WO2008104373A1 - Vorrichtung zur ladeluftkühlung, system zur turboaufladung und/oder ladeluftkühlung, verfahren zur ladeluftkühlung - Google Patents

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WO2008104373A1
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coolant
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connecting element
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Jürgen Wegner
Joachim Huster
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Behr Gmbh & Co. Kg
Mtu Friedrichshafen Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a device for charge air cooling for an internal combustion engine of a motor vehicle and a system for intercooling and / or turbocharging an internal combustion engine of a motor vehicle and a method for charge air cooling for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the air drawn in from the surroundings is charged in one or more stages by means of a compressor of a turbocharger.
  • the compressed air heats up and therefore has to be cooled down again after compaction. This is done by means of a heat exchanger for charge air cooling.
  • the charged air can be cooled directly or indirectly. With direct charge air cooling, the charged air is cooled directly from the ambient air. In the indirect charge air cooling, the charge air of one
  • Coolant cooled which in turn is cooled by ambient air.
  • the charge air can be cooled by means of an intermediate cooler before the charge air is compressed again in a further compressor stage to a higher pressure level.
  • the renewed cooling of the charge air takes place before it is supplied to the internal combustion engine of a motor vehicle.
  • a charge air cooler is known with a flow-through by a cooling medium cooling insert, which is arranged in the charge air conducting connecting channel.
  • Heat exchanger modules which are connected to an exhaust gas outlet housing and form low-temperature exhaust gas heat exchangers.
  • the housings of the heat exchanger modules are provided with flanges for holding at the ends.
  • the high-temperature exhaust gas heat exchanger is fixed by means of mounting eyeglasses rigidly on the exhaust gas inlet housing.
  • the high-temperature exhaust gas heat exchanger is mounted on a flange in a bearing plate, so that forced voltages are avoided.
  • the heat exchangers for charge air or exhaust gas cooling are in each case connected to a multiplicity of lines or pipes which supply coolant to the heat exchangers or to discharge coolant from the heat exchangers. These lines must usually be secured with a variety of different holding elements in the engine compartment.
  • the coolant for cooling the intercooler or other heat exchangers such as exhaust gas cooler can be diverted from the coolant circuit to the engine cooling of the engine. There is one Variety of interfaces required, which are formed for example as a pipe branch elements.
  • coolant supply lines for supplying or discharging coolant to or from the heat exchangers to the charge air and / or exhaust gas cooling should be reduced.
  • the number of interfaces and the necessary branching elements of the coolant-carrying lines should be reduced.
  • the assembly time required to connect coolant supply lines to the heat exchangers should be reduced.
  • the assembly itself should be simplified.
  • the invention relates to a charge air cooling device for an internal combustion engine of a motor vehicle, which has a first heat exchanger for charge air high-pressure cooling.
  • the device further comprises at least a second heat exchanger for charge air low pressure cooling.
  • at least one first connecting element for connecting the first heat exchanger and the at least one second heat exchanger is provided with one another.
  • the device has at least one coolant supply line for the flow of at least one heat exchanger with coolant and at least one coolant discharge for the discharge of coolant from at least one of the heat exchangers.
  • the at least one coolant supply line and the at least one coolant discharge line are arranged substantially completely in the at least one first connection element.
  • first heat exchanger for supercharged high-pressure cooling is to be understood in particular as meaning an intercooler in which charge air is cooled, which has been compressed to a high pressure level by means of two compression stages of a turbocharger also be an exhaust gas cooler and / or an oil cooler and / or an evaporator or condenser of an air conditioner.
  • second heat exchanger for charge-air low-pressure cooling is understood, in particular, to mean a charge air cooler which cools charge air which has been sucked from the environment and compressed to a charge-air low-pressure level by means of a first compressor stage of a turbocharger.
  • charge air low pressure is to be understood that the charge air has a higher pressure than the ambient air, the charge air low pressure, however, is less than the charge air high pressure.
  • the charge air low pressure is generated by a first compressor stage of a turbocharger.
  • the supercharging high pressure is generated by an at least second compressor stage of a turbocharger.
  • the at least one first connecting element in particular a connecting plate, serves to connect the first heat exchanger and the at least second heat exchanger to one another.
  • Coolant is supplied via the at least one coolant supply line to at least one heat exchanger, in particular the charge air high-pressure heat exchanger, and / or the charge-air low-pressure heat exchanger.
  • the at least one coolant discharge serves to discharge coolant from at least one heat exchanger, in particular the charge air high-pressure heat exchanger and / or the
  • the at least one coolant supply line and the at least one coolant discharge line are substantially complete, in particular complete, in which at least one first connection element, in particular in the at least one first connection plate, is arranged or integrated therein.
  • the first coolant supply line branches at least into a first inflow part duct for the flow of the first heat exchanger, in particular the charge air high-pressure heat exchanger and a second inflow part duct for the flow of the second heat exchanger, in particular the charge-air low-pressure heat exchanger.
  • the first inflow part passage and the at least one second inflow part passage are substantially complete, in particular complete, in which at least one first connection element, in particular of the at least one first connection plate, is arranged.
  • the first inflow part duct branches into a third inflow part duct and into a fourth inflow part duct for the flow of the first heat exchanger, in particular of the high pressure charge air cooler, wherein the third inflow part duct and the fourth inflow part duct essentially completely in the first connection element, in particular the connection plate, are arranged.
  • the assembly of the device can be particularly simplified.
  • the first connection element in particular the at least one connection plate, has a first outflow part channel for discharging coolant from the first heat exchanger, in particular from the high-pressure charge air cooler. Furthermore, the first connecting element has at least one second outflow part channel for discharging coolant from the second heat exchanger, in particular from the low-pressure charge air cooler.
  • the first outflow part channel and the at least one second outflow part channel open into the coolant outlet.
  • the first connection element in particular the connection plate, has a first flange surface for flanging the first heat exchanger, in particular the charge air high-pressure heat exchanger and / or a second flange surface for flanging the at least second heat exchanger, in particular the charge-air low-pressure heat exchanger on.
  • the at least one first heat exchanger and the at least one second heat exchanger can be flanged particularly advantageous to the first connecting element.
  • the at least one first heat exchanger and the second at least one second heat exchanger can be connected to each other in a particularly advantageous manner, wherein the coolant supply and / or discharges can be integrated particularly advantageously into the at least one connecting element.
  • the first flange surface and the second flange surface are arranged substantially opposite one another and / or arranged parallel to one another. In this way, the first heat exchanger and the second heat exchanger can be particularly space-saving connected to each other.
  • the first flange surface and / or the second flange surface may have an angle between 0 ° and 90 ° to one another.
  • a second connecting element and a third heat exchanger for exhaust gas cooling for exhaust gas of the internal combustion engine, in particular an exhaust gas heat exchanger, are provided.
  • the second connecting element in particular the second connecting plate, is used to connect the third heat exchanger, in particular the exhaust gas heat exchanger, with the first connecting element, in particular the first connecting plate.
  • the first heat exchanger, the second heat exchanger and the third heat exchanger can be connected to each other in a particularly advantageous manner.
  • coolant supply and discharge lines for the first heat exchanger and / or the second heat exchanger and / or the third heat exchanger can be particularly advantageously integrated into the first connection element, in particular the first connecting plate, and / or in the second connecting element, in particular the second connecting plate, are integrated.
  • connection element in particular the connection plate
  • second connection element in particular the second connection plate
  • a system for charge air cooling and / or turbocharging of an internal combustion engine of a motor vehicle with a device according to one of claims 1 to 8 is also known.
  • the system has a first compressor stage of a turbocharger for compressing charge air and a second compressor stage of a turbocharger for further compression of the charge air, wherein the first heat exchanger, in particular the high-pressure charge air cooler, downstream of the second compressor stage is arranged and the second heat exchanger, in particular the low-pressure charge air cooler downstream the first compressor stage and / or upstream of the second compressor stage is arranged.
  • turbocharger By “turbocharger” it is to be understood that a compressor stage, in particular a compressor, is coupled to a turbine by means of in particular a shaft, whereby the turbine is driven by the exhaust gas of an internal combustion engine and drives the compressor through the coupling
  • the compressor in particular the compressor stage , compresses charge air from a lower pressure level to a higher pressure level.
  • the second heat exchanger is integrated into at least one compressor stage.
  • Coolant flows into a coolant supply line of a first connection element, in particular of the first connection plate, of a device, in particular according to one of claims 1 to 8.
  • the coolant flowing in the coolant supply line is split in a first partial coolant flow into a second partial coolant flow.
  • the coolant of the first coolant partial stream is substantially directly from the first connecting element, in particular the first connecting plate, in a first heat exchanger for high-pressure charge air cooling.
  • the coolant of the second coolant partial flow flows substantially directly from the first connection element, in particular the first connection plate, in a second heat exchanger for low pressure charge air cooling.
  • the coolant flows through the second partial coolant flow the second heat exchanger, in particular the low pressure charge air heat exchanger.
  • the coolant cools charge air, which was pre-compressed in a first compressor stage of a first turbocharger.
  • the means of the first coolant partial flow flows through the first heat exchanger and cools charge air, which was further compressed in a second compressor stage of a second turbocharger.
  • the coolant of the first partial coolant flow is substantially directly from the first Heat exchanger, in particular the charge air high-pressure radiator, the first connection element, in particular the first connection plate, flows and / or after flowing through the second heat exchanger, in particular the low-pressure charge air cooler, flows directly from the second heat exchanger into the first connection element, in particular the first connection plate.
  • Figure 1 a front view of the first connection plate
  • FIG. 2 a rear view of the first connecting plate
  • Figure 3 is a sectional view A-A of the first connection plate
  • Figure 4 is an isometric view of the first connection plate and the second connection plate
  • Figure 5 is an isometric view of the charge air cooling and exhaust gas cooling device
  • FIG. 6 shows a front view of a system for charge air cooling and / or for turbocharging.
  • FIG. 1 shows a front view of the first connection plate 1.
  • the first connection plate 1 is formed substantially rectangular.
  • the connection plate has a first flange surface 9 and a second flange surface 10. From the connection plate 1, at least one parallelepiped projection is formed from an unspecified side surface of the plate. On the side facing the side with the parallelepiped shape, the connecting plate has a step.
  • tongue-shaped projections are formed from the unspecified side surfaces of the connecting plate, for example, the attachment openings 11, in particular
  • connection plate may have rounded corners and / or angular corners.
  • edge surfaces which may be formed substantially perpendicular to the first flange 9 and / or the second flange 10
  • mounting holes 11 are introduced.
  • an unspecified side surface which is in particular formed perpendicularly to the first flange surface 9 and / or to the second flange surface 10, has at least one first inlet opening 2 for the entry of coolant into the first connection plate 1.
  • a first outlet opening 3 for the discharge of coolant from the first connection plate 1 is provided on this side surface.
  • the first inlet opening 2 and the first outlet opening 3 are arranged in the illustrated embodiment on the same side surface of the connecting plate 1.
  • first inlet opening 2 and the first outlet opening 3 may be arranged on different side surfaces of the first connection plate 1.
  • first connection plate may have more than one inlet opening and / or more than one outlet opening 3.
  • the first flange surface 9 has at least one, in particular two second, outlet openings for the exit of coolant.
  • first connection plate 1 has at least one second inlet opening 5, in particular at least two second inlet openings 5.
  • Coolant enters the first connection plate via the inlet opening 5.
  • the two second outlet openings 4 and / or the two second inlet openings 5 are each located on a straight line which runs substantially parallel to the unspecified side surface in which the first inlet opening 2 and the first outlet opening 3 are introduced.
  • the two second outlet openings 4 and the two second inlet openings 5 form in the illustrated embodiment, the corners of a rectangle.
  • the second outlet openings 4 and the second inlet openings 5 are introduced at a different location of the first flange 9.
  • the second inlet openings 5 and / or the at least two second outlet openings 4 are formed substantially circular. In another embodiment, said openings are elliptical or have any other desired shape.
  • the connection plate 1 has a passage opening 8, which is essentially cylindrical.
  • the passage opening 8 extends substantially perpendicularly to the first flange surface 9 and / or to the second flange surface 10.
  • the passage opening 8 is cylindrical, but may also have another non-circular cross-sectional area or be truncated cone-shaped.
  • the passage opening 8 is arranged at least partially between the two second inlet openings 5.
  • the passage opening 8 has an unspecified center, which of the two Center points of the second inlet openings 5 has the same distance.
  • the passage opening 8 has an unspecified center which, from the two centers of the second outlet openings 4 in
  • Fastening openings 11 of the first flange 9 are arranged substantially so that they are substantially axisymmetric to a straight line, not shown, through the center of the
  • the first inlet opening two and the first outlet opening 3 are formed substantially circular.
  • the first connection plate 1 is formed of a material such as metal, in particular aluminum, steel or stainless steel or of a plastic or ceramic or of a fiber composite material.
  • the contour of the first connection plate 1 is produced by means of a primary manufacturing process, such as casting, or by means of an abrasive and / or separating manufacturing process, such as milling, drilling, laser cutting, etc.
  • the first inlet opening 2, the first outlet opening 3, the second outlet openings 4 and / or the second inlet openings 5 and the attachment openings 11 and the through-opening 8 are by means of an abrasive manufacturing process such as drilling and / or rubbing and / or laser cutting in the first connection plate 1 introduced.
  • the first flange 9 serves for flanging the first heat exchanger.
  • the first heat exchanger is in particular a charge air cooler such as a high-pressure air cooler. In another embodiment, not shown, is to be flanged first heat exchanger, an exhaust gas cooler and / or a coolant radiator and / or an oil cooler.
  • FIG. 2 shows a rear view of the first connection plate 1. Identical features are provided with the same reference symbols as in FIG. 1.
  • the first connecting plate 1 is essentially formed from a first substantially cuboidal partial element 12 and a second substantially cuboidal partial element 13.
  • the two substantially cuboid sub-elements 12 and 13 are arranged to each other such that at least one longer side of the first cuboid sub-element is arranged substantially perpendicular to a longer side of the second cuboid sub-element 13.
  • the first cuboid sub-element 12 and the second rectangular sub-element 13 are integrally formed and form the first connecting plate 1.
  • the second cuboid sub-element 13 has the second flange 10 for flanging a second heat exchanger.
  • the second heat exchanger is a charge-air low-pressure cooler, in particular intercooler or an exhaust gas cooler or an oil cooler or a coolant cooler.
  • the second cuboid subelement 13 has a first cavity 38, which is also substantially cuboidal.
  • the second flange surface 10 has at least one third inlet opening 7 and at least one third outlet opening 6.
  • the third outlet opening 6 and / or the third inlet opening 7 communicate with the first cavity 38.
  • the third outlet opening 6 and / or the third inlet opening have a circular cross-sectional area. But they may also have a cylindrical cross-sectional area or a cross-sectional area with a rectangular or other angular shapes.
  • the third outlet opening 6 and the third inlet opening 7 are arranged substantially symmetrically on the second flange surface 10.
  • the third outlet opening 6 and the third inlet opening 7 are arranged substantially on a straight line which forms the area bisecting line of the second flange area 10.
  • the third outlet opening 6 and the third inlet opening 7 as stepped holes educated.
  • the third outlet opening 6 and the third inlet opening 7 are introduced by means of an abrasive manufacturing process such as drilling and / or sinks in the second cuboid sub-element 13.
  • the first cuboid partial element 12 has a greater thickness than the second cuboid partial element 13.
  • the second cuboid subelement 13 also has a second cavity 43.
  • the second cavity 43 has an unspecified base of rectangular elements partially with rounded corners.
  • An unspecified substantially circumferential rectangular side surface encloses the second cavity 43 and is formed substantially perpendicular to the unspecified base.
  • a first web element 39 is arranged, wherein the web element 39 has a substantially rectangular, in particular cuboidal cross-sectional area.
  • the first web element 39 branches off into a first web part element 40 and a second web part element 41.
  • the first web part element 40 and / or the second web part element 41 are formed with rounded corners at least in regions.
  • the first web part element 40 and the second web part element 41 are formed substantially in one piece and together have substantially the shape of a Langlochnut filled with material.
  • the first web part element 40 and / or the second web part element 41 are formed essentially perpendicular to the first web element 39.
  • the first web element 39, the first web part element 40 and the second web part element 41 essentially form a T.
  • the unspecified height of the first web element 39 and / or the first web part element 40 and / or the second web part element 41 substantially corresponds to the height of the Rectangular surface surrounding the second cavity 43.
  • the second cavity 43 is essentially surrounded by a band-shaped element. From the band-shaped element, two tongue-shaped sub-elements are formed, in which at least one attachment opening 11 is respectively inserted.
  • the at least one Attachment opening 11, in particular the attachment openings 11 serve for fastening the first connection plate to at least a first heat exchanger and / or to an at least second heat exchanger.
  • the first cuboid partial element 12, in particular the second flange surface 10, has a semi-cylindrical recess in the region of a fastening opening 11.
  • the third outlet opening 6 serves to discharge coolant KA.
  • the third inlet opening 7 serves for the entry of coolant KE.
  • Figure 3 shows a sectional view A-A of the first connecting plate 1.
  • the same features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • the first connection plate 1 has a first coolant supply line 31, which has a substantially semi-shaped cross-sectional area.
  • the first coolant supply line 31 can be flown via the first inlet opening 2 with coolant via the coolant inlet KE.
  • the coolant supply line 31 branches into a first inflow part passage 33a for the flow of the first heat exchanger, in particular of the charge air cooler, such as the charge air high-pressure radiator, and into a second inflow part passage 33b for the flow of the second heat exchanger, in particular the low-pressure charge air cooler such as the intercooler, with coolant.
  • the first inflow channel 33a branches into a third inflow part channel 35 and into a fourth inflow part channel 36.
  • the first inflow part channel 33a is formed at least in sections in the first web element 39.
  • the third inflow part channel 35 is formed in the first web part element 40.
  • the fourth inflow part passage 36 is formed in the second land part 41.
  • the coolant supply line 31, the first inflow part passage 33a, the second inflow part passage 33b, the third inflow part passage 35 and the fourth inflow part passage 36 have a substantially circular cross-sectional area.
  • the aforementioned lines or channels have a substantially square, rectangular, rectangular, elliptical or a cross-sectional area of the aforementioned forms.
  • the first connection plate 1 further has a first outflow part passage 37 for discharging coolant from the first heat exchanger, in particular high-pressure charge air cooler and at least one second outflow part passage 34 for discharging coolant from the second heat exchanger.
  • the first outflow part channel 37 and the second outflow part channel 34 open in particular into the coolant discharge line 32.
  • the second outflow part channel is arranged at least in sections in a second web element 42 of the first parallelepiped part element 12 of the connection plate 1.
  • the first outflow part channel 37, the second outflow part channel 34 and the coolant discharge line 32 essentially have a circular cross section.
  • the aforementioned conduits or channels have a rectangular, cuboid, elliptical cross-sectional shape or a cross-sectional area with a combination of the aforementioned shapes.
  • the inflow part passage 33b and / or the third inflow part passage 35 and / or the fourth inflow part passage 36 and / or the second outflow passage 34 and / or the first outflow part passage 37 are formed by means of an original one
  • Manufacturing processes such as casting, in particular casting with lost cores, introduced into the first connection plate.
  • the second inflow part . Channel 33b and / or the second outflow part passage 34 and / or the third inflow part passage 35 and / or the fourth inflow part passage 36 are arranged substantially parallel to each other.
  • the third inflow part passage 35 and the fourth inflow part passage 36 are arranged substantially on a straight line.
  • the second inflow part passage 33b and the second outflow part passage 34 are arranged substantially on a straight line to each other.
  • the coolant supply line 31 and the coolant discharge line 32 run parallel at least in sections to each other.
  • the second outflow sub-channel 34 and the first outflow sub-channel 37 have substantially an unspecified angle having values between 0 ° and 90 °, in particular between 10 ° and 70 °, in particular between 20 ° and 45 °.
  • the coolant discharge 32 follows, at least in regions, a peripheral section of the passage opening 8.
  • the second web element 42 is formed in the first cavity 38.
  • the second web element 42 is arranged substantially on the side bisector of the cross-sectional area of the first cuboid subelement 12.
  • FIG 4 shows an isometric view of the first connecting plate 1 and a second connecting plate 45.
  • the second fastening part element 45 is designed as a second fastening part element 45, in particular as a fastening plate 45.
  • the fastening plate 45 is substantially formed as a plate, from which, for example, at least one triangular plate element is formed. In another embodiment, not shown, at least one triangular and / or tongue-shaped partial element may be formed from the mounting plate 45.
  • the fastening member 45 is made of metal such as aluminum, steel or stainless steel, and / or plastic or for example made of ceramic or a fiber composite material.
  • the mounting plate 45 has two mounting holes 46, for example for mounting a third heat exchanger such as an exhaust gas cooler and / or another intercooler and / or an oil cooler. Furthermore, the mounting plate 45 has a fourth inlet opening 47 for the entry of coolant into the mounting plate 45. Furthermore, the attachment plate 45 has at least one fourth exit opening 48 for the exit of coolant from the attachment plate, in particular the second attachment plate 45. Furthermore, at least in sections, the first coolant supply line 31 and / or the first coolant discharge line 32 are arranged or formed in the second attachment plate 45.
  • the first mounting plate 1 and the second Mounting plate 45 are, for example, tightly connected to each other, so that the pipe portion of the coolant supply pipe 31 formed in the second fixing member can communicate with the pipe portion of the first coolant supply pipe 31 disposed in the first connection plate 1 without causing leakage. Furthermore, the line section of the first coolant discharge line 32, which is arranged in the second fastening plate 45, in particular communicate via the first outlet opening 3 with the line section of the first coolant discharge line 32 which is arranged in the first fastening plate 1.
  • the first mounting plate 1 and the second mounting plate 45 are integrally formed or materially and / or non-positively and / or positively connected to each other, in particular tightly connected.
  • the arranged in the second mounting plate 45 line region of the coolant supply line 31 and the coolant discharge 32 are introduced, for example by means of a urformenden manufacturing process such as casting, in particular casting with lost cores in the second mounting plate.
  • the first connection plate 1 and the second connection plate 45 are arranged substantially perpendicular to each other.
  • the second connecting or fastening plate 45 has a flange surface 49 for flanging at least one third heat exchanger, such as an exhaust gas cooler and / or another charge air cooler and / or an oil cooler.
  • the second fastening or connecting plate 45 and the first connecting plate 1 are arranged substantially in relation to one another such that the surfaces normal, the third flange 49 is arranged substantially perpendicular to the surface normal of the first flange 9 and / or the second flange 10.
  • the first connection plate 1 and the second connection plate 5 are arranged relative to one another such that the first inlet opening 2 of the first connection plate is arranged with a corresponding opening of the second connection plate 45 substantially concentrically or coaxially.
  • the first outlet opening 3 of the first connecting plate to the corresponding opening of the second connecting plate 45 is arranged concentrically or substantially coaxially.
  • FIG. 5 shows an isometric view of the device for charge air cooling and for exhaust gas cooling. Identical features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • the cooling module 50 has a first heat exchanger 52, in particular a charge air cooler such as a high-pressure charge air cooler. Furthermore, the cooling module 50 has a second heat exchanger 51, in particular a charge air cooler such as a low-pressure charge air cooler. In addition, the cooling module 50 has at least one third heat exchanger 54, in particular an exhaust gas heat exchanger. In another embodiment, the first heat exchanger 52, the second heat exchanger 51 and the at least one third heat exchanger 54 may be a charge air cooler and / or an exhaust gas cooler and / or an oil cooler and / or a coolant cooler for engine cooling.
  • the high-pressure charge air cooler 52 has an unspecified base plate on which unspecified disks are stacked such that flow channels for charge air and / or coolant are formed between adjacent disks.
  • the stacked disks are substantially formed so that connect to a substantially rectangular area in each case semicircular areas.
  • the high-pressure charge air cooler 52 is fastened to the first fastening element or the first fastening plate or flanged to the first flange surface 9 with fastening elements such as screws, nuts, etc., using a base plate which is not specified.
  • the charge air inlet nozzle 53 of the high pressure charge air cooler 52 is flanged or connected directly to the first mounting plate.
  • the charge air inlet nozzle 53 passes through the passage opening 8 and is flanged to the unspecified base plate of the high-pressure charge air cooler 52 or connected to this base plate, in particular material and / or positively connected.
  • the charge air inlet nozzle 53 is connected to the first connection element 1.
  • Uncooled charge air flows into the high pressure charge air cooler 52.
  • the charge air outlet nozzle 57 the charge air cooled in the high pressure charge air cooler 52 flows out of the high pressure charge air cooler.
  • the low-pressure charge air cooler 51 is arranged and flanged to the second flange 10.
  • the low-pressure charge air cooler 51 is at least partially connected to the first connection plate positively and / or cohesively and / or non-positively. Specifically, the low-pressure charge air cooler 51 is connected to the first connection member 1 by means of connection members such as bolts, nuts, etc.
  • the high-pressure charge air cooler 52 is designed as a heat exchanger with tube bundles.
  • the tubes are designed in particular as flat tubes. They are taken up in at least one tubesheet, in particular in two tubesheets.
  • turbulence generating elements such as winglets or turbulence inserts can be inserted and / or embossed.
  • the low-pressure charge air cooler 51 has tubes, in particular flat tubes.
  • the low pressure charge air cooler 51 is similar to the high pressure charge air cooler 52 formed of stacked plates forming flow channels for coolant, particularly cooling water, and charge air passages.
  • the low-pressure air cooler 51 is designed as a heat exchanger with tube bundles.
  • the tubes are designed in particular as flat tubes. They are taken up in at least one tubesheet, in particular in two tubesheets.
  • turbulence generating elements such as winglets or turbulence inserts can be inserted and / or embossed.
  • Exhaust heat exchanger 54 attached via fasteners.
  • Exhaust heat exchanger 54 has a coolant inlet port 55 for entry of coolant into the exhaust gas heat exchanger and a coolant outlet 56 for the exit of coolant from the exhaust gas heat exchanger.
  • the exhaust gas heat exchanger 54 has a housing shell, in which in particular rectangular tubes are arranged.
  • the exhaust gas heat exchanger 54 is similar to the high pressure charge air cooler 52 formed of stacked disks. These stacked discs form flow channels for exhaust gas to be cooled and for coolant such as water-containing coolant.
  • Cooling module 50 is attached to a motor, not shown, in particular internal combustion engine for a motor vehicle.
  • FIG. 6 shows a front view of a system 60 for intercooling and / or for turbocharging. Identical features are provided with the same reference numerals as in the previous figures.
  • the system for charge air / exhaust gas cooling and turbocharging 60 has a cooling module 50 described in FIG.
  • the system 60 includes a first turbocharger stage 61 and a second turbocharger stage 64.
  • the system 60 has a bypass flap 68 or an exhaust valve 68 or a combination valve 68, which controls the exhaust gas recirculation rate through the exhaust gas cooler 54 and / or the line of exhaust gas through a bypass channel.
  • the low pressure is higher than that
  • the low pressure charge air cooler 51 the temperature of the charged air is cooled.
  • the coolant required for this flows through the first fastening element 1 and / or the second connecting element 45.
  • the charge air is compressed in a second turbocharger stage 64 by means of a second compressor 65 to high pressure level.
  • the high pressure level there is a higher pressure than in the low pressure level.
  • the charge air heats up.
  • the charge air then flows through the charge air inlet nozzle into the charge air high-pressure cooler 52, flows through it and is thereby cooled by coolant, which flows in the first connecting element and above the charge air high-pressure cooler 52 and / or this is discharged.
  • the charge air cooled in the high pressure charge air cooler 52 leaves the high pressure charge air cooler 52 through the charge air outlet port 57 and is supplied to an internal combustion engine, not shown.
  • exhaust gas In the internal combustion engine, not shown, fuel and supplied cooled charge air burn to exhaust gas. If necessary, a part of the exhaust gas can be fed back to the engine. For this purpose, however, the exhaust gas is cooled in advance. Exhaust gas flows via an exhaust gas inlet nozzle 72 into the exhaust gas inlet diffuser 70 and further through the exhaust gas cooler 54.
  • the exhaust gas cooler 54 may have a bypass line. Exhaust gas can be recirculated uncooled to the combustion engine through the bypass line.
  • the supply of the recirculated exhaust gas to the bypass passage and / or to the exhaust gas cooler 54 is controlled by means of the combination valve 68 and / or the bypass valve 68 and / or by means of the exhaust gas recirculation valve. This is done by means of an actuator 69.
  • the recirculated cooled and / or uncooled exhaust gas is supplied through the exhaust gas outlet nozzle 71 to the internal combustion engine.
  • About exhaust gas cooling ducts 73 coolant is passed into the exhaust gas cooler and led
  • the non-recirculated portion of the exhaust gas flows through the first turbine 66 of the second turbocharger stage and then through the second turbine 63 of the first turbocharger stage. In this way, the first turbine 66 drives the second compressor 65. Likewise, the second turbine 63 drives the first compressor 62.
  • the first compressor 62 and / or the second compressor 65 and / or the first turbine 66 and / or the second turbine 63 are each substantially, in particular snail-shaped, formed.
  • the second heat exchanger for low pressure charge air cooling is integrated in particular in an unspecified housing of the first compressor 62 and / or in an unspecified housing of the second compressor 65 and arranged in this.
  • the unspecified housing of the first compressor 62 and the unspecified housing of the second compressor 65 may be integrally formed.
  • the cooling module 50 is attached, for example, to an internal combustion engine, not shown.
  • the first turbocharger stage and / or the second turbocharger stage in the turbines are radial turbines and compressors are radial compressors.
  • first turbocharger stage and / or the second turbocharger stage in the turbines are axial turbines and in the compressors to axial compressors.
  • Exhaust gas enters the first turbine 66 via the exhaust gas inlet AE. After flowing through the second turbine 63, the exhaust gas flows out of the exhaust gas outlet AA out of the second turbine 63.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Wärmetauscher (52) zur Ladelufthochdruckkühlung, mit zumindest einem zweiten Wärmetauscher (51) zur Ladeluftniederdruckkühlung sowie mit zumindest einem ersten Verbindungselement (1) zur Verbindung eines ersten Wärmetauschers (52) und des zumindest einen zweiten Wärmetauschers (51 ) miteinander, mit zumindest einer Kühlmittelzuleitung (31) zur Beströmung zumindest eines Wärmetauschers (51, 52) mit Kühlmittel, mit zumindest einer Kühlmittelableitung (32) zur Ableitung von Kühlmittel aus zumindest einem der Wärmetauscher (51, 52), wobei die zumindest eine Kühlmittelzuleitung (31) und die zumindest eine Kühlmittelableitung (32) im Wesentlichen vollständig in dem zumindest einen ersten Verbindungselement (1) angeordnet sind.

Description

Vorrichtung zur Ladeluftkühlung,
System zur Turboaufladung und/oder Ladeluftkühlung,
Verfahren zur Ladeluftkühlung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs sowie ein System zur Ladeluftkühlung und/oder Turboaufladung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Zur Leistungsverbesserung von Verbrennungsmotoren wird die aus der Umgebung angesaugte Luft mittels eines Verdichters eines Turboladers einstufig oder mehrstufig aufgeladen. Die verdichtete Luft erwärmt sich dabei und muss deshalb nach dem Verdichten wieder abgekühlt werden. Dies erfolgt mittels eines Wärmetauschers zur Ladeluftkühlung. Dabei kann die aufgeladene Luft direkt oder indirekt gekühlt werden. Bei der direkten Ladeluftkühlung wird die aufgeladene Luft direkt von der Umgebungsluft gekühlt. Bei der indirekten Ladeluftkühlung wird die Ladeluft von einem
Kühlmittel gekühlt, welches wiederum von Umgebungsluft gekühlt wird.
Ferner ist bekannt, bei einer mehrstufigen insbesondere zweistufigen, Ladeluftaufladung die Ladeluft mehrstufig zu kühlen.
Des Weiteren kann die Ladeluft nach dem Verdichten in einer ersten Verdichterstufe mittels eines Zwischenkühlers abgekühlt werden, bevor die Ladeluft erneut in einer weiteren Verdichterstufe auf ein höheres Druckniveau verdichtet wird. In einem weiteren Wärmetauscher zur Ladeluftkühlung erfolgt dann die erneute Abkühlung der Ladeluft, bevor diese dem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zugeführt wird.
Aus der DE3504038 ist eine Kühlanlage für eine mit einem Abgasturbolader versehene wassergekühlte Brennkraftmaschine bekannt, wobei im Ansaugsystem der Maschine ein Zwischenkühler zur Abkühlung der vom Turbolader abgegebenen Ladeluft bekannt ist.
Aus der EP1505274 ist ein Ladeluftkühler bekannt mit einem von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühleinsatz, der im ladeluftführenden Verbindungskanal angeordnet ist.
Aus der DE10351845 sind parallele Wärmetauschermodule bekannt, die mit einem Abgaseintrittsgehäuse verbunden sind und einen Hochtemperaturabgaswärmetauscher bilden und parallele
Wärmetauschermodule, die mit einem Abgasaustrittsgehäuse verbunden sind und Niedertemperaturabgaswärmetauscher bilden.
Die Gehäuse der Wärmetauschermodule sind zur Halterung an den Enden mit Flanschen versehen. Der Hochtemperaturabgaswärmetauscher ist mittels einer Befestigungsbrille starr am Abgaseintrittsgehäuse fixiert. An einem anderen Ende ist der Hochtemperaturabgaswärmetauscher an einem Flansch in einer Lagerplatte gelagert, so dass Zwangsspannungen vermieden werden.
Aus der EP0874142 ist eine Vorrichtung zur integrierten Führung von flüssigen und gasförmigen Medien einer Brennkraftmaschine mit einem benachbart zu einem Zylinderkopf an der Brennkraftmaschine gehaltenen Gehäuse und mit einem Befestigungsflansch für eine Aufladeeinrichtung für Verbrennungsluft bekannt.
Die Wärmetauscher zur Ladeluft bzw. Abgaskühlung sind dabei jeweils mit einer Vielzahl von Leitungen bzw. Rohren verbunden, die Kühlmittel den Wärmetauschern zuführen bzw. Kühlmittel aus den Wärmetauschern abführen. Diese Leitungen müssen meist mit einer Vielzahl von verschiedenen Halteelementen im Motorraum befestigt werden. Das Kühlmittel zum Kühlen der Ladeluftkühler oder der anderen Wärmetauscher wie beispielsweise Abgaskühler kann dabei aus dem Kühlmittelkreislauf zur Motorkühlung des Verbrennungsmotors abgezweigt werden. Dabei ist eine Vielzahl von Schnittstellen erforderlich, die beispielsweise als Rohrverzweigungselemente ausgebildet sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll der für Kühlmittelversorgungsleitungen zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlmittel zur bzw. von den Wärmetauschern zur Ladeluft und/oder Abgaskühlung verringert werden. Gleichzeitig soll die Zahl der Schnittstellen und der erforderlichen Verzweigungselemente der kühlmittelführenden Leitungen verringert werden. Darüber hinaus soll insbesondere die Montagezeit, die erforderlich ist, um Kühlmittelversorgungsleitungen an den Wärmetauschern anzuschließen, verringert werden. Ferner soll insbesondere die Montage selbst vereinfacht werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es wird eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, der einen ersten Wärmetauscher zur Ladelufthochdruckkühlung aufweist. Die Vorrichtung weist ferner zumindest einen zweiten Wärmetauscher zur Ladeluftniederdruckkühlung auf. Ferner ist zumindest ein erstes Verbindungselement zur Verbindung des ersten Wärmetauschers und des zumindest einen zweiten Wärmetauschers miteinander vorgesehen. Die Vorrichtung weist zumindest eine Kühlmittelzuleitung zur Beströmung zumindest eines Wärmetauschers mit Kühlmittel und zumindest eine Kühlmittelableitung zur Ableitung von Kühlmittel aus zumindest einem der Wärmetauscher auf. Die zumindest eine Kühlmittelzuleitung und die zumindest eine Kühlmittelableitung sind im Wesentlichen vollständig in dem zumindest einen ersten Verbindungselement angeordnet.
Unter dem einen „ersten Wärmetauscher zur Ladelufthochdruckkühlung" ist insbesondere ein Ladeluftkühler zu verstehen, in dem Ladeluft gekühlt wird, die zumindest mittels zweier Verdichtungsstufen eines Turboladers auf ein Hochdruckniveau verdichtet wurde. Der erste Wärmetauscher kann aber auch ein Abgaskühler und/oder ein Ölkühler und/oder ein Verdampfer bzw. Kondensator einer Klimaanlage sein.
Unter dem „zweiten Wärmetauscher zur Ladeluftniederdruckkühlung" ist insbesondere ein Ladeluftkühler zu verstehen, der Ladeluft kühlt, die aus der Umgebung angesaugt und mittels einer ersten Verdichterstufe eines Turboladers auf ein Ladeluftniederdruckniveau verdichtet wurde.
Unter „Ladeluftniederdruck" ist dabei zu verstehen, dass die Ladeluft einen höheren Druck als die Umgebungsluft aufweist, wobei der Ladeluftniederdruck jedoch geringer ist als der Ladelufthochdruck.
Der Ladeluftniederdruck wird dabei von einer ersten Verdichterstufe eines Turboladers erzeugt. Der Ladelufthochdruck wird von einer zumindest zweiten Verdichterstufe eines Turboladers erzeugt.
Das zumindest eine erste Verbindungselement, insbesondere eine Verbindungsplatte, dient dabei zur Verbindung des ersten Wärmetauschers und des zumindest zweiten Wärmetauschers miteinander.
Über die zumindest eine Kühlmittelzuleitung wird Kühlmittel zumindest einem Wärmetauscher, insbesondere dem Ladelufthochdruckwärmetauscher, und/oder dem Ladeluftniederdruckwärmetauscher, zugeführt.
Die zumindest eine Kühlmittelableitung dient der Abführung von Kühlmittel aus zumindest einem Wärmetauscher, insbesondere dem Ladelufthochdruckwärmetauscher und/oder dem
Ladeluftniederdruckwärmetauscher.
Die zumindest eine Kühlmittelzuleitung und die zumindest eine Kühlmittelableitung sind im Wesentlichen vollständig, insbesondere vollständig, in dem zumindest einen ersten Verbindungselement, insbesondere in der zumindest einen ersten Verbindungsplatte angeordnet bzw. in diese integriert. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verzweigt sich die erste Kühlmittelzuleitung zumindest in einen ersten Zuströmteilkanal zur Beströmung der ersten Wärmetauschers, insbesondere des Ladelufthochdruckwärmetauschers und einen zweiten Zuströmteilkanal zur Beströmung des zweiten Wärmetauschers, insbesondere den Ladeluftniederdruckwärmetauscher. Der erste Zuströmteilkanal und der zumindest eine zweite Zuströmteilkanal sind im Wesentlichen vollständig, insbesondere vollständig, in dem zumindest einen ersten Verbindungselement, insbesondere der zumindest einen ersten Verbindungsplatte, angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verzweigt sich der erste Zuströmteilkanal in einen dritten Zuströmteilkanal und in einen vierten Zuströmteilkanal zur Beströmung des ersten Wärmetauschers, insbesondere des Hochdruckladeluftkühlers, wobei der dritte Zuströmteilkanal und der vierte Zuströmteilkanal im Wesentlichen vollständig in dem ersten Verbindungselement, insbesondere der Verbindungsplatte, angeordnet sind. Auf diese Weise kann Bauraum besonders vorteilhaft eingespart werden. Ferner kann die Montage der Vorrichtung besonders vereinfacht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das erste Verbindungselement, insbesondere die zumindest eine Verbindungsplatte, einen ersten Abströmteilkanal zur Ableitung von Kühlmittel aus dem ersten Wärmetauscher, insbesondere aus dem Hochdruckladeluftkühler, auf. Ferner weist das erste Verbindungselement zumindest einen zweiten Abströmteilkanal zur Ableitung von Kühlmittel aus dem zweiten Wärmetauscher, insbesondere aus dem Niederdruckladeluftkühler auf. Der erste Abströmteilkanal und der zumindest eine zweite Abströmteilkanal münden in die Kühlmittelableitung. Auf diese Weise kann die Zahl der Kühlmittelanschlussleitungen besonders vorteilhaft verringert werden und die Montage vereinfacht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das erste Verbindungselement, insbesondere die Verbindungsplatte, eine erste Flanschfläche zum Anflanschen des ersten Wärmetauschers, insbesondere des Ladelufthochdruckwärmetauschers und/oder eine zweite Flanschfläche zum Anflanschen des zumindest zweiten Wärmetauschers, insbesondere des Ladeluftniederdruckwärmetauschers, auf. Auf diese Weise können der zumindest eine erste Wärmetauscher und der zumindest eine zweite Wärmetauscher besonders vorteilhaft an das erste Verbindungselement angeflanscht werden. Ferner können der zumindest eine erste Wärmetauscher und der zweite zumindest eine zweite Wärmetauscher besonders vorteilhaft miteinander verbunden werden, wobei die Kühlmittelzufuhr und/oder Ableitungen besonders vorteilhaft in das zumindest eine Verbindungselement integriert werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die erste Flanschfläche und die zweite Flanschfläche im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet und/oder parallel zueinander angeordnet. Auf diese Weise können der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher besonders bauraumsparend miteinander verbunden werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die erste Flanschfläche und/oder die zweite Flanschfläche einen Winkel zwischen 0° und 90° zueinander aufweisen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind ein zweites Verbindungselement sowie ein dritter Wärmetauscher zur Abgaskühlung für Abgas der Brennkraftmaschine, insbesondere ein Abgaswärmetauscher, vorgesehen.
Das zweite Verbindungselement, insbesondere die zweite Verbindungsplatte, dient zur Verbindung des dritten Wärmetauschers, insbesondere des Abgaswärmetauschers, mit dem ersten Verbindungselement, insbesondere der ersten Verbindungsplatte. Auf diese Weise können der erste Wärmetauscher, der zweite Wärmetauscher und der dritte Wärmetauscher besonders vorteilhaft miteinander verbunden werden. Ferner können Kühlmittelzu- bzw. -ableitungen für den ersten Wärmetauscher und/oder den zweiten Wärmetauscher und/oder dem dritten Wärmetauscher besonders vorteilhaft in das erste Verbindungselement, insbesondere die erste Verbindungsplatte, und/oder in das zweite Verbindungselement, insbesondere die zweite Verbindungsplatte, integriert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass das erste Verbindungselement, insbesondere die Verbindungsplatte, und das zweite Verbindungselement, insbesondere die zweite Verbindungsplatte, im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind und/oder einteilig ausgebildet sind.
Erfindungsgemäß ist ferner ein System zur Ladeluftkühlung und/oder Turboaufladung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bekannt. Das System weist eine erste Verdichterstufe eines Turboladers zur Verdichtung von Ladeluft sowie eine zweite Verdichterstufe eines Turboladers zur weiteren Verdichtung der Ladeluft auf, wobei der erste Wärmetauscher, insbesondere der Hochdruckladeluftkühler, abströmseitig der zweiten Verdichterstufe angeordnet ist und der zweite Wärmetauscher, insbesondere der Niederdruckladeluftkühler, abströmseitig der ersten Verdichterstufe und/oder zuströmseitig der zweiten Verdichterstufe angeordnet ist. Unter „Turbolader" ist zu verstehen, dass eine Verdichterstufe, insbesondere ein Kompressor, mit einer Turbine mittels insbesondere einer Welle gekoppelt ist. Die Turbine wird dabei von Abgas eines Verbrennungsmotors angetrieben und treibt durch die Koppelung den Kompressor an. Der Kompressor, insbesondere die Verdichterstufe, verdichtet Ladeluft von einem geringeren Druckniveau auf ein höheres Druckniveau.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Wärmetauscher in zumindest eine Verdichterstufe integriert.
Unter „in zumindest eine Verdichterstufe integriert" ist dabei insbesondere zu verstehen, dass der zweite Wärmetauscher, insbesondere der Niederdruckladeluftwärmetauscher in dem Kompressorgehäuse der ersten Verdichterstufe und/oder in dem Gehäuse der zweiten Verdichterstufe angeordnet ist. Auf diese Weise kann Bauraum besonders vorteilhaft eingespart werden.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das folgende Verfahrensschritte aufweist:
Kühlmittel strömt in eine Kühlmittelzuleitung eines ersten Verbindungselements, insbesondere der ersten Verbindungsplatte, einer Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Das in der Kühlmittelzuleitung strömende Kühlmittel wird in einem ersten Kühlmittelteilstrom in einen zweiten Kühlmittelteilstrom aufgeteilt.
Das Kühlmittel des ersten Kühlmittelteilstroms ist im Wesentlichen direkt aus dem ersten Verbindungselement, insbesondere der ersten Verbindungsplatte, in einen ersten Wärmetauscher zur Hochdruckladeluftkühlung.
Das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelteilstroms strömt im Wesentlichen direkt aus dem ersten Verbindungselement, insbesondere der ersten Verbindungsplatte, in einem zweiten Wärmetauscher zur Niederdruckladeluftkühlung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durchströmt das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelteilstroms den zweiten Wärmetauscher, insbesondere den Niederdruckladeluftwärmetauscher. Dabei kühlt das Kühlmittel Ladeluft, die in einer ersten Verdichterstufe eines ersten Turboladers vorverdichtet wurde. Das Mittel des ersten Kühlmittelteilstroms durchströmt den ersten Wärmetauscher und kühlt dabei Ladeluft, die in einer zweiten Verdichterstufe eines zweiten Turboladers weiterverdichtet wurde.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass nach dem Durchströmen des ersten Wärmetauschers das Kühlmittel des ersten Kühlmittelteilstroms im Wesentlichen direkt von dem ersten Wärmetauscher, insbesondere dem Ladelufthochdruckkühler, das erste Verbindungselement, insbesondere die erste Verbindungsplatte, strömt und/oder nach dem Durchströmen des zweiten Wärmetauschers, insbesondere des Niederdruckladeluftkühlers, direkt von dem zweiten Wärmetauscher in das erste Verbindungselement, insbesondere die erste Verbindungsplatte strömt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Zeichnung. Die Gegenstände der Unteransprüche beziehen sich sowohl auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs als auch auf das erfindungsgemäße System zur Ladeluftkühlung und/oder Turboaufladung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie auf das Verfahren zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert, wobei eine Beschränkung der Erfindung hierdurch nicht erfolgen soll. Es zeigen:
Figur 1 : eine Vorderansicht der ersten Verbindungsplatte;
Figur 2: eine Rückansicht der ersten Verbindungsplatte;
Figur 3: eine Schnittdarstellung A-A der ersten Verbindungsplatte;
Figur 4: eine isometrische Darstellung der ersten Verbindungsplatte und der zweiten Verbindungsplatte;
Figur 5: eine isometrische Darstellung der Vorrichtung zur Ladeluftkühlung und zur Abgaskühlung;
Figur 6: eine Vorderansicht eines Systems zur Ladeluftkühlung und/oder zur Turboaufladung. Figur 1 zeigt eine Vorderansicht der ersten Verbindungsplatte 1.
Die erste Verbindungsplatte 1 ist im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Die Verbindungsplatte weist eine erste Flanschfläche 9 und eine zweite Flanschfläche 10 auf. Aus der Verbindungsplatte 1 ist zumindest ein quaderförmiger Vorsprung aus einer nicht näher bezeichneten Seitenfläche der Platte ausgebildet. Auf der Seite, die der Seite mit der quaderförmigen Ausprägung gegenüberliegt, weist die Verbindungsplatte eine Stufe auf.
Ferner sind aus den nicht näher bezeichneten Seitenflächen der Verbindungsplatte zungenförmige Vorsprünge ausgebildet, die beispielsweise Befestigungsöffnungen 11 , insbesondere
Befestigungsbohrungen, eingebracht sind. Die Verbindungsplatte kann abgerundete Ecken und/oder kantige Ecken aufweisen. Auf den nicht näher bezeichneten Randflächen, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Flanschfläche 9 und/oder zur zweiten Flanschfläche 10 ausgebildet sein können, sind Befestigungsöffnungen 11 eingebracht. Ferner weist eine nicht näher bezeichnete Seitenfläche, die insbesondere senkrecht zur ersten Flanschfläche 9 und/oder zur zweiten Flanschfläche 10 ausgebildet ist, zumindest eine erste Eintrittsöffnung 2 zum Eintritt von Kühlmittel in die erste Verbindungsplatte 1 auf. Ebenso ist an dieser Seitenfläche eine erste Austrittsöffnung 3 zum Austritt von Kühlmittel aus der ersten Verbindungsplatte 1 vorgesehen. Die erste Eintrittsöffnung 2 und die erste Austrittsöffnung 3 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel an derselben Seitenfläche der Verbindungsplatte 1 angeordnet.
In einem anderen Ausführungsbeispiel können die erste Eintrittsöffnung 2 und die erste Austrittsöffnung 3 an verschiedenen Seitenflächen der ersten Verbindungsplatte 1 angeordnet sein. Ebenso kann die erste Verbindungsplatte mehr als eine Eintrittsöffnung und/oder mehr als eine Austrittsöffnung 3 aufweisen. Die erste Flanschfläche 9 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest eine, insbesondere zwei zweite, Austrittsöffnungen zum Austritt von Kühlmittel auf. Ferner weist die erste Verbindungsplatte 1 zumindest eine zweite Eintrittsöffnung 5, insbesondere zumindest zwei zweite Eintrittsöffnungen 5, auf.
Über die Eintrittsöffnung 5 tritt Kühlmittel in die erste Verbindungsplatte ein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die zwei zweiten Austrittsöffnungen 4 und/oder die zwei zweiten Eintrittsöffnungen 5 jeweils auf einer Geraden, die im Wesentlichen parallel zu der nicht näher bezeichneten Seitenfläche verläuft, in der die erste Eintrittsöffnung 2 und die erste Austrittsöffnung 3 eingebracht sind.
Die zwei zweiten Austrittsöffnungen 4 und die zwei zweiten Eintrittsöffnungen 5 bilden im dargestellten Ausführungsbeispiel die Ecken eines Rechtecks.
In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zweiten Austrittsöffnungen 4 und die zweiten Eintrittsöffnungen 5 an einer anderen Stelle der ersten Flanschfläche 9 eingebracht. Die zweiten Eintrittsöffnungen 5 und/oder die zumindest zwei zweiten Austrittsöffnungen 4 sind im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die genannten Öffnungen ellipsenförmig oder weisen eine andere beliebige Form auf. Die Verbindungsplatte 1 weist eine Durchgangsöffnung 8, die im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist, auf. Die Durchgangsöffnung 8 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur ersten Flanschfläche 9 und/oder zur zweiten Flanschfläche 10. Die Durchtrittsöffnung 8 ist zylinderförmig, kann aber auch eine andere nicht kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen bzw. kegelstumpfelementförmig ausgebildet sein.
Die Durchgangsöffnung 8 ist zumindest bereichsweise zwischen den zwei zweiten Eintrittsöffnungen 5 angeordnet. Die Durchgangsöffnung 8 weist einen nicht näher bezeichneten Mittelpunkt auf, der von den beiden Mittelpunkten der zweiten Eintrittsöffnungen 5 den gleichen Abstand aufweist.
Die Durchgangsöffnung 8 weist einen nicht näher bezeichneten Mittelpunkt auf, der von den beiden Mittelpunkten der zweiten Austrittsöffnungen 4 im
Wesentlichen denselben Abstand aufweist. Die zwei zweiten
Austrittsöffnungen 4, die zwei zweiten Eintrittsöffnungen 5 und die vier
Befestigungsöffnungen 11 der ersten Flanschfläche 9 sind im Wesentlichen so angeordnet, dass sie im Wesentlichen achssymmetrisch sind zu einer nicht dargestellten Geraden, die durch den Mittelpunkt der
Durchgangsöffnung 8 und durch den Mittelpunkt einer Befestigungsöffnung
11 verläuft.
Die erste Eintrittsöffnung zwei und die erste Austrittsöffnung 3 sind im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet.
Die erste Verbindungsplatte 1 ist aus einem Material wie beispielsweise Metall, insbesondere Aluminium, Stahl oder Edelstahl oder aus einem Kunststoff oder aus Keramik oder aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet.
Die Kontur der ersten Verbindungsplatte 1 ist mittels eines urformenden Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise Gießen, oder mittels eines abtragenden und/oder trennenden Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise Fräsen, Bohren, Laserschneiden usw., hergestellt.
Die erste Eintrittsöffnung 2, die erste Austrittsöffnung 3, die zweiten Austrittsöffnungen 4 und/oder die zweiten Eintrittsöffnungen 5 sowie die Befestigungsöffnungen 11 bzw. die Durchgangsöffnung 8 sind mittels eines abtragenden Fertigungsverfahrens wie beispielsweise Bohren und/oder Reiben und/oder Laserschneiden in die erste Verbindungsplatte 1 eingebracht. Die erste Flanschfläche 9 dient zum Anflanschen des ersten Wärmetauschers. Der erste Wärmetauscher ist insbesondere ein Ladeluftkühler wie beispielsweise ein Ladelufthochdruckkühler. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der anzuflanschende erste Wärmetauscher ein Abgaskühler und/oder ein Kühlmittelkühler und/oder ein Ölkühler.
Figur 2 zeigt eine Rückansicht der ersten Verbindungsplatte 1. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Figur 1.
Die erste Verbindungsplatte 1 wird im Wesentlichen aus einem ersten im Wesentlichen quaderförmigen Teilelement 12 und einem zweiten im Wesentlichen quaderförmigen Teilelement 13 gebildet. Die beiden im Wesentlichen quaderförmigen Teilelemente 12 und 13 sind derart zueinander angeordnet, dass zumindest eine längere Seite des ersten quaderförmigen Teilelements im Wesentlichen senkrecht zu einer längeren Seite des zweiten quaderförmigen Teilelements 13 angeordnet ist. Das erste quaderförmige Teilelement 12 und das zweite quaderförmige Teilelement 13 sind einteilig ausgebildet und bilden die erste Verbindungsplatte 1. Das zweite quaderförmige Teilelement 13 weist die zweite Flanschfläche 10 zum Anflanschen eines zweiten Wärmetauschers auf. Der zweite Wärmetauscher ist ein Ladeluftniederdruckkühler, insbesondere Zwischenkühler oder ein Abgaskühler oder ein Ölkühler oder ein Kühlmittelkühler.
Das zweite quaderförmige Teilelement 13 weist einen ersten Hohlraum 38 auf, der im Wesentlichen ebenfalls quaderförmig ausgebildet ist. Die zweite Flanschfläche 10 weist zumindest eine dritte Eintrittsöffnung 7 und zumindest eine dritte Austrittsöffnung 6 auf. Die dritte Austrittsöffnung 6 und/oder die dritte Eintrittsöffnung 7 kommunizieren mit dem ersten Hohlraum 38. Die dritte Austrittsöffnung 6 und/oder die dritte Eintrittsöffnung weisen eine kreisförmige Querschnittsfläche auf. Sie können aber auch eine zylinderförmige Querschnittsfläche oder eine Querschnittsfläche mit einem rechteckigen oder anderen eckigen Formen aufweisen. Die dritte Austrittsöffnung 6 und die dritte Eintrittsöffnung 7 sind im Wesentlichen symmetrisch auf der zweiten Flanschfläche 10 angeordnet. Die dritte Austrittsöffnung 6 und die dritte Eintrittsöffnung 7 sind im Wesentlichen auf einer Geraden angeordnet, die die Flächenhalbierende der zweiten Flanschfläche 10 bildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die dritte Austrittsöffnung 6 und die dritte Eintrittsöffnung 7 als Stufenbohrungen ausgebildet. Die dritte Austrittsöffnung 6 und die dritte Eintrittsöffnung 7 sind mittels eines abtragenden Fertigungsverfahrens wie beispielsweise Bohren und/oder Senken in das zweite quaderförmige Teilelement 13 eingebracht.
Das erste quaderförmige Teilelement 12 hat eine größere Dicke als das zweite quaderförmige Teilelement 13. Somit steht das erste quaderförmige Teilelement 12 mit einem nicht näher bezeichneten dicken Bereich über das zweite quaderförmige Teilelement 13 hervor. Das zweite quaderförmige Teilelement 13 weist ferner einen zweiten Hohlraum 43 auf. Der zweite Hohlraum 43 weist eine nicht näher bezeichnete Grundfläche aus Rechteckelementen teilweise mit abgerundeten Ecken auf. Eine nicht näher bezeichnete im Wesentlichen umlaufende rechteckförmige Seitenfläche umschließt den zweiten Hohlraum 43 und ist im Wesentlichen senkrecht zur nicht näher bezeichneten Grundfläche ausgebildet. In dem zweiten Hohlraum 43 ist ein erstes Stegelement 39 angeordnet, wobei das Stegelement 39 im Wesentlichen eine rechteckförmige, insbesondere quaderförmige Querschnittsfläche aufweist. Das erste Stegelement 39 verzweigt sich in ein erstes Stegteilelement 40 und ein zweites Stegteilelement 41. Das erste Stegteilelement 40 und/oder das zweite Stegteilelement 41 sind zumindest bereichsweise mit abgerundeten Ecken ausgebildet. Das erste Stegteilelement 40 und das zweite Stegteilelement 41 sind im Wesentlichen einteilig ausgebildet und haben zusammen im Wesentlichen die Form einer mit Material ausgefüllten Langlochnut.
Das erste Stegteilelement 40 und/oder das zweite Stegteilelement 41 sind im Wesentlichen senkrecht zum ersten Stegelement 39 ausgebildet. Somit bilden das erste Stegelement 39, das erste Stegteilelement 40 und das zweite Stegteilelement 41 im Wesentlichen ein T. Die nicht näher bezeichnete Höhe des ersten Stegelements 39 und/oder des ersten Stegteilelements 40 und/oder des zweiten Stegteilelements 41 entspricht im Wesentlichen der Höhe der Rechteckfläche, die den zweiten Hohlraum 43 umgibt. Der zweite Hohlraum 43 wird im Wesentlichen von einem bandenförmigen Element umgeben. Aus dem bandenförmigen Element sind zwei zungenförmige Teilelemente ausgebildet, in welche zumindest eine Befestigungsöffnung 11 jeweils eingebracht ist. Die zumindest eine Befestigungsöffnung 11 , insbesondere die Befestigungsöffnungen 11 dienen zur Befestigung der ersten Verbindungsplatte an zumindest einem ersten Wärmetauscher und/oder an einem zumindest zweiten Wärmetauscher. Das erste quaderförmige Teilelement 12, insbesondere die zweite Flanschfläche 10 weist im Bereich einer Befestigungsöffnung 11 eine halbzylinderförmige Aussparung auf.
Die dritte Austrittsöffnung 6 dient zum Austritt von Kühlmittel KA. Die dritte Eintrittsöffnung 7 dient zum Eintritt von Kühlmittel KE.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung A-A der ersten Verbindungsplatte 1. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
Die erste Verbindungsplatte 1 weist eine erste Kühlmittelzuleitung 31 auf, die im Wesentlichen eine halbförmige Querschnittsfläche aufweist. Die erste Kühlmittelzuleitung 31 ist über die erste Eintrittsöffnung 2 mit Kühlmittel über den Kühlmitteleintritt KE beströmbar. Die Kühlmittelzuleitung 31 verzweigt sich in einen ersten Zuströmteilkanal 33a zur Beströmung des ersten Wärmetauschers, insbesondere des Ladeluftkühlers wie beispielsweise des Ladelufthochdruckkühlers, und in einen zweiten Zuströmteilkanal 33b zur Beströmung des zweiten Wärmetauschers, insbesondere des Niederdruckladeluftkühlers wie beispielsweise des Zwischenkühlers, mit Kühlmittel. Der erste Zuströmkanal 33a verzweigt sich in einen dritten Zuströmteilkanal 35 und in einen vierten Zuströmteilkanal 36. Der erste Zuströmteilkanal 33a ist zumindest abschnittsweise in dem ersten Stegelement 39 ausgebildet. Der dritte Zuströmteilkanal 35 ist in dem ersten Stegteilelement 40 ausgebildet. Der vierte Zuströmteilkanal 36 ist in dem zweiten Stegteilelement 41 ausgebildet. Die Kühlmittelzuleitung 31 , der erste Zuströmteilkanal 33a, der zweite Zuströmteilkanal 33b, der dritte Zuströmteilkanal 35 und der vierte Zuströmteilkanal 36 weisen im Wesentlichen eine kreisförmige Querschnittsfläche auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel weisen die zuvor genannten Leitungen bzw. Kanäle eine im Wesentlichen eckige, quaderförmige, rechteckförmige, ellipsenförmige oder eine Querschnittsfläche aus den zuvor genannten Formen auf.
Die erste Verbindungsplatte 1 weist ferner einen ersten Abströmteilkanal 37 zur Ableitung von Kühlmittel aus dem ersten Wärmetauscher, insbesondere Hochdruckladeluftkühler und zumindest einen zweiten Abströmteilkanal 34 zur Ableitung von Kühlmittel aus dem zweiten Wärmetauscher auf. Der erste Abströmteilkanal 37 und der zweite Abströmteilkanal 34 münden insbesondere in die Kühlmittelableitung 32. Der zweite Abströmteilkanal ist zumindest abschnittsweise in einem zweiten Stegelement 42 des ersten quaderförmigen Teilelements 12 der Verbindungsplatte 1 angeordnet. Der erste Abströmteilkanal 37, der zweite Abströmteilkanal 34 und die Kühlmittelableitung 32 weisen im Wesentlichen einen kreisrunden Querschnitt auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel weisen die zuvor genannten Leitungen bzw. Kanäle eine rechteckförmige, quaderförmige, ellipsenförmige Querschnittsform oder eine Querschnittsfläche mit einer Kombination der zuvor genannten Formen auf.
Die erste Kühlmittelzuleitung 31 und/oder die erste Kühlmittelableitung 32 und/oder der erste Zuströmteilkanal 33a und/oder der zweite
Zuströmteilkanal 33b und/oder der dritte Zuströmteilkanal 35 und/oder der vierte Zuströmteilkanal 36 und/oder der zweite Abströmkanal 34 und/oder der erste Abströmteilkanal 37 werden mittels eines urformenden
Fertigungsverfahren wie beispielsweise Gießen, insbesondere Gießen mit verlorenen Kernen, in die erste Verbindungsplatte eingebracht.
Der zweite Zuströmteil.kanal 33b und/oder der zweite Abströmteilkanal 34 und/oder der dritte Zuströmteilkanal 35 und/oder der vierte Zuströmteilkanal 36 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
Der dritte Zuströmteilkanal 35 und der vierte Zuströmteilkanal 36 sind im Wesentlichen auf einer Geraden angeordnet. Der zweite Zuströmteilkanal 33b und der zweite Abströmteilkanal 34 sind im Wesentlichen auf einer Geraden zueinander angeordnet. Die Kühlmittelzuleitung 31 und die Kühlmittelableitung 32 verlaufen zumindest abschnittsweise parallel zueinander. Der zweite Abströmungsteilkanal 34 und der erste Abströmteilkanal 37 weisen im Wesentlichen einen nicht näher bezeichneten Winkel auf, der Werte zwischen 0° und 90°, insbesondere zwischen 10° und 70°, insbesondere zwischen 20° und 45° aufweist. Die Kühlmittelableitung 32 folgt zumindest bereichsweise einem Umfangsabschnitt der Durchgangsöffnung 8. Das zweite Stegelement 42 ist in dem ersten Hohlraum 38 ausgebildet. Das zweite Stegelement 42 ist im Wesentlichen auf der Seitenhalbierenden der Querschnittsfläche des ersten quaderförmigen Teilelements 12 angeordnet.
Figur 4 zeigt eine isometrische Darstellung der ersten Verbindungsplatte 1 und einer zweiten Verbindungsplatte 45. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren. Das zweite Befestigungsteilelement 45 ist als zweites Befestigungsteilelement 45, insbesondere als Befestigungsplatte 45 ausgebildet. Die Befestigungsplatte 45 ist im Wesentlichen als Platte ausgebildet, aus der beispielsweise zumindest ein dreieckförmiges Plattenelement ausgebildet ist. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann aus der Befestigungsplatte 45 zumindest ein dreieckförmiges und/oder zungenförmiges Teilelement ausgebildet sein. Das Befestigungsteilelement 45 ist aus Metall wie beispielsweise Aluminium, Stahl oder Edelstahl, und/oder aus Kunststoff oder beispielsweise aus Keramik oder aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet.
Die Befestigungsplatte 45 weist zwei Befestigungsbohrungen 46 beispielsweise zur Befestigung eines dritten Wärmetauschers wie beispielsweise eines Abgaskühlers und/oder eines weiteren Ladeluftkühlers und/oder eines Ölkühlers auf. Ferner weist die Befestigungsplatte 45 eine vierte Eintrittsöffnung 47 zum Eintritt von Kühlmittel in die Befestigungsplatte 45 auf. Ferner weist die Befestigungsplatte 45 zumindest eine vierte Austrittsöffnung 48 zum Austritt von Kühlmittel aus der Befestigungsplatte, insbesondere der zweiten Befestigungsplatte 45, auf. Ferner sind in der zweiten Befestigungsplatte 45 zumindest abschnittsweise die erste Kühlmittelzuleitung 31 und/oder die erste Kühlmittelableitung 32 angeordnet bzw. ausgebildet. Die erste Befestigungsplatte 1 und die zweite Befestigungsplatte 45 sind beispielsweise dicht miteinander verbunden, so dass der Leitungsabschnitt der Kühlmittelzuleitung 31 , der in dem zweiten Befestigungselement ausgebildet ist, mit dem Leitungsabschnitt der ersten Kühlmittelzuleitung 31 kommunizieren kann, die in der ersten Verbindungsplatte 1 angeordnet ist, ohne dass es zu Undichtigkeiten kommt. Ferner kann der Leitungsabschnitt der ersten Kühlmittelableitung 32, der in der zweiten Befestigungsplatte 45 angeordnet ist, insbesondere über die erste Austrittsöffnung 3 mit dem Leitungsabschnitt der ersten Kühlmittelableitung 32 kommunizieren, der in der ersten Befestigungsplatte 1 angeordnet ist. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die erste Befestigungsplatte 1 und die zweite Befestigungsplatte 45 einteilig ausgebildet bzw. stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden, insbesondere dicht miteinander verbunden. Der in der zweiten Befestigungsplatte 45 angeordnete Leitungsbereich der Kühlmittelzuleitung 31 und der Kühlmittelableitung 32 sind beispielsweise mittels eines urformenden Fertigungsverfahrens wie Gießen, insbesondere Gießen mit verlorenen Kernen, in die zweite Befestigungsplatte eingebracht. Die erste Verbindungsplatte 1 und die zweite Verbindungsplatte 45 sind im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet. Insbesondere weist die zweite Verbindungs- bzw. Befestigungsplatte 45 eine Flanschfläche 49 auf zum Anflanschen zumindest eines dritten Wärmetauschers wie beispielsweise eines Abgaskühlers und/oder eines weiteren Ladeluftkühlers und/oder eines Ölkühlers. Die zweite Befestigungs- bzw. Verbindungsplatte 45 und die erste Verbindungsplatte 1 sind im Wesentlichen derart zueinander angeordnet, dass die Flächen normal, der dritten Flanschfläche 49 im Wesentlichen rechtwinklig zur Flächennormalen der ersten Flanschfläche 9 und/oder zur zweiten Flanschfläche 10 angeordnet ist. Insbesondere sind die erste Verbindungsplatte 1 und die zweite Verbindungsplatte 5 derart zueinander angeordnet, dass die erste Eintrittsöffnung 2 der ersten Verbindungsplatte mit einer entsprechenden Öffnung der zweiten Verbindungsplatte 45 im Wesentlichen konzentrisch bzw. koaxial angeordnet ist. Ebenso ist die erste Austrittsöffnung 3 der ersten Verbindungsplatte zur entsprechenden Öffnung der zweiten Verbindungsplatte 45 konzentrisch bzw. im Wesentlichen koaxial angeordnet. Figur 5 zeigt eine isometrische Darstellung der Vorrichtung zur Ladeluftkühlung und zur Abgaskühlung. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
Das Kühlmodul 50 weist einen ersten Wärmetauscher 52, insbesondere einen Ladeluftkühler wie beispielsweise einen Hochdruckladeluftkühler auf. Ferner weist das Kühlmodul 50 einen zweiten Wärmetauscher 51 , insbesondere einen Ladeluftkühler wie beispielsweise einen Niederdruckladeluftkühler auf. Darüber hinaus weist das Kühlmodul 50 zumindest einen dritten Wärmetauscher 54, insbesondere einen Abgaswärmetauscher auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel können der erste Wärmetauscher 52, der zweite Wärmetauscher 51 und der zumindest eine dritte Wärmetauscher 54 ein Ladeluftkühler und/oder ein Abgaskühler und/oder ein Ölkühler und/oder ein Kühlmittelkühler zur Motorkühlung sein.
Der Hochdruckladeluftkühler 52 weist eine nicht näher bezeichnete Grundplatte auf, auf welche nicht näher bezeichnete Scheiben derart gestapelt sind, dass zwischen benachbarten Scheiben Strömungskanäle für Ladeluft und/oder Kühlmittel ausgebildet sind. Die übereinander gestapelten Scheiben sind im Wesentlichen derart ausgebildet, dass sich an einem im Wesentlichen rechteckigen Bereich jeweils halbkreisförmige Bereiche anschließen. Mit einer nicht näher bezeichneten Grundplatte ist der Hochdruckladeluftkühler 52 mit Befestigungselementen wie Schrauben, Muttern usw. an dem ersten Befestigungselement bzw. der ersten Befestigungsplatte befestigt bzw. an die erste Flanschfläche 9 angeflanscht. Der Ladelufteintrittsstutzen 53 des Hochdruckladeluftkühlers 52 ist direkt an die erste Befestigungsplatte angeflanscht bzw. angeschlossen. In einem anderen Ausführungsbeispiel tritt der Ladelufteintrittsstutzen 53 durch die Durchtrittsöffnung 8 und ist an die nicht näher bezeichnete Grundplatte des Hochdruckladeluftkühlers 52 angeflanscht bzw. mit dieser Grundplatte verbunden, insbesondere Stoff- und/oder formschlüssig verbunden. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Ladelufteintrittsstutzen 53 mit dem ersten Verbindungselement 1 verbunden. Über den Ladelufteintrittsstutzen strömt ungekühlte Ladeluft in den Hochdruckladeluftkühler 52. Mittels des Ladeluftaustrittsstutzens 57 strömt die im Hochdruckladeluftkühler 52 abgekühlte Ladeluft aus dem Hochdruckladeluftkühler heraus. Im Wesentlichen gegenüberliegend, insbesondere auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Verbindungsplatte 1 , ist der Niederdruckladeluftkühler 51 angeordnet und an die zweite Flanschfläche 10 angeflanscht. Der Niederdruckladeluftkühler 51 ist zumindest bereichsweise mit der ersten Verbindungsplatte formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Insbesondere ist der Niederdruckladeluftkühler 51 mittels Verbindungselementen wie Schrauben, Muttern usw. mit dem ersten Verbindungselement 1 verbunden.
In einer anderen Ausführungsform ist der Hochdruckladeluftkühler 52 als Wärmeübertrager mit Rohrbündeln ausgebildet. Die Rohre sind insbesondere als Flachrohre ausgebildet. Sie werden in zumindest einem Rohrboden, insbesondere in zwei Rohrböden aufgenommen. In die Rohre können turbulenzerzeugende Elemente wie Winglets oder Turbulenzeinlagen eingelegt und/oder eingeprägt sein.
Der Niederdruckladeluftkühler 51 weist Rohre, insbesondere Flachrohre auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Niederdruckladeluftkühler 51 ähnlich wie der Hochdruckladeluftkühler 52 aus übereinander gestapelten Platten ausgebildet, welche Strömungskanäle für Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, und Ladeluftkanäle bilden.
In einer anderen Ausführungsform ist der Niederdruckluftkühler 51 als Wärmeübertrager mit Rohrbündeln ausgebildet. Die Rohre sind insbesondere als Flachrohre ausgebildet. Sie werden in zumindest einem Rohrboden, insbesondere in zwei Rohrböden aufgenommen. In die Rohre können turbulenzerzeugende Elemente wie Winglets oder Turbulenzeinlagen eingelegt und/oder eingeprägt sein.
Auf dem zweiten Verbindungs- bzw. Befestigungselement 45 ist der
Abgaswärmetauscher 54 über Befestigungselemente befestigt. Der Abgaswärmetauscher 54 weist einen Kühlmitteleintrittsstutzen 55 zum Eintritt von Kühlmittel in den Abgaswärmetauscher und einen Kühlmittelaustritt 56 zum Austritt von Kühlmittel aus dem Abgaswärmetauscher auf. Der Abgaswärmetauscher 54 weist einen Gehäusemantel auf, in dem insbesondere rechteckförmige Rohre angeordnet sind. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Abgaswärmetauscher 54 ähnlich wie der Hochdruckladeluftkühler 52 aus übereinander gestapelten Scheiben ausgebildet. Diese übereinander gestapelten Scheiben bilden Strömungskanäle für zu kühlendes Abgas und für Kühlmittel wie beispielsweise wasserhaltige Kühlflüssigkeit. Mittels eines ersten Motorbefestigungselements 58 und/oder eines zweiten
Motorbefestigungselements 59 ist das Kühlmodul 50 an einem nicht dargestellten Motor, insbesondere Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug befestigt.
Figur 6 zeigt eine Vorderansicht eines Systems 60 zur Ladeluftkühlung und/oder zur Turboaufladung. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren. Das System zur Ladeluft-/Abgaskühlung und Turboaufladung 60 weist ein in Figur 5 beschriebenes Kühlmodul 50 auf.
Ferner weist das System 60 eine erste Turboladerstufe 61 und eine zweite Turboladerstufe 64 auf.
Ferner weist das System 60 eine Bypassklappe 68 bzw. ein Abgasventil 68 bzw. ein Kombiventil 68 auf, welches die Abgasrückführrate durch den Abgaskühler 54 und/oder die Leitung von Abgas durch einen Bypasskanal steuert.
Durch den Ladelufteintritt LE strömt Ladeluft in den ersten Kompressor 62 der ersten Turboladerstufe 61 , wird in diesem von dem Umgebungsdruck auf einen Niederdruck verdichtet. Der Niederdruck ist höher als der
Umgebungsdruck. In dem Niederdruckladeluftkühler 51 wird die Temperatur der aufgeladenen Luft abgekühlt. Das dazu erforderliche Kühlmittel strömt durch das erste Befestigungselement 1 und/oder das zweite Verbindungselement 45. Nach dem Durchströmen des Niederdruckladeluftkühlers 51 wird die Ladeluft in einer zweiten Turboladerstufe 64 mittels eines zweiten Kompressors 65 auf Hochdruckniveau verdichtet. Im Hochdruckniveau herrscht ein höherer Druck als im Niederdruckniveau. Bei dem Verdichten der Ladeluft in den zweiten Kompressor 65 erwärmt sich die Ladeluft. Die Ladeluft strömt anschließend durch den Ladelufteintrittsstutzen in den Ladelufthochdruckkühler 52, durchströmt diesen und wird dabei von Kühlmittel, welches in dem ersten Verbindungselement strömt und darüber dem Ladelufthochdruckkühler 52 zugeführt und/oder diesem abgeführt wird, abgekühlt. Die im Hochdruckladeluftkühler 52 abgekühlte Ladeluft verlässt den Hochdruckladeluftkühler 52 durch den Ladeluftaustrittsstutzen 57 und wird einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor zugeführt.
In dem nicht dargestellten Verbrennungsmotor verbrennen Kraftstoff und zugeführte gekühlte Ladeluft zu Abgas. Bedarfsweise kann ein Teil des Abgases wieder dem Motor zugeführt werden. Dazu wird das Abgas jedoch vorher gekühlt. Abgas strömt über einen Abgaseintrittsstutzen 72 in den Abgaseintrittsdiffusor 70 und weiter durch den Abgaskühler 54. Der Abgaskühler 54 kann eine Bypassleitung aufweisen. Durch die Bypassleitung kann Abgas ungekühlt dem Verbrennungsmotor wieder zugeführt werden. Die Zuführung des rückgeführten Abgases zu dem Bypasskanal und/oder zu dem Abgaskühler 54 wird mittels des Kombiventils 68 und/oder der Bypassklappe 68 und/oder mittels des Abgasrückführventils geregelt bzw. gesteuert. Dies erfolgt mittels eines Aktuators 69. Das rückgeführte gekühlte und/oder ungekühlte Abgas wird durch den Abgasaustrittsstutzen 71 dem Verbrennungsmotor zugeführt. Über Abgaskühlmittelleitungen 73 wird Kühlmittel in den Abgaskühler geleitet bzw. aus dem Abgaskühler 54 rausgeführt.
Der nicht rückgeführte Teil des Abgases strömt durch die erste Turbine 66 der zweiten Turboladerstufe und anschließend durch die zweite Turbine 63 der ersten Turboladerstufe. Auf diese Weise treibt die erste Turbine 66 den zweiten Kompressor 65 an. Ebenso treibt die zweite Turbine 63 den ersten Kompressor 62 an. Der erste Kompressor 62 und/oder der zweite Kompressor 65 und/oder die erste Turbine 66 und/oder die zweite Turbine 63 sind jeweils im Wesentlichen, insbesondere schneckengehäuseförmig, ausgebildet. Der zweite Wärmetauscher zur Niederdruckladeluftkühlung ist insbesondere in ein nicht näher bezeichnetes Gehäuse des ersten Kompressors 62 und/oder in ein nicht näher bezeichnetes Gehäuse des zweiten Kompressors 65 integriert bzw. in diesem angeordnet. Das nicht näher bezeichnete Gehäuse des ersten Kompressors 62 und das nicht näher bezeichnete Gehäuse des zweiten Kompressors 65 können einteilig ausgebildet sein. Mittels eines dritten Motorbefestigungselements 67 ist das Kühlmodul 50 beispielsweise an einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor befestigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der ersten Turboladerstufe und/oder der zweiten Turboladerstufe bei den Turbinen um Radialturbinen und bei den Kompressoren um Radialkompressoren.
In einer anderen Ausführung handelt es sich bei der ersten Turboladerstufe und/oder der zweiten Turboladerstufe bei den Turbinen um Axialturbinen und bei den Kompressoren um Axialkompressoren.
Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist auch für andere als die gezeigten Gebiete einsetzbar. Über den Abgaseintritt AE tritt Abgas in die erste Turbine 66 ein. Nach dem Durchströmen der zweiten Turbine 63 strömt das Abgas aus dem Abgasaustritt AA aus der zweiten Turbine 63 heraus.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines
Kraftfahrzeugs aufweisend, einen ersten Wärmetauscher (52) zur Ladelufthochdruckkühlung zumindest einen zweiten Wärmetauscher (51) zur
Ladeluftniederdruckkühlung sowie zumindest ein erstes Verbindungselement (1) zur Verbindung des ersten Wärmetauschers (52) und des zumindest einen zweiten
Wärmetauschers (51) miteinander, zumindest eine Kühlmittelzuleitung (31) zur Beströmung zumindest eines Wärmetauschers (51 , 52, 54) mit Kühlmittel, zumindest eine Kühlmittelableitung (32) zur Ableitung von Kühlmittel aus zumindest einem der Wärmetauscher (51 , 52, 54), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kühlmittelzuleitung (31) und die zumindest eine
Kühlmittelableitung (32) im Wesentlichen vollständig in dem zumindest einen ersten Verbindungselement (1) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Kühlmittelzuleitung (31) zumindest in einen ersten Zuströmteilkanal (33a) zur Beströmung des ersten Wärmetauschers (52) und einen zweiten Zuströmteilkanal (33b) zur Beströmung des zweiten Wärmetauschers (51) verzweigt, wobei der erste Zuströmteilkanal (33a) und der zumindest eine zweite Zuströmteilkanal (33b) im Wesentlichen vollständig in dem zumindest ersten Verbindungselement (1) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Strömungsteilkanal (33a) in einen dritten Zuströmteilkanal (35) und in einen vierten Zuströmteilkanal (36) verzweigt zur Beströmung des ersten Wärmetauschers (52), wobei der dritte Zuströmteilkanal (35) und der vierte Zuströmteilkanal (36) im Wesentlichen vollständig in dem ersten Verbindungselement (1) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungselement (1) einen ersten Abströmteilkanal (37) zur Ableitung von Kühlmittel aus dem ersten
Wärmetauscher (52) und zumindest einem zweiten Abströmteilkanal (34) zur Ableitung von Kühlmittel aus dem zweiten Wärmetauscher (51) aufweist, wobei der erste Abströmteilkanal (37) und der zumindest eine zweite Abströmteilkanal (34) in die Kühlmittelableitung (32) münden.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungselement (1) eine erste Flanschfläche (9) zum Anflanschen des ersten Wärmetauschers (52) und/oder eine zweite Flanschfläche (10) zum Anflanschen des zumindest zweiten Wärmetauschers (51) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flanschfläche (9) und die zweite Flanschfläche (10) im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet und/oder parallel zueinander angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Verbindungselement (45) sowie ein dritter Wärmetauscher (54) zur Abgaskühlung für
Abgas der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei das zweite Verbindungselement (45) zur Verbindung des dritten Wärmetauschers (54) mit dem ersten Verbindungselement (1) dient.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungselement (1) und das zweite Verbindungselement (45) im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet und/oder einteilig ausgebildet sind.
9. System zur Ladeluftkühlung und/oder Turboaufladung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend eine erste Verdichterstufe (62) eines Turboladers (61) zur Verdichtung von Ladeluft eine zweite Verdichterstufe (65) eines Turboladers (64) zur weiteren Verdichtung der Ladeluft, wobei der erste Wärmetauscher (52) abströmseitig der zweiten Verdichterstufe (65) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (51) abströmseitig der ersten Verdichterstufe (62) und/oder zuströmseitig der zweiten
Verdichterstufe (65) angeordnet ist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (51) in zumindest eine Verdichterstufe (62, 65) integriert ist.
11. Verfahren zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Einströmen eines Kühlmittels in eine Kühlmittelzuleitung (31) eines ersten Verbindungselements (1) einer Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8; Aufteilung des in der Kühlmittelzuleitung (31) strömenden Kühlmittels in einen ersten Kühlmittelteilstrom und einen zweiten Kühlmittelteilstrom;
Das Kühlmittel des ersten Kühlmittelteilstroms strömt im Wesentlichen direkt aus dem ersten Verbindungselement (1) in einen ersten Wärmetauscher (52) zur Hochdruckladeluftkühlung; - Das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelteilstroms strömt im Wesentlichen direkt aus dem ersten Verbindungselement (1) in einen zweiten Wärmetauscher (51) zur Niederdruckladeluftkühlung.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Kühlmittel des zweiten Kühlmittelteilstroms den zweiten Wärmetauscher (51) durchströmt und dabei Ladeluft, die in einer ersten Verdichterstufe (62) eines ersten Turboladers (61) vorverdichtet wurde, kühlt und/oder dass das Kühlmittel des ersten Kühlmittelteilstroms den ersten Wärmetauscher (52) durchströmt und dabei Ladeluft kühlt, die in einer zweiten Verdichterstufe (65) eines zweiten Turboladers (64) weiterverdichtet wurde.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Durchströmen des ersten Wärmetauschers (52) das
Kühlmittel des ersten Kühlmittelteilstroms im Wesentlichen direkt von dem ersten Wärmetauscher (52) in das erste Verbindungselement (1) zuströmt und/oder nach dem Durchströmen des zweiten
Wärmetauschers (51) das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelteilstroms im Wesentlichen direkt von dem zweiten Wärmetauscher (51) in das erste Verbindungselement (1) zuströmt.
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