DE19825867A1 - Heat exchanger for charge air for an internal combustion engine - Google Patents
Heat exchanger for charge air for an internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für die Kühlung der Ladeluft eines Verbrennungsmotors, insbe sondere des Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs, um fassend ein Bündel, das aus einer abwechselnden Schichtung von Flachrohren für den Durchgang der Ladeluft und von Einsätzen besteht, die zwischen den Rohren freie Zwischenräume für die Zirkulation eines Ladeluftstroms definieren.The invention relates to a heat exchanger for the Cooling the charge air of an internal combustion engine, esp special of the drive motor of a motor vehicle to summarizing a bundle that consists of an alternating Layering of flat tubes for the passage of the Charge air and consists of inserts between the Pipes free spaces for the circulation of one Define charge air flow.
Die Aufladung eines Verbrennungsmotors besteht darin, daß dem Motor verdichtete Luft und nicht direkt Au ßenluft zugeführt wird, um die in den Verbrennungs räumen verfügbare Sauerstoffmasse zu erhöhen. Die Verdichtung der Luft geht mit einer starken Tempera turerhöhung einher, und folglich auch mit einer Ver ringerung ihrer Dichte, was im Gegensatz zu dem ei gentlich angestrebten Ziel steht. Von daher besteht die Notwendigkeit, diese Luft zu kühlen.Charging an internal combustion engine consists of that the engine is compressed air and not directly Au outside air is supplied to the in the combustion vacate to increase available oxygen mass. The Compression of the air goes with a strong tempera door increase, and consequently also with a ver decrease in their density, which in contrast to the egg goal you are aiming for. Therefore there is the need to cool this air.
Die Bündel aus Flachrohren und Einsätzen werden übli cherweise sowohl für Ladeluftkühler als auch für an dere Arten von Wärmetauschern verwendet, insbesondere für die Kühler der Verbrennungsmotoren selbst. Um im Falle eines Ladeluftkühlers sowohl einen geringen Druckverlust und eine effiziente Kühlung der Ladeluft als auch eine hohe Festigkeit der Rohre gegenüber dem Ladeluftdruck zu erzielen, werden bislang Rohre ver wendet, die eine relativ große Höhe, das heißt eine große Abmessung in Richtung der Schichtung aufweisen und deren Innenraum mit Verwirblern bestückt ist, de ren Aufgabe darin besteht, Verwirbelungen in der Luftströmung zu erzeugen, wobei diese Verwirbler so an den Innenflächen der Rohre verlötet sind, daß sie deren Ausdehnung unter dem Einfluß des Drucks verhin dern.The bundles of flat tubes and inserts become nasty Both for intercoolers and for their types of heat exchangers used, in particular for the coolers of the internal combustion engines themselves In the case of an intercooler both a low Pressure loss and efficient cooling of the charge air as well as a high strength of the pipes compared to the To achieve charge air pressure, pipes have so far been used that turns a relatively large height, i.e. one have large dimensions in the direction of the stratification and whose interior is equipped with swirlers, de Their job is to create turbulence in the To generate air flow, with this swirler so are soldered to the inner surfaces of the tubes that they prevent their expansion under the influence of pressure other.
Die Anfertigung und der Einbau der Verwirbler haben eine Erhöhung der Herstellungskosten der Wärmetau scher zur Folge.Have the preparation and installation of the swirler an increase in the cost of manufacturing the heat rope result.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen.The invention is based on the object Eliminate disadvantage.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Wärmetauscher der eingangs definierten Art und sieht vor, daß die Rohre durch gebogene Blechstreifen ohne Einfügung von Elementen zur Erzeugung von Verwirbe lungen im Aufladeluftstrom gebildet werden und eine Höhe zwischen 1,75 und 3 mm in Richtung der Schich tung aufweisen, wobei das Verhältnis zwischen dieser Höhe und der Höhe der Einsätze zwischen 1/3 und 2/3 liegt.The invention relates in particular to a Heat exchanger of the type defined at the outset and sees before that the pipes through bent sheet metal strips without Insert elements to create swirls lungs are formed in the charge air flow and a Height between 1.75 and 3 mm in the direction of the layer tion, the ratio between these Amount and amount of bets between 1/3 and 2/3 lies.
Überraschenderweise bedingt die Verringerung der Höhe der Rohre keinen unverhältnismäßigen Druckverlust, und der Wegfall der Verwirbler wirkt sich nicht nach teilig auf den Wärmeaustausch und die Druckfestigkeit der Rohre aus, wobei die Verringerung der Höhe der Rohre durch eine Vergrößerung ihrer Anzahl bei gleichbleibendem Platzbedarf des Wärmetauschers aus geglichen wird und an sich den Wärmeaustausch und die Druckfestigkeit begünstigt. Surprisingly, the reduction in height the pipes do not suffer excessive pressure loss, and the loss of the swirler has no effect partly on heat exchange and compressive strength of the pipes, reducing the height of the Pipes by increasing their number constant space requirement of the heat exchanger is compared and in itself the heat exchange and Compressive strength favors.
Nach wahlweisen, zusätzlichen oder alternativen Merk
malen der Erfindung ist folgendes vorgesehen:
After optional, additional or alternative features of the invention, the following is provided:
- - Die Höhe der Rohre beträgt etwa 2 mm.- The height of the pipes is about 2 mm.
- - Der Blechstreifen, aus dem jedes Rohr besteht, wird so gebogen, daß mindestens ein Verstärkungszwischen stück gebildet wird, das die beiden Hauptwände des Rohrs in einem Zwischenbereich der Länge seines Quer schnitts miteinander verbindet. Derartige Zwischen stücke verstärken die Rohre sowohl gegenüber dem In nendruck als auch gegenüber der Anpreßkraft des Bündels. Ihr Vorhandensein und ihre Anzahl sind von der besagten Länge abhängig.- The sheet metal strip that makes up each tube is bent so that at least one reinforcement between piece is formed, the two main walls of the Tube in an intermediate area the length of its cross cuts together. Such intermediate pieces reinforce the pipes both in relation to the in internal pressure as well as against the contact pressure of the Bundle. Their presence and number are of depending on the length.
- - Der Blechstreifen, aus dem das Rohr besteht, wird an diesem selbst verlötet, um die Abdichtung zwischen dem Innern des Rohrs und gegebenenfalls der Verbin dung zwischen den beiden Hauptwänden über das Zwi schenstück zu gewährleisten.- The metal strip from which the pipe is made is soldered to this itself to seal between the inside of the pipe and, if necessary, the connector between the two main walls via the Zwi to ensure piece.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der
nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen eingehender dargelegt. Darin
zeigen im einzelnen:
The features and advantages of the invention will be more fully set forth in the description below with reference to the accompanying drawings. The following show in detail:
- - Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht des Bün dels aus Rohren und Einsätzen eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers;- Figure 1 is a partial perspective view of the bundle of tubes and inserts of an intercooler according to the invention.
- - die Fig. 2 und 3 Grafiken zum Vergleich der Lei stungen eines erfindungsgemäßen Kühlers und eines Kühlers nach dem Stand der Technik.- Figs. 2 and 3 for comparing the graphics Lei stungen of a cooler according to the invention and of a radiator according to the prior art.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht einige Rohre 1 und einige zwischen den Rohren einge fügte Einsätze 2 im Bündel eines erfindungsgemäßen Ladeluftkühlers. Jedes Rohr 1 wird durch einen Blech streifen gebildet, der so gebogen ist, daß zwei ge genüberliegende, allgemein ebene Hauptwände 3 und 4 gebildet werden, die durch zwei Abschlußwände 5 und 6 miteinander verbunden sind. Die beiden Randbereiche 7 des Streifens sind von der Wand 4 aus nach innen um gebogen und aneinandergefügt, wobei ihre freien Kan ten an der Innenfläche der Wand 3 zur Anlage kommen. Die miteinander und mit der Wand 3 verlöteten Berei che 7 bilden ein Verstärkungszwischenstück. Außerdem unterteilen sie den Innenraum des Rohres in zwei pa rallele Kanäle, die frei von jedem Hindernis sind. Fig. 1 shows a perspective partial view of some tubes 1 and some inserts 2 inserted between the tubes in the bundle of an intercooler according to the invention. Each tube 1 is formed by a sheet metal strip which is bent so that two opposite, generally planar main walls 3 and 4 are formed, which are connected by two end walls 5 and 6 . The two edge regions 7 of the strip are bent inward from the wall 4 and joined together, their free edges coming into contact with the inner surface of the wall 3 . The areas 7 soldered to each other and to the wall 3 form a reinforcement intermediate piece. They also divide the interior of the tube into two parallel channels that are free of any obstacle.
Jedes Einsatz 2 ist ein gegebenenfalls mit Schlitzen versehenes Blech, das nach einem in etwa sinusförmi gen Profil gewellt ist, wobei die Wellungsspitzen ab wechselnd mit der Wand 3 eines Rohrs und mit der Wand 4 eines benachbarten Rohrs in Berührung kommen.Each insert 2 is a sheet, optionally provided with slots, which is corrugated according to an approximately sinus-shaped profile, the corrugation tips alternately coming into contact with the wall 3 of a tube and with the wall 4 of an adjacent tube.
Die Einsätze definieren zwischen den Rohren Zwischen räume mit einer Höhe Hi, in denen ein Kühlluftstrom parallel zu den Erzeugenden der Einsätze zirkulieren kann, das heißt senkrecht zur Längsrichtung der Roh re, nach der die zu kühlende Ladeluft in diesen zir kuliert. Die Einsätze sind an den Wänden 3, 4 der Rohre verlötet, um einen guten thermischen Kontakt und eine gute Steifigkeit des Bündels zu gewährlei sten. An jedem Ende der Schichtung ist auf bekannte Weise ein Endeinsatz zwischen einem Endrohr und einer nicht dargestellten Außenwange eingefügt. Auf eben falls bekannte Weise münden die Rohre 1 an ihren bei den Enden in nicht dargestellte Sammelkästen, zwi schen denen die zu kühlende Luft über die Rohre zirkuliert.The inserts define spaces between the pipes with a height H i in which a cooling air flow can circulate parallel to the generators of the inserts, that is to say perpendicular to the longitudinal direction of the pipes, according to which the charge air to be cooled circulates in them. The inserts are soldered to the walls 3 , 4 of the tubes to ensure good thermal contact and good rigidity of the bundle. At each end of the stratification, an end insert is inserted in a known manner between an end pipe and an outer cheek, not shown. In just if known manner, the tubes 1 open at their ends at the ends in collection boxes, not shown, between which the air to be cooled circulates through the tubes.
Der vorstehend beschriebene Aufbau, der bereits bei anderen Arten von Wärmetauschern verwendet wird, ins besondere bei Kühlern von Verbrennungsmotoren, führt zu ausgezeichneten Ergebnissen bei Ladeluftkühlern, unter der zweifachen Voraussetzung, daß die Höhe Ht der Rohre, gemessen in der Schichtungsrichtung des Bündels, zwischen 1,75 und 3 mm liegt und daß das Verhältnis Hi/Ht zwischen 1,5 und 3 beträgt.The structure described above, which is already used in other types of heat exchangers, in particular in coolers of internal combustion engines, leads to excellent results in intercoolers, on the double premise that the height H t of the tubes, measured in the stratification direction of the bundle, between 1.75 and 3 mm and that the ratio H i / H t is between 1.5 and 3.
Die Fig. 2 und 3 stellen Kurven zur Veranschau lichtung der Veränderung der zwischen der Ladeluft und der Kühlluft ausgestauschten Wärmeleistung P und der Dichteleistung der Ladeluft dar, jeweils in Ab hängigkeit von der Geschwindigkeit Ve des Kühlluft stroms, der durch den Wärmetauscher strömt, gemessen bei einem erfindungsgemäßen Kühler und bei einem her kömmlichen Kühler mit Verwirblern. Figs. 2 and 3 illustrate curves illustrating clearing the change in the exchange between the charge air and the cooling air heat output P and the density of power of the charge air is, each dependence stream in on the speed Ve of the cooling air flowing through the heat exchanger, measured at a cooler according to the invention and in a conventional cooler with swirlers.
Die Kurve C1 von Fig. 2 und die Kurve C3 von Fig. 3 entsprechen dem Referenzkühler, während die Kurven C2 und C4 dem erfindungsgemäßen Kühler entsprechen.Curve C1 of FIG. 2 and curve C3 of FIG. 3 correspond to the reference cooler, while curves C2 and C4 correspond to the cooler according to the invention.
Aus der nachstehenden Tabelle sind die wichtigsten Konstruktionsmerkmale der Bündel der beiden Kühler sowie die aus den Fig. 2 und 3 übernommenen Ver suchswerte zu entnehmen.The table below shows the most important design features of the bundles of the two coolers and the test values adopted from FIGS . 2 and 3.
TABELLETABLE
In jedem Bündel sind zwei identische Rohre in der Strömungsrichtung A (siehe Fig. 1) der Außenluft in jedem Zwischenraum zwischen zwei Einsätzen aneinan dergereiht. B steht für die Schichtungsrichtung der Rohre und der Einsätze. Bei beiden Kühlern beträgt die Nutzlänge der Rohre zwischen den zwei Sammelkä sten 183,4 mm. Die beiden Bündel haben den gleichen Platzbedarf.In each bundle, two identical tubes in the flow direction A (see Fig. 1) of the outside air are lined up in each space between two uses. B stands for the layering direction of the pipes and the inserts. With both coolers, the useful length of the pipes between the two collecting tanks is 183.4 mm. The two bundles have the same space requirements.
Die zwei Kühler sind unter den folgenden Bedingungen
getestet worden:
für die zu kühlende verdichtete Luft: Durchsatz =
0,15 kg/s, Druck = 1,8 bar, Temperatur = 130°C;
für die Außenluft: Temperatur = 30°C.The two coolers have been tested under the following conditions:
for the compressed air to be cooled: throughput = 0.15 kg / s, pressure = 1.8 bar, temperature = 130 ° C;
for outside air: temperature = 30 ° C.
Die Leistung P ist die zwischen der verdichteten Luft
und der Außenluft ausgetauschte Wärmeleistung. Die
Dichteleistung R ist das Verhältnis
The power P is the thermal power exchanged between the compressed air and the outside air. The density R is the ratio
wobei
ρ'1, ρ'2 und ρmax für die Dichte der verdichteten Luft
am Einlaß und am Auslaß des Kühlers bzw. für die
Solldichte der verdichteten Luft am Auslaß des Küh
lers, wenn ihre Temperatur auf 30°C verringert würde,
stehen. Dabei ist festzustellen, daß der erfindungs
gemäße Ladeluftkühler trotz des Fehlens von Ver
wirblern bessere Leistungen aufweist als der herkömm
liche Kühler mit Verwirblern.
[Text zu Fig. 3]
RENDEMENT DE DENSITE (en %): DICHTELEISTUNG (in %)where ρ ' 1 , ρ' 2 and ρ max stand for the density of the compressed air at the inlet and outlet of the cooler and for the target density of the compressed air at the outlet of the cooler if their temperature were reduced to 30 ° C. It should be noted that the intercooler according to the invention, despite the lack of Ver swirlers, has better performances than the conventionally cooler with swirlers.
[Text for Fig. 3]
RENDEMENT DE DENSITE (en%): SEALING PERFORMANCE (in%)
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Also Published As
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |