DE60306219T2

DE60306219T2 - Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60306219T2
Application number: DE60306219T
Authority: DE
Inventors: Tom Ritz; David 54400 Venerucci
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2023-02-04
Also published as: EP1336736A3; DE60306219D1; EP1336736B1; EP1336736A2; ATE331127T1; GB0203485D0

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ladeluftkühler werden üblicherweise in turboaufgeladenen bzw. aufgeladenen Verbrennungsmotoren verwendet, um die Ladeluft zu kühlen, bevor sie in die Brennräume eintritt. Ein Ladeluftkühler ist also normalerweise zwischen dem Auslass des Turboladers bzw. Aufladers und dem Ansaugkrümmer eingesetzt.
Je nach den Betriebsbedingungen des Motors ist es möglicherweise erwünscht, den Ladeluftkühler zu umgehen, um die heiße Temperatur der aus dem Turbolader austretenden verdichteten Ansaugluft vorteilhaft zu nutzen.
Bekannterweise wird ein Ladeluftkühler dadurch umgangen, dass man einen Bypass-Kanal bereitstellt, der stromaufwräts und stromabwärts des Ladeluftkühlers angeschlossen ist. Ein im Bypass-Kanal angeordnetes Bypass-Ventil ermöglicht die Regelung des Durchflusses der Ansaugluft, die den Ladeluftkühler umgeht. Eine solche Anordnung, die einen spezifischen Bypass-Kanal und ein zugeordnetes Bypass-Ventil benötigt, ist kompliziert und erfordert eine teure Konstruktion für den Bypass-Kanal. Bei Motoren, die mit einem AGR-System (Abgasrückführungssystem) versehen sind, wird bekannterweise auch ein so genanntes MVRV (Ansaugkrümmer-Vakuumregelventil) am Auslass des Ladeluftkühlers vorgesehen, um den Druck stromabwärts des Ladeluftkühlers zu regeln und dadurch die AGR-Rate im Motor zu beeinflussen. Das MVRV wird auch beim Abschalten des Motors verwendet, um den Luftstrom zur Drosselung des Motors zurückzuhalten. Der Bypass-Kanal muss zur Erfüllung all dieser Funktionen in den Einlasskanal stromabwärts des MVRV hineinführen. Dies verkompliziert die Auslegung des Bypass-Kanals.
Das US-Patent 5,632,256 offenbart einen Ladeluftkühler, der einen ersten Behälterteil mit einer Einlasskammer und einer Auslasskammer, einen zweiten Behälterteil sowie einen Wärmetauscherteil aufweist, der zwischen dem ersten und zweiten Behälterteil verläuft. Der Wärmetauscherteil umfasst mehrere Rohre zum Kühlen der dadurch fließenden Ladeluft, wobei jede Einlass- und Auslasskammer einer jeweiligen Anzahl von Rohren zugeordnet ist. Der zweite Behälterteil ist so konstruiert, dass er die Luft, die von den der Einlasskammer zugeordneten Rohren kommt, so in die der Auslasskammer zugeordneten Rohre leitet, dass die Ladeluft einem U-förmigen Strömungsweg im Ladeluftkühler folgt. Der erste Behälterteil ist mit einer verstellbaren Klappe versehen, die in ihrer geschlossenen Stellung die Einlasskammer von der Auslasskammer trennt. Wenn die Klappe zu ihrer geöffneten Stellung bewegt wird, kann die in die Einlasskammer eintretende Ladeluft direkt in die Auslasskammer fließen, um so den Wärmetauscherteil des Ladeluftkühlers zu umgehen. Der zweite Behälterteil ist ebenfalls mit einer solchen verstellbaren Klappe versehen, damit er den Ladeluftstrom durch den Wärmetauscher ganz sperren kann.
Wenn man den Ladeluftkühler des US-Patents 5,632,256 verwendet, lässt sich die komplexe, platzraubende herkömmliche Anordnung vermeiden, die aus einem separaten Bypass-Kanal und zugeordneten Schaltmitteln besteht. Allerdings ist eine wesentliche Änderung des Ladeluftkühleraufbaus und der Klappenbetätigungsmittel rings um den ersten und zweiten Behälterteil erforderlich.
ZIEL DER ERFINDUNG
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen alternativen, kompakteren Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen. Dieses Ziel wird durch einen Ladeluftkühler nach Anspruch 1 erreicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erfindungsgemäßer Ladeluftkühler umfasst einen ersten Behälterteil mit einem Einlassbereich und einem Auslassbereich sowie einen zweiten Behälterteil. Der Ladeluftkühler umfasst ferner einen Wärmetauscherteil, der mehrere Kanäle umfasst, die an einem Ende mit dem ersten Behälterteil und am anderen Ende mit dem zweiten Behälterteil in Verbindung stehen; wobei die Einlass- und Auslassbereiche des ersten Behälterteils jeweils einer entsprechenden Anzahl von Kanälen des Wärmetauscherteils zugeordnet sind.
Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung umfasst der erste Behälterteil ferner ein Bypass-Ventil, das so betrieben werden kann, dass es einen Luftstrom vom Einlassbereich zum Auslassbereich leitet, ohne dass der Luftstrom durch den Wärmetauscherteil fließt; und ein Stromregelventil zur Regelung des Luftdurchflusses durch den Wärmetauscherteil.
Bei dem vorliegenden Ladeluftkühler sind daher ein Bypass-Ventil und ein Stromregelventil in den ersten Behälterteil integriert, so dass weder eine Klappe im zweiten Behälterteil noch Betätigungsmittel zur Betätigung einer solchen Klappe vorgesehen werden müssen. Dies ermöglicht eine kompaktere Anordnung des Ladeluftkühlers im Motorraum als die des Ladeluftkühlers des US-Patents 5,632,256. Der Ladeluftkühler kann dank des Bypass-Ventils und des Stromregelventils im Kühlbetrieb laufen, wobei die heiße Ansaugluft, die vom Verdichterauslass des Turboladers kommt, durch den Wärmetauscherteil zirkuliert und gekühlt wird. Der Ladeluftkühler kann dank des Bypass-Ventils und des Stromregelventils auch im Bypass-Betrieb laufen, wobei die in den Einlassbereich eintretende heiße Ansaugluft zum Auslassbereich geleitet wird, ohne durch den Wärmetauscherteil zu fließen, so dass sie nicht im Ladeluftkühler gekühlt wird. Die heiße Ansaugluft wird also in die Zylinder des Motors hineingelassen, was für das schnellere Aufheizen des Motors von Bedeutung sein kann. Darüber hinaus führt das Umgehen des Ladeluftkühlers zu einem Temperaturanstieg bei den Abgasen, was für die Dieselpartikelfilter-Regeneration von Bedeutung ist, da die heiße Abgastemperatur die im Filter gesammelten Partikel durch Nacheinspritzung verbrennen muss. Je nach der Konstruktion des Bypass-Ventils und Stromregelventils ist es auch möglich, den Wärmetauscher nur teilweise zu umgehen, so dass der Auslassbereich temperaturgeregelte Luft zuführt.
Gemäß einem ersten Konstruktionstyp ist der Ladeluftkühler so konfiguriert, dass die Ansaugluft zweimal durch den Wärmetauscherteil strömt und dabei einem U-förmigen Strömungsweg folgt. Der zweite Behälterteil ist so konfiguriert, dass er den Luftstrom, der von dem Einlassbereich zugeordneten Kanälen kommt, zu den dem Auslassbereich zugeordneten Kanälen umlenkt.
Bei einer ersten Ausführung dieses ersten Konstruktionstyps unterteilt eine Trennwand den Einlassbereich in eine stromaufwärtige Kammer mit einem Einlasskanal und eine stromabwärtige Kammer, die mit den dem Wärmetauscherteil zugeordneten Kanälen in Verbindung steht. Das Bypass-Ventil ist so angeordnet, dass in seiner geöffneten Stellung die stromaufwärtige Kammer mit dem Auslassbereich in Verbindung steht und dass in seiner geschlossenen Stellung alle Luft durch den Wärmetauscherteil fließt. Das Stromregelventil ist in der Trennwand angeordnet.
Bei einer zweiten Ausführung unterteilt eine Trennwand den Auslassbereich in eine stromabwärtige Kammer mit einem Auslasskanal und eine stromaufwärtige Kammer, die mit den dem Wärmetauscherteil zugeordneten Kanälen in Verbindung steht. Das Bypass-Ventil ist so angeordnet, dass in seiner geöffneten Stellung die stromaufwärtige Kammer mit dem Einlassbereich in Verbindung steht. Das Stromregelventil ist in der Trennwand angeordnet.
Diese beiden Ausführungen ermöglichen somit eine kompakte Anordnung des Ladeluftkühlers im Motorraum, da die Ventile in einen einzigen Behälterteil integriert sind und keine Betätigungsmittel in der Nähe des zweiten Behälterteils erforderlich sind. Außerdem wird hier eine sehr einfache Konstruktion des zweiten Behälterteils ermöglicht, der nur als Stromumlenkbereich dient, so dass die Ansaugluft einem U-förmigen Strömungsweg im Wärmetauscherteil folgt.
Gemäß einem zweiten Konstruktionstyp ist der Ladeluftkühler so ausgelegt, dass die Ansaugluft viermal durch den Wärmetauscherteil strömt. Der erste Behälterteil umfasst daher vorzugsweise noch einen Stromumlenkbereich, der einer ersten Anzahl von Kanälen und einer zweiten Anzahl von Kanälen des Wärmetauscherteils zugeordnet ist, so dass die Luft, die von der ersten Anzahl von Kanälen ankommt, zu der zweiten Anzahl von Kanälen umgelenkt wird. Der zweite Behälterteil umfasst einen ersten Stromumlenkbereich, um einen Luftstrom, der von den dem Einlassbereich zugeordneten Kanälen ankommt, in die erste Anzahl von Kanälen umzuleiten; und einen zweiten Stromumlenkbereich, um einen Luftstrom, der von der zweiten Anzahl von Kanälen ankommt, zu den Kanälen zu leiten, die dem Auslassbereich zugeordnet sind.
Gemäß einer ersten Ausführung des zweiten Konstruktionstyps kann das Bypass-Ventil so betrieben werden, dass es einen Luftstrom vom Einlassbereich zum Auslassbereich fließen lässt, ohne dass er durch den Wärmetauscherteil fließt. Das Stromregelventil ist im Stromumlenkbereich im ersten Behälterteil angeordnet und kann so betrieben werden, dass es den Luftdurchfluss durch den Wärmetauscherteil regelt. Eine erste Trennwand unterteilt den Stromumlenkbereich im ersten Behälterteil in eine stromaufwärtige Kammer, die mit der ersten Anzahl von Kanälen in Verbindung steht, und eine stromabwärtige Kammer, die mit der zweiten Anzahl von Kanälen in Verbindung steht. Das Stromregelventil ist in dieser ersten Trennwand angeordnet.
Hierbei handelt es sich um eine noch kompaktere Konstruktion des ersten Behälterteils, da das Stromregelventil nicht mehr im Einlass- oder Auslassbereich mit dem Bypass-Ventil angeordnet ist, sondern im separaten Stromumlenkbereich des ersten Behälterteils. Darüber hinaus ermöglicht diese Ausführung die Drosselung des Motors während des Abschaltens indem sowohl das Bypass-Ventil als auch das Stromregelventil geschlossen wird.
Bei einer zweiten Ausführung ist das Bypass-Ventil in einer zweiten Trennwand angeordnet, die den Einlassbereich vom Auslassbereich trennt, wobei diese zweite Trennwand auf die erste Trennwand ausgerichtet ist. Das Bypass-Ventil und das Stromregelventil sind also im selben Wandabschnitt angeordnet, was die Betätigung der Ventile und die Konstruktion der Betätigungsmittel vereinfacht. Das Bypass-Ventil und das Stromregelventil sind bei dieser Verbindung vorzugsweise Klappenventile, die an derselben Betätigungswelle angebracht sind, wobei beide Klappenventile in einem Winkel von 90° zueinander an der Welle angeordnet sind. Dadurch können das Bypass-Ventil und das Stromregelventil durch eine einzige Betätigungswelle geregelt werden, so dass nur ein Stellantrieb erforderlich ist, der außerhalb des Ladeluftkühlers eingebaut werden kann. Es versteht sich, dass wegen des Versatzes zwischen den Klappen das Stromregelventil bei geschlossenem Bypass-Ventil geöffnet ist und umgekehrt.
Bei dieser zweiten Ausführung bedeutet die einander ergänzende Auslegung der einfachen Bypass- und Stromregelmittel, dass eine Motordrosselung unmöglich ist. Sie können demnach dann verwendet werden, falls die Drosselung durch den Ladeluftkühler nicht erforderlich ist.
Die Betätigung des Bypass-Ventils, Stromregelventils oder beweglichen Wandteils erfolgt vorzugsweise durch Stellantriebe, die an Außenwänden des ersten Behälterteils angebracht sind. Die Stellantriebe können mit Positionssensoren versehen sein, um eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis zu erlauben.
Der Ladeluftkühler kann mit Temperaturreglermitteln versehen sein, um die Bypass- und Stromregelmittel zu betätigen. Solche Temperaturreglermittel regeln daher die verschiedenen Klappen in einer solchen Weise, dass der aus dem Ladeluftkühler austretende Luftstrom eine Temperatur hat, die einer Solltemperatur entspricht.
Zur Drosselung des Motors beim Abschalten sollten das Bypass-Ventil und das Stromregelventil vorzugsweise so konstruiert sein, dass sie in ihrer geschlossenen Stellung dicht verschließen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1: eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers;
2: eine perspektivische Darstellung – von unten – einer ersten Ausführung eines ersten Behälterteils, wobei das Bypass-Ventil geschlossen und das Stromregelventil geöffnet ist;
3: eine perspektivische Darstellung, die den inneren Aufbau des ersten Behälterteils von 2 zeigt, der an den Wärmetauscherteil angebaut ist, wobei das Bypass-Ventil geöffnet und das Stromregelventil geschlossen ist;
4: eine perspektivische Darstellung – von unten – einer zweiten Ausführung eines ersten Behälterteils, wobei das Bypass-Ventil geschlossen und das Stromregelventil geöffnet ist; und
5: eine perspektivische Darstellung, die den inneren Aufbau des ersten Behälterteils von 4 zeigt, der an den Wärmetauscherteil angebaut ist, wobei das Bypass-Ventil geöffnet und das Stromregelventil geschlossen ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGEN
Es werden nun drei Ausführungen gemäß einer bevorzugten Konstruktion des vorliegenden Ladeluftkühlers detaillierter beschrieben. 1 zeigt, dass der Ladeluftkühler 10 einen ersten Behälterteil 12, einen zweiten Behälterteil 14 und einen Wärmetauscherteil 16 umfasst. Der erste Behälterteil 12 hat einen Einlasskanal 18, um heiße, verdichtete Ansaugluft von einem Verdichterauslass des Turboladers aufzunehmen, und einen Auslasskanal 20, um einem Ansaugkrümmer des Motors gekühlte Ansaugluft zuzuführen.
Es ist anzumerken, dass die im Ladeluftkühler 10 zu kühlende Ansaugluft bei den nachstehend beschriebenen Ausführungen den Wärmetauscherteil 16 viermal durchströmt. Der Wärmetauscherteil 16 ist deshalb in den Figuren so dargestellt, dass er ein Gehäuse aufweist, das in vier Abschnitte 22₁ ...22₄ unterteilt ist. Es ist jedoch anzumerken, dass – obwohl nicht dargestellt – jeder dieser Abschnitte 22₁ ...22₄ mehrere längs angeordnete Rohre aufweist, die die Weiterleitung der Ansaugluft zwischen dem ersten und zweiten Behälterteil 12 und 14 ermöglichen. Ferner ist der Wärmetauscherteil 16 so konstruiert, dass Luft beispielsweise in Richtung des Pfeils 24 durch ihn und somit zwischen den Kanälen fließen kann, um so die Ansaugluft zu kühlen, die in jedem Abschnitt 22_i durch die Kanäle zirkuliert.
Der zweite Behälterteil 14 ist so konstruiert, dass er zwei Stromumlenkbereiche 26 und 28 umfasst. In 1 ist klar ersichtlich, dass bedingt durch die Konfiguration des zweiten Behälterteils 14 ein Luftstrom, der im zweiten Behälterteil 14 von den Kanälen des ersten Abschnitts 22₁ ankommt, in die Kanäle des zweiten Abschnitts 22₂ umgelenkt wird. Ferner wird ein Luftstrom, der von den Kanälen des dritten Abschnitts 22₃ ankommt, in die Kanäle des vierten Abschnitts 22₄ umgelenkt. Dies wird einfach dadurch bewerkstelligt, dass im zweiten Behälterteil 14 eine feste Trennwand 29 vorgesehen ist, die ihn in die beiden Bereiche 26 und 28 unterteilt, wobei der Bereich 26 mit den Kanälen des ersten 22₁ und zweiten 22₂ Abschnitts und der Bereich 28 mit den Kanälen des dritten 22₃ und vierten 22₄ Abschnitts in Verbindung steht.
Es versteht sich, dass der vorliegende Ladeluftkühler 10 einen ersten Behälterteil 12 umfasst, der mit Bypass- und Stromregelmitteln versehen ist, die so betrieben werden können, dass der Wärmetauscherteil umgangen wird, und die zur Regelung des Luftdurchflusses durch den Wärmetauscherteil dienen. Es wird erklärt, dass der Ladeluftkühler im Kühlbetrieb laufen kann, bei dem die in den Einlassbereich eintretende Ansaugluft durch den Wärmetauscherteil 16 fließt, um gekühlt zu werden; der Ladeluftkühler kann auch im Bypass-Betrieb laufen, bei dem die Ansaugluft vom Einlassbereich zum Auslassbereich geleitet wird, ohne durch den Wärmetauscherteil 16 zu zirkulieren.
Die drei verschiedenen Ausführungen des ersten Behälterteils 12 werden nun in Bezug auf die 2 bis 5 detailliert beschrieben.
Die 2 und 3 zeigen eine erste Ausführung eines ersten Behälterteils 112. Er umfasst einen Einlassbereich 130 mit einem Einlasskanal 118 und einen Auslassbereich 134 mit einem Auslasskanal 120. Es versteht sich, dass, wenn dieser erste Behälterteil 112 in der in 1 dargestellten Weise am Wärmetauscherteil 16 angebracht ist, der Einlassbereich 130 mit den Kanälen des ersten Abschnitts 22₁ und der Auslassbereich 134 mit den Kanälen des vierten Abschnitts 22₄ in Verbindung steht. Der erste Behälterteil 112 umfasst ferner einen Stromumlenkbereich 138, der den Kanälen des zweiten 22₂ und dritten 22₃ Abschnitts des Wärmetauscherteils 16 zugeordnet ist.
Der Stromumlenkbereich 138 wird durch eine horizontale erste Trennwand 140 in eine stromaufwärtige Kammer 142, die mit den Kanälen des zweiten Abschnitts 22₂ in Verbindung steht, und eine stromabwärtige Kammer 144 unterteilt, die mit den Kanälen des dritten Abschnitts 22₃ in Verbindung steht. Der Einlassbereich 130 und der Auslassbereich 134 sind durch eine zweite Trennwand 146 voneinander getrennt. Eine mittige Längswand 147 trennt den Einlassbereich und Auslassbereich 130, 134 vom Stromumlenkbereich 138.
Es versteht sich, dass die im ersten Behälterteil 112 vorgesehenen Bypass- und Stromregelmittel ein Bypass-Ventil, das in der zweiten Trennwand 146 angeordnet ist, und ein Stromregelventil umfassen, das in der ersten Trennwand 140 angeordnet ist. Das Bypass-Ventil hat vorzugsweise die Form eines kreisförmigen Klappenventils 148, das an einer Welle 150 angebracht ist und so betrieben werden kann, dass es eine kreisförmige Öffnung 152 in der zweiten Trennwand 146 entweder schließt oder öffnet, um die Ansaugluft direkt vom Einlassbereich 130 zum Auslassbereich 134 fließen zu lassen.
Das Stromregelventil hat vorzugsweise die Form eines kreisförmigen Klappenventils 154, das an einer Welle 156 angebracht ist und so betrieben werden kann, dass es eine kreisförmige Öffnung 158 in der ersten Trennwand 140 entweder schließt oder öffnet, um den Durchfluss der Ansaugluft durch den Wärmetauscherteil 16 zu regeln.
In 2 ist das Bypass-Ventil geschlossen und das Stromregelventil geöffnet, so dass die in den Einlassbereich 130 eintretende Ansaugluft durch die Kanäle des ersten, zweiten, dritten und vierten Abschnitts 22₁ ...22₄ zum Auslassbereich 134 fließt. Die heiße Ansaugluft wird dadurch, dass sie durch die Kanäle der verschiedenen Abschnitte fließt, durch die Umgebungsluft gekühlt, die den Wärmetauscherteil 16 in Richtung des Pfeils 24 (1) durchquert, so dass gekühlte Ansaugluft aus dem Ladeluftkühler 10 austritt.
In 3 ist das Bypass-Ventil geöffnet und das Stromregelventil geschlossen, so dass alle Ansaugluft direkt vom Einlassbereich 130 zum Auslassbereich 134 fließt, ohne im Wärmetauscherteil 16 gekühlt zu werden.
Es ist anzumerken, dass das Stromregelventil eine dem so genannten MVRV (Ansaugkrümmer-Vakuumregelventil) gleichwertige Funktion hat und somit den Strom durch den Ladeluftkühler 10 während des Abschalten des Motors blockieren kann. Eine solche Implementierung erfordert demnach kein spezielles MVRV-Gehäuse am Auslass des Ladeluftkühlers, so dass die Auslegung wesentlich kleiner ist. Ferner ist die Integration beider Ventile in den ersten Behälterteil hinsichtlich der Dauerhaltbarkeit von Vorteil, da die Ventile chassisfest angebracht sind.
Die Betätigung der Klappen 154 und 158 wird vorteilhafterweise durch Stellantriebe (nicht dargestellt) durchgeführt, die an die Wellen 150 und 156 gekuppelt und an Außenwänden des ersten Behälterteils 112 angebracht sind. Die Stellantriebe können mit Positionssensoren versehen sein, um eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis zu erlauben.
Zur Drosselung des Motors beim Abschalten sollten das Bypass-Ventil und das Stromregelventil vorzugsweise so konstruiert sein, dass sie in ihrer geschlossenen Stellung dicht verschließen.
Eine zweite Ausführung des ersten Behälterteils 212 ist in den 4 und 5 dargestellt. Der erste Behälterteil 212 umfasst einen Einlassbereich 230 mit einem Einlasskanal 218 und einen Auslassbereich 234 mit einem Auslasskanal 220. Wenn dieser erste Behälterteil 212 in der in 1 dargestellten Weise am Wärmetauscherteil 16 angebracht ist, steht der Einlassbereich 230 mit den Kanälen des ersten Abschnitts 22₁ und der Auslassbereich 234 mit den Kanälen des vierten Abschnitts 22₄ in Verbindung. Der erste Behälterteil 212 umfasst ferner einen Stromumlenkbereich 238, der den Kanälen des zweiten 22₂ und dritten 22₃ Abschnitts des Wärmetauscherteils 16 zugeordnet ist.
Der Stromumlenkbereich 238 wird durch eine erste Trennwand 240 in eine stromaufwärtige Kammer 242, die mit den Kanälen des zweiten Abschnitts 22₂ in Verbindung steht, und eine stromabwärtige Kammer 244 unterteilt, die mit den Kanälen des dritten Abschnitts 22₃ in Verbindung steht. Der Einlassbereich 230 und der Auslassbereich 234 sind durch eine zweite Trennwand 246 voneinander getrennt. Eine mittige Längswand 247 trennt den Einlassbereich und Auslassbereich 230, 234 vom Stromumlenkbereich 238.
Das Bypass-Ventil hat vorzugsweise die Form eines kreisförmigen Klappenventils 248, das an einer Welle 250' angebracht ist und so betrieben werden kann, dass es eine kreisförmige Öffnung 252 in der zweiten Trennwand 246 entweder schließt oder öffnet, um die Ansaugluft direkt vom Einlassbereich 230 zum Auslassbereich 234 fließen zu lassen.
Das Stromregelventil hat vorzugsweise die Form eines kreisförmigen Klappenventils 254, das so betrieben werden kann, dass es eine kreisförmige Öffnung 258 in der ersten Trennwand 240 entweder schließt oder öffnet, um den Durchfluss der Ansaugluft durch den Wärmetauscherteil 16 zu regeln.
Man sieht, dass die zwei Trennwände 240 und 246 aufeinander ausgerichtet sind, was das Anbringen der Klappe 254 des Stromregelventils an der Welle 250' erlaubt, an der die Klappe 248 des Bypass-Ventils angebracht ist. Die zwei Klappen 248 und 254 sind in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, so dass, wenn die Bypass-Klappe 252 in der geschlossenen Stellung ist, die Stromregelklappe 254 geöffnet ist und umgekehrt.
Diese Implementierung ermöglicht demzufolge die Regelung beider Klappen 252 und 254 mit einer einzigen Betätigungswelle und benötigt somit nur einen Stellantrieb.
Hinsichtlich der ersten und zweiten Ausführung von 2 bis 5 ist anzumerken, dass die Ventilöffnungen jeweils mit einem kurzen Kanal versehen und die jeweiligen Klappen darin angebracht sein können, wenn die Betätigung präzise sein muss. Ein solcher kurzer Kanal ist so konstruiert, dass das darin angebrachte Klappenventil einer Kugelform folgt, wodurch eine progressive Regelung ermöglicht wird.
Es bleibt anzumerken, dass die Bypass- und Stromregelmittel bei den vorliegenden Ausführungen in einer solchen Weise regelbar sind, dass die in den Einlassbereich eintretende heiße, verdichtete Luft ganz, teilweise oder gar nicht gekühlt wird.
Der Ladeluftkühler kann demnach ein Temperaturreglermittel umfassen, das die Bypass- und Stromregelmittel so betreiben kann, dass ein Luftstrom mit der Solltemperatur zugeführt wird. Das Temperaturreglermittel kann in einem geschlossenen Regelkreis betrieben werden, der auf einem Temperatursensor oder einem Klappen/Stellantrieb-Positionssensor basiert.
Der vorliegende Ladeluftkühler erweist sich bei seinen verschiedenen Ausführungen dahin gehend als vorteilhaft, dass:

– er weniger anfällig für Undichtheit ist als die herkömmliche Konstruktion, bei der ein separater Bypass-Kanal und ein MVRV verwendet werden;
– er eine bessere Schwingungsfestigkeit aufweist, da der Ladeluftkühler normalerweise chassisfest angebracht ist;
– die Integration des Bypass-Ventils und des Stromregelventils in den ersten Behälterteil die Auslegung vereinfacht und mehr Platz im Motorraum bietet;
– er eine kostengünstige Lösung ist.

Claims

Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine, umfassend: einen ersten Behälterteil (12, 112, 212) mit einem Einlassbereich (130, 230) und einem Auslassbereich (134, 234); einen zweiten Behälterteil (14); einen Wärmetauscherteil (16), der eine Anzahl von Kanälen (22₁ ...22₄ ) umfasst, die an einem Ende mit dem ersten Behälterteil (12, 112, 212) und am anderen Ende mit dem zweiten Behälterteil (14) in Verbindung stehen, wobei die Einlass- und Auslassbereiche (130, 230, 330, 134, 234) jeweils einer jeweiligen Anzahl von Kanälen (22₁ ; 22₄ ) des Wärmetauscherteils (16) zugeordnet sind; ein Bypass-Ventil im ersten Behälterteil (12, 112, 212), das so betrieben werden kann, dass es einen Luftstrom vom Einlassbereich (130, 230) zum Auslassbereich (134, 234) leitet, ohne dass er durch den Wärmetauscherteil (16) fließt; gekennzeichnet durch ein separates Stromregelventil im ersten Behälterteil (12, 112, 212), das so betrieben werden kann, dass es den Durchfluss durch den Wärmetauscherteil (16) regelt.
Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennwand den Einlassbereich in eine stromaufwärtige Kammer, die mit einem Einlasskanal in Verbindung steht, und eine stromabwärtige Kammer unterteilt, die mit den zugeordneten Kanälen des Wärmetauscherteils in Verbindung steht; wobei das Bypass-Ventil so angeordnet ist, dass bei seiner geöffneten Stellung die stromaufwärtige Kammer mit dem Auslassbereich in Verbindung steht; und wobei das Stromregelventil in der Trennwand angeordnet ist.
Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennwand den Auslassbereich in eine stromabwärtige Kammer, die mit einem Auslasskanal in Verbindung steht, und eine stromaufwärtige Kammer unterteilt, die mit den zugeordneten Kanälen des Wärmetauschers in Verbindung steht; wobei das Bypass-Ventil so angeordnet ist, dass bei seiner geöffneten Stellung die stromaufwärtige Kammer mit dem Einlassbereich in Verbindung steht; und wobei das Stromregelventil in der Trennwand angeordnet ist.
Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälterteil (112, 212) ferner einen Stromumlenkbereich (138, 238) umfasst, der einer ersten Anzahl von Kanälen (22₂ ) und einer zweiten Anzahl von Kanälen (22₃ ) des Wärmetauscherteils (16) zugeordnet ist, so dass Luft, die von der ersten Anzahl von Kanälen (22₂ ) ankommt, zu der zweiten Anzahl von Kanälen (22₃ ) umgelenkt wird; und der zweite Behälterteil (14) einen ersten Stromumlenkbereich (26) umfasst, um einen Luftstrom, der von den Kanälen (22₁ ) ankommt, die dem Einlassbereich (130, 230) zugeordnet sind, in die erste Anzahl von Kanälen (22₂ ) zu leiten; und einen zweiten Stromumlenkbereich (28) umfasst, um einen Luftstrom, der von der zweiten Anzahl von Kanälen (22₃ ) ankommt, zu den Kanälen (22₄ ) zu leiten, die dem Auslassbereich (134, 234) zugeordnet sind.
Ladeluftkühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-Ventil so betrieben werden kann, dass es einen Luftstrom vom Einlassbereich (130, 230) zum Auslassbereich (134, 234) fließen lässt, ohne dass er durch den Wärmetauscherteil (16) fließt; und das Stromregelventil im Stromumlenkbereich (138, 238) im ersten Behälterteil (112, 212) angeordnet ist und so betrieben werden kann, dass es den Durchfluss durch den Wärmetauscherteil (16) regelt.
Ladeluftkühler nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Trennwand (140, 240) den Stromumlenkbereich (138, 238) im ersten Behälterteil (112, 212) in eine stromaufwärtige Kammer (142, 242), die mit der ersten Anzahl von Kanälen (22₂ ) in Verbindung steht, und eine stromabwärtige Kammer (144, 244) unterteilt, die mit der zweiten Anzahl von Kanälen (22₃ ) in Verbindung steht; und das Stromregelventil in der Trennwand (140, 240) angeordnet ist.
Ladeluftkühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Trennwand (246) den Einlassbereich (230) vom Auslassbereich (234) trennt; das Bypass-Ventil in der zweiten Trennwand (246) angeordnet ist; und die zweite Trennwand (246) auf die erste Trennwand (240) ausgerichtet ist.
Ladeluftkühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-Ventil und das Stromregelventil Klappenventile (248, 254) sind, die an einer gleichen Betätigungswelle (250') angebracht sind, wobei beide Klappenventile (248, 254) rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
Ladeluftkühler nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-Ventil und das Stromregelventil jeweils ein Klappenventil sind, das einer Ventilöffnung zugeordnet ist; und ein kurzer Kanal in jeder Ventilöffnung angebracht ist und das jeweilige Klappenventil in diesem kurzen Kanal angebracht ist, der mit einer Kugelbohrung versehen ist.
Ladeluftkühler nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-Ventil und das Stromregelventil so konstruiert sind, dass sie in ihrer geschlossenen Stellung einen dichten Verschluss bilden.
Ladeluftkühler nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Temperaturreglermittel zur Betätigung des Bypass-Ventils und des Stromregelventils, um eine Solltemperatur des Luftstroms bereitzustellen, der aus der Auslasskammer (134, 234) austritt.
Ladeluftkühler nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlasskanal (118, 218) in den Einlassbereich (130, 230) öffnet und ein Auslasskanal (120, 220) in den Auslassbereich (134, 234) öffnet.