DE2828557A1

DE2828557A1 - Zwischenkuehler fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2828557A1
Application number: DE19782828557
Authority: DE
Inventors: Tejandra N Bose; Harshad Himabhai Patel
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE2828557C2; GB2000583B; JPS561456B2; AU3742178A; AU511794B2; IT7850067A0; GB2000583A; SE7807369L; MX146126A; US4191148A; FR2396167A1; BR7804129A; FR2396167B1; JPS5417411A; ES471273A1; CA1078276A

Description

Patentanmeldung

Cummins Engine Company, Inc.

1000 Fifth Street

Columbus, Indiana 47201 / USA

"Zwischenkühler für Verbrennungsmotoren"

Die Erfindung betrifft einen Zwischenkühler für Verbrennungsmotoren. Derartige Zwischenkühler sind seit langem bekannt und werden dazu verwendet, die spezifische Leistung eines Verbrennungsmotors mit Vorverdichtung, beispielsweise über einen Abgasturbolader, zu erhöhen. Diese Leistungssteigerung beruht darauf, daß die vorverdichtete und abgekühlte Verbrennungsluft eine bessere Ladung der Zylinder des Verbrennungsmotors gewährleistet.

Bei bekannten Zwischenkühlern der in Rede stehenden Art wird

809881/1116" _0R1G)NAL INSPECTED

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

die Luft über Wärmetauscher durch Kühlwasser gekühlt. Üblicherweise weist ein solcher Zwischenkühler ein Gehäuse mit einem Einlaß für die verdichtete und zu kühlende Luft und mit einem oder mehreren Auslassen zu den Zylindern des Verbrennungsmotors auf. Innerhalb dieses Gehäuses ist zumeist ein Wärmetauscherblock angeordnet, durch den Kühlwasser oder ein anderes Kühlmittel hindurchströmt. Die Rohrleitungen zur Führung des Kühlwassers sind zumeist mit großflächigen Rippen versehen, um eine optimale Wärmetauschung zu gewährleisten. Die Temperaturverhältnisse bei diesen Zwischenkühlern sind so, daß die verdichtete Luft mit etwa 180 C in den Zwischenkühler eintritt, dort durch Wärmetauschung mit dem Kühlwasser des Motors, dessen Temperatur üblicherweise nahe bei 80°C liegt, auf eine Temperatur von ca. 110 C gebracht wird.

Ein konstruktives Problem bei den bekannten Zwischenkühlern liegt darin, daß der Wärmetauscherblock so angebracht sein muß, daß er auch bei erheblichen Motor- und/oder Fahrzeugschwingungen unter allen Umständen wasserdicht bleibt. Für eine entsprechende Aufhängung des Wärmetauscherblockes sind daher eine Vielzahl von Vorschlägen gemacht worden. Beispielsweise wird der Wärmetauscherblock bei einem bekannten Zwischenkühler durch Leitbleche abgestützt, die nach außen weisende Flansche besitzen. Das Gehäuse dieses Zwischenkühlers ist zweiteilig ausgeführt und die Flansche des Wärmetauscherblockes sind zwischen die beiden Gehäusehälften eingeklemmt. Die Herstellung eines Wärmetauscherblockes für diesen Zwischenkühler ist zeit- und kostenaufwendig, da die Leitbleche mit dem Wärmetauscherblock und die Flansche ihrerseits mit den Leitblechen verschweißt werden müssen. Außerdem liegt eine potentielle Gefahr darin, daß bei Auftreten

8 0 9 8 81/1116

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

hoher Drücke die Seitenwände des Gehäuses des Zwischenkühlers ausgebeult werden, dabei möglicherweise sogar Schweißnähte reißen, zumindest aber die Flansche zwischen den beiden Gehäusehälften herausrutschen. Auf diese Weise wäre dann der Wärmetauscherblock nicht mehr abgestützt, so daß Motor- und/oder Fahrzeugschwingungen Undichtigkeiten entstehen lassen können.

Ausgehend von dem zuvor dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung also die Aufgabe zugrunde, einen Zwischenkühler anzugeben, der bei geringem Zeit- und Kostenaufwand hinsichtlich der Fertigung eine vollständige Dichtigkeit unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet.

Der erfindungsgemäße Zwischenkühler für Verbrennungsmotoren, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst dadurch gekennzeichnet, daß er ein eine langgestreckte Kammer bildendes Gehäuse mit einem Einlaß für die zu kühlende Luft und einem Auslaß für die gekühlte Luft aufweist, daß das Gehäuse aus zwei langgestreckten, einander gegenüberliegenden Seitenwänden und zwei Stirnwänden besteht, daß in dem Gehäuse ein langgestreckter Kühlerblock angeordnet ist, der aus einer Anzahl von vorzugsweise parallel zur Längsachse des Gehäuses verlaufenden Kühlrohren und mindestens einem plattenförmigen Querträger besteht, und daß der bzw. die plattenförmigen Querträger so an den beiden Seitenwänden befestigt sind, daß sie eine selbsttragende Einheit für den Kühlerblock bilden. Die erfindungsgemäß vorgesehenen und angeordneten plattenförmigen Querträger dienen einerseits der Stabilisierung des Kühlerblockes gegenüber Motor- und/oder Fahrzeugschwingungen, andererseits wird durch die Verbindung dieser plattenförmigen Querträger mit

809881/1116

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

- jr-

den Seitenwänden eine erhöhte Stabilität des Gehäuses gewährleistet. Auf diese Weise wird das Gehäuse auch gegenüber sehr hohen Innendrücken weitgehend uneiupfindlich, d. h. Ausbeulungen der Gehäusewände treten kaum mehr auf.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Verbrennungsmotor mit einem Zwischenkühler in schematischer Seitenansicht/

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zwischenkühlers in schematischer Seitenansicht,

Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 2 in einer schematischen Draufsicht,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 2 entlang der Linie 4-4,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 2 entlang der Linie 5-5, und

Fig. 6 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 2 entlang der Linie 6-6.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Verbrennungsmotor 10, genauer gesagt einen in üblicher Weise aufgebauten Diesel-Hubkolbenmotor. Von einem Zylinderkopf 12 des Verbrennungsmotors 10 wird hier

809881/1116

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

Verbrennungsluft Einlassen 14 der Zylinder des Verbrennungsmotors 10 zugeführt. Über Auslaßventile gelangen die Auspuffgase zu einem Auspuffkrümmer, von dem sie durch, eine Turbine 18 eines Turboladers 20 strömen. Von der Turbine 18 des Turboladers 20 wird ein Kompressor 22 zur Vorverdichtung der Ansaugluft angetrieben. Die vorverdichtete Ansaugluft wird durch eine Einlaß-Druckleitung 24 in einen Zwischenkühler 26 geleitet. Der Zwischenkühler 26 empfängt Kühlflüssigkeit aus dem Motorkühlsystem über einen Kühlmittelzulauf 28 und gibt die Kühlflüssigkeit an das Motorkühlsystem über einen Kühlmittelrücklauf 30, der über einen Auslaß 32 und einen flexiblen Zwischenstutzen 34 mit dem Zwischenkühler verbunden ist, wieder ab (Fig. 1).

Erfindungsgemäß weist der Zwischenkühler ein eine langgestreckte Kammer bildendes, wannenartiges Gehäuse 36 auf. Das Gehäuse 36 wird durch zwei langgestreckte, einander gegenüberliegende Seitenwände 40 bzw. 42 und mit den Seitenwänden 40, 42 verbundene vordere bzw. hintere Stirnwände 44 bzw. 46 gebildet. Die Seitenwand 42 verläuft in ihrem unteren Bereich schräg in Richtung der gegenüberliegenden Seitenwand 40 und ist über einen Boden 48 mit dieser verbunden. In der Seitenwand 40 sind mehrere Auslässe 50 für die gekühlte Luft vorgesehen, die mit den Lufteinlässen 14 für die Zylinder des Verbrennungsmotors 10 fluchten (Fig. 2, Fig. 5). Neben den Auslässen 50 verlaufen zwischen den Seitenwänden 40 und 42 Querstege 52. Das Gehäuse 36 ist über Befestigungselemente 54, die in Bohrungen 56 der Querstege 52 verlaufen, mit dem Zylinderkopf 12 des Verbrennungsmotors 10 verbunden und an diesem befestigt. Zusätzlich sind

809881 /1116

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

-JT-

im unteren Teil der Seitenwand 40 des Gehäuses 36 zusätzliche Bohrungen 58 mit Befestigungselementen 60 vorgesehen (vergl. insbesondere Fig. 5 und Fig. 6). Von der Seitenwand 42 führt eine Abluftleitung 61 zu einem Nachverdichter 63.

An der Oberkante der Seitenwände 40 und 42 sind Außenflansche 62 bzw. 64 und diesen Außenflanschen 62 bzw. 64 gegenüberliegende Innenflansche 66 bzw. 68 vorgesehen. Zwischen den Innenflanschen 66 bzw. 6 8 ist ein Kühlerblock 70 so angeordnet, daß er sich teilweise oberhalb, teilweise unterhalb der Innenflansche 66 bzw. 6 8 befindet. Der Kühlerblock 70 ist so angeordnet, daß von der Einlaß-Druckleitung 24 herkommende Verbrennungsluft über ihn hinwegstreichen muß, bevor sie durch die Auslässe 50 in die Zylinder des Verbrennungsmotors 10 strömen kann. Der Kühlerblock 70 besteht aus einer Mehrzahl von Kühlrohren 72, die vorzugsweise parallel zur Längsachse des Gehäuses 36 verlaufen. Die Kühlrohre 72 sind dabei in miteinander fluchtenden Bohrungen 74 in einer Mehrzahl von plattenförmigen Querträgern 76 gelagert. Die Kühlrohre 72 sind dabei an den plattenförmigen Querträgern 76 in irgendwie geeigneter Weise befestigt, beispielsweise an diese hart angelötet. Im übrigen sind die Kühlrohre 72 mit einer Vielzahl plattenförmiger Kühlrippen 75 versehen.

An den beiden Enden der Kühlrohre 72 sind, unmittelbar an den ersten bzw. letzten der plattenförmigen Querträger 76 angrenzend, Speichervolumina 78 bzw. 80 vorgesehen. Das Einlaß-Speichervolumen 80 besteht dabei aus einer Grundplatte 82 und einem Deckel 84. Durch die Grundplatte 82 und den Deckel 84 wird eine Kammer gebildet, in die die Enden der Kühlrohre 72

809881/1118

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

Λ0

einmünden. Über Flansche 86 und 88 ist der Deckel 84 des Einlaß-Speichervolumens 80 mit dem Kühlmittelzulauf 28 verbunden. Das Auslaß-Speichervolumen 78 besteht in gleicher Weise aus einer Grundplatte 90 und einem Deckel 92, wobei in die so gebildete Kammer die Kühlrohre 72 einmünden. Über einen Stutzen 9 ist das Auslaß-Speichervolumen 78 mit dem Kühlmittelrücklauf verbunden (vergl. Fig. 2).

Das Gehäuse 36 ist mit einem Deckel 96 versehen, der über einen Deckelflansch 100 an den Seitenwänden 40 bzw. 42 und Stirnwänden 44 bzw. 46 befestigt ist. Die Befestigung erfolgt über Befestigungselemente 98. Am Deckel 96 ist die Einlaß-Druckleitung 24 befestigt. Gleichfalls ist am Deckel 96 der Zwischenstutzen 34 für den Kühlmittelrücklauf 30 befestigt.

Die plattenförmigen Querträger 76 sind in ihrem Querschnitt so ausgebildet, daß ihre Seitenkanten 104 an den Innenflanschen bzw. 68 anliegen. Befestigungselemente 108 greifen durch Bohrungen 110 hindurch und in die plattenförmigen Querträger 76 hinein. Somit sind die plattenförmigen Querträger 76 fest mit den Seitenwänden 40 bzw. 42 des Gehäuses 36 verbunden (vergl. insbesondere Fig. 4).

Der zuvor beschriebene erfindungsgemäße Zwischenkühler ist ganz besonders einfach herzustellen und aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion außerordentlich zuverlässig. Die selbsttragende Konstruktion des Kühlblockes schließt das Auftreten von Undichtigkeiten aufgrund von Motor- und/oder Fahrzeugschwingungen nämlich nahezu vollständig aus.

009881/1116

/11

Leerseire

Claims

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

Patentansprüche :

\\j Zwischenkühler für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet , daß der Zwischenkühler ein eine langgestreckte Kammer bildendes Gehäuse (36) mit einem Einlaß (24) für die zu kühlende Luft und einem Auslaß (50) für die gekühlte Luft aufweist, daß das Gehäuse (36) aus zwei langgestreckten, einander gegenüberliegenden Seitenwänden (40, 42) und zwei Stirnwänden (44, 46) besteht, daß in dem Gehäuse (36) ein langgestreckter Kühlerblock (70) angeordnet ist, der aus einer Anzahl von vorzugsweise parallel zur Längsachse des Gehäuses (36) verlaufenden Kühlrohren (72) und wenigstens einem plattenförmigen Querträger (76) besteht, und daß der bzw. die plattenförmigen Querträger (76) so an den beiden Seitenwänden (40, 42) befestigt sind/ daß sie eine selbsttragende Einheit für den Kühlerblock (70) bilden.
2. Zwischenkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die plattenförmigen Querträger (76) einen solchen Querträger aufweisen, daß sie wenigstens teilweise an die einander gegenüberliegenden Seitenwände (40, 42) anstoßen und daß die plattenförmigen Querträger (76) an den Beruhrungsteilen über Befestigungselemente (108) mit den Seitenwänden (40, 42) fest verbunden sind.
3. Zwischenkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (36) wannenartig ausgebildet ist und daß die plattenförmigen Querträger (76) so an den Seitenwänden (40, 42)

809881/11 IS

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

- JT-

befestigt sind, daß der Kühlerblock (70) zum Teil über und zum Teil unter der Oberkante der Seitenwände (40, 42) liegt und daß ein langgestreckter Deckel (96) zur Abdeckung des Gehäuses (36) auf den Oberkanten der Seitenwände (40, 42) befestigt ist.
4. Zwischenkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlerblock (70) endseitig jeweils einen plattenförmigen Querträger (76) und zwischen diesen beiden plattenförmigen Querträgern (76) wenigstens einen weiteren plattenförmigen Querträger (76) aufweist und daß zwischen den plattenförmigen Querträgern (76) eine Vielzahl von im wesentlichen quer zur Längsachse der Kühlrohre (72) angeordneten Kühlrippen (75) vorgesehen sind.
5. Zwischenkühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlerblock (70) endseitig mit Speichervolumina (78, 80) versehen ist, daß die Speichervolumina (78, 80) mit endseitigen plattenförmigen Querträgern (76) verbunden sind, daß die Kühlrohre (75) in die endseitigen Speichervolumina (78, 80) einmünden und daß das eine Speiehervolumen (80) mit dem Kühlmittelzulauf (28) und das andere Speichervolumen (78) mit dem Kühlmitte !rücklauf (30) verbunden ist.
6. Zwischenkühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Querträger (76) einen solchen Querschnitt aufweisen, daß sie sich über den vollen Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden (40, 42) erstrecken und diese randseitig berühren und daß die plattenförmigen Querträger (76) an den Berührungsstellen mit den Seitenwänden (40, 42) über Befestigungselemente (108) fest verbindbar sind.

3 8 8 1/1116

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

- KT-
7. Zwischenkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (36) in einer der Seitenwandungen (40, 42) eine Mehrzahl von Auslässen (50) aufweist und daß die Auslässe (50) so angeordnet sind, daß die vom Einlaß (24) herströmende Luft zwangsweise über den Kühlerblock (70) geführt wird.
8. Zwischenkühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (24) in einem Deckel (92) für das Gehäuse (36) angeordnet ist.
9. Zwischenkühler nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wannenartig ausgebildete Gehäuse (36) gegossen und der Deckel (92) dieses Gehäuses (36) tiefgezogen ist.
10. Zwischenkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in Verbindung mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die in der einen Seitenwandung (40 bzw. 42) ausgebildeten Auslässe (50) mit den Einlassen (14) im Zylinderkopf des Verbrennungsmotors (10) fluchten und daß das Gehäuse (36) neben diesen Auslässen (50) am Zylinderkopf des Verbrennungsmotors (10) befestigt ist.

8 0 9 8 8 1/1116