DE102018102087A1 - Intercooler for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, in dem verdichtete Ladeluft für die Brennkraftmaschine mithilfe eines Kühlfluids gekühlt wird, wobei der Ladeluftkühler als eine Anordnung von rohrförmigen Segmenten ausgebildet ist, welche in ihrer Gesamtheit eine Ladeluftkühlleitung ausbildet. Dabei weist jedes rohrförmige Segment eine integrierte Kühlung auf, so dass im Betrieb des Ladeluftkühlers die durch die Ladeluftkühlleitung strömende Ladeluft mithilfe des Kühlfluids gekühlt wird. Ferner wird eine den erfindungsgemäßen Ladeluftkühler aufweisende Brennkraftmaschine bereitgestellt.There is provided an intercooler for an internal combustion engine in which compressed charge air for the internal combustion engine is cooled by means of a cooling fluid, wherein the intercooler is formed as an array of tubular segments, which in its entirety forms a charge air cooling line. In this case, each tubular segment has integrated cooling, so that during operation of the charge air cooler, the charge air flowing through the charge air cooling duct is cooled by means of the cooling fluid. Furthermore, an internal combustion engine having the charge air cooler according to the invention is provided.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.The present invention relates to a charge air cooler for an internal combustion engine, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle.

Um einen Kompromiss zwischen Kraftstoffverbrauch und C02-Ausstoß einerseits und Motorleistung anderseits zu erzielen, werden heutzutage insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeuge aufgeladene Verbrennungsmotoren eingesetzt. Im Rahmen der als Turboaufladung bekannten Maßnahme wird während der Ansaugphase Verbrennungsluft bzw. Ladeluft mittels eines Verdichters komprimiert und nachfolgend in die Zylinder des Motors eingebracht. Durch die höhere Ladeluftdichte kann die Leistung und der Wirkungsgrad des Motors gesteigert werden. Bei der Ladeluft kann es sich je nach Ausgestaltung des Verbrennungsmotors um Frischluft oder ein Frischluft-Abgas-Gemisch handeln.In order to achieve a compromise between fuel consumption and CO 2 emissions on the one hand and engine power on the other hand, today, in particular in the field of motor vehicles supercharged combustion engines are used. As part of the measure known as turbocharging combustion air or charge air is compressed by means of a compressor during the intake phase and subsequently introduced into the cylinder of the engine. The higher charge air density can increase the power and efficiency of the engine. Depending on the configuration of the internal combustion engine, the charge air may be fresh air or a fresh air / exhaust gas mixture.

Die Verdichtung der Ladeluft führt jedoch zunähst dazu, dass sich ihre Temperatur erhöht, was wiederum zur Abnahme der Dichte und damit zum verringerten Sauerstoffgehalt führt. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, erfolgt die Aufladung heutzutage grundsätzlich mit gekühlter Ladeluft. Zur Kühlung der Ladeluft wird ein Ladeluftkühler verwendet, welcher stromabwärts des Verdichters angeordnet ist. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen direkter und indirekter Ladeluftkühlung. Bei der ersten Art wir die Ladeluft in einem Wärmetauscher temperiert, welcher im Fahrzeug angeordnet ist und von Umgebungsluft angeströmt und dadurch gekühlt wird. Bei der zweiten Art wird die Ladeluft in einem Wärmetauscher gekühlt, welcher sehr nahe am Motor angebracht ist, wobei die Temperaturabsenkung mittels eines Kühlmittels erfolgt, welches mittels eines in der Front des Fahrzeugs angeordneten Kühlmittelkühlers temperiert wird. Die indirekte Ladeluftkühlung bietet den Vorteil von vergleichsweise kürzeren Ladeluftleitungen, wodurch Druckverluste beim Aufladevorgang reduziert werden können. Zusätzlich steht durch die im Vergleich zur Größe eines konventionellen Ladeluftkühlers kompaktere Bauweise des Kühlmittelkühlers mehr Platz in der Fahrzeugfront zur Verfügung. Als Nachteil kann gesehen werden, dass bei der indirekten Ladeluftkühlung der Ladeluftkühler als gesondertes Bauteil über dem Motorblock angeordnet werden muss und zusätzlich Leitungen für das Kühlmittel und die zu kühlende Ladeluft bereitgestellt werden müssen.However, the compression of the charge air initially causes its temperature to increase, which in turn leads to a decrease in the density and thus to a reduced oxygen content. To counteract this effect, nowadays the charge is basically with cooled charge air. To cool the charge air, a charge air cooler is used, which is arranged downstream of the compressor. Basically, a distinction is made between direct and indirect intercooling. In the first type, we charge the charge air in a heat exchanger, which is arranged in the vehicle and is flowed by ambient air and thereby cooled. In the second type, the charge air is cooled in a heat exchanger which is mounted very close to the engine, wherein the temperature reduction is carried out by means of a coolant, which is tempered by means disposed in the front of the vehicle coolant radiator. The indirect charge air cooling offers the advantage of comparatively shorter charge air lines, which can reduce pressure losses during charging. In addition, the compact design of the coolant radiator in comparison to the size of a conventional intercooler makes more space available in the front of the vehicle. A disadvantage can be seen that in the indirect charge air cooling of the intercooler must be arranged as a separate component on the engine block and additional lines for the coolant and the charge air to be cooled must be provided.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ausgehend von den aus dem bekannten Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Kühlung von Ladeluft eine Ladeluftkühlerausgestaltung mit einem hohen Wärmeübertragungspotential bereitzustellen.The object of the present invention is to provide, starting from the known from the prior art measures for cooling charge air intercooler configuration with a high heat transfer potential.

Die Aufgabe wird durch einen Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der beiliegenden Beschreibung.The object is achieved by a charge air cooler for an internal combustion engine according to claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims and the accompanying description.

Es wird ein Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, in dem verdichtete Ladeluft für die Brennkraftmaschine mithilfe eines Kühlfluids gekühlt wird. Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler ist als eine Anordnung von ähnlichen z.B. rohrförmigen Segmenten ausgebildet, welche in ihrer Gesamtheit eine Ladeluftkühlleitung ausbildet. Dabei weist jedes rohrförmige Segment eine integrierte Kühlung auf, so dass im Betrieb des Ladeluftkühlers die durch die Ladeluftkühlleitung strömende Ladeluft mithilfe des Kühlfluids gekühlt wird. Bei dem Kühlfluid kann es sich um ein flüssiges Kühlmittel handeln, z.B. Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung, oder aber auch um Umgebungsluft. Generell können die Segmente bevorzugt mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt werden, beispielsweise mittels eines 3D-Druckverfahrens.An intercooler for an internal combustion engine is provided in which compressed charge air for the internal combustion engine is cooled by means of a cooling fluid. The intercooler according to the invention is designed as an assembly of similar e.g. formed tubular segments, which forms a charge air cooling line in its entirety. In this case, each tubular segment has integrated cooling, so that during operation of the charge air cooler, the charge air flowing through the charge air cooling duct is cooled by means of the cooling fluid. The cooling fluid may be a liquid coolant, e.g. Water or a water-glycol mixture, or even to ambient air. In general, the segments can preferably be produced by means of an additive manufacturing method, for example by means of a 3D printing method.

Bei dem erfindungsgemäßen Ladeluftkühler, welcher insbesondere bei der indirekten Ladeluftkühlung verwendet werden kann, erfolgt die Kühlung der Ladeluft nicht erst im konventionellen Ladeluftkühler, welcher als gesondertes Bauteil nahe des Verbrennungsmotors, beispielsweise über dem Motorblock, angeordnet ist, und damit sozusagen „punktuell“, sondern über die Ladeluftkühlleitung hinweg verteilt. Anders ausgedrückt erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Ladeluftkühler die aktive Kühlung (d.h. gezielte Kühlung der Ladeluft mithilfe des Kühlfluids) entlang der Ladeluftkühlleitung und damit beispielsweise im konventionellen Sinne bereits in der Zuleitung zum klassischen Ladeluftkühler und/oder in der Leitung stromabwärts des klassischen Ladeluftkühlers, beispielsweise im Leitungsabschnitt zwischen konventionellem Ladeluftkühler und dem Brennraum. Da die Segmente der Ladeluftkühlleitung eine integrierte Kühlung aufweisen, trägt jedes der z.B. rohrförmigen Segmente zur Kühlleistung bei. Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler mit der Ladeluftkühlleitung kann als Ersatz für den konventionellen Ladeluftkühler samt den dazugehörigen nicht aktiv kühlenden Leitungen gesehen werden, durch welche die Ladeluft zu dem und von dem konventionellen Ladeluftkühler weg befördert wird.In the charge air cooler according to the invention, which can be used in particular for indirect charge air cooling, the cooling of the charge air is not only in the conventional intercooler, which is arranged as a separate component near the engine, for example, over the engine block, and thus, so to speak "punctually", but distributed over the charge air cooling duct. In other words, in the charge air cooler according to the invention, the active cooling (ie targeted cooling of the charge air using the cooling fluid) along the charge air cooling line and thus for example in the conventional sense already in the supply line to the classic intercooler and / or in the line downstream of the classic intercooler, for example in the line section between conventional intercooler and the combustion chamber. Since the segments of the charge air cooling duct have integrated cooling, each of the e.g. tubular segments for cooling performance. The charge air cooler according to the invention with the charge air cooling line can be seen as a replacement for the conventional intercooler, including the associated non-actively cooling lines through which the charge air is transported to and from the conventional charge air cooler away.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers kann dieser eine Anordnung gleichartig ausgestalteter Segmente aufweisen, welche die Ladeluftkühlleitung ausbilden. Die Segmente können beispielsweise als zylinderförmige Rohrstücke oder rohrförmige/röhrenartige Segmente (nachfolgend als rohrförmige Segmente bezeichnet) ausgebildet sein, die unterschiedlich lang/breit sein können und/oder eine Krümmung aufweisen können, wobei diese zwischen verschiedenen rohrartigen Segmenten variieren kann. Beispielsweise können Längen und Querschnittsflächen der rohrförmigen Segmente entlang ihrer Längsachse zumindest in einem Teilbereich unterschiedlich sein. Die Enden der rohrförmigen Segmente können gleiche Abmessungen aufweisen, um ein einfaches Zusammenführen zu ermöglichen. Die Ladeluftkühlleitung kann ausgebildet werden, indem einzelne rohrförmige Segmente miteinander zusammengefügt werden, beispielsweise durch schweißen oder kleben. Die Ladeluftkühlleitung und damit die diese ausbildenden rohrförmigen Segmente können im Querschnitt eine beliebige Grundform aufweisen und beispielsweise rund, oval oder polygonal ausgebildet sein. Unter dem Begriff „rohrähnliches Segment“ kann somit beispielsweise ein längliches Rohr gemeint sein, welches Bestandteil der Ladeluftkühlleitung ist und in seinem Inneren Strukturen aufweist, die einen Wärmeaustausch zwischen Ladeluft und Kühlfluid begünstigen.In one embodiment of the intercooler according to the invention, this may have an arrangement of identically configured segments which form the intercooler. The segments may, for example, be formed as cylindrical tube pieces or tubular / tube-like segments (hereinafter referred to as tubular segments) which may be of different lengths / widths and / or may have a curvature, this may vary between different tubular segments. For example, lengths and cross-sectional areas of the tubular segments may be different along their longitudinal axis, at least in a partial area. The ends of the tubular segments can have the same dimensions to allow easy merging. The charge air cooling duct may be formed by joining individual tubular segments together, for example by welding or gluing. The charge air cooling line and thus the tubular segments forming this can have an arbitrary basic shape in cross-section and, for example, be round, oval or polygonal. By the term "tubular-like segment" may thus be meant, for example, an elongated tube, which is part of the intercooler and has in its interior structures that promote heat exchange between charge air and cooling fluid.

Die Anordnung der rohrförmigen Segmente, welche die Ladeluftkühlleitung ausbilden, kann eine zusammenhängende sequentielle Anordnung der röhrenförmigen Segmente aufweisen. Durch Anpassen der Anzahl und/oder der Länge der die Ladeluftkühlleitung ausbildenden rohrförmigen Segmente kann die Kühlleistung eingestellt werden. Insbesondere kann eine Kühlleistung pro Längeneinheit eines rohrförmigen Segments bestimmt werden, also die Menge an Wärme, die pro Längeneinheit von der Ladeluft auf das Kühlfluid in einem rohrförmigen Segment mit einer bestimmen inneren Struktur übertragen werden kann. Durch Aneinanderreihen einer bestimmten Anzahl von rohrförmigen Segmenten ergibt sich entsprechend eine Ladeluftkühlleitung mit einer bestimmten Kühlleistung. Der erfindungsgemäße Ladeluftkühler kann als ein modularer Aufbau aus miteinander verbundenen autarken Kühlsegmenten betrachtet werden.The arrangement of the tubular segments which form the charge air cooling duct may comprise a contiguous sequential arrangement of the tubular segments. By adjusting the number and / or the length of the charge air cooling duct forming tubular segments, the cooling capacity can be adjusted. In particular, a cooling capacity per unit length of a tubular segment can be determined, that is, the amount of heat that can be transmitted per unit length of the charge air to the cooling fluid in a tubular segment having a certain internal structure. By juxtaposing a certain number of tubular segments results in accordance with a charge air cooling duct with a certain cooling capacity. The intercooler according to the invention can be considered as a modular construction of interconnected autarkic cooling segments.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des Ladeluftkühlers kann jedes rohrförmige Segment im Inneren eine Vielzahl von ersten Kanälen, durch die im Betrieb des Ladeluftkühlers die Ladeluft strömt, und eine Vielzahl von zweiten Kanälen aufweisen, durch die im Betrieb des Ladeluftkühlers das Kühlfluid strömt. Im Inneren der rohrförmigen Segmente befindet sich also eine Struktur aus ersten und zweiten Kanälen, bei der die Kontaktfläche zwischen ersten und zweiten Kanälen, an der ein Wärmetransport zwischen der Ladeluft und dem Kühlfluid erfolgt, erheblich vergrößert ist. Typische Abmessungen der inneren Struktur, beispielsweise die Durchmesser der ersten und zweiten Kanäle, können im Bereich von einigen zehntel Millimetern bis zu einigen zehn Millimetern betragen. Die ersten und zweiten Kanäle im Inneren eines rohrförmigen Segments können beliebig angeordnet sein und sich beispielsweise verzweigen oder zusammenlaufen. In einer Ausführungsform können die ersten und zweiten Kanäle innerhalb eines rohrähnlichen Segments aneinander angrenzend angeordnet werden, so dass im Querschnitt senkrecht zur Strömungsachse der Ladeluft durch ein rohrförmiges Segment betrachtet eine regelmäßige Struktur vorliegt, z.B. eine Honigwabenstruktur oder eine Schachbrettstruktur. Die ersten und zweiten Kanäle können dann entsprechend einen sechseckigen bzw. einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Generell kann die Querschnittsform der ersten und zweiten Kanäle eine beliebige Form aufweisen - sie kann beispielsweise auch rund oder oval sein. Die ersten und zweiten Kanäle können insbesondere derart ausgebildet werden, dass eine hohe Wärmeübertragung zwischen ihnen stattfinden kann bei gleichzeitiger Vermeidung oder zumindest Minimierung eines Druckverlustes der die Ladeluftkühlleitung durchströmenden Ladeluft.According to further embodiments of the intercooler, each tubular segment inside a plurality of first channels through which the charge air flows during operation of the intercooler, and a plurality of second channels through which the cooling fluid flows during operation of the intercooler. In the interior of the tubular segments, therefore, there is a structure of first and second channels, in which the contact surface between the first and second channels, at which a heat transfer between the charge air and the cooling fluid takes place, is considerably increased. Typical dimensions of the internal structure, such as the diameters of the first and second channels, may range from a few tenths of a millimeter to a few tens of millimeters. The first and second channels in the interior of a tubular segment can be arranged as desired and, for example, branch or converge. In one embodiment, the first and second channels may be disposed adjacent to one another within a tube-like segment such that when viewed in cross-section perpendicular to the flow axis of the charge air through a tubular segment there is a regular structure, e.g. a honeycomb structure or a checkerboard structure. The first and second channels may then have a hexagonal and a rectangular cross section, respectively. In general, the cross-sectional shape of the first and second channels can have any shape-for example, they can also be round or oval. The first and second channels can in particular be designed such that a high heat transfer can take place between them while simultaneously avoiding or at least minimizing a pressure loss of the charge air flowing through the charge air cooling line.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers können die ersten Kanäle benachbarter rohrförmiger Segmente miteinander gekoppelt sein und analog können die zweiten Kanäle benachbarter rohrförmiger Segmente miteinander gekoppelt sein. Dadurch wird zum einen gewährleistet, dass sowohl die Ladeluft durch die Ladeluftkühlleitung strömen kann. Zum anderen kann an einer Stelle der Ladeluftkühlleitung das Kühlfluid in die Ladeluftkühlleitung eingebracht werden und ebenfalls durch die Ladeluftkühlleitung strömen. An einer weiteren Stelle der Ladeluftkühlleitung kann das Kühlfluid wieder aus der Ladeluftkühlleitung herausgeführt werden. Je nach Anzahl der vom Kühlfluid durchströmten Segmente ergibt sich eine bestimmte Kühlleistung des Ladeluftkühlers.According to further embodiments of the intercooler according to the invention, the first channels of adjacent tubular segments may be coupled together and analogously, the second channels of adjacent tubular segments may be coupled together. This ensures on the one hand that both the charge air can flow through the charge air cooling line. On the other hand, the cooling fluid can be introduced into the charge air cooling duct at one point of the charge air cooling duct and also flow through the charge air cooling duct. At a further point of the charge air cooling line, the cooling fluid can be led out of the charge air cooling line again. Depending on the number of segments flowed through by the cooling fluid, a certain cooling capacity of the charge air cooler results.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des Ladeluftkühlers kann dieser ferner einen Kühlfluidkühler aufweisen, welcher zum Temperieren des Kühlfluids eingerichtet ist und derart mit den zweiten Kanälen der rohrförmigen Segmente gekoppelt ist, dass im Betrieb des Ladeluftkühlers eine Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlfluidkühler und die zweiten Kanäle der Ladeluftkühlleitung herbeigeführt wird. Dazu kann der Kühlfluidkühler entsprechend mit der Ladeluftkühlleitung gekoppelt werden, so dass diese zusammen mit entsprechenden Verbindungsleitungen und dem Kühlfluidkühler einen Kreislauf bilden.According to further embodiments of the intercooler, this may further comprise a cooling fluid cooler, which is adapted for controlling the cooling fluid and is coupled to the second channels of the tubular segments, that during operation of the intercooler, a circulation of the coolant through the cooling fluid cooler and the second channels of the charge air cooling duct causes becomes. For this purpose, the cooling fluid cooler can be coupled in accordance with the charge air cooling line, so that they form a circuit together with corresponding connecting lines and the cooling fluid cooler.

Gemäß weitern Ausführungsformen des Ladeluftkühlers kann dieser ferner eine Reglungseinheit aufweisen (z.B. einen entsprechend eingerichteten Schaltkreis), welche eingerichtet ist, die Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlfluidkühler und die zweiten Kanäle der Ladeluftkühlleitung zu regeln. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise eine Kühlfluidpumpe derart ansteuern, dass die Ladeluft am Ausgang des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers die gewünschte Temperatur aufweist. Dazu kann die Durchflussrate des Kühlfluids geregelt werden oder aber auch die Kühlfluidzirkulation gänzlich an- und ausgeschaltet werden.According to further embodiments of the intercooler, it may further comprise a control unit (eg a suitably arranged circuit) which is arranged to regulate the circulation of the coolant through the cooling fluid radiator and the second channels of the intercooler duct. The control unit can, for example, control a cooling fluid pump such that the charge air at the outlet of the charge air cooler according to the invention has the desired temperature. For this purpose, the flow rate of the cooling fluid can be regulated or even the cooling fluid circulation can be switched on and off completely.

In weiteren wird eine Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen bereitgestellt, wobei der erfindungsgemäße Ladeluftkühler bzw. die Ladekühlleitung zwischen einem Ausgang eines Verdichters der Brennkraftmaschine und einem Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich um eine aufgeladene Brennkraftmaschine handeln, bei welcher die dem Brennraum zugeführte Ladeluft mittels eines Verdichters komprimiert wird. Die Ladekühlleitung kann sich bis zum Ansaugtrakt erstrecken oder zumindest einen Teil davon enthalten.In further an internal combustion engine is provided with a charge air cooler according to various embodiments, wherein the charge air cooler according to the invention or the charge cooling line between an output of a compressor of the internal combustion engine and a combustion chamber of the internal combustion engine is arranged. The internal combustion engine may be a supercharged internal combustion engine in which the charge air supplied to the combustion chamber is compressed by means of a compressor. The charge cooling duct may extend to the intake tract or at least contain a part thereof.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem konventionellen Ladeluftkühler.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit dem erfindungsgemäßen Ladeluftkühler.
  • 3A zeigt eine Ansicht einer beispielhaften Innenstruktur eines rohrförmigen Segments.
  • 3B zeigt eine Ansicht einer weiteren beispielhaften Innenstruktur eines rohrförmigen Segments.
The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described schematically and in detail with reference to the drawings.
  • 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with a conventional intercooler.
  • 2 shows a schematic representation of an internal combustion engine with the charge air cooler according to the invention.
  • 3A shows a view of an exemplary inner structure of a tubular segment.
  • 3B shows a view of another exemplary internal structure of a tubular segment.

In 1 ist ein typischer Aufbau eines Verbrennungsmotors 10 gezeigt. Im Folgenden wird nur auf den für die Erfindung relevanten Teil der Ladeluftkühlung des Verbrennungsmotors 10 eingegangen. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Ladeluftkühler 11 auf, welcher im vorliegenden Beispiel auf dem Motorblock angeordnet ist. Der Ladeluftkühler 11 weist im Wesentlichen einen Wärmetauscher auf. Die Ladeluft wird aus dem Verdichter in komprimierter Form mittels der Ladeluftzuleitung 12 dem Ladeluftkühler 11 zugeführt. Die im Ladeluftkühler 11 gekühlte Luft wird sodann über den stromabwärts vom Ladeluftkühler 11 angeordneten Ansaugtrakt, in dem die Drosselklappe 13 angeordnet ist, in die Zylinder des Verbrennungsmotors 10 eingebracht. Wie in 1 dargestellt, wird bei dem beispielhaften konventionellen Ladeluftkühlkonzept wird die Ladeluft mittels der Ladeluftzuleitung 12 in den Ladeluftkühler 11 überführt und erst dort abgekühlt. Somit wird die Temperatur der Ladeluft in der Ladeluftzuleitung 12 nicht verändert (unter Vernachlässigung der Kühlung, welche durch Aufheizen der Außenwand der Ladeluftzuleitung durch die Ladeluft erfolgt). Auch der Bereich des Ansaugtrakts, welcher unter anderem die Leitung zwischen Ladeluftkühler 11 und Drosselklappe 13 aufweist, trägt nicht zur aktiven Kühlung der Ladeluft bei.In 1 is a typical construction of an internal combustion engine 10 shown. In the following, only on the relevant for the invention part of the intercooler of the engine 10 received. The internal combustion engine 10 has a charge air cooler 11 on, which is arranged in the present example on the engine block. The intercooler 11 essentially has a heat exchanger. The charge air is extracted from the compressor in compressed form by means of the charge air supply line 12 the intercooler 11 fed. The in the intercooler 11 cooled air is then passed over the downstream of the intercooler 11 arranged intake tract in which the throttle 13 is arranged in the cylinder of the internal combustion engine 10 brought in. As in 1 is shown in the exemplary conventional intercooler concept, the charge air by means of the charge air supply line 12 in the intercooler 11 transferred and cooled down there. Thus, the temperature of the charge air in the charge air supply line 12 not changed (neglecting the cooling, which takes place by heating the outer wall of the charge air supply line by the charge air). Also the area of the intake tract, which inter alia the line between intercooler 11 and throttle 13 does not contribute to the active cooling of the charge air.

In 2 ist ein konventioneller Verbrennungsmotor 10 aus 1 dargestellt, bei jedoch kein konventioneller Ladeluftkühler 11 eingebaut ist, sondern eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers. Der Ladeluftkühler gemäß der Erfindung weist eine Ladeluftkühlleitung 20 auf, welche im gezeigten Beispiel vier rohrförmige Segmente aufweist, wobei das Bezugszeichen 20 auf das der Drosselklappe 20 am nächsten gelegene vierte rohrförmige Segment zeigt. Die einzelnen rohrförmigen Segmente können nach Bedarf gefertigt und zusammengefügt werden, um einen gewünschten Verlauf der Ladeluftkühlleitung 20 zu erhalten. Ihre Anzahl und Konfiguration kann von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel abweichen. Beispielsweise kann sich die Ladeluftkühlleitung 20 bis in den Ansaugtrakt erstrecken. Die zusammengefügten rohrförmigen Segmente der Ladeluftkühlung 20 weisen im Inneren Strukturen auf, welche einen effizienten Wärmeaustusch zwischen Ladeluft und Kühlfluid ermöglichen, etwa die bereits erwähnten ersten und zweiten Kanäle. Stromaufwärts und/oder stromabwärts der Ladeluftkühlleitung 20 können Rohrsegmente angeordnet sein, die keine integrierte Kühlung aufweisen, beispielsweise in einem Fall, in dem geringe Kühlleistungen erforderlich sind. Mit anderen Worten kann zwischen dem ersten stromabwärts angeordneten rohrförmigen Segment der Ladeluftkühlleitung 20 und dem Ausgang des Verdichters ein normales Rohrstück angeordnet sein, welches keine integrierte Kühlung aufweist. Anders ausgedrückt kann die Ladeluftkühlleitung 20 mindestens einen Teil der Ladeluftleitung zwischen Ausgang des Verdichters und dem Eingang des Brennraums ausmachen. Es ist weiterhin denkbar, eine Kombination aus konventionellem Ladeluftkühler und Rohrsegmenten vorzusehen.In 2 is a conventional combustion engine 10 out 1 shown, but with no conventional intercooler 11 is installed, but an embodiment of the charge air cooler according to the invention. The intercooler according to the invention has a charge air cooling line 20 on, which in the example shown has four tubular segments, wherein the reference numeral 20 on the throttle 20 closest fourth tubular segment. The individual tubular segments can be made and assembled as needed to a desired course of the intercooler 20 to obtain. Their number and configuration can vary from that in 2 differing embodiment shown. For example, the charge air cooling line 20 extend into the intake tract. The assembled tubular segments of the intercooler 20 have internal structures that allow an efficient heat exchange between charge air and cooling fluid, such as the aforementioned first and second channels. Upstream and / or downstream of the charge air cooling duct 20 can be arranged pipe segments that have no integrated cooling, for example, in a case where low cooling capacities are required. In other words, between the first downstream tubular segment of the charge air cooling duct 20 and the output of the compressor to be arranged a normal pipe section, which has no integrated cooling. In other words, the intercooler 20 make at least part of the charge air duct between the outlet of the compressor and the inlet of the combustion chamber. It is also conceivable to provide a combination of conventional intercooler and pipe segments.

In 3A ist eine beispielhafte Innenstruktur eines rohrförmigen Segments 30 gezeigt in einer Querschnittsansicht senkrecht zur Längsachse eines der in 2 dargestellten rohrförmigen Segmente. Das rohrförmige Segment 30 weist eine Außenwand 31 und eine Innenwand 32 auf. Im Innenbereich des rohrförmigen Segments 30 sind erste Kanäle 34 und zweite Kanäle 33 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel sind die zweiten Kanäle 33 als Längsfurchen durch das rohrförmige Segment 30 ausgebildet und werden im Betrieb durch das Kühlfluid durchströmt. Zwischen je zwei zweiten Kanälen 33 ist eine Vielzahl von rechteckigen ersten Kanälen 34 ausgebildet, die im Betrieb von der Ladeluft durchströmt werden (die Kanäle können auch z.B. sechseckig oder anderweitig geformt ausgeführt sein). Jeder erste Kanal 34 teilt sich dabei zwei seiner gegenüberliegenden Begrenzungswände mit jeweils einem weiteren ersten Kanal 33 und jede der beiden anderen sich gegenüberliegenden Begrenzungswände des ersten Kanals 34 stellt zugleich einen Teil der Begrenzungswand jeweils eines zweiten Kanals 33 dar. Durch die zahlreichen Materialstege zwischen den ersten und zweiten Kanälen 33, 34, welche der Gesamtheit der Begrenzungswände entsprechen, kann eine sehr große Oberfläche zwischen dem Volumen des Kühlfluids und dem Volumen der Ladeluft bereitgestellt werden. Insgesamt weist damit die innere Struktur eines rohrförmigen Segments 30 ein hohes Wärmeübertragungspotential auf. Das Kühlfluid kann über in der Außenwand 31 und/oder Innenwand verlaufende Leitungen in die zweiten Kanäle 34 eingespeist werden. Ebenso können die zweiten Leitungen 33 zumindest teilweise in der Außenwand 31 und/oder in der Innenwand 32 verlaufen.In 3A is an exemplary internal structure of a tubular segment 30 shown in a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal axis of one of 2 illustrated tubular segments. The tubular segment 30 has an outer wall 31 and an inner wall 32 on. Inside the tubular segment 30 are first channels 34 and second channels 33 arranged. In the present example, the second channels are 33 as longitudinal grooves through the tubular segment 30 trained and are flowed through during operation by the cooling fluid. Between every two second channels 33 is a variety of rectangular first channels 34 formed, which are flowed through during operation of the charge air (the channels can also be designed, for example, hexagonal or otherwise shaped). Every first channel 34 divides two of its opposite boundary walls, each with a further first channel 33 and each of the other two opposing boundary walls of the first channel 34 at the same time forms part of the boundary wall of a second channel in each case 33 Through the numerous material webs between the first and second channels 33 . 34 , which correspond to the entirety of the boundary walls, a very large surface between the volume of the cooling fluid and the volume of the charge air can be provided. Overall, this indicates the internal structure of a tubular segment 30 a high heat transfer potential. The cooling fluid can over in the outer wall 31 and / or inner wall extending lines in the second channels 34 be fed. Likewise, the second lines 33 at least partially in the outer wall 31 and / or in the inner wall 32 run.

Die in 3A gezeigte innere Struktur der rohrförmigen Segmente 30 ist nur eine von zahlreichen Ausgestaltungsmöglichkeiten. Auch können nur Teilbereiche des Rohres mit solchen Strukturen versehen sein. Beispielsweise kann das Verhältnis aus Hohlräumen und Materialstegen bei der Ausbildung der ersten und zweiten Kanäle 33, 34 je nach verwendetem Material zur Ausbildung der Materialstege und je nach Geometrie der inneren Struktur verändert werden. Die rohrförmigen Segmente können bevorzugt mittels eines 3D-Druckverfhrens hergestellt werden, wodurch feine und zugleich komplexe Kanalstrukturen herstellbar sind.In the 3A shown inner structure of the tubular segments 30 is just one of many design options. Also, only portions of the tube may be provided with such structures. For example, the ratio of cavities and material webs in the formation of the first and second channels 33 . 34 be changed depending on the material used to form the material webs and depending on the geometry of the inner structure. The tubular segments can preferably be produced by means of a 3D printing process, whereby fine and at the same time complex channel structures can be produced.

In 3B ist eine weitere beispielhafte Innenstruktur eines rohrförmigen Segments gezeigt. Die Struktur ist der in 3A gezeigten Struktur ähnlich. Jedoch sind hier die ersten Kanäle 34 im Querschnitt oval ausgebildet und in streifenförmigen Bereichen zwischen den zweiten Kanälen 33 angeordnet. Im Vergleich zu der in 3A gezeigten inneren Struktur sind die Materialstege zwischen den Kanälen 33, 34 in 3B deutlich größer dimensioniert.In 3B another exemplary internal structure of a tubular segment is shown. The structure is the one in 3A similar structure shown. However, here are the first channels 34 oval in cross-section and in strip-shaped areas between the second channels 33 arranged. Compared to the in 3A shown inner structure are the material webs between the channels 33 . 34 in 3B significantly larger dimensions.

Der im Rahmen dieser Beschreibung vorgestellte Ladeluftkühler kann bei direkten wie auch bei indirekten Ladeluftkühlkonzepten zum Einsatz kommen. Im ersten Fall kann es sich bei dem Kühlfluid um Umgebungsluft handeln, welche durch beispielsweise durch Fahrtwind in die zweiten Kanäle des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers eingebracht wird.The charge air cooler presented in the context of this description can be used in direct as well as in indirect charge air cooling concepts. In the first case, the cooling fluid may be ambient air, which is introduced into the second channels of the intercooler according to the invention by, for example, wind.

Claims (6)

Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine, in dem verdichtete Ladeluft für die Brennkraftmaschine mithilfe eines Kühlfluids gekühlt wird, wobei der Ladeluftkühler als eine Anordnung von insbesondere rohrförmigen Segmenten ausgebildet ist, welche in ihrer Gesamtheit eine Ladeluftkühlleitung ausbildet; wobei jedes rohrförmige Segment eine integrierte Kühlung aufweist, so dass im Betrieb des Ladeluftkühlers die durch die Ladeluftkühlleitung strömende Ladeluft mithilfe des Kühlfluids gekühlt wird.Charge air cooler for an internal combustion engine, in which compressed charge air for the internal combustion engine is cooled by means of a cooling fluid, wherein the charge air cooler is formed as an arrangement of particular tubular segments, which in its entirety forms a charge air cooling duct; wherein each tubular segment has integrated cooling, so that during operation of the charge air cooler, the charge air flowing through the charge air cooling duct is cooled by means of the cooling fluid. Ladeluftkühler gemäß Anspruch 1, wobei jedes rohrförmige Segment im Inneren eine Vielzahl von ersten Kanälen, durch die im Betrieb des Ladeluftkühlers die Ladeluft strömt, und eine Vielzahl von zweiten Kanälen aufweist, durch die im Betrieb des Ladeluftkühlers das Kühlfluid strömt.Intercooler according to Claim 1 wherein each tubular segment has internally a plurality of first passages through which the charge air flows during operation of the charge air cooler, and a plurality of second passages through which the cooling fluid flows during operation of the charge air cooler. Ladeluftkühler gemäß Anspruch 2, wobei die ersten Kanäle benachbarter rohrförmiger Segmente miteinander gekoppelt sind und die zweiten Kanäle benachbarter rohrförmiger Segmente miteinander gekoppelt sind.Intercooler according to Claim 2 wherein the first channels of adjacent tubular segments are coupled together and the second channels of adjacent tubular segments are coupled together. Ladeluftkühler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: einen Kühlfluidkühler, welcher zum Temperieren des Kühlfluids eingerichtet ist und derart mit den zweiten Kanälen der rohrförmigen Segmente gekoppelt ist, dass im Betrieb des Ladeluftkühlers eine Zirkulation des Kühlmittels durch die zweiten Kanäle der Ladeluftkühlleitung und den Kühlfluidkühler herbeigeführt wird.Intercooler according to one of Claims 1 to 3 , further comprising: a cooling fluid cooler adapted to control the cooling fluid and coupled to the second channels of the tubular segments such that during operation of the charge air cooler, circulation of the coolant through the second channels of the charge air cooling duct and the cooling fluid radiator is effected. Ladeluftkühler gemäß Anspruch 4, ferner aufweisend: eine Reglungseinheit, welche eingerichtet ist, die Zirkulation des Kühlmittels durch den Kühlfluidkühler und die zweiten Kanäle der Ladeluftkühlleitung zu regeln.Intercooler according to Claim 4 , further comprising: a control unit configured to control the circulation of the coolant through the cooling fluid cooler and the second channels of the charge air cooling passage. Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ladeluftkühler zwischen einem Ausgang eines Verdichters der Brennkraftmaschine und einem Brennraum Brennkraftmaschine angeordnet ist.Internal combustion engine with a charge air cooler according to one of Claims 1 to 5 wherein the charge air cooler between an output of a compressor of the internal combustion engine and a combustion chamber internal combustion engine is arranged.
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