-
Die
Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler für eine Verbrennungskraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
In
der am Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung noch unveröffentlichten
Deutschen Patentanmeldung
DE
10 2004 049 027:9 des Anmelders ist ein Ladermodul für eine Verbrennungskraftmaschine
in V-Bauweise beschrieben, das einen mechanischen Lader und einen
Ladeluftkühler
der eingangs genannten Art mit zwei links und rechts des Laders
angeordneten, zwischen eine Befestigungsplatte und einen Luftverteilerdeckel
des Ladermoduls eingefügten
Kühlerelementen
umfasst.
-
Um
den Kühlerelementen
eine zum Einspannen zwischen der Befestigungsplatte und dem Luftverteilerdeckel
ausreichende Stabilität
zu verleihen und an ihrer Ober- und Unterseite für eine luftdichte Verbindung
zur Befestigungsplatte bzw. zum Luftverteilerdeckel zu sorgen, müssen die
Kühlerelemente mit
einem stabilen Gussgehäuse
versehen werden.
-
Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ladeluftkühler bereitzustellen,
der sich einfach herstellen und montieren lässt, für eine hohe Kühlleistung
sorgt und eine stabile Anbindung an andere Komponenten ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Ladeluftkühler
ein Kühlerelement
umfasst, das durch eine Eintrittsöffnung in ein Gehäuse eingeschoben
und im Inneren des Gehäuses
von der Ladeluft durchströmt
wird.
-
Durch
die erfindungsgemäße Merkmalskombination
kann das Kühlerelement
in Leichtbauweise aus dünnem
Aluminiumblech hergestellt und damit sowohl die von der Ladeluft
umströmte
Oberfläche der
Kühlkanäle als auch
der Wärmeübergang
von der Ladeluft auf das Kühlwasser
verbessert werden, während
das getrennt vom Kühlerelement
hergestellte Gehäuse
als stabiles Gussteil ausgebildet werden kann, das dem Ladeluftkühler die
gewünschte
Strukturfestigkeit verleiht und eine stabile Anbindung an die Verbrennungskraftmaschine
ermöglicht.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Merkmalskombination
können
darüber
hinaus bei einer Verbrennungskraftmaschine in V-Bauweise die Kühlerelemente
für beide
Zylinderreihen in ein gemeinsames, den Lader und den Ladeluftkühler beherbergendes Gehäuse eingesetzt
werden, das vorzugsweise einen Zwischenraum zwischen den Zylinderköpfen der beiden
Zylinderreihen überbrückt. Die
hohe Stabilität und
Steifigkeit einer solchen Anordnung ermöglicht eine Verminderung der
pulsationsbedingten Geräuschentwicklung
und damit eine Verbesserung der Akustik der Verbrennungskraftmaschine.
-
Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlerelement
quer zur Strömungsrichtung
der Ladeluft in das Gehäuse
eingeschoben ist und einen von der Ladeluft durchströmten Luftkanal
begrenzt, in dem mehrere von Kühlwasser
durchströmte
Kühlrippen
des Kühlerelements
angeordnet sind. Die Kühlrippen
sind vorzugsweise so im Kühlerelement
angeordnet, dass sie im Querstrom zu der durch das Gehäuse strömenden Ladeluft
vom Kühlwasser
durchströmt
werden.
-
Um
die bei ihrer Verdichtung erwärmte
Ladeluft in das Gehäuse
zuzuführen
bzw. nach ihrer Abkühlung
wieder aus dem Gehäuse
abzuführen,
ist das Gehäuse
zweckmäßig an entgegengesetzten Seiten
mit mindestens einer Lufteinlassöffnung
bzw. mindestens einer Luftauslassöffnung versehen, wodurch der
Luftweg durch das Gehäuse
so kurz wie möglich
gehalten und damit das Ansprechverhalten verbessert werden kann.
-
Die
mindestens eine Lufteinlassöffnung
und die mindestens eine Luftauslassöffnung sind bevorzugt an entgegengesetzten
Längsseiten
des Gehäuses
angeordnet, um den Querschnitt des von der Ladeluft durchströmten Luftkanals
bei gleichen Gehäuseabmessungen
möglichst
groß zu
machen, während
sich die Eintrittsöffnung
zum Einschieben des Kühlerelements
vorzugsweise an einer Stirnseite des Gehäuses befindet und das Kühlerelement
mit seinem Stirnende voran aufnimmt, da eine kleine Eintrittsöffnung die
Abdichtung nach dem Einschieben erleichtert.
-
Um
eine einseitige Abstützung
des Kühlerelements
im Gehäuse
und/oder einen Vorbeitritt von Ladeluft zwischen dem in Einschubrichtung
vorderen Stirnende des Kühlerelements
und dem Gehäuse
zu vermeiden, weist das Gehäuse
zweckmäßig eine
der Eintrittsöffnung
gegenüberliegende
Ausnehmung auf, in der sich das in Einschubrichtung vordere Stirnende
des Kühlerelements
auf dem Gehäuse
abstützt.
Die Ausnehmung kann als Gehäuseöffnung ausgebildet
sein, die nach dem Einschieben des Kühlerele ments ebenso wie die
Einschuböffnung durch
ein Stirnende des Kühlerelements
luftdicht verschlossen wird.
-
Zur
Befestigung des Kühlerelements
im Gehäuse
kann dieses entweder mittels einer Klemm- oder Halteschraube oder
mittels eines anderen Befestigungselements in seiner Lage festgehalten
und zur Abdichtung des Gehäuses
im Bereich der Gehäuseöffnungen
mit einer oder mehreren Dichtungen versehen sein. Bevorzugt wird
das Kühlerelement
jedoch in das Gehäuse
eingeklebt, wobei der verwendete Kleber gleichzeitig für eine Abdichtung
des Gehäuses
im Bereich der Gehäuseöffnungen
sorgt.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1:
eine perspektivische Oberseitenansicht eines Ladermoduls für einen
Verbrennungskraftmaschine in V-Bauweise mit einem Gehäuse, in das
ein mechanischer Lader und zwei Kühlerelemente eines Ladeluftkühlers eingesetzt
sind;
-
2:
eine teilweise weggeschnittene perspektivische Schnittansicht entlang
der Linie II-II
der 1;
-
3:
eine Ansicht entsprechend 2, jedoch
mit einer anderen Art der Befestigung der Kühlerelemente und der Abdichtung
des Gehäuses.
-
Das
in der Zeichnung dargestellte Ladermodul 1 für eine als
6-Zylinder-V-Motor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine besteht
im Wesentlichen aus einem mechanischen Lader (nicht dargestellt)
und einem Ladeluftkühler,
der zwei beiderseits des Laders in ein Gehäuse 2 des Ladermoduls 1 eingeschobene
Kühlerelemente 3, 4 umfasst.
-
Bei
dem mechanischen Lader handelt es sich um einen nach dem Verdrängungsprinzip
arbeitenden Verdichter mit oder ohne innere Verdichtung, der zum
Beispiel als Roots-Verdichter,
als Schraubenverdichter vom Typ Lysholm oder als Radialverdichter
ausgebildet sein kann.
-
Der
durch eine stirnseitige Montageöffnung 5 in
das Gehäuse 2 des
Ladermodul 1 einsetzbare Lader umfasst in bekannter Weise
zwei Drehkolben oder Rotoren mit parallelen Drehachsen, die über ein Gleichlaufgetriebe
mit einer Antriebswelle verbunden sind, welche über einen Riementrieb von der
Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Durch
den Antrieb des Laders wird Ladeluft durch eine Luftansaugöffnung 6 am
hinteren Stirnende des Gehäuses 2 in
den Lader angesaugt (Pfeil A in 1). Nach
dem Hindurchtritt durch den Lader (Pfeil B und C in 1)
wird die beim Verdichten erwärmte
Ladeluft im Inneren eines Luftverteilers 7 an der Oberseite
des Gehäuses 2 zu
den beiden Kühlerelementen 3, 4 geleitet
und gleichmäßig auf
die beiden Kühlerelemente 3, 4 verteilt
(Pfeile D in 1).
-
Das
einstückig
im Sandgussverfahren aus Aluminium hergestellte Gehäuse 2 weist
in seinem Inneren beiderseits des Laders zwei Ausnehmungen 8 (2 und 3)
auf, die jeweils zur Aufnahme von einem der beiden Kühlerelemente 3, 4 dienen und
sich mit einem im Wesentlichen rechteckigen Öffnungsquerschnitt von vorne
nach hinten durch das Gehäuse 2 erstrecken.
-
Die
beiden Ausnehmungen 8 werden im Inneren des Gehäuses auf
ihrer Oberseite und ihrer Unterseite jeweils von Wänden 9, 10 begrenzt,
die mit Lufteinlassöffnungen 11 bzw.
mit Luftauslassöffnungen 12 versehen
sind, so dass die verdichtete und erwärmte Ladeluft aus dem Luftverteiler 7 von oben
nach unten durch die beiden Ausnehmungen 8 hindurch geleitet
(Pfeile E in 1, 2 und 3) und
nach ihrem Austritt aus den Luftauslassöffnungen 12 durch
die Zylinderköpfe
hindurch direkt in die Zylinder zugeführt werden kann.
-
An
der vorderen und an der hinteren Stirnseite 13 bzw. 14 des
Gehäuses 2 weisen
die Ausnehmungen 8 jeweils eine Öffnung 15 bzw. 16 auf,
von denen die Öffnung 15 in
der Stirnseite 13 als Einschuböffnung für das jeweilige Kühlerelement 3, 4 dient.
Dieses wird nach dem Einschieben im Bereich der beiden Öffnungen 15, 16 vom
Gehäuse 2 abgestützt und
gehalten, wobei es die beiden Öffnungen 15, 16 jeweils
luftdicht verschließt.
-
Die
in Leichtbauweise aus Aluminiumblech gefertigten Kühlerelemente 2, 3 weisen
jeweils ein längliches
quaderförmiges
Kühlergehäuse 17 auf, das
an seiner Ober- und Unterseite offen ist und einen vertikalen Luftkanal 18 mit
einem rechteckigen Querschnitt begrenzt. Der Luftkanal 18 erstreckt
sich von oben nach unten durch das Kühlergehäuse 17 und enthält eine
Mehrzahl von parallelen, vertikal ausgerichteten Kühlrippen 19,
die sich in Einschubrichtung der Kühlerelemente 3, 4 von
einem Wasserkasten 20 am vorderem Stirnende der Kühlerelemente 3, 4 bis
zu einem Wasserkasten 21 am hinteren Stirnende der Kühlerelemente 3, 4 erstrecken,
wobei sie in Längsrichtung
der Kühlerele mente 3, 4,
d.h. im Querstrom zu der durch den Luftkanal 18 strömenden Ladeluft
(Pfeile E) von Kühlwasser
durchströmt werden.
Das Kühlwasser
wird durch einen am vorderen Stirnende jedes Kühlerelements 3, 4 angeordneten
Kühlwassereinlass 22 in
das Kühlerelement 3, 4 zugeführt und
strömt
nach seinem Hindurchtritt durch die Kühlrippen 19 durch
einen darüber
angeordneten Kühlwasserauslass 23 wieder
aus dem Kühlerelement 3, 4 aus.
-
Zur
Befestigung der Kühlerelemente 3, 4 im Gehäuse 2 und
zur Abdichtung der beiden Öffnungen 15, 16 ist
das in 2 dargestellte Kühlerelement 4 an seinen
entgegengesetzten Stirnenden jeweils mittels eines Klebers 24, 25 in
das Gehäuse 2 eingeklebt,
der eine äußere Umfangsfläche des
Wasserkastens 20 bzw. 21 umgibt und einen umlaufenden Spalt 26 zwischen
dem Stirnende des Kühlerelements 4 und
einem gegenüberliegenden
Begrenzungsrand der Öffnung 15 bzw. 16 luftdicht
verschließt.
-
Das
in 3 dargestellte Kühlerelement 4 wird
in der Ausnehmung 8 von einer Befestigungsschraube 27 gehalten,
die durch einen Begrenzungsrand 28 der Einschuböffnung 15 hindurch
in eine Gewindebohrung 29 in der Oberseite des benachbarten Stirnendes
des Kühlerelements 4 eingeschraubt
ist. Zur Abdichtung der Öffnungen 15, 16 sind
die Wasserkästen 20, 21 des
in 3 dargestellten Kühlerelements 4 an
ihrer Außenseite
jeweils mit einer umlaufenden Nut 30 versehen, in die ein
nach außen überstehender
Dichtring 31 eingesetzt ist. Nach dem Einschieben des Kühlerelements 4 in
die Ausnehmung 8 des Gehäuses 2 liegen die
Dichtringe 31 im Bereich der Öffnungen 15, 16 dichtend
gegen einen gegenüberliegenden
Begrenzungsrand der Öffnung 15 bzw. 16 an.
Alternativ kann die Nut mit dem Dichtring auch im Gehäuse ausgebildet
sein und gegen eine äußere Begrenzungsfläche der
Wasserkästen anliegen.
-
Das
Ladermodul 1 wird vor oder nach dem Einsetzen der Kühlerelemente 3, 4 derart
an den beiden Zylinderköpfen
der Verbrennungskraftmaschine montiert, dass das Gehäuse 2 mit
seiner ebenen Unterseite unterhalb der Kühlerelemente 3, 4 gegen
die komplementären
Oberseiten von zwei auf den Zylinderköpfen der Verbrennungskraftmaschine
sitzenden Klappenflanschen (CVTS-Flanschen) anliegt, wobei die Luftauslassöffnungen 12 mit
entsprechenden Lufteintrittsöffnungen
in den Klappenflanschen fluchten, so dass die aus den Kühlerelementen 3, 4 austretende
gekühlte
Ladeluft durch die Luftauslassöffnungen 12 direkt
in die zu den Zylindern führenden Luftkanäle im Zylinderkopf
strömt.
-
Die
Befestigung des Ladermoduls 1 erfolgt mit Hilfe von Befestigungsschrauben,
die durch Durchgangsbohrungen 32 (1) im Gehäuse (2)
in Gewindebohrungen der Klappenflansche eingeschraubt werden.
-
- 1
- Ladermodul
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kühlerelement
- 4
- Kühlerelement
- 5
- Montageöffnung
- 6
- Luftansaugöffnung
- 7
- Luftverteiler
- 8
- Gehäuseausnehmung
- 9
- obere
Begrenzungswand
- 10
- untere
Begrenzungswand
- 11
- Lufteinlassöffnungen
- 12
- Luftauslassöffnungen
- 13
- Stirnseite
des Gehäuses
- 14
- Stirnseite
des Gehäuses
- 15
- Einschuböffnung
- 16
- Gehäuseöffnung
- 17
- Kühlergehäuse
- 18
- Luftkanal
- 19
- Kühlrippen
- 20
- Wasserkasten
- 21
- Wasserkasten
- 22
- Kühlwassereinlass
- 23
- Kühlwasserauslass
- 24
- Kleber
- 25
- Kleber
- 26
- Spalt
- 27
- Befestigungsschraube
- 28
- Begrenzungsrand
- 29
- Innengewinde
- 30
- Nut
- 31
- Dichtring
- 32
- Durchgangsbohrungen
- A,
B, C, D, E
- Luftströmungspfeile