DE3345558A1

DE3345558A1 - Luftgekuehlter ladeluftkuehler

Info

Publication number: DE3345558A1
Application number: DE19833345558
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. Leupold; Gerd 5060 Bergisch Gladbach Ungeringer; Hans 5064 Rösrath Weitzenbürger
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1985-06-27
Also published as: DE3345558C2

Description

Κ"; ■ •-.--r-fi..,T-.i;c^t-J'-reu^lz AG Z^ w\ΓΙ El- _ _ - .^:. . -". - .."■.-■

5000 Köln 80, den 12.12.1983 3345558 D 83/40 AE-ZPB

. 3-Luftgekühlter Ladeluftkühler

Die vorliegende Erfindung betrifft einen luftgekühlten Ladeluftkühler für die Verwendung an einer ebenfalls luftgekühlten Brennkraftmaschine. Derartige Ladeluftkühler sind häufig im Kühlluftstrom der Brennkraftmaschine angeordnet.

Es sind im Stand der Technik verschiedene Kühler und Heizkörper nach dem Kreuzstromprinzip beschrieben, bei denen versucht worden ist, den Wärmeübergang über dem Stromungsverlauf unter Berücksichtigung einer abnehmenden Temperaturdifferenz gleichmäßig zu gestalten. Hierbei lagen jedoch abweichende Aufgaben zugrunde, die daher auch zu anderen Lösungen geführt haben. Aus der DE-OS 23 42 787 ist ein Kreuzstromwärmetauscher in der Verwendung als Ladeluftkühler bekanntgeworden, der jedoch als wassergekühlter Ladeluftkühler ausgebildet ist, dessen Verwendung in sinnvoller Weise nur bei wassergekühlten Brennkraftmaschinen erfolgen kann. Die Aufgabe, die hierbei gestellt war, lag darin, das flüssige Kühlmittel, das auch aus sogenanntem Rohwasser bestehen kann, nicht über eine bestimmte Temperatur aufzuheizen. Es besteht nämlich bei derartigen Anlagen die Gefahr, daß bei überschreiten einer bestimmten Temperatur im Kühlmittel enthaltene Salze äuskristallisieren und sich an den Wärmetauscherrohren niederschlagen. Das gleiche gilt auch für andere Verunreinigungen. Das gleiche Problem stellt sich jedoch auch bei geschlossenen Kühlkreisläufen dar, bei denen Antikorrosionsmittel häufig

KHD

- y- 12.12.1983

nicht zu stark erwärmt werden dürfen. Nach diesem Stand der Technik war also nur die Einhaltung eines Maximalwertes zu beachten, während die Temperaturverteilung als solche unterhalb dieses Maximalwertes völlig belanglos war, da hinter dem Wärmetauscher ohnehin eine Vermischung in einer gemeinsamen Leitungsführung zum Kühlwassereintritt an der Brennkraftmaschine erfolgt. Im übrigen weist der Ladeluftkühler nach der Entgegenhaltung den Nachteil auf, daß im Ladeluftstrom Einbauten zunehmenden Querschnittes vorgesehen sind, die zu einer Drosselung und damit zu einem Leistungsverlust der Brennkraftmaschine führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen luftgekühlten Ladeluftkühler für die Verwendung an einer luftgekühlten Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, der besonders an diesen Verwendungszweck angepaßt ist und sowohl strömungstechnich als auch in bezug auf den Wärmeübergang besonders günstig gestaltet ist. Hierbei soll insbesondere der aus dem Wärmetauscher austretende, der Brennkraftmaschine zugeführte Kühlluftstrom ein einheitliches Temperaturniveau aufweisen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die einzelnen Kühlluftführungen des Ladeluftkühlers in bezug auf die Strömungsrichtung der Ladeluft eine zunehmende Wärmeaustauschfläche aufweisen, während der Strömungsquerschnitt in der Kühlluftführung und in der Ladeluftführung entlang beider Strömungsverläufe gleichbleibend ist.

Bei Luft-zu-Luft-wärmetauschern ist es aufgrund des schlechten Wärmeüberganges im allgemeinen notwendig, die Wärmeaustauschoberflächen durch Rippen und dergleichen zu vergrößern. Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, bei an sich gleichbleibender Gestaltung der Kühlluftführungen und der Ladeluftführungen, durch die eine unbe-35

- 5 - 12.12.1983

hinderte Strömung sichergestellt Wird/ die Lange der in die Kühlluftführungen eingesetzten Wärmeaustausch^lachen in bezug auf die fortschreitende S'fcromungsrichtung der Ladeluft zunehmen zu lassen, so daß bei einer allmählich abfallenden Temperaturdifferenz zwischen den beiden Medien der Zeitraum, während dessen eine Aufheieung der Kuhlluft stattfindet, allmählich zunimmt, ohne daß sich dabei die Geschwindigkeit der Kühlluft verändert und ohne daß dabei besondere Einbauten die Strömung der Kühlluft behindern.

Die Kühlluftführungen und die Ladeluftführungen sind dabei in üblicher Weise von rechteckigem Querschnitt, so daß sich der gesamte Ladeluftkühler in quadrischer Form darstellt, während sich Veränderungen nur an aet Form der in die Kühlluftführungen eingesetzten Rippen ergeben, die in Strömungsrichtung angeordnet sind, um der Forderung nach gleichbleibendem Querschnitt Rechnung zu tragen* Wahrend es zum einen möglich ist, durch unterschiedliche Gestaltung der Rippenform die Wärmeaustauschfläche zunehmen zu lassen, bietet es sich in bevorzugter Weise an, bei grundsätzlich gleicher Querschnittsform der Verrippüng deren Länge zu variieren. Hierdurch wird insbesondere in konstruktiver Hinsicht das beste Ergebnis erreicht, da die Einzelelemente in grundsätzlich gleicher Weise hergestellt werden können und auch der Zusammenbau des Ladeluftkiihlers mit gleichbleibenden Fertigungsschritten erfolgen kann.

Ein besonders einfacher Aufbau, der in der Fertigung am leichtesten dargestellt werden kann, ergibt sich dann, wenn die Zunahme der Rippenlänge nach einem liniaren Gesetz erfolgt. In Anpassung an die vorherrschende Temperaturdifferenz und Strömungswege kann dabei äet Steigungswinkel optimal gewählt werden. Eine weitere Verbesserung ist jedoch durchaus möglich, wenn nicht liniare Funktionen für die Längenzunahme der Verrippungen gewählt werden.

20000 5 82 pg _{F 36O} ,

'-•■•!:'-i'.-[Vu!z A3

Kühlgebläse für luftgekühlte Verbrennungsmotoren sind in der Regel als Druckgebläse ausgebildet, d.h. also in Strömungsrichtung vor der Brennkraftmaschine angeordnet. Eine besonders günstige Anordnung für den erfindungsgemäßen Ladeluftkühler besteht nun darin, ihn unmittelbar vor dem Kühlgebläse auf dessen Saugseite zu ordnen, wodurch zwei wesentliche Vorteile erzielt werden. Zum einen kann die Kühlluftführung in unveränderter Bauweise für Varianten einer Brenkraftmaschine mit und ohne Ladeluftkühlung beibehalten werden, ohne daß Eingriffe in die Kühlluftführung erforderlich sind; zum anderen trägt das Kühlgebläse in gewissem Umfange dazu bei, das Temperaturniveau der aus dem Ladeluftkühler austretenden Kühlluft zu nivellieren. Es muß hierbei allerdings angemerkt werden, daß diese Wirkung alleine, also ohne einen erfindungsgemäßen Ladeluftkühler, nicht ausreichen würde, die Brennkraftmaschine mit Kühlluft von gleichmäßiger Temperatur zu versorgen, da im wesentlichen die Stromfäden auch im Kühlgebläse erhalten bleiben und starke Temperaturdifferenzen auf der Saugseite sich auch auf der Druckseite wiederfinden.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers ist in der Zeichnung dargestellt. Hierin ist eine Ladeluftführung 1 in einem Teilschnitt und eine Kühlluftführung 2 dargestellt. Die Ladeluftführung ist insgesamt quaderförmig und in ihrer gesamten Höhe und Breite mit wellenförmigen Verrippungen versehen, die parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind. Die Kühlluftführung 2 hat an sich die gleiche Höhe und Breite, vorgegeben durch zwei benachbarte Ladeluftführungen. Die wiederum parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtete wellenförmigen Verrippungen weisen jedoch in bezug auf die Strömungsrichtung der Ladeluft zunehmende Länge auf, so daß im jeweiligen unverrippten Restteil der Kühlluftführung nur noch ein vernach-

5 82 pg F360/1

- 7 - 12.12.1983

lässigbarer Wärmeaustausch stattfindet, öie Zunahme der Rippenlänge über der Höhe ist dabei so zu wählen, daß die austretende Kühlluft eine einheitliche Temperatur aufweist. Auf der Austrittsseite der Ladeluftführüngen ist ein Ladeluftsammler 3 angeordnet, dessen Austritt 4 mit der Saugseite der Brennkraftmaschine verbunden ist. Ih Abweichung von der dargestellten Ausführung können die Kuhlluftführungen an der Oberseite auf der ganzen Breite des Ladeluftkühlers abgedeckt sein, so daß sich eine verbesserte Strömungsführung ergibt. Im einzelnen angepaßte Verkleidungsteile bzw. Strömungsführungsbleche, insbesondere zur Anpassung an das Kühlluftgeblase der Brennkraftmaschine, sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da sie von Fall zu Fall in einfacher konstruktiver Weise angepaßt werden können.

-r

Leerseite -

copy

Claims

5Ö00 Köln 80, den 12.12.1983 qq/ crcn D 83/40 AE-ZPB O O *t O O 3 Ö Patentansprüche,

1.1 Luftgekühlter Ladeluftkühler nach dem Kreuzstrompfinzip, angeordnet im Kühlluftstrom einer luftgekühlten Brennkraftmaschine,

dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kühluftführungen

(2) des Ladeluftkühlers in bezug auf die Strömungsrichtung der Ladeluft eine zunehmende Wärmeaustauschflache aufweisen, während der Strömungsquerschnitt in der Kühlluftführung (2) und in der Ladeluftführung (1) entlang beider Strömungsverläufe gleichbleibend ist.

2. Luftgekühlter Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der einzelnen Kühlluftführungen (2) des Ladeluftkiihlers in Stromungsrichtung angeordnete Verrippungen in bezug auf die Strömungdrichtung der Ladeluft eine zunehmende Länge aufweisen.

3. Luftgekühlter Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verrippungen in allen Kühlluftführungen (2) des Ladeluftkühlers gleiche Querschnittsform aufweisen.

20000 5 82 pg ' _F3601

- 2 - 12.12. 1983

4. Luftgekühlter Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3/

dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Länge der Verrippungen in bezug auf die Strömungsrichtung der Ladeluft liniar verläuft, so daß die Verrippungen der Kühlluftführungen (2) in einem zu beiden Strömungsrichtungen parallelen Querschnitt durch den Ladeluftkühler insgesamt eine Trapezform bildet.

5. Luftgekühlter Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler unmittelbar vor einem Kühlgebläse der Brennkraftmaschine auf dessen Saugseite angeordnet ist.

20000 582 PO F 360/1