeordnet sein.

Um die Rohluft bzw. Kühlluft im Luftfilterkasten definiert zu führen, sollte dieser mit Luftleit- und/oder Luftteileinrichtun­ gen versehen sein. Nicht nur der Luftfilterkasten und der Ladeluftkühler, sondern auch der Ansaugstutzen und die Luftleit­ und/oder Luftteileinrichtungen bilden zweckmäßig eine Montage­ bzw. Baueinheit.

Da der Ladeluftkühler mit seinem Kühlluftauslaß an einer aerodynamisch ungünstigen Stelle, nämlich zum Beispiel in einem nicht vom Fahrtwind angeströmten Bereich oder im Heckbereich des Fahrzeuges angeordnet ist, sieht eine Weiterbildung der Erfin­ dung vor, daß in Durchströmrichtung des Ladeluftkühlers vor oder hinter diesem ein Drucklüfter bzw. Sauglüfter in den Luftfilter­ kasten eingebaut oder an diesen angebaut ist. Der Lüfter drückt bzw. saugt die Kühlluft aus dem Ladeluftkühler.

Die Erfindung schlägt damit einen Ladeluftkühler vor, der in den Luftfilter integriert ist, um den Montage-, Logistik- und Prüfaufwand, insbesondere für den Hersteller, zu minimieren. Der Rohluftstrom wird beispielsweise teilweise zur Umströmung der Kühllamellen des Ladeluftkühlers genutzt. Die im Luftfilterka­ sten angeordneten Luftleit- und Luftteileinrichtungen können bei Integrierung des aus Kunststoff hergestellten Kastens weitgehend preisneutral hergestellt werden. Ferner kann ein Saug- und/oder Drucklüfter preisgünstig in die Saugeinrichtung integriert werden.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist anwendbar bei Otto- oder Dieselmotoren sowie auch bei sogenannten Hybridantrieben (beispielsweise der gemeinsame Einsatz eines Verbrennungs- und eines Elektromotors), ohne darauf beschränkt zu sein.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung der Figuren und in den Figuren selbst dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinatio­ nen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

In den Figuren ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs­ formen beispielsweise dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt in stark vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 die Anordnung der erfindungsgemäßen Saugeinrichtung in Verbindung mit einem aufgeladenen Ottomotor, sowie die Peripherie des Ottomotors,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Saugeinrichtung mit in den Luftfilterkasten integriertem Ladeluftkühler, von der Seite gesehen,

Fig. 3 eine Darstellung der Saugeinrichtung nach Fig. 2, von oben gesehen.

Ein drei Zylinder aufweisender Viertaktottomotor 1 weist einen Ansaugkrümmer 2 und einen Abgaskrümmer 3 auf. An dem Motor 1 ist ein von diesem angetriebenes Getriebe 4 angeflanscht, mittels dessen eine nicht gezeigte Antriebswelle antreibbar ist. Am Getriebe 4 ist der erfindungsgemäß gestaltete und nachfolgend noch näher beschriebene Luftfilterkasten 5 befestigt, der ein in den Fig. 2 und 3 mit der Bezugsziffer 6 bezeichnetes Filter­ element in Art einer Rundfilterpatrone aufnimmt.

Innerhalb des Luftfilterkastens 5 ist ein Ladeluftkühler 7 angeordnet. Ein Ansaugstutzen 8 ist mit dem Luftfilterkasten 5 verbunden. Rohluft strömt von außen in den Ansaugstutzen 8 ein und von dort in einem Teilstrom als Kühlluft durch die nicht gezeigten Lamellen des Ladeluftkühlers nach außen, sowie in einem weiteren Teilstrom durch das Filterelement 6. Dieser Rohluftstrom gelangt von dort über eine Leitung 9 zum Ver­ dichterrad 35 eines Abgasturboladers 11. Die verdichtete Rohluft gelangt durch eine Leitung 10 zum Ladeluftkühler 7, wird dort gekühlt und über eine weitere Leitung 12 dem Ansaugkrümmer 2 zugeführt, wobei kurz vor diesem ein Drosselklappenstellglied 13 in die Leitung 12 integriert ist. Die Luft gelangt vom Ansaug­ krümmer 2 in die Brennräume des Motors 1. Nach der Verbrennung wird das Abgas in den Abgaskrümmer 3 ausgestoßen und gelangt durch eine Leitung 14 zum Abgasturbolader 11, wobei das Abgas das Turbinenrad 15 des Abgasturboladers 11 antreibt. Die Beaufschlagung des Abgasturboladers mit Rohluft und mit Abgas läßt sich mittels zweier Bypässe steuern. Hierzu sind die verdichterradseitigen Leitungen 9 und 10 unmittelbar mit einer Verbindungsleitung 19 verbunden, der ein Stellventil 20 zugeord­ net ist, desgleichen sind die turbinenradseitigen Leitungen 14 und 15 durch eine Verbindungsleitung 18 verbunden, der ein Stellventil 17 zugeordnet ist.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend auf die Darstellung der Fig. 2 und 3 eingegangen. Insbesondere die Fig. 3 veranschaulicht, daß der Luftfilterka­ sten 5 und der Ansaugstutzen 8 eine Baueinheit bilden, wobei eine Lufttrenneinrichtung in Form einer Trennwand 21 die von außen in den Luftfilterkasten 5 einströmende Luft in zwei Luftströme unterteilt, von denen der eine, der Verbrennung zuzuführende Rohluftstrom mit dünnen Pfeilen und der die Kühlung des Rohluftstromes bewirkende, durch die Lamellen des Ladeluft­ kühlers 7 strömende Kühlluftstrom mit strichlierten Pfeilen veranschaulicht ist. Der Luftfilterkasten 5 weist damit zwei Einlässe 22 und 23 auf, wobei durch den Einlaß 22 der Kühlluft­ strom zwischen der Trennwand 22 und den zugeordneten Wandungen des Luftfilterkastens 5 durch den Ladeluftkühler 7 hindurch­ strömt und von dort wieder an die Umgebung abgegeben wird. Aufgrund des Umstandes, daß der Motor 1 und dessen Peripherie, somit auch der Ladeluftkühler 7 im Heckbereich des Fahrzeuges angeordnet sind, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel hinter dem Ladeluftkühler 7 ein Sauglüfter 24 vorgesehen, der die Abfuhr der Kühlluft durch Sogwirkung an die Umgebung unterstützt. Der Lüfter 24 ist in den Luftfilterkasten 5 integriert. Während die Kühlluft durch den im Luftfilterkasten 5 gebildeten Kanal 25 strömt, erfolgt die Strömung der Rohluft durch den weiteren Kanal 26 im Luftfilterkasten 5, der durch die Trennwand 21 und die anderen Umwandungsabschnitte des Luftfilterkastens 5 gebildet ist. Der mittels der durchgezogenen, dünnen Pfeile verdeutlichte Rohluftstrom tritt von außen in das Rundfilter­ element 6 ein und gelangt von dessen Innenraum in die Leitung 9 zum Verdichterrad 35 des Turboladers 11, von dort in die Leitung 10 zum Ladeluftkühler 7 und von diesem durch die Leitung 12 zum Ottomotor 1. Diese Strömungsverhältnisse sind auch in der Seitenansicht nach Fig. 2 veranschaulicht, aus der allerdings, da verdeckt, nicht ersichtlich ist, wie die Kühlluft zum Ladeluftkühler 7 gelangt, sondern nur, wie sie aus diesem austritt, ferner wie die Rohluft im Bereich des Stutzens 8 in den Kanal 26 gelangt. Der in Fig. 2 veranschaulichte dicke Pfeil verdeutlicht den ungefähren Ort des Eintritts der Rohluft in den Luftfilterkasten 5.

Fig. 2 veranschaulicht, daß der Luftfilterkasten 5 aus einem Kastenunterteil 33 und einem Kastendeckel 34 besteht. In dem Bereich, in dem die Leitungen 9 und 10 innerhalb des Luftfilter­ kastens 5 verlaufen, sind diese in den Kastendeckel 34 inte­ griert.

Gemäß einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung sind, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, zusätzliche, insbesondere steuertechnische Elemente in den Luftfilterkasten 5 integriert. Handelt es sich um Bauteile, die sich im Betrieb erwärmen, sind diese insbesondere innerhalb des von der Kühlluft durchströmten Kanals 25 angeordnet.

Wie der Darstellung der Fig. 1 allgemein zu entnehmen ist, kann beispielsweise ein Modul 27 für die Motorsteuerelektronik, ein Steuergerät 28 für ein automatisiertes Schaltgetriebe und ein Luftmassenmeßelement 29 in den Luftfilterkasten 5 integriert sein. Mit der Bezugsziffer 30 sind die Verbindungsleitungen zu den genannten Elementen bzw. dem Gerät 27 bis 29 veranschau­ licht, wobei eine Leitung 30 beispielsweise ein elektronisches Gaspedal 31 betrifft. Mit der Bezugsziffer 32 ist ein Abgasrück­ führungsventil bezeichnet, das gleichfalls über das Modul 27 angesteuert werden kann.

Claims (12)

1. Saugeinrichtung für eine in ein Kraftfahrzeug einbaubare, aufgeladene Brennkraftmaschine, mit einem Luftfilterkasten (5) zur Aufnahme eines Luftfilterelementes (6), sowie mit einem Ladeluftkühler (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (7) in den Luftfilterkasten (5) integriert ist.

2. Saugeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfilterkasten (5) zwei Einlässe (22, 23) aufweist, wobei ein Einlaß (23) den Rohlufteinlaß für die durch das Filterelement (6) und den Lader (11) strömende Luft bildet und der andere Einlaß (22) den Kühllufteinlaß für den Ladeluftkühler (7) bildet.

3. Saugeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Einlässe (22, 23) in einen Ansaugstutzen (8) integriert sind, der einen dem Kühllufteinlaß (22) zugeord­ neten Kühlluftkanal (25) und einen dem Rohlufteinlaß (23) zugeordneten Rohluftkanal (26) aufweist.

4. Saugeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfilterkasten (5), der Ladeluftkühler (7) und der Ansaugstutzen (8) eine Montage- und/oder Baueinheit bilden.

5. Saugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftfilterkasten (5) angeordnete Luftleit- (9, 10, 12) und/oder Luftteileinrichtungen (21) für die den Luftfilterkasten (5) durchströmende Rohluft bzw. Kühlluft vorgesehen sind.

6. Saugeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftleit- (9, 10, 12) und/oder Luftteil­ einrichtungen (21) in die Montage- und/oder Baueinheit integriert sind.

7. Saugeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftfilterkasten (5), insbesondere in einem luftumströmten Bereich des Luftfilterkastens (5) ein Luftmassenmeßelement (29) und/oder ein Modul (27) für Steuerelektronik der Brennkraftmaschine und/oder ein Steuerelement (28) für ein automatisiertes Schaltgetriebe angeordnet sind.

8. Saugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchströmrichtung des Ladeluftküh­ lers (7) vor oder hinter diesem ein Drucklüfter bzw. Sauglüfter (24) in den Luftfilterkasten (5) eingebaut oder an diesen angebaut ist.

9. Saugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfilterkasten (5) an einem mit der Brennkraftmaschine zusammenwirkenden Getriebe (4) befestigt ist.

10. Saugeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine im Heck des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.

11. Saugeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine ein Otto- oder ein Dieselmotor ist.

12. Saugeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine Bestand­ teil eines Hybridantriebes des Kraftfahrzeuges ist.