DE10332989A1

DE10332989A1 - Aufgeladene Brennkraftmaschine mit im Abgasweg liegendem Turbolader

Info

Publication number: DE10332989A1
Application number: DE10332989A
Authority: DE
Inventors: Rolf Füsser; Olaf Dr. Weber
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2002-07-20
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2004-04-15

Abstract

Für eine aufgeladene Brennkraftmaschine wird ein in den einlassseitigen Luftverteiler integrierter Ladeluftkühler vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit im Abgasweg liegendem Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Über Turbolader aufgeladene Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselbrennkraftmaschinen, sind in vielfältiger Form im Einsatz, häufig in Kombination mit einem dem Verdichter des Turboladers stromab im Zulauf auf die Brennkraftmaschine nachgeordneten Ladeluftkühler, der insbesondere in der Ausbildung als Luft-Luft-Kühler teils einen erheblichen Raumbedarf hat und zudem in einer Weise zu positionieren ist, die, bezogen auf den Fahrbetrieb, eine ausreichende Anströmung mit Kühlluft ermöglicht. Dies wird am besten durch eine Anordnung im Frontbereich des Fahrzeuges erreicht, indem die Platzverhältnisse im Regelfall ohnehin schon sehr eingeschränkt sind, was in besonderem Maße für kleine Fahrzeuge mit hoher Motorisierung gilt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Bezug auf aufgeladene Brennkraftmaschinen mit im Abgasweg liegendem Turbolader für den diesem nachgeordneten Ladeluftkühler eine Anordnung und Gestaltung zu finden, die hohe Kühlleistung mit raumsparender und kostengünstiger Bauweise verbindet.
Bezogen auf eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist hierzu vorgesehen, dass der Ladeluftkühler in den Luftverteiler integriert ist. Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird für den Ladeluftkühler im Motorraum ein Raumanteil genutzt, der systembedingt an sich belegt ist und für die Unterbringung weiterer Aggregate nicht zur Verfügung steht, und es wird durch die Erfindung eine Doppelbelegung ermöglicht, wobei die den Luftverteiler durchsetzende Luftmenge zugleich eine intensive Durchströmung für den Ladeluftkühler gewährleistet. Die Integration des Ladeluftkühlers in den Luftverteiler bietet zusätzlich die Möglichkeit, durch wechselseitige Kanalisierung über den Ladeluftkühler einerseits den Luftverteiler auszusteifen und dadurch besonders dünnwandig zu gestalten und andererseits den Luftverteiler als Gehäuse und Luftführungselement für den Ladeluftkühler zu nutzen.
Eine im Rahmen der Erfindung liegende und besonders zweckmäßige Lösung besteht darin, Ladeluftkühler und Luftverteiler als Kunststoffeinheit auszubilden, und zwar bei sich kreuzenden Ladeluft- und Kühlluftkanälen, so dass auch günstige wechselseitige Anschlussmöglichkeiten gegeben sind.
Für den Luftverteiler erweist es sich als zweckmäßig, diesen mit in Richtung der Luftrohre sich erstreckenden Führungswänden zu versehen, was sich im Hinblick auf eine gleichmäßige Durchströmung der Querschnittsfläche des Luftverteilers als vorteilhaft erweist, da dieser auf diese Weise segmentierte Ladeluftkanäle erhält, wobei die die Ladeluftkanäle gegeneinander abgrenzenden Führungswände als in Durchströmungsrichtung der Ladeluftkanäle geschlossene und quer hierzu durchströmbare Hohlwände ausgebildet sind, die die Kühlluftkanäle umgrenzen. Im Hinblick auf jeweils mögliche bzw. vorteilhafte Luftführungen und Übergänge auf die Anschlüsse können die Kanäle auch gekrümmte Verläufe aufweisen.
Die Führungsfunktion für die Ladeluft mit entsprechend positiver Auswirkung auf die gleichmäßige Luftversorgung der Brennkraftmaschine wird durch die Erfindung in vorteilhafter Weise mit einem effizienten Wärmeaustausch zwischen Ladeluft und Kühlluft verbunden, wobei die geschilderte Ausgestaltung insbesondere von Vorteil für die Ausbildung von Ladeluftkühler und Luftverteiler als Spritzeinheit, insbesondere als Kunststoff spritzeinheit, ist, die sich bei schmalen Kanalspalten vergleichsweise dünnwandig gestalten lässt, so dass auch bei Materialien mit schlechterer Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Kunststoff im Vergleich zu Aluminium, noch gute Kühlleistungen erreicht werden.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend mit weiteren Details an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:
1 eine Schemadarstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit im Abgasweg liegendem Turbolader und mit in der Luftzuführung liegendem Luftverteiler mit integriertem Ladeluftkühler,
2 eine stark schematisierte Darstellung eines Ausschnittes des Ladeluftkühlers zur Veranschaulichung der diesen durchsetzenden Ladeluft- und Kühlluftkanäle, und
3 eine der 2 entsprechende Darstellung, teilweise im Schnittpunkt.
In der schematisierten Draufsicht gemäß 1 ist mit 1 eine als Hubkolben-Brennkraftmaschine ausgebildete Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Zylinder bei 2 angedeutet sind. Der Abgasstrang 3 weist anschließend an die Zylinder 2 Abgaskrümmer 4 auf, die auf ein Abgasrohr 5 münden, das auf die das nicht dargestellte Turbinenrad aufnehmende Antriebsseite 6 des Turboladers 7 ausläuft, dessen Verdichterseite mit 8 bezeichnet ist. Der von der Antriebsseite 6 ausgehende Teil 9 des Abgasstranges ist nur angedeutet, ebenso wie die Luftzuführung 10 auf die Verdichterseite 8, deren über das Turbinenrad angetriebenes Verdichterrad die Ladeluft über einen Luftkanal 11 auf den Luftverteiler 12 fördert, der, wie schematisch angedeutet, über Luftrohre 13 einlassseitig an die Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist. In den Luftverteiler 12 ist ein Ladeluftkühler 14 integriert, und der Luftkanal 11 läuft bei längsseitiger Anströmung des sich längs der Brennkraftmaschine 1 erstreckenden Luftverteilers 12, sich in Anströmrichtung verjüngend, auf den Luftverteiler 12 aus, wobei der trichterförmige Anströmbereich mit 15 bezeichnet ist. Die Anströmseite des Luftverteilers 12 ist mit 16 bezeichnet, die Abströmseite, im Übergang auf die Luftrohre 13, mit 17.
In den in den 2 und 3 dargestellten Ausschnittsquadern 18, die Bereiche des in den Luftverteiler 12 integrierten Ladeluftkühlers 14 zeigen, sind mit 20 die auch in 1 angedeuteten Ladeluftkanäle bezeichnet, die als umfangsgeschlossene und stirnseitig offene Kanäle die Anströmseite 16 mit der Abströmseite 17 verbinden. Abgetrennt gegeneinander sind die Ladeluftkanäle 20 über Führungswände 21, die als Hohlwände gestaltet sind und Kühlluftkanäle 22 bilden, welche quer zu den Ladeluftkanälen 20 verlaufen und, bezogen auf die Durchströmungsrichtung 23 der Ladeluftkanäle 20, von der Anströmseite 16 auf die Anströmseite 17 stirnseitig geschlossen sind und in Richtung ihrer in Durchströmungsrichtung 23 verlaufenden Kanten offen. Hierdurch bildet in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Einheit aus Luftverteiler 12 und Ladeluftkühler 14 ein Kanalgitter mit, bezogen auf eine stehend angeordnete Brennkraftmaschine 1, liegenden Ladeluftkanälen 20 und quer hierzu durchströmbaren, aufrechten Kühlluftkanälen 22, so dass für die Kühlluftdurchströmung die Konvektion zumindest unterstützend zum Tragen kommt. Darüber hinaus kann die Kühlluftströmung – in 2 durch die Pfeile 24 in ihrer Richtung angezeigt – durch Nutzung des Fahrwindes und/oder über Gebläse verstärkt werden.
Das durch die Ladeluftkanäle 20 und die Kühlluftkanäle 22 gebildete Kanalgitter weist sowohl für die Ladeluftkanäle 20 wie auch für die Kühlluftkanäle 22 verhältnismäßig schmale Kanalspalte auf, wie bei 25 angedeutet, und es liegen diese Kanalspalte größenordnungsmäßig bevorzugt im Bereich von etwa 1,5 bis 4 mm, wobei im Ausführungsbeispiel eine Spaltweite von 25 mm angenommen ist. Die Kanalwände 26, die jeweils die Ladeluftkanäle 20 gegen die Kühlluftkanäle 22 abgrenzen, haben bevorzugt eine Dicke von etwa 1 bis 3 mm, im Ausführungsbeispiel von 1,5 mm, so dass sich ein verhältnismäßig engmaschiges Kanalgitter ergibt, das auf Grund des sich kreuzenden Verlaufes der Ladeluftkanäle 20 und der Kühlluftkanäle 22 eine hohe Eigensteifigkeit aufweist, so dass sich trotz der Doppelfunktion eine leichte Bauweise realisieren lässt.

Claims

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit im Abgasweg liegendem Turbolader, mit einem Ladeluftkühler, der als Luft-Luft-Kühler ausgebildet ist, und mit auf die Brennkraftmaschine ausmündenden Luftrohren und einem stromauf derselben vorgesehenen Luftverteiler, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkühler (14) in den Luftverteiler (12) integriert ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkühler (14) und der Luftverteiler (12) bei sich kreuzenden Ladeluftkanälen (20) und Kühlluftkanälen (22) als gespritzte Baueinheit, insbesondere als Kunststoffspritzeinheit ausgebildet sind.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverteiler (12) mit in Richtung der Luftrohre (13) sich erstreckenden Führungswänden (21) versehen ist, die Ladeluftkanäle (20) gegeneinander abgrenzen und dass die Führungswände (21) als in Durchströmungsrichtung der Ladeluftkanäle (20) geschlossene und quer hierzu durchströmbare Hohlwände ausgebildet sind und Kühlluftkanäle (22) umgrenzen.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ladeluftkanäle (20) und Kühlluftkanäle (22) über jeweils eine gemeinsame Kanalwand (26) getrennt sind.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei quer zur Erstreckungsrichtung der Luftrohre (13) in Längsrichtung der Brennkraftmaschine (1) verlaufendem Luftverteiler (12) sich die Führungswände (21) quer zur Längsrichtung des Luftverteilers (12) erstrecken.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Längsrichtung des Luftverteilers (12) verlaufende Ladeluftzuführung auf den Luftverteiler (12) vorgesehen ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf eine stehende Einbaulage der Brennkraftmaschine (1) die Kühlluftkanäle (22) aufrecht verlaufen.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlluftkanäle (22) und Ladeluftkanäle (20) Strömungsquerschnitte etwa gleicher Größe aufweisen.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Kanalspalte (25) von Kühlluftkanälen (22) und Ladeluftkanälen (20) etwa gleiche Weite aufweisen.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der zwischen Kühlluftkanälen (22) und Ladeluftkanälen (20) liegenden, gemeinsamen Kanalwände (26) kleiner als die Weite der Kanalspalte (25) ist.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite der Kanalspalte (25) etwa bis zum Dreifachen der Dicke der Kanalwände (26) reicht.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite der Kanalspalte (25) etwa dem 1,5- bis 2,5-fachen der Dicke der Kanalwände (26) entspricht.
Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände eine kunststofftechnisch erzeugte Oberflächenstruktur besitzen, die zu einem verbesserten Wärmetausch führt.