DE19928193A1

DE19928193A1 - Anordnung von Wärmeübertragern, insbesondere in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19928193A1
Application number: DE19928193A
Authority: DE
Inventors: Peter Griesheimer; Reinhard Kull; Eberhard Pantow; Peter Ambros
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1999-06-19
Publication date: 2000-01-13
Also published as: SE9902650L; US20060048922A1; US20030106669A1; SE9902650D0; SE520741C2; US6619379B1; US6957689B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von mindestens zwei von Umgebungsluft beaufschlagten Wärmeübertragern, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus Rohren, in welchen ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium strömt, und luftbeaufschlagten Rippen, wobei ein erster der mindestens zwei Wärmeübertrager als Kühlmittelkühler sowie ein zweiter der mindestens zwei Wärmeübertrager als Ladeluftkühler ausgebildet ist und diese beiden Wärmeübertrager luftseitig in Reihe angeordnet sind. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine solche Anordnung derart weiterzubilden, daß der konstruktive Aufwand zur Herstellung verringert wird. Des weiteren soll der Einbauraum sowohl bezüglich der Tiefe in Luftströmungsrichtung als auch senkrecht dazu möglichst gering gehalten sein, um eine möglichst große Wärmeübertragungsleistung auf möglichst geringer Fläche zu erreichen. Um diese Aufgabe zu lösen, ist vorgesehen, den Kühlmittelkühler in Luftströmungsrichtung vor dem Ladeluftkühler anzuordnen, indem der Ladeluftkühler den Kühlmittelkühler wenigstens im Ladeluft-Austrittsbereich überragt, so daß sich überdeckte Stirnflächenbereiche und nicht überdeckte Stirnflächenbereiche ergeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Wärmeübertragern, insbesondere von einem Kühlmittelkühler und einem Ladeluftkühler in einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Der Kühlmittelkühler hat die Aufgabe, von einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges erzeugte überschüssige Wärme an Umgebungsluft abzufüh ren. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ist es darüber hinaus notwen dig, in einem Lader verdichtete und erwärmte Luft abzukühlen, indem die Wärme über den Ladeluftkühler ebenfalls an die Umgebungsluft abgeführt wird. Die Kühlung von Ladeluft und Kühlmittel unterscheiden sich dabei grundsätzlich. Das Kühlmittel erfährt nur eine geringe Temperaturabsen kung, da aufgrund der hohen Wärmekapazität des Kühlmittels auch bei ge ringer Abkühlung große Wärmemengen übertragen werden können. Dem gegenüber ist die Temperatur der Ladeluft beim Eintritt in den Ladeluftkühler deutlich höher und muß beim Austritt deutlich niedriger sein als die des Kühlmittels.

Bei solchen Ladeluftkühlern wird grundsätzlich zwischen luftgekühlten und flüssigkeitsgekühlten Ausführungsarten unterschieden. Bei mit Flüssigkeit gekühlten Ladeluftkühlern ist im Gegensatz zur luftgekühlten Ausführung in der Regel eine einfachere Ladeluftführung möglich, und auch das Bauvolu men dieser Ladeluftkühler ist geringer als bei der luftgekühlten Ausführung. Wird die Ladeluft durch das Motorkühlmittel gekühlt, ist eine Rückkühlung der Ladeluft nur annähernd auf die Kühlmitteltemperatur möglich. Werden niedrigere Ladelufttemperaturen angestrebt kann dies nur durch einen zu sätzlichen Kühlmittelkreislauf mit niedrigeren Austrittstemperaturen oder einfacher durch luftgekühlte Ladeluftkühler erreicht werden. Bei Personen kraftwagen und Nutzkraftwagen hat sich die luftgekühlte Ausführung weitge hend durchgesetzt. Bei den im weiteren genannten Ladeluftkühlern handelt es sich daher um luftgekühlte Ladeluftkühler.

Bezüglich der Anordnung von Wärmeübertragern, insbesondere von einem Kühlmittelkühler und einem Ladeluftkühler in einem Kraftfahrzeug, ist es aus der Druckschrift ATZ Automobiltechnische Zeitschrift (1981), H. 9, S. 449, 450, 453 bekannt, den Ladeluftkühler vor dem Kühlmittelkühler anzuordnen und dabei nur einen Teil der Stirnfläche des Kühlmittelkühlers durch den Ladeluftkühler luftseitig zu überdecken. Der Grund für eine solche Anord nung liegt vor allem darin, daß beim Ladeluftkühler niedrigere Zieltemperatu ren erreicht werden sollen als beim Kühlmittelkühler, was durch Anströmung mit Frischluft hinreichend gewährleistet wird. Eine derartige, noch heute üb liche konventionelle Anordnung hat den Nachteil, daß im vorgeschalteten Ladeluftkühler luftseitig durchströmende Kühlluft sehr stark erwärmt wird, in diesem Zustand den nachgeschalteten Kühlmittelkühler erreicht und nur noch geringfügig zur Kühlung des Kühlmittels in dem überdeckten Kühlmit telkühlerteil beitragen kann. Daher benötigt der Kühlmittelkühler einer derar tigen Anordnung eine relativ große Fläche, um die notwendige Kühlleistung zu erreichen. Außerdem sind sehr große Kühlluftströme erforderlich, die teilweise bedenklich hohe Lüfterleistungen verlangen.

Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 522 288 ist eine Anordnung von einem Kühlmittelkühler und einem Ladeluftkühler bekannt, bei der der Ladeluftkühler geteilt ausgeführt ist und bezogen auf einen Kühlluftstrom einen vor und einen hinter dem Kühlmittelkühler liegenden Ladeluftkühlerteil aufweist. Diese Anordnung ermöglicht es, daß mindestens eine Teilfläche sowohl des Ladeluftkühlers als auch des Kühlmittelkühlers mit Frischluft be aufschlagt wird. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß aufgrund der Teilung des Ladeluftkühlers in zwei Ladeluftkühlerteile ein erhöhter kon struktiver Aufwand erforderlich ist, insbesondere bezüglich der ladeluftseiti gen Verbindung der beiden Ladeluftkühlerteile untereinander zur Weiterlei tung der Ladeluft vom einen zum anderen Ladeluftkühlerteil. Aufgrund dieser Weiterleitung wird ebenfalls ein zusätzlicher Druckabfall der Ladeluft verur sacht. Des weiteren ist der Einbauraum, insbesondere die Einbautiefe in Luftströmungsrichtung innerhalb des Kraftfahrzeuges gegenüber einer kon ventionellen Anordnung vergrößert, da drei Wärmeübertragerebenen, näm lich der erste Teil des Ladeluftkühlers, der Kühlmittelkühler und der zweite Teil des Ladeluftkühlers luftseitig hintereinander angeordnet sind.

Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 522 471 ist eine Anordnung von einem Kühlmittelkühler und einem Ladeluftkühler bekannt, bei der sowohl der Kühlmittelkühler als auch der Ladeluftkühler geteilt ausgeführt sind. Die se Anordnung weist ebenfalls den Nachteil auf, daß ein erhöhter konstrukti ver Aufwand zur Weiterleitung der Ladeluft und des Kühlmittels zum jeweils zugehörigen Ladeluft- bzw. Kühlmittelkühlerteil erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß der konstrukti ve Aufwand zur Herstellung einer solchen Anordnung verringert wird. Des weiteren soll der Einbauraum sowohl bezüglich der Tiefe in Luftströmungs richtung als auch senkrecht dazu möglichst gering gehalten sein, um eine möglichst große Wärmeübertragungsleistung auf möglichst geringer Fläche zu erreichen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Kühlmittelkühler in Luftströ mungsrichtung vor dem Ladeluftkühler angeordnet ist und der Ladeluftkühler den Kühlmittelkühler wenigstens im Ladeluft-Austrittsbereich überragt, so daß sich überdeckte Stirnflächenbereiche und nicht überdeckte Stirnflä chenbereiche ergeben. Es handelt sich damit gegenüber der konventionel len Bauweise im wesentlichen um eine Umkehrung der luftseitigen Anord nungsreihenfolge von Ladeluftkühler und Kühlmittelkühler sowie um eine Umkehrung der Überdeckungsverhältnisse der Stirnflächen, so daß der Kühlmittelkühler vor dem Ladeluftkühler angeordnet ist und der Ladeluft kühler wenigstens an der Seite, an der die Ladeluft aus dem Ladeluftkühler herausgeführt wird, durch den Kühlmittelkühler luftseitig nicht überdeckt ist. Dabei kann ein deutlich kleinerer Kühlmittelkühler als bei der konventionel len Anordnung eingesetzt werden. Durch diese Anordnung liegt die Tempe ratur des vom Kühlmittelkühler vorgewärmten Kühlluftstroms jeweils unter der Temperatur des luftseitig dahinter angeordneten Ladeluftkühlers. Die unter der Temperatur des Kühlmittelkühlers liegende Zieltemperatur des Ladeluftkühlers wird schließlich durch die von nicht vorerwärmter Luft frei angeströmte nicht überdeckte Fläche des Ladeluftkühlers erreicht. Überra schenderweise hat sich im Rahmen von Simulationsrechnungen gezeigt, daß sich gegenüber der konventionellen Anordnung mit der erfindungsge mäßen Anordnung bei gleichwertiger Ladeluftkühlung die Kühlmitteltempe ratur um etwa 5 K zusätzlich absenken läßt. Diese Anordnung bietet also gegenüber der konventionellen Anordnung entweder bei gleicher Wärme übertragungsfläche eine verbesserten Wärmeübertragungsleistung oder aber besteht bei gleicher Wärmeübertragungsleistung alternativ dazu ein verringerter Wärmeübertragungsflächenbedarf.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Ladeluftkühler eine größe re Stirnfläche als der Kühlmittelkühler auf. Dadurch läßt sich ein Bereich des Ladeluftkühlers bilden, der nicht durch den Kühlmittelkühler luftseitig über deckt ist, indem die beiden Wärmeübertrager an bis zu drei der vier Seiten luftseitig im wesentlichen luftseitig fluchtend hintereinander angeordnet sind, was eine gute Ausnutzung der für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Gesamtfläche ermöglicht.

In Weiterbildung der Erfindung sind der Ladeluftkühler und der Kühlmittel kühler senkrecht zur Luftströmungsrichtung gegeneinander versetzt ange ordnet. Eine solche Versetzung vergrößert die Fläche der nicht überdeckten Stirnflächenbereiche und ist sowohl für den Fall von gleich großen Stirnflä chen aus auch für den Fall von unterschiedlich großen Stirnflächen von Kühlmittelkühler und Ladeluftkühler möglich. Dabei kann eine solche Verset zung in horizontaler und/oder in vertikaler Richtung bezüglich der Einbaula ge im Kraftfahrzeug erfolgen, was beispielsweise den Einbau des Kühlmit telkühlers und Ladeluftkühlers in Einbauräume, die eine nicht rechteckige Form aufweisen, begünstigt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen der Ladeluftkühler und der Kühlmittelkühler im wesentlichen gleich große Stirnflächen auf und sind senkrecht zur Luftströmungsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet. Mit einer solchen Anordnung ergibt sich auch für den Fall, daß sowohl der Ladeluftkühler als auch der Kühlmittelkühler gleich große Stirnflächen auf weisen die Möglichkeit, daß durch die Versetzung dieser beiden Wärme übertrager überdeckte und nicht überdeckte Stirnflächenbereiche gebildet werden. Eine derartige Versetzung kann dabei ebenfalls in horizontaler und/oder in vertikaler Richtung erfolgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Ladeluftkühler eine kleine re Stirnfläche als der Kühlmittelkühler auf, wobei beide Wärmeübertrager senkrecht zur Luftströmungsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung ergibt sich bei dem hinter dem Kühlmit telkühler angeordneten Ladeluftkühler, der den Kühlmittelkühler im Ladeluft- Austrittsbereich überragt, ein Bereich, in dem aufgrund der geringeren Stirn fläche des Ladeluftkühlers keine Überdeckung der Stirnflächen der beiden Wärmeübertrager vorliegt. Diese Art der Anordnung ist vor allem dann von Vorteil, wenn für die Abkühlung der Ladeluft im überdeckten Stirnflächenbe reich der Wärmeübertragungsflächenbedarf geringer ist als die Stirnfläche des Kühlmittelkühlers. Dadurch wird ebenfalls eine günstige Ausnutzung des Kühlluftstroms erreicht, wobei der Ladeluftkühler bezüglich seiner Stirnfläche kleiner und damit preiswerter ausgeführt werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung die ist örtliche Dichte der Rippen des Lade luftkühlers im nicht überdeckten Stirnflächenbereich größer als im über deckten Stirnflächenbereich, wie dies analog in der Patentanmeldung 198 13 069 der Anmelderin ausgeführt ist, auf die ausdrücklich Bezug genom men wird. Dadurch wird eine Inhomogenität bezüglich der Luftgeschwindig keit zwischen dem überdeckten und nicht überdeckten Bereich und damit auch eine Inhomogenität der Wärmeübertragung vermindert und die Wär meübertragungsleistung der gesamten Anordnung erhöht. Dabei können sowohl die an der Außenfläche des Ladeluftkühler luftseitigen Rippen als auch zusätzlich dazu oder statt dessen die im Innern des Ladeluftkühlers ladeluftseitigen Rippen in ihrem gegenseitigen Abstand variiert werden, wo bei die Dichte und auch der Grad der Dichteänderung der innen- und au ßenliegenden Rippen nicht zwangsläufig gleich sein muß. Vorzugsweise wird allerdings bei einer äußeren Erhöhung der Rippendichte ebenfalls eine Erhöhung der inneren Rippendichte vorzunehmen sein. Durch eine derartige Variation der Rippendichte wird gegenüber der zuvor genannten Anordnung, die für sich allein gesehen bereits Vorteile bietet, eine weitere wesentliche Verbesserung erreicht, da Simulationsrechnungen zeigen, daß sich gegen über der konventionellen Anordnung mit dieser erfindungsgemäßen Anord nung bei gleichwertiger Ladeluftkühlung die Kühlmitteltemperatur um etwa 10 K zusätzlich absenken läßt.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Abstand der Rohre (Rohrteilung) des Ladeluftkühlers im nicht überdeckten Stirnflächenbereich geringer als im überdeckten Stirnflächenbereich. Dadurch wird ebenfalls eine Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung der Anordnung ermöglicht, wobei eine Variation des Abstandes der Rohre des Ladeluftkühlers sowohl allein als auch in Kombination mit einer Variation der Rippendichte erfolgen kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, wobei der Ladeluftkühler mehrrei hig ausgebildet ist, also mehrere luftseitig hintereinander liegende Reihen von Rohren aufweist, ist die Anzahl der Rohrreihen des Ladeluftkühlers im nicht überdeckten Stirnflächenbereich größer als im überdeckten Stirnflä chenbereich. Dadurch läßt sich ebenfalls die Wärmeübertragungsleistung der Anordnung erhöhen, wobei ebenfalls eine Kombination mit den Zuvorge nannten Variationsmöglichkeiten denkbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Tiefe des Ladeluftkühlers in Luftströ mungsrichtung im nicht überdeckten Stirnflächenbereich größer als im über deckten Stirnflächenbereich. Dabei kann die Tiefe sowohl in Richtung der Luftströmung als auch entgegengesetzt dazu und auch in beide Richtungen variiert werden. Auch durch eine solche Variation werden die oben genann ten Vorteile erreicht, wobei wieder eine Kombination mit den zuvor genann ten Variationsmöglichkeiten denkbar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist luftseitig vor dem nicht über deckten Stirnflächenbereich des Ladeluftkühlers mindestens ein weiterer Wärmeübertrager angeordnet, der diesen Bereich wenigstens teilweise überdeckt. Darin eingeschlossen ist die Möglichkeit, daß dieser weitere Wärmeübertrager seitlich über die Stirnflächen des Kühlmittelkühlers und/oder Ladeluftkühlers hinausragen kann. Durch einen derart angeord neten zusätzlichen Wärmeübertrager wird die Anzahl der Wärmeübertra gerebenen nicht erhöht, da er sich in die bestehenden Ebenen einfügt. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Niedertemperatur- Wärmeübertrager zur Ladeluftkühlung handeln, der mit dem Ladeluftkühler ladeluftseitig in Reihe geschaltet ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist luftseitig vor, hinter oder neben dieser Anordnung oder in einen Wärmeübertrager integriert mindestens ein weite rer Wärmeübertrager angeordnet. Dadurch wird eine Modulbildung aus meh reren Wärmeübertragern ermöglicht. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Kondensator oder Gaskühler einer Klimaanlage handeln, der die Stirnfläche der Anordnung aus Kühlmittelkühler und Ladeluftkühler wenig stens teilweise überdeckt oder auch überragen kann, als auch um einen ne bengeordneten Ölkühler oder um andere luftbeaufschlagte Wärmeübertra ger.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist luftseitig hinter dem nicht über deckten Stirnflächenbereich des Ladeluftkühlers mindestens ein weiterer Wärmeübertrager angeordnet, der durch diesen Bereich wenigstens teilwei se überdeckt ist. Dadurch ist eine weitere Ausnutzung des durch den nicht überdeckten Stirnflächenbereich des Ladeluftkühlers geströmten Kühlluft stroms möglich, da dieser nur wenig über die Umgebungstemperatur er wärmt ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist der weitere Wärmeübertrager an einen von dem Ladeluftkühler und dem Kühlmittelkühler getrennten Kühlmittel kreislauf anschließbar, wodurch eine individuelle Abstimmung des Tempe raturniveaus dieses abgekoppelten Kühlmittelkreislaufs ermöglicht ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der weitere Wärmeübertrager mit dem Kühlmittelkühler an einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf anschließ bar, wobei er als Niedertemperatur-Wärmeübertrager oder als Abgabswär meübertrager ausgeführt sein kann.

Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung betrifft insbesondere Nutz kraftwagen, sie kann aber ebenso in Personenkraftwagen und sonstigen Fahrzeugen, bei denen sowohl Kühlmittelkühler als auch Ladeluftkühler ein gesetzt werden, angewandt werden.

Ebenfalls möglich ist die Kombination dieser Erfindung mit Temperaturregel systemen im Rahmen des Thermomanagements für Kühlkreisläufe, wie sie beispielsweise in der Druckschrift MTZ Motortechnische Zeitschrift (1996), H. 7/8, S. 424-428 beschrieben sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung von Kühlmittelkühler und Ladeluftkühler in einer Seitenansicht;

Fig. 2 die Anordnung der Fig. 1 in einer Vorderansicht;

Fig. 3 eine schematische Ansicht der Anordnung von Ladeluft kühler und Kühlmittelkühler im Ladeluftkreislauf und dem Kühlmittelkreislauf;

Fig. 4 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung von Kühlmittelkühler und Ladeluftkühler in einer Seitenan sicht;

Fig. 5 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen An ordnung von Kühlmittelkühler und Ladeluftkühler in einer Vorderansicht;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausge staltung der Erfindung mit variierter Dichte der Rippen;

Fig. 7 eine Vorderansicht der Fig. 6;

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausge staltung der Erfindung mit variierter Tiefe des Ladeluft kühlers;

Fig. 9 eine Vorderansicht der Fig. 8;

Fig. 10 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausge staltung der Erfindung mit einem weiteren Wärmeübertra ger;

Fig. 11 eine Vorderansicht der Fig. 10;

Fig. 12 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausge staltung der Erfindung mit einem weiteren Wärmeübertra ger.

Die Fig. 1 zeigt zwei Wärmeübertrager in Form eines Ladeluftkühlers 10 und eines Kühlmittelkühlers 12, die in einem nicht dargestellten Motorraum eines Kraftfahrzeuges eingebaut sind. Beide Wärmeübertrager werden luftseitig durch einen Kühlluftstrom 14 beaufschlagt und sind in Reihe angeordnet, wobei sich der Kühlmittelkühler 12 luftseitig vor dem Ladeluftkühler 10 be findet. Dabei weist der Kühlmittelkühler 12 eine kleinere Stirnfläche als der Ladeluftkühler 10 auf.

Fig. 2 zeigt Abschlußkanten 18b, 18c und 18d des Kühlmittelkühlers 12, die im wesentlichen parallel zu Abschlußkanten 20b, 20c und 20d des Ladeluft kühlers 10 angeordnet und zu diesen in Luftströmungsrichtung des Kühlluft stroms 14 im wesentlichen fluchtend positioniert sind. Dadurch überdeckt der Kühlmittelkühler 12 mit seiner gesamten Stirnfläche 22 einen Stirnflä chenbereich 24 des Ladeluftkühlers 10, so daß lediglich ein Stirnflächenbe reich 26 des Ladeluftkühlers 10, der sich zwischen den Abschlußkanten 20a und 18a befindet, luftseitig nicht überdeckt ist und damit einer freien An strömung durch den Kühlluftstrom 14 unterliegt.

Ladeluftseitig wird der Ladeluftkühler 10 mit einem Ladeluftstrom 16 durch strömt, der gemäß Fig. 3 in einen Ladeluftkreislauf zwischen einer Brenn kraftmaschine 32 und dem Ladeluftkühler 10 eingebunden ist. Dabei wird der Ladeluftkreislauf durch einen Verdichter 28, der durch einen Abgasluft strom 30 der Brennkraftmaschine 32 angetrieben wird, komprimiert und durch den Ladeluftkühler 10 hindurch der Brennkraftmaschine 32 zugeführt. Der Ladeluftkühler 10 hat dabei die Aufgabe, die durch den Verdichter 28 komprimierte und dadurch erhitzte Ladeluft abzukühlen. Dabei weist die Ladeluft in dem Zustand, in dem sie in den Ladeluftkühler 10 auf einer Ladelufteintrittsseite 34 eintritt, eine Temperatur auf, die etwa 200 K über der Umgebungstemperatur liegt. Beim Austritt aus dem Ladeluftkühler in ei nem Ladeluftaustrittsbereich 36 weist die Ladeluft aufgrund der Wärmeab gabe eine Temperatur auf, die etwa 20 K über der Temperatur der Umge bungsluft liegt.

Der Kühlmittelkühler 12 ist gemäß Fig. 3 kühlmittelseitig in einen Kühlmittel strom 38 eingebunden, der Kühlmittel von der Brennkraftmaschine 32 über ein Regelventil 40 und den Kühlmittelkühler 12 zurück zur Brennkraftma schine 32 leitet. Dabei besteht die Aufgabe des Kühlmittelkühlers darin, von der Brennkraftmaschine 32 erwärmtes Kühlmittel, das mit einer Temperatur von etwa 70 K über der Umgebungstemperatur in den Kühlmittelkühler ein gebracht wird, abzukühlen, wobei sich diese Wärmeabgabe im Bereich von einigen Kelvin bewegt. Angetrieben wird dieser Kühlmittelstrom 38 durch eine Kühlmittelpumpe 42.

Zur Unterstützung sowohl der Durchströmung des Kühlmittelkühlers 12 als auch des Ladeluftkühlers 10 mit dem Kühlluftstrom der Umgebungsluft ist luftseitig hinter dieser Anordnung ein Lüfter 42 angeordnet.

Die Besonderheit dieser Anordnung besteht in der Reihenfolge, mit der der Kühlmittelkühler 12 und der Ladeluftkühler 10 im Kühlluftstrom angeordnet sind, sowie in der Art der Überdeckungsverhältnisse der jeweiligen Stirnflä chen. Dadurch, daß der Kühlmittelkühler 12 gemäß Fig. 1 keinerlei Über deckungen durch andere Wärmeübertrager ausgesetzt ist, wird er durch den nicht vorgewärmten Kühlluftstrom 14 frei angeströmt und erreicht somit eine maximale Wärmeabgabe an den Kühlluftstrom.

Da der Ladeluftkühler 10 gemäß Fig. 1 von seiner Ladelufteintrittsseite 34 aus in Einbaulage nach oben gesehen von dem Kühlmittelkühler 12 luftseitig überdeckt ist, wird er in diesem Bereich durch die vom Kühlmittelkühler 12 vorgewärmte Kühlluft 14 beaufschlagt, so daß die Temperaturdifferenz zwi schen der im Innern des Ladeluftkühlers strömenden Ladeluft und der den Ladeluftkühler von außen beaufschlagenden Kühlluft gegenüber einer freien Anströmung vermindert ist. Da die Ladeluft allerdings mit etwa 200 K über der Umgebungstemperatur in den Ladeluftkühler eintritt, die Kühlluft aber nur durch den maximal 70 K über Umgebungstemperatur aufweisenden Kühlmittelkühler vorgewärmt wird, liegt zwischen dem vorgewärmten Kühl luftstrom 14, wie er den Ladeluftkühler erreicht, und der Ladeluft noch immer eine große Temperaturdifferenz vor, die eine Abgabe von Wärme der Lade luft an den Kühlluftstrom 14 erlaubt.

Da die Temperatur der Ladeluft beim Erreichen des Ladeluftaustrittsbereichs 36 des Ladeluftkühlers 10 eine Zieltemperatur von etwa 20 K über Umge bungstemperatur aufweisen soll, wäre dies allein mit durch den Kühlmittel kühler 12 vorgewärmte Kühlluft 14 nicht immer möglich. Aus diesem Grunde überragt der Ladeluftkühler 10 den Kühlmittelkühler 12 im Ladeluft- Austrittsbereich 36, um die Ladeluft durch einen nicht vorgewärmten Kühl luftstrom 14 abschließend auf die geforderte Zieltemperatur zu bringen.

Dabei kommt es wesentlich darauf an, daß der Bereich 26, in dem die Ladeluft abschließend auf die Zieltemperatur gebracht wird, ladeluftseitig dem ersten Bereich 24 nachgeschaltet ist, um die oben genannten Vorteile der entsprechenden Temperaturunterschiede voll ausnutzen zu können. Die Richtung, in der das Kühlmittel durch den Kühlmittelkühlers 12 gefördert wird, spielt dabei im Gegensatz zu der Richtung des Ladeluftstroms eine geringere Rolle. Im vorliegenden Beispiel ist in Fig. 1 eine Möglichkeit dar gestellt, indem der Kühlmittelstrom 38 in Einbaulage waagerecht von links nach rechts durch den Kühlmittelkühler 12 strömt. Alternativ dazu kann die Durchströmung aber auch von rechts nach links, von oben nach unten oder umgekehrt von unten nach oben erfolgen. Außerdem ist der nicht über deckte Stirnflächenbereich 26, der in Fig. 1 in Einbaulage im oberen Bereich der Anordnung vorgesehen ist, je nach individuellen Anforderungen alterna tiv dazu auch im unteren Bereich anordbar. Ebenso ist eine seitliche Anord nung dieses nicht überdeckten Stirnflächenbereiches 26 denkbar.

Fig. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit der Schaffung von überdeckten und nicht überdeckten Bereichen. Dabei werden zwei Wärmeübertrager, die in Einbaulage gleiche oder auch verschiedene Höhen aufweisen, in der Höhe derart gegeneinander versetzt, daß im oberen Bereich auch auf diesem Wege ein frei angeströmter Bereich gebildet wird. Analog dazu ist ebenfalls eine Versetzung von gleich breiten oder verschieden breiten Wärmeübertra ger in seitlicher Richtung möglich, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Eine der artige Anordnung begünstigt den Einbau in Fahrzeugbereiche, die nicht über eine rechteckige Einbauöffnung verfügen.

Eine weitere Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung der gesamten Anordnung wird erreicht, indem die Dichte der Rippen des Ladeluftkühlers in dem nicht überdeckten Stirnflächenbereich 26 erhöht bzw. im überdeckten Stirnflächenbereich 24 erniedrigt wird beziehungsweise gegebenenfalls auch die Dichte der Rippen des Kühlmittelkühlers in bestimmten Bereichen oder vollständig darauf abgestimmt wird. Fig. 6 und Fig. 7 zeigen eine sol che Anordnung, bei der der Ladeluftkühler 10 aus einem Bereich 10a, in dem eine Überdeckung vorliegt, und einem Bereich 10b, in dem keine Über deckung vorliegt, besteht. Der Bereich 10b weist dabei eine größere Dichte der Rippen auf, wobei sich dies sowohl auf die durch den Kühlluftstrom 14 beaufschlagten äußeren Rippen als auch auf die durch den Ladeluftstrom 16 beaufschlagten innengelegenen Rippen des Ladeluftkühlers 10 bezieht. Da bei wird die Dichte der Rippen jeweils so angepaßt, daß die Wärmeübertra gungsleistung optimiert ist.

Ein ähnlicher Effekt kann erreicht werden, indem die Tiefe des Ladeluftküh lers in Luftströmungsrichtung gemäß Fig. 8 und Fig. 9 in dem nicht über deckten Stirnflächenbereich 48 erhöht wird beziehungsweise die Anzahl der Rohrreihen bei einer mehrreihigen Ausführung erhöht wird.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, den Ladeluftkühler gemäß Fig. 10 und 11 zweigeteilt auszuführen, so daß dieser aus einem Ladeluftkühlerteil 44 und einem luftseitig in Reihe diesem vorgeschalteten Niedertemperatur- Ladeluftkühler 46 besteht. Dabei ist dieser Niedertemperatur-Ladeluftkühler 46 parallel zu dem einteiligen Kühlmittelkühler 12 angeordnet. Der Ladeluft kühlerteil 44 und der Niedertemperatur-Ladeluftkühler 46 sind ladeluftseitig in Reihe geschaltet, so daß die Ladeluft zunächst durch den Ladeluftküh lerteil 44 geleitet wird sowie danach über entsprechende Verbindungsleitun gen 50 dem Niedertemperatur-Ladeluftkühler zugeführt wird. Auf diese Wei se wird eine weitere Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung mit nur zwei Wärmeübertragerebenen, nämlich einer ersten Ebene, die über den Kühlmittelkühler 12 und den Niedertemperatur-Ladeluftkühler 46 verfügt, und einer zweiten Ebene, die über den Ladeluftkühlerteil 44 verfügt, erreicht.

Fig. 12 zeigt eine Anordnung von einem Kühlmittelkühler 12, einem Lade luftkühler 10 und einem weiteren Wärmeübertrager 52, die von einem Kühl luftstrom 14 durchströmt sind. Dabei ist der weitere Wärmeübertrager 52 dem Kühlmittelkühler 12 und dem Ladeluftkühler 10 luftseitig nachgeschaltet und hinter dem nicht durch den Kühlmittelkühler 12 überdeckten Bereich des Ladeluftkühlers 10 angeordnet.

Der weitere Wärmeübertrager 52 kann einen vom Haupkühlmittelkreislauf des Kühlmittelkühlers 12 abgezweigten Teilkühlmittelstrom führen oder voll ständig von diesem entkoppelt sein und dabei zur Kühlung einer zusätzli chen Wärmequelle, beispielsweise eines Abgabswärmeübertragers, dienen.

Claims

1. Anordnung von mindestens zwei von Umgebungsluft beaufschlagten Wärmeübertragern, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus Rohren, in welchen ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium strömt, und luftbeaufschlagten Rippen, wobei ein erster der mindestens zwei Wärmeübertrager als Kühlmittelkühler sowie ein zweiter der mindestens zwei Wärmeübertrager als Ladeluftkühler mit einem Ladeluft- Eintrittsbereich und einem Ladeluft-Austrittsbereich ausgebildet ist und diese beiden Wärmeübertrager luftseitig in Reihe angeordnet sind, da durch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkühler (12) in Luftströmungs richtung vor dem Ladeluftkühler (10) angeordnet ist und der Ladeluft kühler (10) den Kühlmittelkühler (12) wenigstens im Ladeluft- Austrittsbereich (36) überragt, so daß sich überdeckte Stirnflächenberei che (24) und nicht überdeckte Stirnflächenbereiche (26) ergeben.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lade luftkühler (10) eine größere Stirnfläche als der Kühlmittelkühler (12) auf weist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeluftkühler (10) und der Kühlmittelkühler (12) senkrecht zur Luftströ mungsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lade luftkühler (10) und der Kühlmittelkühler (12) im wesentlichen gleich große Stirnflächen aufweisen und senkrecht zur Luftströmungsrichtung gegen einander versetzt angeordnet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lade luftkühler (10) eine kleinere Stirnfläche als der Kühlmittelkühler (12) auf weist und beide senkrecht zur Luftströmungsrichtung gegeneinander ver setzt angeordnet sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die örtliche Dichte der Rippen des Ladeluftkühlers (10) im nicht überdeckten Stirnflächenbereich (26) größer ist als im über deckten Stirnflächenbereich (24).

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die luftsei tige und/oder ladeluftseitige Dichte der Rippen des Ladeluftkühlers (10) variiert wird.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abstand der Rohre des Ladeluftkühlers (10) im nicht überdeckten Stirnflächenbereich (26) geringer ist als im überdeck ten Stirnflächenbereich (24).

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ladeluftkühler mehrreihig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rohrreihen des Ladeluftkühlers (10) im nicht überdeckten Stirnflächenbereich (26) größer ist als im überdeckten Stirnflächenbe reich (24).

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tiefe des Ladeluftkühlers (10) in Luftströmungs richtung im nicht überdeckten Stirnflächenbereich (26) größer ist als im überdeckten Stirnflächenbereich (24).

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß luftseitig vor dem nicht überdeckten Stirnflächenbe reich (26) des Ladeluftkühlers (10) mindestens ein weiterer Wärmeüber trager (46) angeordnet ist, der diesen Bereich wenigstens teilweise über deckt.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Wärmeübertragern (46) um einen Niedertemperatur- Wärmeübertrager zur Ladeluftkühlung handelt, der mit dem Ladeluftküh ler (10) ladeluftseitig in Reihe geschaltet ist.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß luftseitig davor, dahinter, daneben oder in einen Wärmeübertrager integriert mindestens ein weiterer Wärmeübertrager angeordnet ist.

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß luftseitig hinter dem nicht überdeckten Stirnflächen bereich des Ladeluftkühlers (10) mindestens ein weiterer Wärmeübertra ger (52) angeordnet ist, der durch diesen Bereich wenigstens teilweise überdeckt ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der weite re Wärmeübertrager (52) an einen von dem Ladeluftkühler (10) und dem Kühlmittelkühler (12) getrennten Kühlmittelkreislauf anschließbar ist.

16. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der weite re Wärmeübertrager (52) mit dem Kühlmittelkühler (12) an einen gemein samen Kühlmittelkreislauf anschließbar ist.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der weite re Wärmeübertrager (52) als Niedertemperatur-Wärmeübertrager aus geführt ist.

18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der weitere Wärmeübertrager (52) als Abgaswärme übertrager ausgeführt ist.