DE102018218391A1 - Charge air cooler for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Fluidpfaden (2) zum Durchströmen mit Ladeluft (G), und mit einem von der Ladeluft (G) durchströmbaren Sammlerkasten (4), welcher zum Sammeln der Ladeluft (G) nach dem Durchströmen der Fluidpfade (2) über einen Lufteinlass (3) fluidisch mit diesen kommuniziert. Außerdem umfasst der Ladeluftkühler (1) mit einer im Sammlerkasten (4) angeordneten Kondensationseinrichtung (5) zum Aufnehmen von aus der Ladeluft (G) kondensiertem Ladeluft-Kondensat (K).The invention relates to a charge air cooler (1) for an internal combustion engine with a plurality of fluid paths (2) for the flow of charge air (G), and with a collector box (4) through which the charge air (G) can flow, which is used to collect the charge air (G). after flowing through the fluid paths (2) fluidly communicates with them via an air inlet (3). The charge air cooler (1) also has a condensation device (5) arranged in the header box (4) for receiving charge air condensate (K) condensed from the charge air (G).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ladeluftkühler.The invention relates to an intercooler for an internal combustion engine. The invention further relates to an internal combustion engine with such an intercooler.

In modernen Kraftfahrzeugen gewinnen aufgeladene Brennkraftmaschinen zunehmend an Bedeutung, da sich mit Hilfe einer solchen Aufladung die Leistungsdichte bezogen auf den Hubraum und bezogen auf den Kraftstoffverbrauch erheblich steigern lässt. Es besteht daher die Tendenz, zunehmend auch Fahrzeuge mit kleineren Brennkraftmaschinen mit geeigneten Ladeeinrichtungen auszustatten, um deren Leistung zu steigern bzw. den Kraftstoffverbrauch zu senken. Ebenso ist eine Tendenz zu beobachten, bei gleicher Leistung die Brennkraftmaschinen im Sinne eines sog. „Downsizing“ zu verkleinern und deren Kraftstoffverbrauch zu senken. Aufgeladene Brennkraftmaschinen sind daher regelmäßig mit einem Ladeluftkühler ausgestattet, um die mit Hilfe einer entsprechenden Ladeeinrichtung, wie zum Beispiel einem Abgasturbolader, aufgeladene Ladeluft abzukühlen. Eine solche Kühlung der Ladeluft erhöht die Leistung der Brennkraftmaschine, reduziert deren Kraftstoffverbrauch sowie deren Schadstoffemissionen und mindert die thermische Belastung der Brennkraftmaschine.In modern motor vehicles, supercharged internal combustion engines are becoming increasingly important, since such a supercharging can significantly increase the power density in relation to the cubic capacity and in relation to fuel consumption. There is therefore a tendency to increasingly equip vehicles with smaller internal combustion engines with suitable charging devices in order to increase their performance or reduce fuel consumption. There is also a tendency to reduce the internal combustion engines in the sense of so-called "downsizing" and to reduce their fuel consumption while maintaining the same performance. Supercharged internal combustion engines are therefore regularly equipped with an intercooler in order to cool the supercharged air with the aid of an appropriate charging device, such as an exhaust gas turbocharger. Such cooling of the charge air increases the performance of the internal combustion engine, reduces its fuel consumption and its pollutant emissions and reduces the thermal load on the internal combustion engine.

Beispielsweise offenbart die DE 10 2012 008 700 A1 einen Ladeluftkühler in Form eines Ladeluftkühlers, bei welchem komprimierte Ladeluft mittels einer Kühlflüssigkeit in wenigstens zwei unmittelbar aneinander angrenzenden Stufen gekühlt wird. Für die Ladeluft sind Strömungskanäle, für das Kühlmittel Flusspfade vorgesehen. Der Ladeluftkühler ist durch einen einzigen Stapel aus einteiligen Platten gebildet.For example, the DE 10 2012 008 700 A1 a charge air cooler in the form of a charge air cooler, in which compressed charge air is cooled by means of a cooling liquid in at least two directly adjacent stages. Flow channels are provided for the charge air and flow paths for the coolant. The charge air cooler is formed by a single stack of one-piece plates.

Herkömmliche Ladeluftkühler sind typischerweise als Ladeluftkühler realisiert, die Teil eines Kühlmittelkreislaufs sind und von einem Kühlmittel durchströmt werden, welche wiederum thermisch an die zu kühlende Ladeluft ankoppeln. Die der Ladeluft entzogene Wärme wird vom Kühlmittel aufgenommen. Dabei kommt es aufgrund der Kühlung der Ladeluft zur Bildung und Ansammlung von aus der Ladeluft kondensiertem Kondensat in den Strömungskanälen. Bei einem erhöhten Ladeluftstrom, insbesondere aufgrund einer Beschleunigung, kann das Kondensat vom Ladeluftstrom „mitgerissen“ werden, somit in die Brennkraftmaschine gelangen und unerwünschte Brennkraftmaschinenaussetzer verursachen.Conventional charge air coolers are typically implemented as charge air coolers, which are part of a coolant circuit and through which a coolant flows, which in turn couple thermally to the charge air to be cooled. The heat extracted from the charge air is absorbed by the coolant. The cooling of the charge air leads to the formation and accumulation of condensate condensed from the charge air in the flow channels. If there is an increased charge air flow, in particular due to acceleration, the condensate can be “entrained” by the charge air flow, thus entering the internal combustion engine and causing undesirable engine misfires.

Bei solchen herkömmlichen Ladeluftkühlern wird üblicherweise versucht die Bildung von Kondensat zu vermeiden oder das Kondensat aus dem Ladeluftkühler abzulassen, so dass es nicht in die Brennkraftmaschine gelangen kann. Jedoch gestaltet sich die Verringerung der Bildung von Kondensat als schwierig und ein Ablassen aus dem Ladeluftkühler geht oft einher mit einem erhöhten Bauraumbedarf für weitere Komponenten und erhöhten Herstellungskosten. Außerdem kann das an einen anderen Ort transportierte Kondensat Korrosions- oder Gefrierprobleme verursachen.In such conventional charge air coolers, attempts are usually made to avoid the formation of condensate or to drain the condensate from the charge air cooler, so that it cannot get into the internal combustion engine. However, reducing the formation of condensate is difficult and draining from the charge air cooler is often accompanied by an increased space requirement for additional components and increased manufacturing costs. In addition, the condensate transported to another location can cause corrosion or freezing problems.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform eines Ladeluftkühlers zu schaffen, der sich gegenüber herkömmlichen Ladeluftkühlern bei Verwendung mit einer Brennkraftmaschine insbesondere durch eine verbesserte und einfachere Vermeidung von Brennkraftmaschinenaussetzern auszeichnet. Gleichzeitig soll der Ladeluftkühler kompakt zu bauen und kostengünstig herzustellen sein.It is therefore an object of the present invention to provide an improved embodiment of an intercooler which, in comparison with conventional intercoolers when used with an internal combustion engine, is distinguished in particular by improved and easier avoidance of engine misfires. At the same time, the charge air cooler should be compact and inexpensive to manufacture.

Die genannten Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.The stated tasks are solved by the subject matter of the independent patent claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Grundgedanke der Erfindung ist demnach, durch Bereitstellung einer Kondensationseinrichtung in einem Sammlerkasten eines Ladeluftkühlers die Menge an aus der Ladeluft kondensiertem Kondensat - im Folgenden auch als „Ladeluft-Kondensat“ bezeichnet - über längere Zeiträume besonders gleichmäßig von der Kondensationseinrichtung in die Brennkraftmaschine zu transportieren. Somit können innerhalb einer kurzen Zeitspanne keine kritisch große Mengen an kondensierter Ladeluft in die Brennkraftmaschine gelangen und dort unerwünschte „Motoraussetzer“ hervorrufen. Die erfindungswesentliche Kondensationseinrichtung sorgt also für einen vergleichmäßigten Strom an Kondensat Der hier vorgeschlagene, erfindungsgemäße Ladeluftkühler gewährleistet also im Ergebnis eine verbesserte Ladeluftkühlung und kann als Ladeluftkühler mit kompaktem Aufbau Verwendung finden, so dass für den Einbau des Ladeluftkühlers in einem Kraftfahrzeug nur sehr wenig Bauraum reserviert werden muss. Außerdem ist der hier vorgestellte Ladeluftkühler aufgrund des konstruktiv sehr einfachen Aufbaus der Kondensationseirichtung fertigungstechnisch einfach herzustellen, woraus sich Kostenvorteile bei der Fertigung ergeben.The basic idea of the invention is accordingly to provide the amount of condensate condensed from the charge air - hereinafter also referred to as "charge air condensate" - particularly evenly from the condensation device into the internal combustion engine over a long period of time by providing a condensation device in a header of a charge air cooler. This means that critically large amounts of condensed charge air cannot get into the internal combustion engine within a short period of time and cause undesirable “engine misfires” there. The condensation device essential to the invention therefore ensures a uniform flow of condensate. The charge air cooler proposed here, according to the invention, thus ensures improved charge air cooling as a result and can be used as a charge air cooler with a compact design, so that very little installation space is reserved for the installation of the charge air cooler in a motor vehicle got to. In addition, the charge air cooler presented here is easy to manufacture due to the structurally very simple construction of the condensation device, which results in cost advantages in production.

Ein erfindungsgemäßer Ladeluftkühler umfasst eine Mehrzahl von Fluidpfaden zum Durchströmen mit Ladeluft und einen von der Ladeluft durchströmbaren Sammlerkasten, welcher zum Sammeln der Ladeluft nach dem Durchströmen der Fluidpfade über einen Lufteinlass fluidisch mit diesen kommuniziert. Außerdem umfasst der erfindungsgemäße Ladeluftkühler eine im Sammlerkasten angeordnete Kondensationseinrichtung zum Aufnehmen von aus der Ladeluft kondensiertem Kondensat.A charge air cooler according to the invention comprises a plurality of fluid paths for the flow of charge air to flow through and a collector box through which the charge air can flow, which fluidly communicates with them via an air inlet after the flow flows through the fluid paths. In addition, the charge air cooler according to the invention comprises a condensation device arranged in the header box for receiving condensate condensed from the charge air.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich die Kondensationseinrichtung über einen gesamten Strömungsquerschnitt des von der Ladeluft durchströmbaren Sammlerkastens hinweg. Somit muss sämtliche Ladeluft beim Durchströmen des Sammlerkastens die Kondensationseinrichtung passieren, so dass besonders viel aus der Ladeluft kondensiertes Kondensat beim Durchströmen der der Kondensationseinrichtung von dieser abgefangen und aufgenommen wird. According to an advantageous embodiment, the condensation device extends over an entire flow cross-section of the collector box through which the charge air can flow. Thus, all charge air must pass through the condensation device when it flows through the collector box, so that a particularly large amount of condensate condensed from the charge air is intercepted and taken up by the condensation device when it flows through it.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich die Kondensationseinrichtung nicht über einen gesamten Strömungsquerschnitt des von der Ladeluft durchströmbaren Sammlerkastens hinweg und ist bezüglich der Richtung der Schwerkraft im Betrieb des Ladeluftkühlers in einem unteren Abschnitt des Sammlerkastens angeordnet. Auf diese Weise wird aus der Ladeluft kondensiertes Kondensat durch die relativ zur Ladeluft höhere Massendichte nach Durchströmen der Fluidpfade auf die Kondensationseinrichtung gelenkt und von dieser abgefangen und aufgenommen, wohingegen die Ladeluft beim Durchströmen des Sammlerkastens die Kondensationseinrichtung nicht passieren muss.According to a further advantageous embodiment, the condensation device does not extend over an entire flow cross section of the header box through which the charge air can flow and is arranged in a lower section of the header box with respect to the direction of gravity during operation of the charge air cooler. In this way, condensate condensed from the charge air is directed to the condensation device by the higher mass density relative to the charge air after flowing through the fluid paths, and is intercepted and absorbed by the condensation device, whereas the charge air does not have to pass through the condensation device when flowing through the collector box.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kondensationseinrichtung unmittelbar am Lufteinlass angeordnet. Auf diese Weise wird besonders viel aus der Ladeluft kondensiertes Kondensat beim Durchströmen der Kondensationseinrichtung von dieser abgefangen und aufgenommen. Insbesondere wird ein Ansammeln von Kondensat am Boden des Ladeluftkühlers nach dem Durchströmen der Fluidpfade vermieden.According to a further embodiment, the condensation device is arranged directly at the air inlet. In this way, a particularly large amount of condensate condensed from the charge air is intercepted and absorbed by the condensation device as it flows through it. In particular, the accumulation of condensate on the bottom of the charge air cooler after flowing through the fluid paths is avoided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kondensationseinrichtung an einer dem Lufteinlass gegenüberliegenden Wand des Sammlerkastens anliegend angeordnet. Auch diese Weise wird aus der Ladeluft kondensiertes Kondensat durch die relativ zur Ladeluft höhere Massendichte nach Durchströmen der Fluidpfade auf die Kondensationseinrichtung gelenkt und von dieser abgefangen und aufgenommen, wohingegen die Ladeluft beim Verlassen der Fluidpfade die Kondensationseinrichtung nicht passieren muss.According to a further embodiment, the condensation device is arranged adjacent to a wall of the header box opposite the air inlet. In this way too, condensate condensed from the charge air is directed to the condensation device by the higher mass density relative to the charge air after flowing through the fluid paths, and is intercepted and absorbed by the condensation device, whereas the charge air does not have to pass the condensation device when leaving the fluid paths.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kondensationseinrichtung einen offenporigen Schwamm. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen besonders hohen Zerteilungsgrad der Kondensationseinrichtung, also durch eine besonders große Oberfläche aus, so dass mehr aus der Ladeluft kondensiertes Kondensat beim Durchströmen der Kondensationseinrichtung von dieser abgefangen und aufgenommen wird.According to a preferred embodiment, the condensation device comprises an open-cell sponge. This embodiment is characterized by a particularly high degree of division of the condensation device, that is to say by a particularly large surface area, so that more condensate condensed from the charge air is intercepted and taken up by the condensation device as it flows through it.

Besonders vorteilhaft ist der offenporige Schwamm lösbar, vorzugsweise mittels einer Clip- oder Rastverbindung, am Sammlerkasten befestigt. Dies bietet sich an, um die Kondensationseinrichtung einfach im Ladeluftkühler anzuordnen und, falls erforderlich, austauschen zu können. Dies kann insbesondere erforderlich sein, wenn die Sammelwirkung des Schwamms erschöpft ist.The open-pore sponge is particularly advantageously detachable, preferably attached to the collector box by means of a clip or snap connection. This lends itself to simply arranging the condensation device in the charge air cooler and, if necessary, being able to replace it. This can be necessary in particular when the collecting effect of the sponge is exhausted.

Zweckmäßig ist der offenporige Schwamm quaderförmig ausgebildet. Dies Gewährleistet ein besonders einfaches Anordnen des Schwamms im Ladeluftkühler. Zudem ist ein Schwamm mit einer solchen einfachen Geometrie besonders einfach und somit kostengünstig herzustellen. Darüber hinaus besitzt ein quaderförmiger Schwamm bei geeigneter Positionierung im Sammlerkasten entlang der Hauptströmungsrichtung der Ladeluft beim Durchströmen des Schwamms im Wesentlichen dieselbe effektive Schwammdicke, so dass eine einheitliche Aufnahmewirkung für Kondensat über den gesamten Strömungsquerschnitt des Sammlerkastens hinweg erreicht wird.The open-pore sponge is expediently cuboid. This ensures a particularly simple arrangement of the sponge in the charge air cooler. In addition, a sponge with such a simple geometry is particularly simple and therefore inexpensive to produce. In addition, a cuboid-shaped sponge, when suitably positioned in the header along the main flow direction of the charge air, has essentially the same effective sponge thickness as it flows through the sponge, so that a uniform absorption effect for condensate is achieved across the entire flow cross-section of the header.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der offenporige Schwamm eine entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung der Ladeluft im Sammlerkasten gemessene Dicke zwischen 2 mm und 50 mm auf. Auf diese Weise arbeitet die Kondensationseinrichtung besonders effektiv. Durch Wahl eines solchen Dicke-Intervalls wird außerdem ein besonders geringer unerwünschter Druckabfall in der Ladeluft beim Passieren der Kondensationseinrichtung sichergestellt.According to an advantageous embodiment, the open-pore sponge has a thickness between 2 mm and 50 mm measured along a main direction of flow of the charge air in the header box. In this way, the condensation device works particularly effectively. By choosing such a thickness interval, a particularly small undesired pressure drop in the charge air when passing through the condensation device is also ensured.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der offenporige Schwamm eine Porosität zwischen 0,5 und 0,98 auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist Porosität definiert als das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen/ 1 minus dem Verhältnis von Rohdichte zu Reindichte. Auch auf diese Weise erschwert die Kondensationseinrichtung den Ladeluftstrom besonders effektiv, wobei gleichzeitig ein möglichst geringer unerwünschter Druckabfall in der Ladeluft beim Passieren der Kondensationseinrichtung verursacht wird.According to a further advantageous embodiment, the open-pore sponge has a porosity between 0.5 and 0.98. In the context of the present invention, porosity is defined as the ratio of void volume to total volume / 1 minus the ratio of bulk density to pure density. In this way too, the condensation device makes the charge air flow particularly effective, while at the same time causing as little undesirable pressure drop in the charge air as it passes through the condensation device.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kondensationseinrichtung eine Mehrzahl von im Abstand zueinander angeordneten Pinelementen. Auch diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen besonders hohen Zerteilungsgrad und besonders großer Oberfläche der Kondensationseinrichtung aus, so dass aus der Ladeluft kondensiertes Kondensat beim Durchströmen der Kondensationseinrichtung von dieser abgefangen und aufgenommen wird.According to a further preferred embodiment, the condensation device comprises a plurality of pin elements arranged at a distance from one another. This embodiment is also characterized by a particularly high degree of division and a particularly large surface area of the condensation device, so that condensate condensed from the charge air is trapped and taken up by the condensation device as it flows through it.

Bevorzugt sind die Pinelemente rasterartig mit einer Mehrzahl von Rasterspalten und Rasterzeilen angeordnet sind. Diese Ausführungsform erhöht den Zerteilungsgrad und die Oberfläche der Kondensationseinrichtung noch weiter, und somit auch die aufgenommene Menge an kondensierter Ladeluft.The pin elements are preferably arranged in a grid-like manner with a plurality of grid columns and grid lines. This embodiment increases the degree of division and the surface of the Condensation device still further, and thus also the amount of condensed charge air absorbed.

Zweckmäßig erstrecken sich die Fluidpfade entlang einer Längsrichtung, und die Pinelemente sind in einer Ebene senkrecht zu dieser Längsrichtung beabstandet zueinander angeordnet. Dies gewährleistet eine möglichst hohe Interaktionsfläche zwischen Ladeluft und Kondensationseinrichtung, um somit die von der Kondensationseinrichtung aufnehmbare Menge an aus der Ladeluft kondensiertem Kondensat zu erhöhen. Damit geht eine verbesserte Effizienz des Ladeluftkühlers einher.The fluid paths expediently extend along a longitudinal direction, and the pin elements are arranged at a distance from one another in a plane perpendicular to this longitudinal direction. This ensures the greatest possible interaction area between the charge air and the condensation device in order to increase the amount of condensate condensed from the charge air that can be taken up by the condensation device. This goes hand in hand with improved efficiency of the charge air cooler.

Bevorzugt sind die Pinelemente stiftartig ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache und somit kostengünstige Ausbildung der Kondensationseinrichtung am Sammlerkasten.The pin elements are preferably pin-shaped. This enables a particularly simple and therefore inexpensive design of the condensation device on the collector box.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest zwei, vorzugsweise alle, Pinelemente in einem dem Durchmesser der Pinnelemente identischen Abstand, insbesondere im Abstand zwischen 1 mm und 5 mm, zueinander angeordnet. Auch auf diese Weise erfasst die Kondensationseinrichtung den Ladeluftstrom besonders effektiv, wobei gleichzeitig nur ein geringer unerwünschter Druckabfall in der Ladeluft beim Passieren der Kondensationseinrichtung verursacht wird.According to a further advantageous embodiment, at least two, preferably all, pin elements are arranged at a distance identical to the diameter of the pin elements, in particular at a distance between 1 mm and 5 mm. In this way too, the condensation device detects the charge air flow particularly effectively, at the same time causing only a slight undesirable pressure drop in the charge air when it passes the condensation device.

Besonders bevorzugt sind die Pinelemente mittels eines Spritzgussverfahrens im Sammlerkasten ausgeformt. Auch diese Maßnahme ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion der Kondensationseinrichtung.The pin elements are particularly preferably formed by means of an injection molding process in the collector box. This measure also enables a particularly simple and inexpensive construction of the condensation device.

Zweckmäßig ist die Kondensationseinrichtung zur Zwischenspeicherung des Ladeluft-Kondensats ausgebildet ist und speichert vorzugsweise im Betrieb des Ladeluftkühlers das Ladeluft-Kondensat temporär zwischen. Auf diese Weise wird das Kondensat über besonders lange Zeiträume gleichmäßig von der Kondensationseinrichtung in die Brennkraftmaschine transportiert.The condensation device is expediently designed for the intermediate storage of the charge air condensate and preferably temporarily stores the charge air condensate temporarily during operation of the charge air cooler. In this way, the condensate is transported evenly from the condensation device into the internal combustion engine over particularly long periods of time.

Besonders zweckmäßig ist die Kondensationseinrichtung, derart ausgebildet, dass sie im Betrieb der des Ladeluftkühlers eine Mengenamplitude des durch die Kondensationseinrichtung durchströmenden Ladeluft-Kondensats dämpft. Auch auf diese Weise wird das Kondensat über besonders lange Zeiträume gleichmäßig von der Kondensationseinrichtung in die Brennkraftmaschine transportiert.The condensation device is particularly expedient in such a way that it damps a quantity amplitude of the charge air condensate flowing through the condensation device during operation of the charge air cooler. In this way too, the condensate is transported uniformly from the condensation device into the internal combustion engine over particularly long periods of time.

Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem vorangehend vorgestellten Ladeluftkühler. Die vorangehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers übertragen sich daher auch auf eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine. Die Mehrzahl der Fluidpfade des Ladeluftkühlers ist dabei in eine Abgas- oder eine Frischluftanlage der Brennkraftmaschine eingebunden.The invention further relates to an internal combustion engine for a motor vehicle with a charge air cooler presented above. The advantages of the charge air cooler according to the invention explained above are therefore also transferred to an internal combustion engine according to the invention. The majority of the fluid paths of the charge air cooler are integrated in an exhaust gas or fresh air system of the internal combustion engine.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend 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.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, the same reference numerals referring to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,

  • 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Beispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers in einem Querschnitt entlang einer Längsrichtung der Fluidpfade,
  • 2 eine perspektivische Darstellung des Sammlerkastens des ersten Beispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers,
  • 3 eine Schnittdarstellung eines zweiten Beispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers in einem Querschnitt entlang einer Längsrichtung der Fluidpfade,
  • 4 eine perspektivische Darstellung des Sammlerkastens des zweiten Beispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers,
  • 5 eine Schnittdarstellung eines dritten Beispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers in einem Querschnitt entlang einer Längsrichtung der Fluidpfade.
Each shows schematically
  • 1 1 shows a sectional illustration of a first example of an intercooler according to the invention in a cross section along a longitudinal direction of the fluid paths,
  • 2nd 2 shows a perspective illustration of the header box of the first example of an intercooler according to the invention,
  • 3rd 3 shows a sectional illustration of a second example of an intercooler according to the invention in a cross section along a longitudinal direction of the fluid paths,
  • 4th 2 shows a perspective illustration of the header box of the second example of an intercooler according to the invention,
  • 5 a sectional view of a third example of an intercooler according to the invention in a cross section along a longitudinal direction of the fluid paths.

1, 3 und 5 illustrieren jeweils eine Schnittdarstellung eines ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers 1 in einem Querschnitt entlang einer Längsrichtung L der Fluidpfade 2. Der Ladeluftkühler 1 umfasst eine Mehrzahl von Fluidpfaden 2 zum Durchströmen mit Ladeluft G. Die Fluidpfade 2 erstrecken sich entlang einer Längsrichtung L und sind entlang einer Stapelrichtung S, die senkrecht zur Längsrichtung L verläuft, im Abstand zueinander angeordnet. 1 , 3rd and 5 each illustrate a sectional view of a first and second exemplary embodiment of an intercooler according to the invention 1 in a cross section along a longitudinal direction L the fluid paths 2nd . The intercooler 1 includes a plurality of fluid paths 2nd to flow with charge air G . The fluid paths 2nd extend along a longitudinal direction L and are along a stacking direction S that are perpendicular to the longitudinal direction L runs, spaced from each other.

In den Beispielen der 1, 3 und 5 sind exemplarisch siebzehn Fluidpfade 2 gezeigt; selbstverständlich ist in Varianten aber auch eine andere Anzahl an Fluidpfaden 2 möglich. Entlang der Stapelrichtung S zwischen zwei in Stapelrichtung S benachbarten Fluidpfaden 2 ist jeweils ein Kühlmittelpfad 8 vorgesehen, welcher zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausgebildet ist. Durch thermische Wechselwirkung mit der durch die Fluidpfade 2 strömenden Ladeluft G kann diese gekühlt werden. Zum Sammeln der Ladeluft G nach dem Durchströmen der Fluidpfade 2 kommunizieren die Fluidpfade 2 fluidisch mit einem von der Ladeluft G durchströmbaren Sammlerkasten 4. Nach dem Durchströmen der Fluidpfade 2 tritt die Ladeluft G über einen am Sammlerkasten 4 vorgesehenen Lufteinlass 3 in diesen ein. Der Sammlerkasten 4 kann als Spritzgussteil aus einem Kunststoff ausgebildet sein.In the examples of 1 , 3rd and 5 are exemplary seventeen fluid paths 2nd shown; Of course, in variants there is also one different number of fluid paths 2nd possible. Along the stacking direction S between two in the stacking direction S adjacent fluid paths 2nd is a coolant path 8th provided, which is designed to flow through with a coolant. Through thermal interaction with that through the fluid paths 2nd flowing charge air G can be cooled. To collect the charge air G after flowing through the fluid paths 2nd communicate the fluid paths 2nd fluidly with one of the charge air G flowable collector box 4th . After flowing through the fluid paths 2nd occurs the charge air G via one at the collector's box 4th provided air intake 3rd in this one. The collector's box 4th can be formed as an injection molded part from a plastic.

Im Sammlerkasten 4 des ersten und dritten Ausführungsbeispiels ist, wie in 1 und auch in der perspektivischen Darstellung der 2 beziehungsweise in 5 gezeigt, eine Kondensationseinrichtung 5 zum Aufnehmen von aus der Ladeluft G ausfallendem Ladeluft-Kondensat K angeordnet. Die Kondensationseinrichtung 5 umfasst hierfür einen offenporigen Schwamm 6. Der offenporige Schwamm 6 ist bevorzugt aus Kunststofffasern hergestellt. Der offenporige Schwamm 6 ist dabei lösbar mittels einer Clip- oder Rastverbindung (nicht gezeigt in den 1 bis 5) am Sammlerkasten 4 befestigt und ist zudem quaderförmig ausgebildet.In the collector's box 4th of the first and third embodiments is as in 1 and also in the perspective representation of the 2nd respectively in 5 shown a condensing device 5 for taking in from the charge air G Failing charge air condensate K arranged. The condensation device 5 includes an open-cell sponge 6 . The open-pored sponge 6 is preferably made of plastic fibers. The open-pored sponge 6 is detachable by means of a clip or snap connection (not shown in the 1 to 5 ) on the collector's box 4th attached and is also cuboid.

Die Kondensationseinrichtung 5 erstreckt sich im Beispiel der 1 und 2 über den gesamten Strömungsquerschnitt des von der Ladeluft G durchströmbaren Sammlerkastens 4 hinweg, so dass die Ladeluft G beim Durchströmen des Sammlerkastens 4 die Kondensationseinrichtung 5 durchströmen muss und besonders viel aus der Ladeluft G ausgefallenem Ladeluft-Kondensat K beim Durchströmen der Kondensationseinrichtung 5 von dieser abgefangen und aufgenommen werden kann.The condensation device 5 extends in the example of 1 and 2nd over the entire flow cross-section of the charge air G flowable collector box 4th away so the charge air G when flowing through the collector box 4th the condensation device 5 must flow through and especially a lot from the charge air G failed charge air condensate K when flowing through the condensation device 5 can be intercepted and absorbed by this.

Im Beispiel der 5 erstreckt sich die Kondensationseinrichtung 5 nicht über den gesamten Strömungsquerschnitt des von der Ladeluft G durchströmbaren Sammlerkastens 4 hinweg und ist bezüglich der Richtung der Schwerkraft im Betrieb des Ladeluftkühlers 1 in einem unteren Abschnitt des Sammlerkastens 4 angeordnet, derart, dass aus der Ladeluft G kondensiertes Ladeluft-Kondensat K durch die relativ zur Ladeluft G höhere Massendichte nach Durchströmen der Fluidpfade 2 auf die Kondensationseinrichtung 5 gelenkt und von dieser abgefangen und aufgenommen wird, wohingegen die Ladeluft G nach Durchströmen des Sammlerkastens 4 die Kondensationseinrichtung 5 zumindest teilweise nicht durchströmt.In the example of 5 extends the condensing device 5 not over the entire flow cross-section of the charge air G flowable collector box 4th away and is in relation to the direction of gravity in the operation of the charge air cooler 1 in a lower section of the collector's box 4th arranged such that from the charge air G condensed charge air condensate K through the relative to the charge air G higher mass density after flowing through the fluid paths 2nd on the condensation device 5 is steered and intercepted and absorbed by it, whereas the charge air G after flowing through the collector box 4th the condensation device 5 not at least partially flowed through.

Die Kondensationseinrichtung 5 ist zur Zwischenspeicherung des Ladeluft-Kondensats K ausgebildet, d.h. sie speichert im Betrieb des Ladeluftkühlers 2 das Ladeluft-Kondensat K temporär. Zudem ist die Kondensationseinrichtung 5 derart ausgebildet, dass sie im Betrieb der des Ladeluftkühlers 2 eine Mengenamplitude des durch die Kondensationseinrichtung 5 durchströmenden Ladeluft-Kondensats K dämpft.The condensation device 5 is for the temporary storage of the charge air condensate K trained, ie it stores in the operation of the charge air cooler 2nd the charge air condensate K temporary. In addition, the condensation device 5 formed such that they are in operation of the intercooler 2nd a quantity amplitude of the condensation device 5 flow of charge air condensate K dampens.

Die Kondensationseinrichtung 5 ist im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel unmittelbar am Lufteinlass 3 angeordnet. Im dritten Ausführungsbeispiel ist die Kondensationseinrichtung 5 an einer dem Lufteinlass 3 gegenüberliegenden Wand des Sammlerkastens 4 anliegend angeordnet, derart, dass aus der Ladeluft G kondensiertes Ladeluft-Kondensat K durch die relativ zur Ladeluft G höhere Massendichte nach Durchströmen der Fluidpfade 2 zumindest teilweise auf die Kondensationseinrichtung 5 gelenkt und von dieser abgefangen und aufgenommen wird, wohingegen die Ladeluft G nach Verlassen der Fluidpfade 2 zumindest teilweise die Kondensationseinrichtung 5 nicht durchströmt.The condensation device 5 is in the first and second embodiment directly at the air inlet 3rd arranged. In the third embodiment, the condensation device 5 at one of the air intake 3rd opposite wall of the collector's box 4th arranged in such a way that from the charge air G condensed charge air condensate K through the relative to the charge air G higher mass density after flowing through the fluid paths 2nd at least partially on the condensation device 5 is steered and intercepted and absorbed by it, whereas the charge air G after leaving the fluid paths 2nd at least partially the condensing device 5 not flowed through.

Der offenporige Schwamm 6 weist im ersten Ausführungsbeispiel außerdem eine entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung H der Ladeluft G im Sammlerkasten 4 gemessene Dicke zwischen 2 mm und 50 mm und eine Porosität zwischen 0,5 und 0,98 auf. Die Hauptdurchströmungsrichtung H der Ladeluft G ist mit der Längsrichtung L der Fluidpfade 2 identisch. Die Dicke des offenporigen Schwamms im dritten Ausführungsbeispiel ist betragsmäßig identisch zur Dicke im ersten Ausführungsbeispiel.The open-pored sponge 6 in the first exemplary embodiment also has a along a main flow direction H of the charge air G in the collector's box 4th measured thickness between 2 mm and 50 mm and a porosity between 0.5 and 0.98. The main flow direction H of the charge air G is with the longitudinal direction L the fluid paths 2nd identical. The thickness of the open-pore sponge in the third exemplary embodiment is identical in amount to the thickness in the first exemplary embodiment.

Auch im Beispiel der 3 ist im Sammlerkasten 4, wie auch in der perspektivischen Darstellung des Sammlerkastens 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in 4 gezeigt, eine Kondensationseinrichtung 5 zum Aufnehmen von aus der Ladeluft G ausgefallenem Ladeluft-Kondensat K angeordnet, welche eine Mehrzahl von im Abstand zueinander angeordneten Pinelementen 7 umfasst.Also in the example of 3rd is in the collector's box 4th , as well as in the perspective view of the collector's box 4th according to the second embodiment in 4th shown a condensing device 5 for taking in from the charge air G failed charge air condensate K arranged, which a plurality of spaced-apart pin elements 7 includes.

Diese Pinelemente 7 sind rasterartig mit einer Mehrzahl von Rasterspalten und Rasterzeilen auf einem Träger 9 angeordnet, der wiederum benachbart zum Lufteinlass 3 im Sammlerkasten 4 angeordnet ist. Die Pinelemente 7 können wie in 3 angedeutet in einer Ebene E senkrecht zur Längsrichtung L beabstandet zueinander angeordnet sein. Die Pinelemente 7 der Kondensationseinrichtung 5 sind stiftartig ausgebildet. Zudem sind zumindest zwei, vorzugsweise alle, Pinelemente 7 in einem dem Durchmesser der Pinnelemente 7 identischen Abstand, insbesondere im Abstand zwischen 1 mm und 5 mm, zueinander angeordnet. Die Pinnelemente 7 benachbarter paralleler Reihen können entlang der Ebene E zueinander verschoben sein, insbesondere derart, dass die Pinnelemente 7 einer ersten Reihe zu den Pinnelementen 7 der beiden parallelen als übernächste benachbarten Reihen nicht verschoben angeordnet sind. Die Pinelemente 7 können zweckmäßig mittels eines Spritzgussverfahrens am Sammlerkasten 4 bzw. am Träger 9 ausgeformt sein.These pin elements 7 are grid-like with a plurality of grid columns and grid lines on a carrier 9 arranged, which in turn is adjacent to the air inlet 3rd in the collector's box 4th is arranged. The pin elements 7 can like in 3rd indicated in one level E perpendicular to the longitudinal direction L spaced apart. The pin elements 7 the condensing device 5 are pen-like. In addition, at least two, preferably all, pin elements 7 in a the diameter of the pin elements 7 identical distance, in particular between 1 mm and 5 mm, arranged to each other. The pin elements 7 Adjacent parallel rows can be along the plane E be shifted towards each other, in particular such that the pin elements 7 a first row to the pin elements 7 of the two parallel rows that are next but one adjacent are arranged. The pin elements 7 can expediently by means of an injection molding process on the collector box 4th or on the carrier 9 be formed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102012008700 A1 [0003]DE 102012008700 A1 [0003]

Claims (19)

Ladeluftkühler (1) für eine Brennkraftmaschine, - mit einer Mehrzahl von Fluidpfaden (2) zum Durchströmen mit Ladeluft (G), - mit einem von der Ladeluft (G) durchströmbaren Sammlerkasten (4), welcher zum Sammeln der Ladeluft (G) nach dem Durchströmen der Fluidpfade (2) über einen Lufteinlass (3) fluidisch mit diesen kommuniziert, - mit einer im Sammlerkasten (4) angeordneten Kondensationseinrichtung (5) zum Aufnehmen von aus der Ladeluft (G) kondensiertem Ladeluft-Kondensat (K).Charge air cooler (1) for an internal combustion engine, - With a plurality of fluid paths (2) for the flow of charge air (G), - With a collector box (4) through which the charge air (G) can flow, which fluidly communicates with the charge air (G) after flowing through the fluid paths (2) via an air inlet (3), - With a in the header box (4) arranged condensation device (5) for receiving from the charge air (G) condensed charge air condensate (K). Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung (5) sich über einen gesamten Strömungsquerschnitt des von der Ladeluft (G) durchströmbaren Sammlerkastens (4) hinweg erstreckt.Intercooler after Claim 1 characterized in that the condensation device (5) extends over an entire flow cross-section of the collector box (4) through which the charge air (G) can flow. Ladeluftkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung (5) sich nicht über einen gesamten Strömungsquerschnitt des von der Ladeluft (G) durchströmbaren Sammlerkastens (4) hinweg erstreckt und bezüglich der Richtung der Schwerkraft im Betrieb des Ladeluftkühlers (1) in einem unteren Abschnitt des Sammlerkastens angeordnet ist.Intercooler after Claim 1 , characterized in that the condensation device (5) does not extend over an entire flow cross section of the header box (4) through which the charge air (G) can flow and is arranged in a lower section of the header box with respect to the direction of gravity during operation of the charge air cooler (1) is. Ladeluftkühler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung (5) unmittelbar am Lufteinlass (3) angeordnet ist.Intercooler after Claim 1 to 3rd , characterized in that the condensation device (5) is arranged directly at the air inlet (3). Ladeluftkühler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung (5) an einer dem Lufteinlass (3) gegenüberliegenden Wand des Sammlerkastens (4) anliegend angeordnet ist.Intercooler after Claim 1 to 4th , characterized in that the condensation device (5) is arranged adjacent to a wall of the collector box (4) opposite the air inlet (3). Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung (5) einen offenporigen Schwamm (6) umfasst.Intercooler according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the condensation device (5) comprises an open-pore sponge (6). Ladeluftkühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Schwamm (6) lösbar, vorzugsweise mittels einer Clip- oder Rastverbindung, am Sammlerkasten (4) befestigt ist.Intercooler after Claim 6 , characterized in that the open-pore sponge (6) is detachably, preferably by means of a clip or snap connection, attached to the collector box (4). Ladeluftkühler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Schwamm (6) quaderförmig ausgebildet ist.Intercooler after Claim 6 or 7 , characterized in that the open-pore sponge (6) is cuboid. Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Schwamm (6) eine entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung (H) der Ladeluft (G) im Sammlerkasten (4) gemessene Dicke zwischen 2 mm und 50 mm aufweist.Intercooler according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that the open-pored sponge (6) has a thickness between 2 mm and 50 mm measured along a main direction of flow (H) of the charge air (G) in the header box (4). Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Schwamm (6) eine Porosität zwischen 0,5 und 0,98 aufweist.Intercooler according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that the open-pore sponge (6) has a porosity between 0.5 and 0.98. Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung (5) eine Mehrzahl von im Abstand zueinander angeordneten Pinelementen (7) umfasst.Charge air cooler according to one of the preceding claims, characterized in that the condensation device (5) comprises a plurality of pin elements (7) arranged at a distance from one another. Ladeluftkühler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pinelemente (7) rasterartig mit einer Mehrzahl von Rasterspalten und Rasterzeilen angeordnet sind.Intercooler after Claim 11 , characterized in that the pin elements (7) are arranged like a grid with a plurality of grid columns and grid lines. Ladeluftkühler nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass - sich die Fluidpfade (2) entlang einer Längsrichtung (L) erstrecken, - die Pinelemente (7) in einer Ebene (E) senkrecht zu dieser Längsrichtung (L) beabstandet zueinander angeordnet sind.Intercooler after Claim 11 or 12th , characterized in that - the fluid paths (2) extend along a longitudinal direction (L), - the pin elements (7) are arranged at a distance from one another in a plane (E) perpendicular to this longitudinal direction (L). Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pinelemente (7) stiftartig ausgebildet sind.Intercooler according to one of the Claims 11 to 13 , characterized in that the pin elements (7) are designed like pins. Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, vorzugsweise alle, Pinelemente (7) in einem dem Durchmesser der Pinnelemente (7) identischen Abstand, insbesondere im Abstand zwischen 1 mm und 5 mm, zueinander angeordnet sind.Intercooler according to one of the Claims 11 to 14 , characterized in that at least two, preferably all, pin elements (7) are arranged at a distance identical to the diameter of the pin elements (7), in particular at a distance of between 1 mm and 5 mm. Ladeluftkühler nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Pinelemente (7) mittels eines Spritzgussverfahrens im Sammlerkasten (4) ausgeformt sind.Intercooler according to one of the Claims 11 to 15 , characterized in that the pin elements (7) are formed in the header box (4) by means of an injection molding process. Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung (5) zur Zwischenspeicherung des Ladeluft-Kondensats (K) ausgebildet ist und vorzugsweise im Betrieb des Ladeluftkühlers (2) das Ladeluft-Kondensat (K) temporär zwischenspeichert.Charge air cooler according to one of the preceding claims, characterized in that the condensation device (5) is designed for intermediate storage of the charge air condensate (K) and preferably temporarily stores the charge air condensate (K) during operation of the charge air cooler (2). Ladeluftkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung (5), derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb der des Ladeluftkühlers (2) eine Mengenamplitude des durch die Kondensationseinrichtung (5) durchströmenden Ladeluft-Kondensats (K) dämpft.Charge air cooler according to one of the preceding claims, characterized in that the condensation device (5) is designed such that it dampens a quantity amplitude of the charge air condensate (K) flowing through the condensation device (5) during operation of the charge air cooler (2). Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, - mit einem Ladeluftkühler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Mehrzahl der Fluidpfade (2) in eine Abgas- oder Frischluftanlage der Brennkraftmaschine eingebunden sind.Internal combustion engine for a motor vehicle, with a charge air cooler (1) according to one of the preceding claims, - wherein the plurality of fluid paths (2) are integrated into an exhaust gas or fresh air system of the internal combustion engine.
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