DE602005004160T2

DE602005004160T2 - Wärmetauscher mit rohrkern, besonders für einen turboverbrennungsmotor

Info

Publication number: DE602005004160T2
Application number: DE602005004160T
Authority: DE
Inventors: Jean-Yves Rohellec
Original assignee: RENAULT TECHNOCENTRE; RENAULT TECHNOCT
Current assignee: RENAULT TECHNOCENTRE; RENAULT TECHNOCT
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: FR2873798A1; EP1779054A1; WO2006021704A1; EP1779054B1; JP4543083B2; US7748437B2; FR2873798B1; DE602005004160D1; ATE382840T1; JP2008508472A; KR20070048179A; ES2297757T3; US20070209783A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündel-Wärmetauscher, der insbesondere dazu bestimmt ist, die Ladeluft in einem aufgeladenen Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu kühlen.
Die Erfindung betrifft genauer einen Wärmetauscher, insbesondere vom Typ Luft-Luft, für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor von dem Typ, der mindestens einen ersten Kollektor und einen zweiten Kollektor aufweist, die in Querrichtung durch ein Bündel von waagrechten Rohren verbunden sind, in denen ein innerer Luftstrom fließt, der von einem Kühlfluidstrom gekühlt werden soll, der außerhalb des Bündels von Rohren fließt.
Bei den aufgeladenen Verbrennungsmotoren ist es bekannt, Kühlvorrichtungen oder "Kühler" wie einen Wärmetauscher zu verwenden, um die Ladeluft zu kühlen, damit die Wärmelast des Motors, die Temperatur der Abgase und folglich die Emissionen von Stickoxid und der Kraftstoffverbrauch reduziert werden.
Die Ladeluft kann hauptsächlich auf zwei Arten gekühlt werden, nämlich entweder durch die Kühlflüssigkeit des Motors oder durch die äußere Umgebungsluft.
Im Fall der Kühlung durch Wasser kann die Einbaustellung des Kühlers – typischerweise ein Wärmetauscher vom Typ Luft-Wasser – frei gewählt werden, was sehr vorteilhaft ist aufgrund der extremen Kompaktheit der wassergekühlten Kühler. Trotzdem ist es nicht möglich, die Temperatur der Ladeluft auf den gewünschten Wert abzukühlen, der im Allgemeinen unter demjenigen der Kühlflüssigkeit liegt.
Daher sind die Kraftfahrzeuge, die aufgeladene oder turbogeladene Verbrennungsmotoren aufweisen, fast ausschließlich mit luftgekühlten Ladeluft-Kühlern ausgestattet, im Allgemeinen mindestens einem Wärmetauscher vom Typ Luft-Luft.
Die Druckschrift US-A-4.702.079 beschreibt ein Beispiel eines Luft-Luft-Wärmetauschers, der, wie man insbesondere in 2 dieser Druckschrift sehen kann, meist vorne am Fahrzeug montiert ist, um vom dynamischen Druck der Außenluft belüftet zu werden, wenn das Fahrzeug sich bewegt.
Natürlich kann der Luft-Luft-Wärmetauscher auch an einer anderen Stelle des Motorraums des Fahrzeugs angeordnet werden, aber er muss dann mittels eines getrennten Gebläses gekühlt werden, wie zum Beispiel ein Kühlerventilator. Eine solche Lösung wird also aus Kostengründen, wegen des Gewichts und des Platzbedarfs selten angewendet.
Bei einem Einsetzen des Wärmetauschers an der Vorderseite des Fahrzeugs ist es auch notwendig, andere Zwänge zu berücksichtigen, insbesondere Zwänge bezüglich der Sicherheit, wie zum Beispiel die Beachtung der Normen betreffend einen Zusammenstoß mit einem Fußgänger.
Daher ist der Luft-Luft-Wärmetauscher im Allgemeinen vor dem Wasserkühler angeordnet, mit dem Vorteil, aufgrund des Vorhandenseins des Ventilators des Wasserkühlers immer über eine ausreichende Kühlung bei geringer Geschwindigkeit zu verfügen.
Eine solche Anordnung birgt aber im Gegenzug die Gefahr, die Zirkulation und die Zufuhr der Außenkühlungsluft zu beeinträchtigen, und den Nachteil, die Kühlungsluft "vorzuheizen" und somit den Wasserkühler überdimensionieren zu müssen.
Um diese Nachteile zu beseitigen, sucht man insbesondere nach Lösungen, die es erlauben, die Wärmetauscher (oder Kühler) für Ladeluft über oder unter dem Wasserkühler anzuordnen.
Eine solche Anordnung erfordert es aber, insbesondere aus Gründen des Platzbedarfs, einen Wärmetauscher zu verwenden, der geeignete Abmessungen in der Länge, der Breite und der Höhe aufweist, d. h. ein Wärmetauscher global in Form einer "Stange", dessen Rohrbündel eine große Länge im Vergleich mit seiner Breite bzw. Höhe hat.
Je größer bei einem Wärmetauscher die Länge der vom Ladeluftstrom durchflossenen Rohre für eine gleiche Anzahl von Rohren ist, desto höher wird der Druckverlust.
Außerdem weisen die Rohre des Bündels allgemein Mittel wie "Turbulenzerzeuger" auf, die so genannt werden, weil sie einen Fluss der zu kühlenden Luft vom turbulenten oder nicht-laminaren Typ bewirken, und dies, um die Wärmetauschvorgänge zwischen der zu kühlenden Luft und dem Kühlfluid zu verstärken.
Daher hat die Größe der Druckabfälle bei solchen Wärmetauschern bis jetzt ihre Verwendung bei Anwendungen auf die Kühlung der Ladeluft eines Verbrennungsmotors beeinträchtigt.
Um diese Nachteile zu beheben, schlägt die Erfindung einen Wärmetauscher, insbesondere vom Typ Luft-Luft, vor, dessen innerer Druckabfall besonders reduziert ist.
Mit diesem Ziel schlägt die Erfindung einen Wärmetauscher des oben beschrieben Typs vor, dadurch gekennzeichnet, dass das Bündel von Rohren mindestens aufweist:

– einen ersten Teil, der eine erste Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt und eine zweite Reihe von Rohren ohne Turbulenzerzeuger mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt aufweist, der global gleich dem Gesamtdurchlassquerschnitt ist,
– einen zweiten Teil, der eine erste Reihe von Rohren ohne Turbulenzerzeuger mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt und eine zweite Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt aufweist, der global gleich dem Gesamtdurchlassquerschnitt ist,
– und einen Verteilerkasten des zu kühlenden inneren Luftstroms, der Mittel zur Verbindung des Ausgangs der ersten Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern des ersten Teils mit dem Eingang der ersten Reihe von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils und zur Verbindung des Ausgangs der zweiten Reihe von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils mit dem Eingang der zweiten Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern des zweiten Teils aufweist.

Vorteilhafterweise weist der erfindungsgemäße Wärmetauscher bei gleicher Kühlkapazität und gleichem Druckabfall wie die Wärmetauscher des Stands der Technik einen geringeren Platzbedarf auf, der es insbesondere ermöglicht, ihn unter dem Wasserkühler des Motors anzuordnen.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:

– weist die erste Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern des ersten Teils eine obere Gruppe von Rohren und eine untere Gruppe von Rohren auf, und die zweite Reihe von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils ist senkrecht zwischen der oberen und unteren Gruppe von Rohren der ersten Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern des ersten Teils angeordnet;
– weist die erste Reihe von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils eine obere Gruppe von Rohren und eine untere Gruppe von Rohren auf, und die zweite Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern des zweiten Teils ist senkrecht zwischen der oberen Gruppe und der unteren Gruppe von Rohren der ersten Reihe von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils angeordnet;
– weist der Wärmetauscher mindestens einen Durchlass für die Zirkulation des Kühlfluidstroms (Fe) zwischen mindestens einem Teil der Rohre der ersten und der zweiten Reihe mit Turbulenzerzeugern und/oder der ersten und der zweiten Reihe ohne Turbulenzerzeuger auf;
– weisen die Rohre der ersten Reihen und der zweiten Reihen jedes der Teile gemäß einer senkrechten Schnittebene einen parallelepipedischen, insbesondere rechteckigen Längsquerschnitt auf;
– bilden der erste Kollektor und der zweite Kollektor einen Lufteingangskasten bzw. einen Luftausgangskasten des zu kühlenden inneren Luftstroms;
– besteht das Kühlfluid des inneren Luftstroms aus einem äußeren Luftstrom, wie einem Luftstrom, der aus dem dynamischen Druck der Luft resultiert, der durch die Bewegung des Fahrzeugs und/oder von einem Kühlerventilator verursacht wird;
– weist der Wärmetauscher in Querrichtung eine im Wesentlichen längliche Form auf, um insbesondere seinen Einbau über oder unter dem Kühler des Motors zu erlauben;
– hat der Wärmetauscher global eine parallelepipedische/rechteckige Form.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung hervor, für deren Verständnis auf die beiliegenden Figuren verwiesen wird. Es zeigen:
1 eine Teilansicht von der Seite des vorderen Bereichs eines Fahrzeugs, in dem schematisch die Anordnung des Verbrennungsmotors, des Kühlers und des Wärmetauschers gemäß der Lehre der Erfindung gezeigt ist;
2 eine Frontansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, der unter dem Kühler des Motors angeordnet ist;
3 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Wärmetauscher;
4 eine Ansicht im senkrechten Querschnitt durch den Wärmetauscher gemäß der entsprechenden Ebene IV-IV in 3, die ein Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers veranschaulicht, der einen ersten und einen zweiten Teil aufweist, die mit Reihen von Rohren mit bzw. ohne Turbulenzerzeuger versehen sind;
die 5 bis 7 Ansichten im senkrechten Längsschnitt durch den ersten Teil, den Verteilerkasten bzw. den zweiten Teil gemäß den entsprechenden senkrechten Schnittebenen V-V bis VII-VII in 3.
Üblicherweise werden in der Beschreibung und den Ansprüchen die Begriffe "erste(r)" oder "zweite(r)", "unter" oder "ober" und die Richtungen "längs", "quer" und "senkrecht" in nicht einschränkender Weise verwendet, um Elemente bzw. Stellungen gemäß den in der Beschreibung angegebenen Definitionen und gemäß dem Trieder (L, V, T) zu bezeichnen, das in den Figuren dargestellt ist.
In 1 ist schematisch der vordere Teil eines Kraftfahrzeugs 10 dargestellt, das ein Triebwerk mit Verbrennungsmotor 12 aufweist, der hier vom aufgeladenen Typ ist.
In bekannter Weise enthält ein solcher aufgeladener Motor 12 einen Ansaugkreis, einen Auspuffkreis und einen Turbolader (nicht dargestellt), der einen Verdichter, um Frischluft mit Druck zu beaufschlagen, und eine Turbine aufweist, um die für den Antrieb des Verdichters notwendige mechanische Energie zu liefern.
Es wird kurz daran erinnert, dass beim Betrieb des Motors 12 aus der Atmosphäre kommende Frischluft in einen Eingangsteil des Ansaugkreises angesaugt wird, nachdem sie den Luftfilter durchquert hat, der dazu bestimmt ist, die in der Frischluft vorhandenen Teilchen zurückzuhalten, und die dann angesaugt und vom Verdichter verdichtet wird.
Die Verdichtung der Luft bewirkt ihre Erwärmung, so dass es notwendig ist, dass verdichtete Frischluft, Ladeluft genannt, anschließend gekühlt wird, ehe sie zum Ansaugkrümmer kommt, und die Zylinder zyklisch gemäß einer Frequenz zu speisen, die von der Drehzahl des Motors 12 abhängt.
Der Ansaugkreis weist folglich eine Kühlvorrichtung, auch Kühler genannt, auf, die im Allgemeinen wie oben erläutert aus einem Wärmetauscher 14 besteht, den ein Kühlungs-Wärmeträgerfluid durchquert, um den inneren Ladeluftstrom Fi zu kühlen, der vom Verdichter kommt.
Nach der Verbrennung werden die unter Druck stehenden Abgase mit Hilfe eines Auspuffkrümmers (nicht dargestellt) in eine Auspuffleitung (nicht dargestellt) abgeleitet, die selektiv die Turbine des Turboladers speist, ehe diese Gase in die Atmosphäre abgeleitet werden.
Im in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher 14 ein Wärmetauscher vom Typ Luft-Luft, so dass das Kühlfluid aus einem äußeren Luftstrom Fe besteht.
Wie man in 1 sehen kann, entspricht der äußere Luftstrom Fe insbesondere dem Luftstrom, der aus dem dynamischen Druck der Luft resultiert, der von der Bewegung des Fahrzeugs bewirkt wird.
Der äußere Luftstrom Fe ist hier schematisch durch Pfeile mit gewelltem Schaft dargestellt, um sie von den anderen Pfeilen zu unterscheiden, die die Figuren enthalten, insbesondere die Pfeile mit geradlinigem Schaft, die schematisch den inneren Luftstrom Fi darstellen.
Es ist anzumerken, dass die Abmessungen des Wärmetauschers 14, d. h. seine Breite oder Tiefe (l), seine Höhe (h) und seine Länge (L), hier seinen Abmessungen in der Längsrichtung, der senkrechten bzw. Querrichtung des Trieders (L, V. T) entsprechen.
Der Wärmetauscher 14 weist einen ersten Kollektor 16 und einen zweiten Kollektor 18 auf, die quer von einem Bündel 20 von Rohren verbunden werden, in denen ein innerer Luftstrom Fi zirkuliert, der von dem äußerem Luftstrom Fe gekühlt werden soll, der außerhalb des Bündels 20 von Rohren zirkuliert.
Wie man in 3 sehen kann, bilden der erste Kollektor 16 und der zweite Kollektor 18 hier einen Eingangsluftkasten bzw. einen Ausgangsluftkasten des zu kühlenden inneren Luftstroms Fi.
Vorteilhafterweise sind die Eingangs- und Ausgangsluftkästen gleich, was es insbesondere ermöglicht, ihre Herstellungskosten zu reduzieren.
Der innere Luftstrom Fi fließt von links nach rechts gemäß den in den 2 und 3 dargestellten Pfeilen, d. h. in Querrichtung (T).
Der äußere Kühlluftstrom Fe fließt, wie es die Pfeile in den 1 und 3 zeigen, in Längsrichtung (L), d. h. orthogonal zur Querrichtung (T).
Das Bündel 20 von Rohren weist hauptsächlich einen ersten Teil P1, einen zweiten Teil P2 und einen Zwischenverteilerkasten 24 auf, der quer, hier zentral, zwischen dem ersten und dem zweiten Teil P1, P2 eingefügt ist.
Der Wärmetauscher 14 hat im Wesentlichen die Form einer "Stange", d. h. dass er in Querrichtung eine allgemein längliche Form aufweist, hier global parallelepipedisch-rechteckig. Vorteilhafterweise kann ein solcher Wärmetauscher 14 also unter dem Kühler 22 des Kühlkreislaufs des Motors 12 angeordnet werden, wie dies in den 1 und 2 veranschaulicht ist.
In einer Variante ist der Wärmetauscher 14 über dem Kühler 22 des Kühlkreislaufs des Motors 12 angeordnet.
Eine solche Anordnung wird von nun an durch einen erfindungsgemäß hergestellten Wärmetauscher 14 ermöglicht, der es insbesondere erlaubt, den inneren Druckabfall im Vergleich mit den länglichen Wärmetauschern des Stands der Technik zu reduzieren.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 14 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bündel 20 von Rohren mindestens aufweist:

– den ersten Teil P1, der eine erste Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 mit einem Gesamtquerschnitt oder Durchlassbereich A11 und eine zweite Reihe S2P1 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger mit einem Gesamtquerschnitt oder Durchlassbereich A12 aufweist, der global gleich dem Durchlassquerschnitt A11 ist,
– einen zweiten Teil P2, der eine erste Reihe S1P2 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger mit einem Gesamtquerschnitt oder Durchlassbereich A21 und eine zweite Reihe S2P2 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 mit einem Gesamtquerschnitt oder Durchlassbereich A22 aufweist, der global gleich dem Gesamtdurchlassquerschnitt A21 ist,
– und den zentralen Verteilerkasten 24 des zu kühlenden inneren Luftstroms, der Mittel zur Verbindung des Ausgangs der ersten Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzerzeugern des ersten Teils P1 mit dem Eingang der ersten Reihe S1P2 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils P2 und zur Verbindung des Ausgangs der zweiten Reihe S2P1 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils P1 mit dem Eingang der zweiten Reihe S2P2 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 des zweiten Teils P2 aufweist.

Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 14 weist die erste Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 des ersten Teils P1 des Wärmetauschers 14 eine obere Gruppe 26 von Rohren und eine untere Gruppe 28 von Rohren auf, und die zweite Reihe S2P1 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils P1 ist senkrecht zwischen der oberen 26 und unteren Gruppe 28 von Rohren der ersten Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 des ersten Teils P1 angeordnet.
In gleicher Weise weist die erste Reihe S1P2 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils P2 des Wärmetauschers 14 eine obere Gruppe 30 von Rohren und eine untere Gruppe 32 von Rohren auf, und die zweite Reihe S2P2 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 des zweiten Teils P2 ist senkrecht zwischen der oberen Gruppe 30 und der unteren Gruppe 32 von Rohren der ersten Reihe S1P2 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils P2 angeordnet.
Im in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zweite Reihe S2P1 ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils P1 ein einziges zentrales Rohr 36 auf, und die erste Reihe S1P2 ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils P2 weist ein oberes Rohr 30 und ein unteres Rohr 32 auf, die hier die obere bzw. die untere Gruppe bilden.
Die Turbulenzerzeuger 34 aufweisenden Rohre sind in 4 "punktiert" oder "gerastert" dargestellt, um sie zu unterscheiden, und sie sind außerdem besser sichtbar in den Schnitten der 5 und 7.
Der Wärmetauscher 14 weist Zirkulationsdurchgänge 38 für den äußeren Kühlungs-Luftstrom Fe auf, vorzugsweise zwischen jedem der Rohre der ersten Reihe S1P1 und der zweiten Reihe S2P1, um die Wärmetauschvorgänge zwischen dem inneren Strom Fi und dem äußeren Luftstrom Fe zu optimieren.
Die Durchgänge 38 sind insbesondere in der Frontansicht der 2 und der Schnittansicht der 4 sichtbar.
Der Zwischenverteilerkasten 24 weist Mittel 40 zur Verbindung des Ausgangs der ersten Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 des ersten Teils P1 mit dem Eingang der ersten Reihe S1P2 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils P2 und zur Verbindung des Ausgangs der zweiten Reihe S2P1 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils P1 mit dem Eingang der zweiten Reihe S2P2 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 des zweiten Teils P2 auf.
Die Verbindungsmittel 40 des Verteilerkastens 24 bestehen aus einer oberen geneigten Querplatte 42 und aus einer unteren geneigten Querplatte 44, die senkrecht zwischen sich einen inneren divergierenden Verbindungsabschnitt 46 zwischen dem Ausgang des zentralen Rohrs 36 ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils P1 und den Eingängen jedes der Rohre der zweiten Reihe S2P2 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 begrenzen.
Die obere Platte 42 begrenzt senkrecht mit der oberen waagrechten Wand 48 des Körpers 50 des Gehäuses 24 einen oberen konvergierenden Verbindungsabschnitt 52 zwischen den Ausgängen jedes Rohrs der oberen Gruppe 26 der ersten Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 und dem Eingang des oberen Rohrs 30.
Die untere Platte 44 begrenzt senkrecht mit der unteren waagrechten Wand 54 des Körpers 50 des Gehäuses 24 einen unteren konvergierenden Verbindungsabschnitt 56 zwischen den Ausgängen jedes Rohrs der unteren Gruppe 28 der ersten Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 und dem Eingang des unteren Rohrs 32.
Wie in 6 dargestellt, werden die Verbindungsabschnitte 46, 52 und 56 auch in Längsrichtung durch die entgegengesetzten Querwände 58 des Körpers 50 des Gehäuses 24 begrenzt.
Nachfolgend werden der Betrieb des Wärmetauschers 14 gemäß der Erfindung und die Kühlung des inneren Luftstroms Fi durch den äußeren Luftstrom Fe beschrieben.
Der den Eingangsluftkasten bildende erste Kollektor 16 weist eine Eingangsöffnung OE1, die mit einem stromaufwärts liegenden Element der Ansaugleitung des Ansaugkreislaufs des Motors 12 verbunden ist, und eine Ausgangsöffnung OS1 auf, die in das Bündel 20 mündet.
So dringt der vom Verdichter kommende, zu kühlende innere Luftstrom Fi in den ersten Kollektor 16 über die Eingangsöffnung OE1 ein, aus dem er über die Öffnung OS1 austritt, um zunächst den ersten Teil P1 des Wärmetauschers 14 zu durchqueren.
Der innere Luftstrom Fi verteilt sich, um in der ersten Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzerzeuger mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt A11 und in der zweiten Reihe S2P1 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt A12 zu zirkulieren.
Der globale Durchlassquerschnitt A1 des ersten Teils P1 entspricht global der Summe der Gesamtdurchlassquerschnitte A11 bzw. A12 der ersten Reihe S1P1 und der zweiten Reihe S2P1, so dass der innere Luftstrom Fi sich in zwei Teile Fi1 und Fi2 teilt und sich hier ebenfalls zwischen der ersten Reihe S1P1 und der zweiten Reihe S2P1 aufteilt.
Der Teil Fi1 des inneren Luftstroms Fi wird bei seinem Durchgang durch die erste Reihe S1P1 von Rohren gekühlt, deren Turbulenzerzeuger 34 es ermöglichen, die Wärmeableitung durch den äußeren Kühlluftstrom Fe zu erhöhen, der in den Durchgängen 38 zirkuliert.
Der andere Teil Fi2 des inneren Luftstroms Fi, der die zweite Reihe S2P1 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger durchquert, wird nur wenig abgekühlt, erfährt dagegen nur wenig oder keinen Druckabfall.
Bei seinem Durchgang durch den ersten Teil P1 erfährt so der innere Luftstrom Fi einen ersten Druckabfall, der hauptsächlich von der ersten Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzen bewirkt wird.
Nachdem er den ersten Teil P1 durchquert hat, durchquert der zu kühlende innere Luftstrom Fi, der den Teilen Fit bzw. Fi2 entspricht, dann den Verteilerkasten 24, ehe er den zweiten Teil P2 des Wärmetauschers 14 durchquert.
So durchquert der Teil Fit des inneren Luftstroms Fi, der die erste Reihe S1P1 von Rohren mit Turbulenzerzeuger des ersten Teils P1 durchquert hat, um dort abgekühlt zu werden, also anschließend im zweiten Teil P2 die erste Reihe S1P2 von Rohren ohne Turbulenzerzeuger, indem er nur wenig oder keinen Druckabfall erfährt.
Wechselweise durchquert der andere Teil Fi2 des inneren Luftstroms Fi, der die zweite Reihe S2P1 der Rohre ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils P1 mit wenig oder gar keinem Druckabfall durchquert hat, anschließend die zweite Reihe S2P2 von Rohren mit Turbulenzerzeuger 34 des zweiten Teils P2, um dort seinerseits abgekühlt zu werden.
Vorteilhafterweise weist der zweite Teil P2 des Wärmetauschers 14 wie der erste Teil P1 Zirkulationsdurchgänge 38 des äußeren Kühlluftstroms Fe zwischen jedem der Rohre der ersten Reihe S1P2 und der zweiten Reihe S2P2 auf, um die Wärmeaustauschvorgänge zwischen dem inneren Strom Fi und dem äußeren Luftstrom Fe zu optimieren.
Der von den Ausgängen der ersten bzw. der zweiten Reihen S1P2 und S2P2 von Rohren stammende innere Luftstrom Fi mündet in mindestens eine Eingangsöffnung OE2 des zweiten Kollektors 18, der den Ausgangsluftkasten bildet, und setzt dann seinen Weg in einem stromabwärts liegenden Element der Leitung des Ansaugkreislaufs des Motors 12 fort, mit dem mindestens eine Ausgangsöffnung OS2 des zweiten Kollektors 18 verbunden ist.
Vorzugsweise haben in dem ersten und zweiten Teil P1, P2 die ersten Reihen S1P1 und S1P2 von Rohren einen Gesamtdurchlassquerschnitt A11 und A21, die je global den Gesamtdurchlassquerschnitten A12 und A22 der ersten und zweiten Reihe S2P1 und S2P2 von Rohren äquivalent sind.
Wie in den 5 bis 7 dargestellt, haben die Rohre der ersten Reihen S1P1 und S1P2 sowie die Rohre der zweiten Reihen S2P1 und S2P2 jedes der ersten und zweiten Teile P1, P2 gemäß einer senkrechten Schnittebene einen parallelepipedischen, hier rechteckigen Längsschnitt.
In einer Variante (nicht dargestellt) haben die Rohre der ersten Reihen S1P1 und S1P2 sowie die Rohre der zweiten Reihen S2P1 und S2P2 jedes der ersten und zweiten Teile P1, P2 gemäß einer senkrechten Schnittebene einen global kreisförmigen Längsschnitt.
Aufgrund der Erfindung ist es möglich, einen Wärmetauscher 14 länglicher Form herzustellen, d. h. von großer Länge (L) und geringer Höhe (h), der so unter oder über dem Kühler 22 angeordnet werden kann.
Die Abmessungen des Bündels 20 des Wärmetauschers 14 liegen zum Beispiel zwischen 500 und 800 mm für die Länge (L), zwischen 40 und 200 mm für die Höhe (h), und zwischen 50 und 120 mm für die Breite (l).
Im Vergleich mit einem Wärmetauscher des Stands der Technik, der ein Bündel von waagrechten Rohren mit einer Länge "L" aufweist, durchläuft jeder Teil des Stroms Fi, der eine Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern 34 durchquert, in Wirklichkeit zwischen der Eingangsöffnung OE1 und der Ausgangsöffnung OE2 nur die Hälfte dieser Länge, also "L/2", entweder im ersten Teil P1 oder im zweiten Teil P2, was es ermöglicht, eine Reduzierung des Druckabfalls zu erhalten.
Im Vergleich mit einem Wärmetauscher des Stands der Technik ist außerdem die Anzahl von waagrechten Rohren des Bündels vorteilhafterweise erhöht.
Vorteilhafterweise ermöglicht es eine solche Anordnung eines Wärmetauschers 14, Probleme wie den "Maskeneffekt" zu beseitigen, den ein erster Wärmetauscher bewirkt, der, wenn er vor einem zweiten Wärmetauscher wie dem Kühler angeordnet ist, dann einen "Schirm" für den zweiten Wärmetauscher bildet, und der insbesondere die Zirkulation des äußeren Kühlluftstroms stören kann.
Außerdem erleichtert eine solche Anordnung des Wärmetauschers 14 die Verbindung der Eingangs- und Ausgangsöffnungen des Wärmetauschers mit den jeweiligen Leitungen des Ansaugkreises, indem insbesondere die Zugänglichkeit des Wärmetauschers 14 verbessert wird und indem überdies eine Vereinfachung der Strecken der Leitungen ermöglicht wird, die vorher gewunden und von größerer Länge waren.
Natürlich sind die Begriffe "Eingang" und "Ausgang" relativ und begrenzen folglich nicht die möglichen Ausführungsvarianten, insbesondere in Abhängigkeit von den Anwendungen.
Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann der innere Luftstrom Fi insbesondere in dem Bündel 20 von Rohren in umgekehrter Richtung zirkulieren, d. h. von rechts nach links, indem er zuerst den zweiten Teil P2, dann den Verteilerkasten 24 und schließlich den ersten Teil P1 durchquert.
In diesem Fall bildet der zweite Kollektor 18 einen Lufteingangskasten für den inneren Luftstrom Fi, und der erste Kollektor 16 einen Luftausgangskasten.
Vorteilhafterweise kann ein Kühlerventilator, wie der dem Kühler des Kühlkreislaufs des Motors zugeordnete Kühlerventilator, dem Wärmetauscher 14 genug Kühlluft zuführen, wenn der von der Fahrt des Fahrzeugs erzeugte äußere Luftstrom unzureichend ist, insbesondere, wenn das Fahrzeug langsam fährt oder steht, während der Motor 12 weiterläuft.
Natürlich kann die Erfindung bei allen Typen von Wärmetauschern angewendet werden, und der Wärmetauscher vom Typ Luft-Luft, der in den Figuren dargestellt ist, ist nur als nicht einschränkendes Beispiel angegeben, wie auch in einer Variante die Rohre des Bündels 20 senkrecht sein können.
In einer Variante ist der Wärmetauscher 14 vom Typ Luft-Flüssigkeit, bei dem die Kühlflüssigkeit zum Beispiel aus Wasser oder Öl besteht.

Claims

Wärmetauscher (14), insbesondere vom Typ Luft-Luft für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor (12) von dem Typ, der mindestens einen ersten Kollektor (16) und einen zweiten Kollektor (18) aufweist, die durch ein Bündel (20) von waagrechten Rohren verbunden sind, in denen ein innerer Luftstrom (Fi) zirkuliert, der von einem Kühlfluidstrom (Fe) gekühlt werden soll, der außerhalb der Rohre des Bündels (20) zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, dass das Bündel (20) von Rohren mindestens aufweist: – einen ersten Teil (P1), der eine erste Reihe von Rohren (S1P1) mit Turbulenzerzeugern (34) mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt (S11) und eine zweite Reihe von Rohren (S2P1) ohne Turbulenzerzeuger mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt (S12) aufweist, der global gleich dem Gesamtdurchlassquerschnitt (S11) ist, – einen zweiten Teil (P2), der eine erste Reihe von Rohren (S1P2) ohne Turbulenzerzeuger mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt (S21) und eine zweite Reihe von Rohren (S2P2) mit Turbulenzerzeugern (34) mit einem Gesamtdurchlassquerschnitt (S22) aufweist, der global gleich dem Gesamtdurchlassquerschnitt (S21) ist, – und einen Verteilerkasten (24) des zu kühlenden inneren Luftstroms (Fi), der Mittel (40) zur Verbindung des Ausgangs der ersten Reihe von Rohren (S1P1) mit Turbulenzerzeugern des ersten Teils (P1) mit dem Eingang der ersten Reihe von Rohren (S1P2) ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils (P2) und zur Verbindung des Ausgangs der zweiten Reihe von Rohren (S2P1) ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils (P1) mit dem Eingang der zweiten Reihe von Rohren (S2P2) mit Turbulenzerzeugern des zweiten Teils (P2) aufweist.
Wärmetauscher (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reihe von Rohren (S1P1) mit Turbulenzerzeugern des ersten Teils (P1) eine obere Gruppe von Rohren (26) und eine untere Gruppe von Rohren (28) aufweist, und dass die zweite Reihe von Rohren (S2P1) ohne Turbulenzerzeuger des ersten Teils senkrecht zwischen der oberen (26) und unteren Gruppe (28) von Rohren der ersten Reihe von Rohren (S1P1) mit Turbulenzerzeugern des ersten Teils (P1) angeordnet ist.
Wärmetauscher (14) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reihe von Rohren (S1P2) ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils (P2) eine obere Gruppe von Rohren (30) und eine untere Gruppe von Rohren (32) aufweist, und dass die zweite Reihe von Rohren (S2P2) mit Turbulenzerzeugern des zweiten Teils (P2) senkrecht zwischen der oberen Gruppe (30) und der unteren Gruppe (32) von Rohren der ersten Reihe von Rohren (S1P2) ohne Turbulenzerzeuger des zweiten Teils (P2) angeordnet ist.
Wärmetauscher (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Durchlass (38) für die Zirkulation des Kühlfluidstroms (Fe) zwischen mindestens einem Teil der Rohre der ersten und der zweiten Reihe von Rohren mit Turbulenzerzeugern (S1P1, S2P2) und/oder der ersten und der zweiten Reihe ohne Turbulenzerzeuger (S1P2, S2P1) aufweist.
Wärmetauscher (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre der ersten Reihen (S1P1, S1P2) und der zweiten Reihen (S2P1, S2P2) jedes der Teile (P1, P2) gemäß einer senkrechten Schnittebene einen parallelepipedischen, insbesondere rechteckigen Längsquerschnitt aufweisen.
Wärmetauscher (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kollektor (16) und der zweite Kollektor (18) einen Lufteingangskasten bzw. einen Luftausgangskasten des zu kühlenden inneren Luftstroms (Fi) bilden.
Wärmetauscher (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid des inneren Luftstroms (Fi) aus einem äußeren Luftstrom (Fe) besteht, wie einem Luftstrom, der aus dem dynamischen Druck der Luft resultiert, der durch die Bewegung des Fahrzeugs und/oder von einem Kühlerventilator verursacht wird.
Wärmetauscher (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in Querrichtung eine im Wesentlichen längliche Form aufweist, um insbesondere seinen Einbau über oder unter dem Kühler (22) des Motors (12) zu erlauben.
Wärmetauscher (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er global von parallelepipedischer rechteckiger Form ist.