DE69919583T2 - Vorrichtung für eine brennkraftmaschine mit aufladung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die einen Lader für die Verdichtung von dem Motor zugeführter Verbrennungsluft und einen Kühler zum Kühlen der verdichteten Verbrennungsluft mittels eines Wärmetauschers umfaßt, durch den ein Kühlmittel strömt, wobei diese Vorrichtung von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art ist.
  • Eine Verdichtung der Verbrennungsluft, normalerweise als Ladeluft bezeichnet, führt zu unerwünschter Aufheizung der Luft. Es ist deshalb üblich, die Ladeluft auf ihrem Weg zum Motor durch einen Zwischenkühler treten zu lassen. Es ist schwierig, im üblicherweise gut gefüllten Motorraum Platz zu finden, um einen Zwischenkühler unterzubringen, und überdies muß der Kühler mit Hilfe robuster Halterungen im Motorraum befestigt werden, was auch für den eigentlichen Lader selbst gilt. Ebenfalls benötigt werden Schläuche und Befestigungsmittel, die den Lader und den Zwischenkühler miteinander verbinden. Außerdem ist es erforderlich, dass genügend Platz zur Verfügung steht um die Verbindungen und die Kontrolle und Wartung dieser Teile zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache Lösung zur Überwindung dieser Probleme zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die die in Anspruch 1 dargelegten kennzeichnenden Merkmale aufweist. Ein äußerst kompakter und wirksamer, leicht am Motor zu befestigender Zwischenkühler ist dadurch geschaffen worden, dass die Kühlvorrichtung, der Zwischenkühler, in einem Gehäuse angeordnet, das mit den Einlaßkanälen des Motors unmittelbar verbundene Auslaßkanäle aufweist, die Kühlvorrichtung in der beschriebenen Weise gestaltet und diese Vorrichtung gegenüber wenigstens dem Großteil der Auslaßöffnungen angeordnet ist, so dass die Kühlvorrichtung über ihre gesamte Länge mit der durch die Auslaßöffnungen austretenden Ladeluft in Kontakt steht.
  • In der in Anspruch 2 definierten Ausführungsform weist das die Verteilerkammer bildende Gehäuse eine stabile Konstruktion mit einer zu öffnenden Abdeckung auf, die es ermöglicht, den Wärmetauscher aus dem Gehäuse zu Kontroll- und Reinigungszwecken herauszuziehen und dann leicht wieder in das Gehäuse einzusetzen. Wie in Anspruch 5 beschrieben, ist es im Falle dieser Besonderheit mit Aufnahmen, die in das Gehäuse integriert sind und den Wärmetauscher fassen, möglich, das Gehäuse, falls erforderlich, als Träger für den Lader zu verwenden, wobei eine solche Nutzung als Träger auch in anderer Hinsicht anwendbar ist. Für diesen Zweck ist das Gehäuse stark genug und es leitet auch die heiße Ladeluft vom Auslaß des Laders direkt zum Wärmetauscher der Kühlvorrichtung und von dort zu den Zylindern, ohne irgendwelche dazwischenliegenden Schlauchverbindungen aufzuheizen.
  • Eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung hat die in Anspruch 3 dargelegten kennzeichnenden Merkmale, wodurch eine gleichmäßige Kühlung der Ladeluft bis zu den verschiedenen Zylindern erreicht wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend im Detail anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine teilweise ausgebrochene, perspektivische Ansicht eines Verbrennungsmotors mit einem Lader und einer Kühlvorrichtung;
  • 2 eine geschnittene Seitenansicht eines Lader- und Kühlvorrichtungsgehäuses;
  • 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2;
  • 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 2;
  • 5 eine Ansicht mit Blickrichtung auf die Auslaßöffnungen des Gehäuses in 3;
  • 6 einen Längsschnitt durch ein Ende des in 1 abgebildeten Wärmetauschers;
  • 7 eine Stirnansicht des Wärmetauschers in 6;
  • 8 einen Längsschnitt durch den Wärmetauscher in 6 und 7 mit umgebender Aufnahme und Abdeckelementen, die die Enden dieser Aufnahme verschließen.
  • 1 zeigt die Umrisse eines Vierzylinder-Reihen-Verbrennungsmotors 1 mit vier Einlaßkanälen 2, die mit Öffnungen 3 in einem Gehäuse 4 verbunden sind, das eine Verteilerkammer 5 für die aus einem Lader 6 austretende verdichtete Verbrennungsluft bildet. Der Lader steht mit der Verteilerkammer 5 durch eine Öffnung 7 in den sich gegenüberliegenden Wänden des Gehäuses 4 und des Laders 6 in Verbindung. Im dargestellten Fall umfaßt der Lader 6 einen Schraubenverdichter mit zwei Schraubenrotoren, von denen einer von einer Riemenscheibe 8 antreibbar ist, die mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist und eine über einen Zahnriemen 9 mit diesem Schraubenrotor verbundene Riemenscheibe 10 antreibt. Der Lader hat einen an einen (nicht gezeigten) Luftfilter angeschlossenen Einlaßkanal 12, der ein Regelventil 11 umfaßt. Wenn auch nicht gezeigt, ist der Lader 6 fest mit einer Seite des Motors verschraubt, und das Gehäuse 4 ist fest mit der Oberseite des Laders verschraubt sowie mit vier Einlaß- oder Ansaugkanälen 2 verbunden.
  • Das Gehäuse 4 nimmt eine Kühlvorrichtung 13 auf, die zwei zueinander parallele und in Reihe geschaltete Wärmetauscherröhren 14, 15 besitzt, die sich, gesehen in der Strömungsrichtung der Verbrennungsluft, vor den Öffnungen 3 der Einlaßkanäle 2 erstrecken, dünne außenseitige Querlamellen aufweisen, zwischen denen die verdichtete Verbrennungsluft strömt, während sie von diese Röhren umgebenden Aufnahmen 16, 17 geführt werden, und mit sich axial erstreckenden Schlitzen 20, 21 versehen sind. Ein Kühlmittel strömt in einer Richtung axial durch die Röhre 15 und in der Gegenrichtung durch die Röhre 16 durch Einlaß- und Auslaßstutzen 18, 19, die mit (nicht gezeigten) Schläuchen mit einem separaten Kühler K verbunden sind, der durch den erzeugten Gleitstrom gekühlt wird.
  • Die 2–8 zeigen prinzipiell den gleichen Lader und die gleiche Kühlvorrichtung, einen Zwischenkühler, wie oben beschrieben, wenngleich die dargestellte Ausführungsform für die Versorgung eines fünfzylindrigen Verbrennungsmotors mit gekühlter Ladeluft ausgelegt ist. Wie in 2 zu erkennen ist, werden das Gehäuse 4 und der daran befestigte Lader 6 als Einheit an dem (nicht gezeigten) Motor montiert, indem die Öffnungen 3 in dem Gehäuse 4 über die Einlaßkanäle 2 des Motors geschoben werden und danach der Lader 6 mit Hilfe von Befestigungsflanschen 22 und -schrauben 23 am Motor festgespannt wird, wobei der Zahnriemen 9 auf die zugehörigen Riemenscheiben 8 und 10 aufgezogen wird.
  • Wie aus 2 deutlich wird, wird die aus dem Lader 6 austretende Ladeluft durch die Öffnung 7 über die Verteilerkammer 5 in die Ansaugkanäle 2 des Motors gepreßt. Damit muß die Ladeluft die Kühlvorrichtung 13 passieren, die in 1 gezeigt und in 2 und 3 durch die Aufnahmen 16, 17 mit den axialen Schlitzen 20, 21 dargestellt ist, in welche die Wärmetauscherröhren 14, 15 (im Detail in 6, 7 und 8 gezeigt) mit den außenseitigen Kühlrippen einsetzbar sind. Verschließen lassen sich die Aufnahmen 16, 17 auf einer Seite mittels zweier Abdeckelemente 24, 25 mit Rohrstutzen 18, 19 und auf der anderen Seite mittels eines Abdeckelementes 26, das einen Überstromkanal für flüssiges Kühlmittel bildet, das durch den Rohrstutzen 18, weiter durch feine, axial verlaufende Gänge 27 in der Wand der Röhre 14 und dann zurück durch feine, axial verlaufende Gänge 28 in der Wand der Röhre 15 und von dort nach außen durch den Rohrstutzen 19 geleitet wird. Wie zuvor erwähnt, sind die Röhren 14, 15 außen mit dünnen Umfangskühlrippen 29 versehen. Wie aus 8 ersicht lich ist, ist ein O-Ring an jedem Ende der Röhren 14, 15 zwischen den äußersten Kühlrippen 29 und den jeweiligen Abdeckelementen 24, 25, 26 eingepaßt, so dass das Kühlmittel zu den Gängen 27, 28 geleitet und davon abgehalten wird, mit den Kühlrippen 29 in Kontakt zu geraten.
  • Die eigentliche Kühlvorrichtung 13 besteht aus den in den 1 und 6–8 abgebildeten Wärmetauscherröhren 14, 15, wobei die Ladeluft zwischen den Lamellen 29 der Röhren in einer Richtung quer zu diesen strömt und diese Röhren durch das flüssige Kühlmittel gekühlt werden, das in einem geschlossenen Kreislauf strömt, der von den Gängen 27, 28, dem Kühler K und den (nicht gezeigten) Schlauchverbindungen zwischen dem Kühler und den Rohrstutzen 18, 19 gebildet wird. Die Ladeluft wird in engem Kontakt mit den Lamellen 29 durch die Röhrenaufnahmen 16, 17 geführt, die mittels Schlitzen, 20, 21 die Strömung der Ladeluft direkt auf den Großteil der Auslaßöffnungen 3 und indirekt auf die beiden äußersten Öffnungen 3 leiten, wenn es aus Platzgründen, wie in den 3–5 dargestellt, für erforderlich gehalten wird. Dennoch wird die Luft gleichmäßig auf alle Auslaßöffnungen 3 verteilt. Durch den Einsatz zweier in Reihe geschalter Wärmetauscherröhren 14, 15 ist auch die Temperaturverteilung der gekühlten Ladeluft gleichmäßig in Bezug auf alle Auslaßöffnungen 3.
  • Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls in Verbindung mit Verbrennungsmotoren in V-Form einsetzbar ist, wobei der Lader mit Zwischenkühler in diesem Fall zwischen den Zylinderreihen mit in entgegengesetzte Richtungen weisenden Auslaßöffnungen 3 angeordnet werden kann.
  • Es versteht sich weiterhin, daß die Erfindung nicht auf die abgebildeten und beschriebenen Ausführungen beschränkt ist und daß Modifikationen im Rahmen der in den begleitenden Ansprüchen beschriebenen Erfindung möglich sind. Beispielsweise könnten andere Arten von länglichen Wärmetauschern Verwendung finden. Darüber hinaus sind andere Typen von Ladern vorstellbar, z. B. Lader, die durch Motorabgase angetrieben werden, auch wenn solche Lösungen weniger vorteilhaft als die in dieser Schrift erläuterten Lösungen sind.
  • Es wird angenommen, daß es sich bei dem verwendeten Kühlmittel um Wasser, wahlweise mit einem Glykolzusatz, handelt. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, beispielsweise bei hohen Umgebungstemperaturen, kann die Zwischenkühlmöglichkeit unzureichend sein. Man hat herausgefunden, daß ein Temperaturanstieg der Ansaugluft um nur einige Grade schwerwiegende, unerwartete Nachteile für den Betrieb des Motors zur Folge hat. Diesbezüglich kann eine verstärkte Kühlung eine sehr große Rolle spielen, weswegen es ratsam sein kann, zu diesem Zweck ein Kühlmittel einzusetzen, das üblicherweise in einer Kühlanlage, vorzugsweise in einer Klimaanlage, verwendet wird.

Claims (5)

  1. Eine Vorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), die einen Lader (6) für die Verdichtung von dem Motor zugeführter Verbrennungsluft und eine Kühlvorrichtung (13) zum Kühlen der verdichteten Verbrennungsluft mittels eines Wärmetauschers umfaßt, der Röhrenelemente (14, 15) besitzt, durch die ein Kühlmittel strömt und die außenseitig mit der verdichteten Verbrennungsluft in Kontakt stehen, wobei Einlaßkanäle (2) von Zylindern des Motors direkt mit Auslaßöffnungen (3) verbunden sind, die den jeweiligen Einlaßkanälen zugeordnet und in einem Gehäuse (4) ausgeformt sind, das mit dem Lader (6) in Verbindung steht, eine Verteilerkammer (5) für die verdichtete Verbrennungsluft bildet und in der die Röhrenelemente (14, 15) in dem Wärmetauscher vor wenigstens dem Großteil der Auslaßöffnungen (3) befestigt sind, womit die verdichtete Verbrennungsluft quer zu den Auslaßöffnungen (3) hin strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhrenelemente (14, 15) des Wärmetauschers in zylindrischen Aufnahmen (16, 17) eingebaut sind, die sich in Längsrichtung erstreckende Schlitze (20, 21) enthalten und die als Einheit mit der Ummantelung eine Trennwand bilden, die lediglich durch die Schlitze (20, 21) durchbrochen wird, wobei vorgesehen ist, die verdichtete Verbrennungsluft durch diese in die Räume zwischen den Röhrenelementen (14, 15) und den Aufnahmen ein- und durch diese Räume in einer Richtung auf die Auslaßöffnungen (3) in dem Gehäuse auszuleiten.
  2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) wenigstens an einem Ende der Kühlvorrichtung (13) mit einer Öffnung versehen ist, die sich durch die Wand des Gehäuses (4) erstreckt, wobei die Öffnung dazu vorgesehen ist, das Einführen der Röhrenelemente (14, 15) in die Aufnahmen (16, 17) zu erlauben, und die Öffnung mit einem Deckglied (24–26) verschließbar ist, das einen Kühlmitteleinlaß (18) und einen Kühlmittelauslaß (19) aufweist.
  3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher zwei zueinander parallele und in Reihe geschaltete Röhren (14, 15) besitzt, durch die flüssiges Kühlmittel fließt.
  4. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhrenelemente (14, 15) des Wärmetauschers äußere Querlamellen (29) aufweisen, die sich radial nach außen zu den umgebenden Aufnahmen (16, 17) hin erstrecken.
  5. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Verteilerkammer (5) bildende Gehäuse (4) eine Wand aufweist, die eine Einlaßöffnung (7) für verdichtete Verbrennungsluft aufweist, wobei das Ladergehäuse mit einer sich mit der Einlaßöffnung (7) des Gehäuses deckenden Auslaßöffnung (7) für verdichtete Verbrennungsluft an dieser Wand angeordnet ist.
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