DE3100021C2

DE3100021C2 - Kraftstoffkühler für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3100021C2
Application number: DE3100021A
Authority: DE
Inventors: Udo 7530 Pforzheim-Eutingen Erlenmayer; Reinhard Dipl.-Ing. 7540 Neuenbürg-Arnbach Gropp; Peter 7532 Niefern Schüttler; Hans Dipl.-Ing. 7530 Pforzheim Zenn
Original assignee: Daimler Benz AG; Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 1981-01-02
Filing date: 1981-01-02
Publication date: 1984-10-31
Also published as: DE3100021A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffkühler für den vom Tank zum Motor strömenden Kraftstoff, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse, das axial von einem Kühlmittel durchströmt wird, während der Kraftstoff über radiale Anschlüsse axial verlaufende Ringräume im Gehäuse durchströmt. Erfindungsgemäß sind die wärmetauschenden Flächen der Ring räume im Kraftstoffkühler als Wellschläuche ausgebildet und die radial benachbarten Ringräume am einen Ende durch eine Umlenkung miteinander verbunden. Man erhält dadurch hohe Wärmeübergangszahlen bei vergleichsweise geringem Druckverlust für die durchströmenden Medien. Außerdem können zwei radial benachbarte Ringräume vom Kraftstoff nacheinander durchströmt werden, so daß sich die Wärmeübertragungsfläche nahezu verdoppelt. Schließlich können die eingesetzten Wellschläuche auftretende Wärmedehnungen ohne nennenswerten Spannungsaufbau kompensieren.

Description

durch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (6) dick- 25 tauscher bekannt, dessen wärmeübertragende Flächen

wandig und/oder aus schlecht wärmeleitendem Material hergestellt ist.

4. Kraftstoffl<ühler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellschläuche (4,5) ein eiwasinusför-.nigcs Profil aufweisen.

5. Kraftstoffkühler nach einem jer vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellschläuche (4, 5) durch Abstandhalter radial am Rohrstück (6) abgestützt sind.

6. Kraftstoffkühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter schräg zur Strömungsrichtung angestellt sind.

7. Kraftstoffkühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das eine Ende des inneren Wdlschlauches (4). des Rohrstückes (6), des äußeren Wcllschlauchcs (5) und des zylindrischen Gehäuses (1) an einem koaxial angeordneten, gemeinsamen Anschlußring (17) bedurch gewellte Rohre gebildet sind. Dabei wird das eine Medium auf einen inneren und einen äußeren Ringraum aufgeteilt, während das andere Medium in einen dazwischenliegenden Ringraum strömt. Die Durchströmung

jo erfolgt jeweils axial, der Anschluß über radiale Stutzen. Die Konstruktion dieses bekannten Wärmetauschers ist relativ aufwendig, da vier Wellrohre verwendet werden müssen. Wärmetechnisch ungünstig ist, daß das äußere wie auch das innere Wellrohr nicht als wärmetauschende Fläche fungieren und das auf zwei Strömungswege aufgeteilte Medium jeweils mit demselben Strömungspfad des anderen Mediums die Wi/üie austauschen muß. Schließlich ist nachteilig, daß der innere Kernraum ein Totraum ist, der nur Platz kostet und wärmetechnisch nichts bringt.

Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den eingangs beschriebenen Kraftstoffkühler dahingehend zu verbessern, daß er bei einfacher Herstellbarkcit, geringem Materialeinsatz und Ge

festigt sind, der zusätzlich die radialen Anschlüsse in 4Ί wicht eine wesentlich höhere Wärmeübertragungslei-

Form von Querbohrungen (ΙΟλ, Wa) aufweist und der die radialen Anschlüsse umgebende Längsbohrungen (20) für die Durchleitung des Kühlmittels aufweist.

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffkühler für den vom Tank zum Motor einer Brennkraftmaschine strömenden Kraftstoff, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse, das axial von einem Kühlmittel durchströmt wird, während der Kraftstoff über radiale Anschlüsse stung aufweist, wobei die Abmessungen des bekannten Kühlers nicht überschritten werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringräumc durch zwei koaxiale, beidseits eines zwischengeordneten Rohrstückes verlaufende WeIlschläuchc gebildet sind und am anderen Ende durch öffnungen des Rohrstückes untereinander verbunden sind, während die radialen Anschlüsse der Ringräume am anderen Ende angeordnet sind und daß der äußere Wellschlauch an seiner Außenseile, der innere Wellschlauch an seiner Innenseite voin Kühlmittel umströmbar ist.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß das eine Medium den Wärmetauscher in zwei hintereinandergeschal-

axial verlaufende Ringräume im Gehäuse durchströmt.

Im Zuge optimaler Verbrennung des Kraftstoffes un- t>o teten Slrömungspfaden durchströmt und sowohl beim

ter minimaler Schadstofterzeugung wird in jüngerer Zeit dazu übergegangen, den Kraftstoff vordem Eintritt in den Vergaser bzw. in die Einspritzpumpe herunterzukühlen. Man ist dabei bestrebt, bei möglichst geringen Abmessungen des Wärmetauschers einen hohen Kühl- t*> effekt, also eine hohe Wärmeübcriragungslcisiung. herbeizuführen.

Ret einem bekannten Kraftsiofikühlcr der eingangs Hinweg als auch beim Rückweg Wärme jeweils mit einem anderen Strömtingspfad des anderen Mediums austauscht. Die Wärmcüberiragungslcistung wird dadurch wesentlich verbessert.

Um die beiden benachbarten radialen Kraftstoff-Anschlüsse mit den ihnen zugeordneten Ringräumen zu verbinden, ist der äußere Ringraum zweckmäßig um den für den radialen Anschluß des inneren Ringraumes

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benötigten Platz verkürzt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeil, den Anschlußstutzen des inneren Ringraumes flüssigkeitsdichi durch den äußeren Ringraum hindurchzuführen und beide Ringräume gleich lang zu gestalten, wenn man die beiden Anschlüsse in Umfangsrichtung benachbart anordnen kann und ein Maximum an Ausiauschflä-'he anstrebt.

Weiterhin empfiehlt es sich, daß das die beiden Ringräume trennende Rohrstück dickwandig und/oder aus schlecht wärmeleitendem Material hergestellt ist. Dadurch wird der für die Kühlleistung nachteilige innere Wärmeaustausch zwischen den beiden Kraftstoffströmungen im inneren bzw. äußeren Ringraum gering gehalten.

Für die Ausbildung der Wellschläuche eignet sich besonders ein etwa sinusförmiges Profil. Man vermeidet dadurch die bei tiefen und steilen Flanken zu befürchtende Totraumbildung im Wellental und außerdem fällt bei dicäciu PrOiii uST LyFUCKVCnUSi Kaum ΪΠ5 vJcWiCiil.

Wird von dem Kraftstoffkühler eine hohe üruckbeständigkeit gefordert, so ist es vorteilhaft, die relativ flexiblen Wellschläuche durch Abstandhalter radial abzustützen. Die Anordnung dieser Abstandhalter richtet sich danach, ob im Kühlmittel- oder im Kraftstoffkreislauf der höhere Druck zu erwarten ist und stellt sicher, daß die Ringräume über ihren gesamten Querschnitt gleichmäßig durchströmt werden. Meist genügt es hierfür, wenn die Wellschläuche lokal mit Noppen od. dgl. versehen sind, durch welche sie sich an benachbarten Wänden abstützen können. Sind größere radiale Verstrebungen zur Abstandhaherung notwendig, so können diese zweckmäßigerweise als schräg zur Strömungsrichtung angestellte Flügel ausgebildet sein, um die Verwirbelung der Strömung zu unterstützen und damit den Wärmeübergang zu verbessern.

Schließlich empfiehlt es sich zur kostengünstigen Herstellung des Kraftstoffkühlers, daß jeweils das eine Ende des inneren Wellschlauches, des die Wellschläuchc trennenden Rohrstückes, des äußeren Wellschlauches

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15 Wellenbergen noch ein ausreichend hoher Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht. Ist mit erheblicher Außendruckbcanspruchung zu rechnen, so können die Wellschläuche 4 und 5 an ihrer dem Rohrstück 6 zugewandten Seite zweckmäßig mit Abstandhalten!, etwa lokalen Noppen od. dgl. bestückt sein. Diese Noppen können unmittelbar in das Wellschlauchprofi! eingeprägt werden und sich in eingebautem Zustand am Rohrstück 6 abstützen.

Während sich der innere Ringraum 7 über die gesamte Länge des Rohrstückes 6 erstreckt und an seinem Ende den Anschlußstutzen 10 aufweist, ist der äußere Ringraum 8 mit dem zugehörigen Wellschlauch 5 etwas kürzer ausgebildet, so daß sein Anschluß 11 axial neben dem Anschluß 10 positioniert werden kann. Beide Anschlüsse sind flüssigkeitsdicht in das Gehäuse 1 eingelötet. Hierfür ist das Gehäuse 1 im Durchtrittsbereich der Anschlüsse 10 und 11 flachgedrückt, iamit man eine plane Lötzonc erhält. Entsprechend kann dies auch an

2ü der Verlötung der Anschlüsse am Rohrstück 6 bzw. am äußeren Wellschlauch 5 der Fall sein.

Erfolgt die Durchströmung des Kühlers mit Kühlmittel von links nach rechts, so ist zweckmäßig der Anschlußstutzcn 10 für den Kraftstoffeinlaß, der Anschlußstutzen 11 für den Kraftstoffauslaß vorgesehen. Dadurch wird der Kraftstoff im inneren Ringraum im Gleichstrom, anschließend im äußeren Ringraum im Gegenstrom zum Kühlmittel heruntergekühlt, wodurch sich die thermodynamisch günstigsten Verhältnisse einstellen.

F i g. 2 zeigt eine konstruktiv günstige Ausbildung an dem die radialen Anschlüsse tragenden Ende des Kraftstoffkühlers. Hierzu dient ein Drehteil 17, das als Anschlußring fungiert und mehrere von innen nach außen axial abgestufte Befestigungsmögiichkeiten für die Anschlußteile bietet. Am inneren Umfang des Drehteiles 17, nahe dessen äußerem Ende, ist unter Zwischenlage eines Distan/.ringes 18 der innere Wellschlauch 4 ange-

schv. eiüi. Hierzu axial benachbart befindet sich eine und des zylindrischen Gehäuses unter axialer Abstufung 40 Querbohrung 10a für den radialen Anschluß des inneren an einem koaxial angeordneten, gemeinsamen An- Ringraumes 7. Axial weiter nach rechts versetzt ist das

Rohrstück 6 in einer entsprechenden Eindrehung des Drehteilcs 17 befestigt, während am inneren Ende des Drehieilcs unier Zwischenlage einer Hülse 19 der äußere Wellschlauch 5 befestigt ist. Dieser bildet mit dem Rohrstück 6 den äußeren Ringraum 8. Dieser äußere Ringraum 8 ist durch eine Querbohrung 11a im Drehteil 17 mit dem radialen Anschluß gemäß F ig. 1 verbunden. Damit auch die Außenseite des äußeren Wellschlauches 5 vom Kühlmittel umströmt wird, weist das Drehieil 17 Längsbohrungen 20 auf, die seitlich an den Querbohrungen 10a und 11a vorbeigehen und am einen Ende über eine Eindrehuug 21 mit der axialen Küriltnittelstrümung in Verbindung stehen, während sie am anderen 5Ί Ende in den Rir.gspalt zwischen dem äußeren Well

schlußring befestigt sind, der zusätzlich die radialen Anschlüsse in Form von Querbohrungen aufweist und der die radialen Anschlüsse umgebende Längsbohrungen für die Durchleitung des Kühlmittels aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert; dabei zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt des Kraftstoffkühlcrs und

Fig.2 eine konstruktiv günstige Ausgestaltung im Endbereichdes Kühlers.

Der in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffkühler besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 1, das an seinen beiden Enden mit zylindrischen Anschlußstutzen 2 und 3 für das Kühlmittel versehen ist.

Im Inneren des Gehäuses 1 befinden sich zwei konzentrisch verlaufende Wellschläuche 4 und 5. Dazwischen ist ein zylindrisches Rohrstück 6 angeordnet, dessen Enden einerseits mit dem inneren Wellschlauch 4, andererseits mit dem äußeren Wellschlauch 5 verlötet schlauch 5 und dem zylindrischen Gehäuse 1 münden. Letzteres schließt sich bündig an den Außenzylinder des Drehteiles 17 an und ist mit ihm verschweißt, Selbstverständlich kann das Drehteil 17 auch so abge-

sind, so daß zwei geschlossene, durch das Rohrstück 6 t>o wandelt werden, daß es für eine andere Führung der

getrennte Ringräume 7 bzw. 8 entstehen. Beide Ringräume sind am einen Ende des Rohrstückes 6 durch mehrere im RohrstOck angeordnete Öffnungen 9 miteinander verbunden, während sie am anderen Ende radiale Anschlußstutzen IC bzw. 11 für die Zu- bzw. Ableitung des zu kühlenden Kraftstoffes aufweisen.

Die Wellschläuche 4 und 5 verlaufen in hinreichendem Abstand zu dem Kolirstück 6. damit auch an den Strömungswege, insbesondere ohne thermischen Kurzschluß zwischen innerem Ringraum 7 und äußerem Ringraum 8 verwendet werden kann. Hierzu braucht lediglich der Ringspalt zwischen dem äußeren Wellen schlauch 5 und dem Gehäuse 1 an die Querbohrung 11a angeschlossen zu werden, wohingegen die Längsbohrungen 20 in den Ringraum zwischen dem äußeren Wellschlauch 5 und dem Rohrstück 6 münden müssen

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und wobei der innere Ringraum 7 an dem nicht dargestellten anderen Ende des Kraftstoffkühlcrs an den Ringspalt zwischen dem äußeren Wellschlauch 5 und dem Gehäuse 1 anzuschließen ist.

Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, den beschriebenen Wärmetauscher auch für andere als die hier genannten Strömungsmedien zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

31 OO Patentansprüche:

1. Kraftstoffkühlcr für den vom Tank zum Motor einer Brennkraftmaschine strömenden Kraftstoff, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse, das axial von einem Kühlmittel durchströmt wird, während der Kraftstoff über radiale Anschlüsse axial verlaufende Ringräume im Gehäuse durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringräume (7, 8) durch zwei koaxiale, beidseits eines zwischengeordneten Rohrstückes (6) verlaufende Wellschläuche (4,5) gebildet und am einen Ende durch öffnungen (9) des Rohrstückes (6) untereinander verbunden sind, während die radialen Anschlüsse (10, 11) der Ringräumc (7, 8) am anderen Ende angeordnet sind und daß dtr äußere Wellschlauch (5) an seiner Außenseite, äzr innere Wellschlauch (4) an seiner Innenseite vom Kühlmittel umströmbar ist.

2. Kraftstoffkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringraum (8) um den für den radialen Anschluß (10) des inneren Ringraumes (7) benötigten Platz verkürzt ist.

3. Kraftstoffkühler nach Anspruch 1 oder 2, da-

beschricbcnen Galtung hat man zur Erhöhung der Wärmeübertragung den vom Kühlmittel durchströmten Raum mit Schikanen aus Kupfer gefüllt, die an den äußeren krafisiofführendcn Ringräumen anliegen und dadurch die für den Wärmeaustausch zur Verfugung stehende Fläche erhöhen und zugleich für ständige Umlenkungen und Verwirbclungen der Kältemittelströmung sorgen. Allerdings ist dieser bekannte Kühler wegen der eingebauten Schikanen relativ aufwendig in der Herrn stellung und bedarf eines hohen Materialeinsatzes. Darüber hinaus steht nur der radial innere Ringraum in wärmetauschender Verbindung mit dem Kältemittel, während der radial äußere Ringraum, in dem der Kraftstoff zurückströmt, praktisch nutzlos ist.

Des weiteren ist durch die US-PS 38 82 692 ein Kraftstoffkühler für Fahrzeuge bekannt, der als Kühlmittel das vom Verdampfer einer Klimaanlage herabtropfende Kondensat verwendet. Der Wärmeaustausch mit dem Kraftstoff erfolgt im einen Ausführungsbcispie! durch ein einfaches Kühlbad, bei dem anderen Ausführungsbeispiel durch ein zweiwandiges Rohr. Aufgrund dieser Konstruktionen bleibt die Wärmeübertragungsleistung ziemlich gering.
Schließlich ist durch die FR-PS 4 14 297 ein Wärme-

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