DE102006061938A1

DE102006061938A1 - Verfahren zum Kühlen der Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006061938A1
Application number: DE102006061938A
Authority: DE
Inventors: Peter Horstmann; Manfred Schmitt; Lutz Rauchfuss; Henrick Brandes; Guillaume Huard
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2008-07-03

Abstract

Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Kühlen der Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Verdichter (28) und einem Ladeluftkühler (30) aus, wobei der Verdichter (28) verdichtete Ladeluft mindestens einem Brennraum (14) der Brennkraftmaschine (10) zuführt, die nach der Verdichtung in dem Ladeluftkühler (30) gekühlt werden kann. Es wird vorgeschlagen, dass die Ladeluft durch ein Kältemittel einer Kältemaschine (40) gekühlt werden kann.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Kühlen der Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
Brennkraftmaschinen, sowohl Hubkolbenbrennkraftmaschinen als auch Rotationskolbenbrennkraftmaschinen, werden zur Steigerung ihrer Leistung, ihres Drehmoments und ihres Wirkungsgrads aufgeladen, d. h. die für die Verbrennung erforderliche Luft wird von einem Lader verdichtet und dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt. Als Lader werden volumetrische Verdichter und Kreiselverdichter, so genannte Turboverdichter verwendet, die von der Brennkraftmaschine selbst oder von einer separaten Antriebsmaschine in Form eines Elektromotors oder einer Abgasturbine angetrieben werden. Um den Verdichter vom Antrieb zu entkoppeln oder seine Drehzahl variieren zu können, werden bei Bedarf zwischen der Antriebsmaschine und dem Verdichter eine Kupplung und/oder ein Getriebe gegebenenfalls mit einer variablen Übersetzung angeordnet.
Bei der Verdichtung erwärmt sich die Luft, wodurch sich ihre spezifische Masse und damit die Füllung des Brennraums bzw. der Brennräume der Brennkraftmaschine verringert. Dies wirkt sich leistungsmindernd auf den Betrieb der Brennkraftmaschine aus. Ferner bewirken die erhöhten Spitzentemperaturen bei der Verbrennung des Kraftstoffs einen erhöhten Anteil an NO_x--Schadstoffen im Abgas. Um diese Nachteile zu verringern, werden Ladeluftkühler verwendet, die zwischen dem Verdichter und der Brennkraftmaschine angeordnet sind und die Temperatur der verdichteten Ladeluft reduzieren. Der Ladeluftkühler wird zu diesem Zweck durch Umgebungsluft oder ein flüssiges Kühlmittel der Brennkraftmaschine gekühlt.
Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine ist beispielsweise durch die DE 102 15 262 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Nach der Erfindung kann die Ladeluft bei Bedarf durch ein Kältemittel einer Kältemaschine gekühlt werden. Da die Temperatur des Kältemittels deutlich unter der Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine und der Umgebungsluft liegt, kann die Ladeluft besser gekühlt werden als durch die bekannten Verfahren und bei den bekannten Brennkraftmaschinen. Als Kältemaschine kann bei entsprechender Auslegung das Klimagerät eines Kraftfahrzeugs oder eine separate Kältemaschine verwendet werden. Um die Energiebilanz der Brennkraftmaschine günstiger zu gestalten, ist es zweckmäßig, die Energie zum Kühlen des Kältemittels dem Abgas der Brennkraftmaschine oder einem Kühlmittelkreislauf zu entnehmen. So kann z. B. eine Abgasturbine oder eine vom Abgas angetriebene Wärmekraftmaschine einen Klimakompressor antreiben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kältemaschine eine Sorptionskältemaschine ist, der Abgasenergie und/oder Kühlmittelenergie über einen Zwischenwärmetauscher zugeführt wird, der im Abgasstrang der Brennkraftmaschine oder einem Kühlkreislauf angeordnet und über Leitungen mit der Sorptionskältemaschine verbunden ist.
Wenn die Brennkraftmaschine einen Abgasturbolader aufweist, bei dem der Kreiselverdichter von einer Abgasturbine angetrieben wird, ist es zweckmäßig, die Kältemaschine bzw. den Zwischenwärmetauscher im Abgasstrang stromabwärts der Abgasturbine anzuordnen. In Betriebsbereichen und bei Betriebsbedingungen, in denen eine Ladeluftkühlung durch die Kältemaschine nicht erforderlich ist, ist es zweckmäßig, die Kältemaschine bzw. den Zwischenwärmetauscher durch eine Bypassleitung zu umgehen. Die Bypassleitung kann durch ein Regelventil von einer Motorelektronik zu- oder abgeschaltet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Die einzige Zeichnung zeigt einen schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 10 besitzt mehrere in Reihe angeordnete Zylinder 12 mit Brennräumen 14. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 spritzt im Betrieb über eine Einspritzleitung 20 und über ein Einspritzventil 16 je Zylinder 12 Kraftstoff in die Brennräume 14. Die zur Verbrennung erforderliche Luft wird über das Ansaugsystem, das eine Ansaugleitung 24, eine Ladeluftleitung 26 und je Zylinder 12 einen Ansaugstutzen 22 umfasst, den Brennräumen 14 zugeführt. In dem Ansaugsystem 24, 26 ist ein Turboverdichter 28 vorgesehen, der die angesaugte Umgebungsluft verdichtet und über einen Ladeluftkühler 30 in die Ladeluftleitung 26 fördert.
Der Ladeluftkühler 30 ist zur Kühlung der Ladeluft mit einem Kältemittelkreislauf 42 einer Kältemaschine 40 verbunden. Diese kann beliebiger Art sein, z. B. ein Klimagerät des Kraftfahrzeugs. Sie kann aber auch aus der Wärmeenergie des Abgases eines Abgassystems oder Kühlmittels der Brennkraftmaschine 10 gespeist werden. Das Abgassystem umfasst Abgaskrümmer 32, eine Abgasleitung 34 und eine Verbindungsleitung 38. Als Antriebsmaschine 36 für den Verdichter 28 ist eine Abgasturbine vorgesehen, deren Austritt über die Verbindungsleitung 38 mit der Kältemaschine 40 verbunden ist. Der Verdichter 28 kann auch von einem Elektromotor oder direkt der Brennkraftmaschine 10 angetrieben werden. In der Kältemaschine 40 kann die Wärmeenergie des Abgases zur Abkühlung des Kältemittels benutzt werden, wobei die Kältemaschine 40 zweckmäßigerweise eine Sorptionskältemaschine ist. Diese kann alternativ über einen Zwischenwärmetauscher 48 an das Abgassystem 34, 38 oder einen nicht dargestellten Kühlkreislauf angeschlossen sein. Der Zwischenwärmetauscher 48 ist zweckmä ßigerweise doppelwandig ausgeführt, wobei das Abgas den Innenraum durchströmt, während das Kältemittel nach dem Gegenstromprinzip den äußeren Ringraum durchströmt, der durch Leitungen 50 mit der Sorptionskältemaschine 40 verbunden ist.
Bei Bedarf kann die Kältemaschine 40 und der Zwischenwärmetauscher 48 durch eine Bypassleitung 52 überbrückt werden. Ein Regelventil 54 regelt den durch die Bypassleitung 52 strömenden Anteil des Abgases, der zwischen 0 und 100% geregelt werden kann. Die Alternativen mit dem Zwischenwärmetauscher 48 und der Bypassleitung 52 sind in der Zeichnung gestrichelt eingezeichnet. Die Brennkraftmaschine 10 treibt in der Regel über eine Anfahrkupplung 44 und im Getriebe 46 ein Kraftfahrzeug an.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10215262 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Kühlen der Ladeluft einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (10) mit mindestens einem Verdichter (28) und einem Ladeluftkühler (30), wobei der Verdichter (28) verdichtete Ladeluft mindestens einem Brennraum (14) der Brennkraftmaschine (10) zuführt, die nach der Verdichtung in dem Ladeluftkühler (30) gekühlt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluft durch ein Kältemittel einer Kältemaschine (40) gekühlt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie zum Kühlen des Kältemittels dem Abgas der Brennkraftmaschine (10) und/oder einem Kühlkreislauf entnommen wird.
Brennkraftmaschine (10) zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (40) thermisch angetrieben und im Abgasstrang (34, 38) der Brennkraftmaschine (10) oder einem Kühlkreislauf angeordnet ist.
Brennkraftmaschine zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (40) eine Sorptionskältemaschine ist, der Abgasenergie über einen Zwischenwärmetauscher (48) zugeführt wird, der im Abgasstrang (34, 38) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet und über Leitungen (50) mit der Sorptionskältemaschine (40) verbunden ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (28) ein Kreiselverdichter ist, der von einer Abgasturbine als Antriebsmaschine (36) angetrieben wird, wobei die Kältemaschine (40) bzw. der Zwischenwärmetauscher (48) im Abgasstrang (34, 38) stromabwärts der Abgasturbine (36) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (40) bzw. der Zwischenwärmetauscher (48) durch eine Bypassleitung (52) mit einem Regelventil (54) überbrückt werden kann.