DE3345558C2 - - Google Patents

Description

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

Es sind im Stand der Technik verschiedene Kühler und Heiz­ körper nach dem Kreuzstromprinzip beschrieben, bei denen versucht worden ist, den Wärmeübergang über dem Strömungs­ verlauf unter Berücksichtigung einer abnehmenden Tempera­ turdifferenz gleichmäßig zu gestalten. Hierbei lagen je­ doch abweichende Aufgaben zugrunde, die daher auch zu an­ deren Lösungen geführt haben. Aus der DE-OS 23 42 787 ist ein Kreuzstromwärmetauscher in der Verwendung als Lade­ luftkühler bekanntgeworden, der jedoch als wassergekühlter Ladeluftkühler ausgebildet ist, dessen Verwendung in sinn­ voller 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 Tempe­ ratur aufzuheizen. Es besteht nämlich bei derartigen Anla­ gen die Gefahr, daß bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur im Kühlmittel enthaltene Salze auskristalli­ sieren 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 nicht zu stark erwärmt werden dürfen. Nach diesem Stand der Technik war also nur die Einhaltung eines Maximalwer­ tes zu beachten, während die Temperaturverteilung als sol­ che 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 ei­ nem Leistungsverlust der Brennkraftmaschine führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei­ nen luftgekühlten Ladeluftkühler für die Verwendung an ei­ ner 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 ein­ heitliches Temperaturniveau aufweisen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die einzelnen Kühlluftfüh­ rungen des Ladeluftkühlers in bezug auf die Strömungsrich­ tung der Ladeluft eine zunehmende Wärmeaustauschfläche aufweisen, während der Strömungsquerschnitt in der Kühl­ luftführung 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 Kühlluft­ führungen und der Ladeluftführungen, durch die eine unbe­ hinderte Strömung sichergestellt wird, die Länge der in die Kühlluftführungen eingesetzten Wärmeaustauschflächen in bezug auf die fortschreitende Strömungsrichtung der La­ deluft zunehmen zu lassen, so daß bei einer allmählich ab­ fallenden Temperaturdifferenz zwischen den beiden Medien der Zeitraum, während dessen eine Aufheizung der Kühlluft 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 dar­ stellt, während sich Veränderungen nur an der Form der in die Kühlluftführungen eingesetzten Rippen ergeben, die in Strömungsrichtung angeordnet sind, um der Forderung nach gleichbleibendem Querschnitt Rechnung zu tragen. Während es zum einen möglich ist, durch unterschiedliche Gestal­ tung der Rippenform die Wärmeaustauschfläche zunehmen zu lassen, bietet es sich in bevorzugter Weise an, bei grund­ sätzlich gleicher Querschnittsform der Verrippung deren Länge zu variieren. Hierdurch wird insbesondere in kon­ struktiver Hinsicht das beste Ergebnis erreicht, da die Einzelelemente in grundsätzlich gleicher Weise hergestellt werden können und auch der Zusammenbau des Ladeluftkühlers 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 Ge­ setz erfolgt. In Anpassung an die vorherrschende Tempera­ turdifferenz und Strömungswege kann dabei der Steigungs­ winkel optimal gewählt werden. Eine weitere Verbesserung ist jedoch durchaus möglich, wenn nicht liniare Funktionen für die Längenzunahme der Verrippungen gewählt werden.

Kühlgebläse für luftgekühlte Verbrennungsmotoren sind in der Regel als Druckgebläse ausgebildet, d. h. also in Strö­ mungsrichtung vor der Brennkraftmaschine angeordnet. Eine besonders günstige Anordnung für den erfindungsgemäßen La­ deluftkühler besteht nun darin, ihn unmittelbar vor dem Kühlgebläse auf dessen Saugseite anzuordnen, wodurch zwei wesentliche Vorteile erzielt werden. Zum einen kann die Kühlluftführung in unveränderter Bauweise für Varianten einer Brenkraftmaschine mit und ohne Ladeluftkühlung bei­ behalten 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 Wir­ kung alleine, also ohne einen erfindungsgemäßen Ladeluft­ kühler, 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 Ladeluftküh­ lers ist in der Zeichnung dargestellt. Hierin ist eine La­ deluftführung 1 in einem Teilschnitt und eine Kühlluftfüh­ rung 2 dargestellt. Die Ladeluftführung 1 ist insgesamt qua­ derförmig und in ihrer gesamten Höhe und Breite mit wel­ lenförmigen Verrippungen versehen, die parallel zur Strö­ mungsrichtung ausgerichtet sind. Die Kühlluftführung 2 hat an sich die gleiche Höhe und Breite, vorgegeben durch zwei benachbarte Ladeluftführungen 1. Die wiederum parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtete wellenförmigen Verrippun­ gen weisen jedoch in bezug auf die Strömungsrichtung der Ladeluft zunehmende Länge auf, so daß im jeweiligen unver­ rippten Restteil der Kühlluftführung 2 nur noch ein vernach­ lässigbarer Wärmeaustausch stattfindet. Die Zunahme der Rippenlänge über der Höhe ist dabei so zu wählen, daß die austretende Kühlluft eine einheitliche Temperatur auf­ weist. Auf der Austrittsseite der Ladeluftführungen 1 ist ein Ladeluftsammler 3 angeordnet, dessen Austritt 4 mit der Saugseite der Brennkraftmaschine verbunden ist. In Ab­ weichung von der dargestellten Ausführung können die Kühl­ luftführungen 2 an der Oberseite auf der ganzen Breite des Ladeluftkühlers abgedeckt sein, so daß sich eine verbes­ serte Strömungsführung ergibt. Im einzelnen angepaßte Ver­ kleidungsteile bzw. Strömungsführungsbleche, insbesondere zur Anpassung an das Kühlluftgebläse der Brennkraftma­ schine, sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da sie von Fall zu Fall in einfacher konstruktiver Weise angepaßt werden können.

Claims (5)

1. Luftgekühlter Ladeluftkühler nach dem Kreuzstrom­ prinzip, angeordnet im Kühlluftstrom einer luftgekühlten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kühluftführungen (2) des Ladeluftkühlers in bezug auf die Strömungsrichtung der Ladeluft eine zunehmende Wärmeaustauschfläche 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 Kühl­ luftführungen (2) des Ladeluftkühlers in Strömungsrichtung angeordnete Verrippungen in bezug auf die Strömungsrich­ tung der Ladeluft eine zunehmende Länge aufweisen.

3. Luftgekühlter Ladeluftkühler nach einem der An­ sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verrippungen in allen Kühlluftführungen (2) des Ladeluftkühlers gleiche Quer­ schnittsform aufweisen.

4. Luftgekühlter Ladeluftkühler nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Länge der Ver­ rippungen in bezug auf die Strömungsrichtung der Ladeluft liniar verläuft, so daß die Verrippungen der Kühlluftfüh­ rungen (2) in einem zu beiden Strömungsrichtungen paralle­ len Querschnitt durch den Ladeluftkühler insgesamt eine Trapezform bildet.

5. Luftgekühlter Ladeluftkühler nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler unmittelbar vor einem Kühlgebläse der Brennkraftmaschine auf dessen Saugseite angeordnet ist.