DE102010048997A1 - Compressed air cooling apparatus for use in internal combustion engine of vehicle, comprises air-cooled intercooler equipped with inlet tank for receiving compressed air from compressor - Google Patents

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Abstract

The compressed air cooling apparatus comprises an air-cooled intercooler (10) equipped with an inlet tank for receiving compressed air from a compressor. A cooling section is formed, in which the compressed air is cooled. A cooling system is designed, which has a line circuit (12) with a circulating coolant. A cooling element (13) is designed, in which the circulating coolant is cooled by air.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND BEKANNTE TECHNIKBACKGROUND OF THE INVENTION AND KNOWN TECHNIQUE

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Kühlung von komprimierter Luft, die zu einem Verbrennungsmotor geleitet wird, gemäß der Einleitung zu Patentanspruch 1.The subject of the present invention is a device for cooling compressed air, which is conducted to an internal combustion engine, according to the preamble to claim 1.

Die Menge Luft, die einem aufgeladenen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs zugeführt werden kann, ist sowohl vom Luftdruck als auch von der Lufttemperatur abhängig. Um einem Verbrennungsmotor eine möglichst große Luftmenge zuzuführen, wird die komprimierte Luft in einem Ladeluftkühler gekühlt, bevor sie dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Durch die Kühlung verringert sich das Volumen der gekühlten Luft, so dass eine größere Menge Luft in den Verbrennungsmotor geleitet werden kann. Ein herkömmlicher mit Luft gekühlter Ladeluftkühler besitzt normalerweise zwei Tanks und eine Kühlpartie, die mit mehreren parallel angeordneten rohrförmigen Elementen ausgestattet ist, die die Tanks miteinander verbinden. Die parallelen rohrförmigen Elemente sind in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet, so dass kalte Umgebungsluft zwischen die rohrförmigen Elemente strömen kann und die komprimierte Luft kühlen kann, die in die rohrförmigen Elemente geleitet wird. Ein mit Luft gekühlter Ladeluftkühler wird normalerweise im vorderen Bereich eines Fahrzeugs vor dem herkömmlichen Kühler platziert. Dadurch wird die Ladeluft von Luft mit der Temperatur der Umgebung gekühlt. Bei gut dimensionierten Ladeluftkühlern kann die komprimierte Luft auf eine Temperatur gekühlt werden, die in etwa der Temperatur der Umgebungsluft entspricht.The amount of air that can be supplied to a supercharged internal combustion engine of a vehicle is dependent on both air pressure and air temperature. In order to supply as large a quantity of air as possible to an internal combustion engine, the compressed air is cooled in a charge air cooler before being supplied to the internal combustion engine. Cooling reduces the volume of cooled air so that a greater amount of air can be directed into the engine. A conventional air-cooled intercooler typically has two tanks and a cooling section equipped with a plurality of parallel tubular members connecting the tanks together. The parallel tubular members are spaced apart a certain distance so that cold ambient air can flow between the tubular members and cool the compressed air which is directed into the tubular members. An air cooled intercooler is normally placed in the front of a vehicle in front of the conventional radiator. This cools the charge air of air with the temperature of the environment. In well-dimensioned intercoolers, the compressed air can be cooled to a temperature that corresponds approximately to the temperature of the ambient air.

Um die Emissionen zu reduzieren, wird ein Turboaggregat verwendet, das die Luft, die zum Verbrennungsmotor geleitet wird, mit hohem Druck komprimiert. Durch die Komprimierung erhöht sich die Temperatur der komprimierten Luft. Die Temperaturerhöhung führt dazu, dass das Volumen der Luft sich vergrößert und die Dichte der Luft sich verringert. Zur Kühlung von Luft, die mit hohem Druck und auf eine hohe Temperatur komprimiert wurde, ist ein Ladeluftkühler mit hoher Kapazität erforderlich. Es ist jedoch aus Platzgründen nicht immer möglich, den Ladeluftkühler in der Frontpartie des Fahrzeugs groß genug zu bemessen. Ein anderes Problem bei einem luftgekühlten Ladeluftkühler besteht darin, dass die Strömungsverluste der komprimierten Luft im Ladeluftkühler relativ groß werden können, und zwar insbesondere dann, wenn sehr warme Luft mit geringer Dichte im Ladeluftkühler gekühlt werden soll.To reduce emissions, a turbo unit is used, which compresses the air that is sent to the internal combustion engine with high pressure. Compressing increases the temperature of the compressed air. The increase in temperature causes the volume of the air to increase and the density of the air to decrease. To cool air that has been compressed at high pressure and to a high temperature, a high capacity charge air cooler is required. However, it is not always possible for space reasons, the intercooler in the front end of the vehicle large enough to measure. Another problem with an air-cooled intercooler is that the flow losses of the compressed air in the intercooler can be relatively large, especially when very warm air is to be cooled with low density in the intercooler.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art bereitzustellen, die eine effiziente Kühlung von komprimierter Luft, die zu einem Verbrennungsmotor geleitet wird, mittels einer wenig Raum beanspruchenden Konstruktion ermöglicht, wobei die Druckverluste der komprimierten Luft bei der Kühlung relativ gering sind.The object of the present invention is to provide a device of the type specified, which enables efficient cooling of compressed air, which is passed to an internal combustion engine, by means of a space-consuming construction, wherein the pressure losses of the compressed air during cooling relatively low are.

Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die durch die Merkmale gekennzeichnet ist, die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 angegeben sind. Komprimierte Luft wird effizienter in einem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler als in einem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler gekühlt. Dies beruht darauf, dass Flüssigkeiten eine wesentlich höhere Dichte als Gase haben. Die Strömungskanäle der komprimierten Luft bei einem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler können dadurch kürzer ausgeführt werden als bei einem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler mit gleicher Kühlkapazität. Mit kürzeren Strömungskanälen erhält man geringere Strömungsverluste und einen geringeren Druckabfall. In diesem Fall wird deshalb ein mit Kühlflüssigkeit gekühlter Ladeluftkühler verwendet, um die komprimierte Luft in einem ersten Schritt zu kühlen. Dadurch erleidet die komprimierte Luft relativ geringe Strömungsverluste in der Anfangsphase, wenn sie in dem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler gekühlt wird. Die Kühlung der komprimierten Luft in einem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler in einer ersten Phase, wenn sie eine hohe Temperatur und eine geringe Dichte hat, ist besonders vorteilhaft, weil die komprimierte Luft in diesem Zustand in einem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler besonders hohe Strömungsverluste erleidet.This object is achieved with the device of the type mentioned, which is characterized by the features indicated in the characterizing part of claim 1. Compressed air is cooled more efficiently in a coolant cooled charge air cooler than in an air cooled charge air cooler. This is because liquids have a much higher density than gases. The flow channels of the compressed air in a cooled with coolant charge air cooler can be made shorter than in an air cooled intercooler with the same cooling capacity. With shorter flow channels one obtains lower flow losses and a lower pressure drop. In this case, therefore, a cooling liquid cooled charge air cooler is used to cool the compressed air in a first step. As a result, the compressed air suffers relatively low flow losses in the initial phase when it is cooled in the coolant cooled intercooler. The cooling of the compressed air in a charge air cooler cooled with cooling liquid in a first phase, when it has a high temperature and a low density, is particularly advantageous because the compressed air suffers particularly high flow losses in this state in an air-cooled intercooler.

In diesem Fall kann folglich ein kleinerer mit Luft gekühlter Ladeluftkühler zur Kühlung der komprimierten Luft in der zweiten Phase verwendet werden. Dadurch kann die Kühlpartie des Ladeluftkühlers kleiner ausgeführt werden. Der Einlasstank und der Auslasstank des mit Luft gekühlten Ladeluftkühlers muss jedoch nicht kleiner ausgeführt werden. Wenn die Kühlpartie verkleinert wird, wird ein Raum zwischen dem Einlasstank und dem Auslasstank frei, der von Kühlluft durchströmt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser freie Raum für den Einbau eines Kühlelements zur Kühlung der zirkulierenden Kühlflüssigkeit genutzt, die die komprimierte Luft in dem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler kühlt. Auf diese Weise erhält man eine kompakte Konstruktion, die den verfügbaren Kühlraum nutzt, wobei gleichzeitig die komprimierte Luft mit relativ geringen Druckverlusten auf eine niedrige Temperatur gekühlt werden kann.In this case, therefore, a smaller air-cooled intercooler can be used to cool the compressed air in the second phase. As a result, the cooling section of the intercooler can be made smaller. However, the inlet tank and the outlet tank of the air-cooled intercooler need not be made smaller. When the cooling section is downsized, a space between the inlet tank and the outlet tank becomes free, through which cooling air flows. According to the present invention, this free space is used for the installation of a cooling element for cooling the circulating cooling liquid, which cools the compressed air in the cooling liquid cooled charge air cooler. In this way, a compact design is obtained which utilizes the available cold room while at the same time allowing the compressed air to be cooled to a low temperature with relatively low pressure drops.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Kühlelement über der Kühlpartie im oben genannten Raum zwischen dem Einlasstank und dem Auslasstank angeordnet. Durch Anordnung des Kühlelements über der Kühlpartie des Ladeluftkühlers vereinfacht sich die Verlegung von Leitungen zum Kühlelement hin und vom Kühlelement weg bzw. zum Ladeluftkühler hin und vom Ladeluftkühler weg. Es ist jedoch möglich, alternativ dazu die Kühlpartie in einem oberen Bereich anzuordnen und das Kühlelement in einem Raum zwischen dem Einlasstank und dem Auslasstank unter der Kühlpartie anzuordnen. Die oben angegebenen Festlegungen bezüglich der relativen Positionen des Kühlelements und der Kühlpartie in der Höhe beziehen sich selbstverständlich auf die Positionen im montierten Zustand in einem Fahrzeug. According to a preferred embodiment of the present invention, the cooling element is arranged above the cooling section in the abovementioned space between the inlet tank and the outlet tank. By arranging the cooling element over the cooling section of the intercooler, the laying of lines to the cooling element towards and away from the cooling element or to the charge air cooler and away from the intercooler simplified. However, it is possible to alternatively arrange the cooling section in an upper area and to arrange the cooling element in a space between the inlet tank and the outlet tank below the cooling section. Of course, the above-mentioned specifications regarding the relative positions of the cooling element and the cooling portion in height relate to the positions in the mounted state in a vehicle.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt das Kühlelement einen Einlasstank, der dazu dient, Kühlflüssigkeit aufzunehmen, die gekühlt werden soll, eine Kühlpartie, in der die Kühlflüssigkeit von Luft gekühlt wird, die durch die Kühlpartie strömt, und einen Auslasstank, der die gekühlte Kühlflüssigkeit aufnimmt. In diesem Fall hat das Kühlelement einen im Wesentlichen gleichen Aufbau wie der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler. Alle Partien des Kühlelements werden vorteilhafterweise im oben genannten Raum zwischen dem Einlasstank und dem Auslasstank des Ladeluftkühlers angeordnet. Vorzugsweise hat das Kühlelement eine solche Größe, dass es den Raum zwischen dem Einlasstank und dem Auslasstank maximal füllt, der nicht von der Kühlpartie des Ladelufttanks eingenommen wird. Dadurch kann die kühlende Luftströmung in diesem Raum optimal zur Kühlung der Kühlflüssigkeit im Kühlelement und der komprimierten Luft in dem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler genutzt werden.According to an embodiment of the present invention, the cooling element has an inlet tank which serves to receive cooling liquid to be cooled, a cooling section in which the cooling liquid is cooled by air flowing through the cooling section, and an outlet tank containing the cooled cooling liquid receives. In this case, the cooling element has a substantially same structure as the air-cooled intercooler. All parts of the cooling element are advantageously arranged in the above-mentioned space between the inlet tank and the outlet tank of the intercooler. Preferably, the cooling element is sized to maximally fill the space between the inlet tank and the outlet tank, which is not occupied by the cooling part of the charge air tank. As a result, the cooling air flow in this space can be used optimally for cooling the cooling liquid in the cooling element and the compressed air in the air-cooled intercooler.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehört zu dem oben genannten Kühlsystem eine Pumpe, die dazu dient, die Kühlflüssigkeit im Kühlsystem mit variierbarer Drehzahl umzuwälzen. Mit einer solchen Pumpe kann die Kühlflüssigkeitsströmung im Kühlsystem variiert werden. Wenn sich die Kühlflüssigkeitsströmung erhöht, wird die komprimierte Luft im ersten Ladeluftkühler stärker gekühlt. Die Vorrichtung besitzt mit Vorteil eine Steuereinheit, die dazu dient, die Drehzahl der Pumpe während des Betriebs des Verbrennungsmotors zu steuern. Eine solche Steuereinheit kann eine Computereinheit oder eine ähnliche Komponente sein, die ein geeignetes Programm für diesen Zweck enthält. Die Steuereinheit kann dazu dienen, die Pumpe mithilfe von Informationen über mindesten einen Parameter zu steuern, der sich auf die Temperatur bezieht, die die komprimierte Luft nach Kühlung in dem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler oder in dem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler hat. Durch Änderung der Pumpgeschwindigkeit in geeigneter Weise kann die komprimierte Luft in den meisten Fällen eine gewünschte Temperatur erhalten, wenn sie zum Verbrennungsmotor geleitet wird.According to an embodiment of the present invention, the above-mentioned cooling system includes a pump which serves to circulate the cooling liquid in the variable speed cooling system. With such a pump, the coolant flow in the cooling system can be varied. As the coolant flow increases, the compressed air in the first charge air cooler is more strongly cooled. The device advantageously has a control unit which serves to control the speed of the pump during operation of the internal combustion engine. Such a control unit may be a computer unit or similar component containing a suitable program for this purpose. The controller may be operable to control the pump using information about at least one parameter related to the temperature that the compressed air has after cooling in the charge air cooler cooled with coolant or in the air cooled charge air cooler. By changing the pumping speed appropriately, the compressed air may in most cases obtain a desired temperature when directed to the internal combustion engine.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient die Steuereinheit dazu, Informationen über einen Parameter zu empfangen, der sich auf die Belastung des Verbrennungsmotors bezieht. Je höher die Belastung des Verbrennungsmotors ist, umso mehr wird die Luft vom Kompressor eines Turboaggregats komprimiert, bevor sie zum Verbrennungsmotor geleitet wird, und umso höher ist die Temperatur der komprimierten Luft. Es besteht jedoch eine Beziehung zwischen der Belastung des Verbrennungsmotors und der Temperatur der Luft nach der Komprimierung und dem Bedarf an Kühlung der Luft, bevor sie zum Verbrennungsmotor geleitet wird. Die Steuereinheit kann dazu dienen, Informationen von einem Sensor zu empfangen, der die Temperatur der kühlenden Luft misst, die durch den Raum zwischen dem Einlasstank und dem Auslasstank strömt. Die Kühlung, die die komprimierte Luft im ersten und im zweiten Ladeluftkühler erhält, ist abhängig von der Temperatur und der Geschwindigkeit der kühlenden Luftströmung. Mithilfe dieser Information kann die Steuereinheit eine geeignete Drehzahl der Pumpe wählen, was dazu führt, dass die komprimierte Luft in dem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler und in dem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler auf eine gewünschte Temperatur gekühlt wird, bevor sie zum Verbrennungsmotor geleitet wird.According to one embodiment of the present invention, the control unit is used to receive information about a parameter related to the load of the internal combustion engine. The higher the load of the internal combustion engine, the more the air is compressed by the compressor of a turbo unit before it is passed to the internal combustion engine, and the higher the temperature of the compressed air. However, there is a relationship between the load of the engine and the temperature of the air after compression and the need for cooling the air before it is directed to the engine. The controller may be operable to receive information from a sensor that measures the temperature of the cooling air flowing through the space between the inlet tank and the outlet tank. The cooling, which receives the compressed air in the first and in the second intercooler, is dependent on the temperature and the speed of the cooling air flow. Using this information, the control unit may select a suitable speed of the pump, which results in the compressed air in the charge air cooler cooled with coolant and in the air cooled charge air cooler being cooled to a desired temperature before being directed to the engine.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler und das Kühlelement in einem Bereich des Fahrzeugs angeordnet, in dem sie während des Betriebs des Verbrennungsmotors von Luft mit Umgebungstemperatur durchströmt werden. Dadurch kann die komprimierte Luft auf eine Temperatur gekühlt werden, die in der Nähe der Umgebungstemperatur liegt. Der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler und das Kühlelement können im vorderen Bereich des Fahrzeugs vor dem normalen Kühler des Fahrzeugs zur Kühlung der Kühlflüssigkeit in einem Kühlsystem, das den Verbrennungsmotor kühlt, angeordnet werden. In diesem Fall kann ein normaler Kühlventilator im Fahrzeug verwendet werden, um Umgebungsluft durch das Kühlelement und den mit Luft gekühlten Ladeluftkühler zu saugen.According to another preferred embodiment of the present invention, the air-cooled intercooler and the cooling element are arranged in an area of the vehicle in which they are traversed by ambient air during operation of the internal combustion engine. This allows the compressed air to be cooled to a temperature that is close to the ambient temperature. The air cooled intercooler and the cooling element may be disposed in front of the vehicle in front of the normal radiator of the vehicle for cooling the coolant in a cooling system that cools the engine. In this case, a normal cooling fan in the vehicle may be used to draw ambient air through the cooling element and the air cooled intercooler.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Im Folgenden wird als Beispiel eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.In the following, a preferred embodiment of the invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. shows a device according to an embodiment of the present invention.

zeigt eine Frontansicht des mit Luft gekühlten Ladeluftkühlers und des Kühlelements in Ebene B-B in . shows a front view of the air cooled intercooler and the cooling element in plane BB in ,

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

zeigt schematisch ein Fahrzeug 1, das vorteilhafterweise ein schweres Fahrzeug ist und das mit einem Verbrennungsmotor 2 betrieben wird. Der Verbrennungsmotor 2 kann ein Dieselmotor oder ein Ottomotor sein. Die Abgase aus den Zylindern des Verbrennungsmotors 2 werden über einen Abgassammler 3 zu einer Abgasleitung 4 geleitet. Die Abgase in der Abgasleitung 4, die Überdruck haben, werden zu einer Turbine 5 eines Turboaggregats geleitet. Die Turbine 5 stellt dabei eine Antriebskraft bereit, die über eine Verbindung auf einen Kompressor 6 des Turboaggregats übertragen wird. Der Kompressor 6 komprimiert dabei Luft, die über ein Luftfilter 7 in eine Luftleitung 8 gesaugt wird. Um dem Verbrennungsmotor 2 eine möglichst große Luftmenge zuzuführen, wird die komprimierte Luft gekühlt, bevor sie in den Verbrennungsmotor 2 geleitet wird. In diesem Fall wird die komprimierte Luft in einem ersten Schritt in einem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler 9 und in einem zweiten Schritt in einem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler 10 gekühlt, bevor sie über eine Verzweigung 11 den Zylindern von Verbrennungsmotor 1 zugeleitet wird. schematically shows a vehicle 1 which is advantageously a heavy vehicle and that with an internal combustion engine 2 is operated. The internal combustion engine 2 can be a diesel engine or a gasoline engine. The exhaust gases from the cylinders of the internal combustion engine 2 be about an exhaust collector 3 to an exhaust pipe 4 directed. The exhaust gases in the exhaust pipe 4 that have overpressure become a turbine 5 passed a turbo unit. The turbine 5 provides a driving force that is connected to a compressor via a connection 6 of the turbo aggregate is transmitted. The compressor 6 Compresses air through an air filter 7 in an air line 8th is sucked. To the internal combustion engine 2 To supply the largest possible amount of air, the compressed air is cooled before entering the internal combustion engine 2 is directed. In this case, the compressed air is in a first step in a cooling liquid cooled intercooler 9 and in a second step in an air cooled intercooler 10 Chilled before going over a branch 11 the cylinders of internal combustion engine 1 is forwarded.

Der mit Flüssigkeit gekühlte Ladeluftkühler 9 gehört zu einem Niedertemperaturkühlsystem. Das Niedertemperaturkühlsystem besitzt einen Leitungskreis 12 mit einer zirkulierenden Kühlflüssigkeit. Der Leitungskreis 12 besitzt ein Kühlelement 13, das dazu dient, die zirkulierende Kühlflüssigkeit mit Luft zu kühlen. Der Leitungskreis 12 besitzt auch eine elektrisch betriebene Zirkulationspumpe 14, die dazu dient, die Kühlflüssigkeit im Leitungskreis 12 umzuwälzen. Die Zirkulationspumpe 14 kann mit variabler Drehzahl betrieben werden und wird mit einer Steuereinheit 15 gesteuert.The liquid-cooled intercooler 9 belongs to a low-temperature cooling system. The low-temperature cooling system has a line circuit 12 with a circulating coolant. The circuit circle 12 has a cooling element 13 , which serves to cool the circulating cooling liquid with air. The circuit circle 12 also has an electrically operated circulation pump 14 , which serves to cool the coolant in the circuit 12 to circulate. The circulation pump 14 can be operated at variable speed and comes with a control unit 15 controlled.

Die Steuereinheit 15 steuert die Zirkulationspumpe 14 mithilfe von Informationen über Parameter wie die Belastung des Verbrennungsmotors und Informationen von einem Sensor 16, der die Umgebungstemperatur misst. Der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler 10 ist im vorderen Bereich A des Fahrzeugs angeordnet. Der Ladeluftkühler 10 und das Kühlelement 13 sind in einer im Wesentlichen gemeinsamen Ebene montiert, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Strömungsrichtung der Luft im ersten Bereich A angeordnet ist. Die Luft wird hierbei parallel durch den Ladeluftkühler 10 und das Kühlelement 13 geleitet. Dadurch wird sichergestellt, dass sowohl der Ladeluftkühler 10 als auch das Kühlelement 13 von Luft mit Umgebungstemperatur durchströmt werden.The control unit 15 controls the circulation pump 14 using information about parameters such as engine load and information from a sensor 16 that measures the ambient temperature. The air cooled intercooler 10 is located in the front area A of the vehicle. The intercooler 10 and the cooling element 13 are mounted in a substantially common plane, which is arranged substantially perpendicular to the flow direction of the air in the first region A. The air is hereby parallel through the intercooler 10 and the cooling element 13 directed. This will ensure that both the intercooler 10 as well as the cooling element 13 be traversed by air at ambient temperature.

Der Verbrennungsmotor 1 wird auf herkömmliche Weise mit einem Kühlsystem gekühlt, das einen Leitungskreis 18 mit einer Kühlflüssigkeit besitzt, die mithilfe einer Kühlflüssigkeitspumpe 19 umgewälzt wird. Der Kreis besitzt auch einen Thermostat 20 und einen Kühler 21, die im Bereich A des Fahrzeugs montiert sind, der von Umgebungsluft durchströmt wird. Der Kühler 21 ist in der vorgesehenen Strömungsrichtung der Luft in Bereich A hinter dem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler 10 und dem Kühlelement 13 angeordnet. Ein Kühlventilator 22 dient dazu, eine Luftströmung durch den Bereich A zu saugen. Die Luft strömt dabei zuerst durch den mit Luft gekühlten Ladeluftkühler 10 und das Kühlelement 13, bevor sie zum Kühler 21 gelangt. Die Luft, die zum Kühler 21 gelangt, hat deshalb eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur. Dies ist jedoch in der Regel kein Problem, da die Temperatur der Kühlflüssigkeit im Kühlsystem des Verbrennungsmotors normalerweise im Bereich von 80 bis 100°C liegen soll.The internal combustion engine 1 is conventionally cooled with a refrigeration system which is a line circuit 18 with a cooling liquid that uses a coolant pump 19 is circulated. The circuit also has a thermostat 20 and a cooler 21 , which are mounted in the area A of the vehicle, which is flowed through by ambient air. The cooler 21 is in the intended flow direction of the air in area A behind the air cooled intercooler 10 and the cooling element 13 arranged. A cooling fan 22 serves to suck air flow through area A. The air first flows through the air cooled intercooler 10 and the cooling element 13 before going to the radiator 21 arrives. The air leading to the radiator 21 has therefore a higher temperature than the ambient temperature. However, this is usually not a problem, since the temperature of the cooling liquid in the cooling system of the internal combustion engine should normally be in the range of 80 to 100 ° C.

zeigt den zweiten Ladeluftkühler 10 und das Kühlelement 13 im vorderen Bereich des Fahrzeugs in der Ebene B-B. Der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler 10 besitzt einen Einlasstank 10a, der dazu dient, Luft aufzunehmen, die vom Kompressor 6 komprimiert wurde. Die Luft wird über eine Öffnung 10a1 im Einlasstank 10a aufgenommen. Der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler 10 besitzt eine Kühlpartie 10b, in der die komprimierte Luft durch Luft gekühlt wird, die durch die Kühlpartie 10b strömt. Der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler 10 besitzt einen Auslasstank 10c, der dazu dient, die gekühlte Luft aus Kühlpartie 10b aufzunehmen. Die gekühlte Luft, die den mit Luft gekühlten Ladeluftkühler 10 verlässt, wird durch eine Öffnung 10c1 in den Auslasstank 10c geleitet und in der Luftleitung 8 zum Verbrennungsmotor 2 weitergeleitet. Die Zwischenpartie 10b ist in einem Raum 17 zwischen dem Einlasstank 10a und dem Auslasstank 10c angeordnet. Die Zwischenpartie 10b nimmt jedoch nicht den ganzen Raum 17 zwischen dem Einlasstank 10a und dem Auslasstank 10c ein. In einer oberen Partie 17a von Raum 17 ist das Kühlelement 13 angeordnet. Das Kühlelement 13 besitzt einen Einlasstank 13a, der Kühlflüssigkeit aufnimmt. Die Kühlflüssigkeit wird danach in eine Kühlpartie 13b geleitet, die rohrförmige Bereiche besitzt. Die Kühlflüssigkeit, die durch die rohrförmigen Partien strömt, wird von Luft gekühlt, die in Bereichen zwischen den rohrförmigen Partien strömt. Die gekühlte Kühlflüssigkeit aus Kühlpartie 13b wird in einen Auslasstank 13c geleitet, von wo aus sie in den mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler 9 gelangt, wo sie die komprimierte Luft in einem ersten Schritt kühlt. Der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler 10 und das Kühlelement 13 bestehen im Wesentlichen aus plattenförmigen Kühlpaketen, die alle eine Hauptausbreitung in einer Ebene haben. Der Kühler 21 ist in hinter dem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler 10 und dem Kühlelement 13 zu sehen. shows the second intercooler 10 and the cooling element 13 in the front of the vehicle in the plane BB. The air cooled intercooler 10 has an inlet tank 10a which serves to take in air from the compressor 6 was compressed. The air gets over an opening 10a1 in the inlet tank 10a added. The air cooled intercooler 10 has a cooling section 10b in which the compressed air is cooled by air passing through the cooling section 10b flows. The air cooled intercooler 10 owns an outlet tank 10c which serves to cool the cooled air from the cooling section 10b take. The cooled air, which is the air cooled intercooler 10 leaves is through an opening 10c1 in the outlet tank 10c headed and in the air line 8th to the internal combustion engine 2 forwarded. The intermediate part 10b is in a room 17 between the inlet tank 10a and the outlet tank 10c arranged. The intermediate part 10b but does not take the whole room 17 between the inlet tank 10a and the outlet tank 10c one. In an upper game 17a of space 17 is the cooling element 13 arranged. The cooling element 13 has an inlet tank 13a that absorbs cooling fluid. The coolant is then in a cooling section 13b passed, which has tubular areas. The cooling liquid flowing through the tubular parts is cooled by air flowing in areas between the tubular parts. The cooled cooling liquid from the cooling section 13b gets into an exhaust tank 13c from where they enter the cooled with cooling liquid intercooler 9 where it cools the compressed air in a first step. The air cooled intercooler 10 and the cooling element 13 consist essentially of plate-shaped cooling packets, all of which have a main propagation in one plane. The cooler 21 is in behind the air cooled intercooler 10 and the cooling element 13 to see.

Während des Betriebs des Dieselmotors 1 treiben die Abgase in Abgasleitung 4 die Turbine 5 an, bevor sie in die Umgebung abgeführt werden. Die Turbine 5 stellt dabei eine Antriebskraft für den Kompressor 6 bereit. Der Kompressor 6 komprimiert dabei die Luft, die über das Luftfilter 7 in die Luftleitung 8 geleitet wird. Um unter anderem die Emissionen zu reduzieren, wird die Luft, die zu Verbrennungsmotoren geleitet wird, mit relativ hohem Druck komprimiert, so dass diese Luft auch eine relativ hohe Temperatur hat. Die komprimierte Luft kann nach der Komprimierung eine Temperatur von bis etwa 260°C haben. Die komprimierte und erhitzte Luft wird vom Kompressor 6 zu dem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler 9 geleitet, wo sie in einem ersten Schritt von der Kühlflüssigkeit gekühlt wird, die im Niedertemperaturkühlsystem zirkuliert. Da die zirkulierende Kühlflüssigkeit im Niedertemperaturkühlsystem von Luft mit Umgebungstemperatur im Kühlelement 13 gekühlt wird, kann die Kühlflüssigkeit eine relativ niedrige Temperatur haben, wenn sie zum ersten Ladeluftkühler 9 gelangt, und deshalb die Luft im ersten Schritt sehr gut kühlen.During operation of the diesel engine 1 drive the exhaust gases into exhaust pipe 4 the turbine 5 before they are discharged into the environment. The turbine 5 provides a driving force for the compressor 6 ready. The compressor 6 compresses the air that passes through the air filter 7 in the air line 8th is directed. Among other things, to reduce emissions, the air that is sent to internal combustion engines, compressed at relatively high pressure, so that this air also has a relatively high temperature. The compressed air may have a temperature of up to about 260 ° C after compression. The compressed and heated air is taken from the compressor 6 to the cooled with coolant intercooler 9 where it is cooled in a first step by the cooling liquid circulating in the low-temperature cooling system. As the circulating coolant in the low-temperature cooling system of air at ambient temperature in the cooling element 13 is cooled, the cooling liquid may have a relatively low temperature when going to the first intercooler 9 and therefore cool the air very well in the first step.

Die Steuereinheit 15 empfängt im Wesentlichen kontinuierliche Informationen bezüglich der Belastung des Verbrennungsmotors 2. Mit Informationen über die Belastung des Verbrennungsmotors kann die Steuereinheit 15 die Kompression der Luft im Kompressor 6 und dadurch die Temperatur der Luft, wenn sie zu dem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler 9 gelangt, schätzen. Die Steuereinheit empfängt auch Informationen vom Sensor 16 bezüglich der Umgebungslufttemperatur. Die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit der kühlenden Luftströmung sind davon abhängig, wie effizient die Kühlflüssigkeit im Kühlelement 13 gekühlt wird und wie die komprimierte Luft in dem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler 10 gekühlt wird. Mithilfe dieser Informationen kann die Steuereinheit 15 die Zirkulationspumpe 14 so steuern, dass sich eine Kühlflüssigkeitsströmung im Niedertemperaturkühlsystem ergibt, mit der eine gewünschte Kühlung der Ladeluft in dem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler 9 erzielt wird. Nach der Kühlung im ersten Ladeluftkühler 9 wird die Luft zum zweiten Ladeluftkühler 10 geleitet, wo sie von Luft mit Umgebungstemperatur gekühlt wird. Die Luft kann hier auf eine Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur gekühlt werden. Die gekühlte komprimierte Luft wird danach durch die Luftleitung 8 dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt. Alternativ dazu kann die gekühlte komprimierte Luft mit zurückgeführten Abgasen vermischt werden, bevor die Mischung dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt wird.The control unit 15 receives substantially continuous information regarding the load of the internal combustion engine 2 , With information about the load of the internal combustion engine, the control unit 15 the compression of the air in the compressor 6 and thereby the temperature of the air when they are to the cooled with cooling liquid intercooler 9 get, appreciate. The control unit also receives information from the sensor 16 with respect to the ambient air temperature. The temperature and the flow rate of the cooling air flow depend on how efficient the cooling liquid in the cooling element 13 is cooled and how the compressed air in the air cooled intercooler 10 is cooled. Using this information, the control unit can 15 the circulation pump 14 to control that results in a cooling liquid flow in the low-temperature cooling system, with a desired cooling of the charge air in the cooled with coolant charge air cooler 9 is achieved. After cooling in the first intercooler 9 the air becomes the second intercooler 10 where it is cooled by air at ambient temperature. The air can here be cooled to a temperature close to the ambient temperature. The cooled compressed air is then through the air line 8th the internal combustion engine 2 fed. Alternatively, the cooled compressed air may be mixed with recirculated exhaust gases before the mixture is sent to the internal combustion engine 2 is supplied.

Ein gewisser Druckabfall der komprimierten Luft ist unvermeidlich, wenn diese in Luftleitung 8 vom Kompressor 6 zum Verbrennungsmotor 2 geleitet wird. Insbesondere kann der Druckabfall der Luft relativ groß sein, wenn diese in einem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler gekühlt wird. Der Druckabfall in einem entsprechenden mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler 9 ist wesentlich geringer. Indem in diesem Fall die komprimierte Luft in einem ersten Schritt in einem mit Kühlflüssigkeit gekühlten Ladeluftkühler 9 gekühlt wird, hat die Luft eine niedrigere Temperatur und eine höhere Dichte, wenn sie in den mit Luft gekühlten Ladeluftkühler 10 gelangt. Da die komprimierte Luft nur in einem zweiten Schritt in dem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler 10 gekühlt wird, kann dieser kleiner ausgeführt werden. Die verringerte Kühlpartie 10b des mit Luft gekühlten Ladeluftkühlers 10 macht einen Raum 17a zwischen dem Einlasstank 10a und dem Auslasstank 10c des Ladeluftkühlers 10 frei. In diesem frei gemachten Raum 17a, der während des Betriebs des Verbrennungsmotors 2 von einer kühlenden Luftströmung durchströmt wird, ist das Kühlelement 13 angeordnet. Der Einlasstank 10a und der Auslasstank 10c des Ladeluftkühlers 10 sind so bemessen, dass ihre oberen Endpartien sich mindestens auf der Höhe der höchsten Partie des hinteren Kühlers 21 befinden.A certain pressure drop of the compressed air is inevitable when this is in air line 8th from the compressor 6 to the internal combustion engine 2 is directed. In particular, the pressure drop of the air can be relatively large when it is cooled in an air-cooled intercooler. The pressure drop in a corresponding charge air cooler cooled with coolant 9 is much lower. In this case, the compressed air in a first step in an intercooler cooled with coolant 9 When cooled, the air has a lower temperature and a higher density when in the air cooled intercooler 10 arrives. Since the compressed air only in a second step in the air cooled intercooler 10 Is cooled, this can be made smaller. The reduced cooling section 10b of the air cooled intercooler 10 makes a room 17a between the inlet tank 10a and the outlet tank 10c of the intercooler 10 free. In this freed up room 17a during the operation of the internal combustion engine 2 flows through a cooling air flow, is the cooling element 13 arranged. The inlet tank 10a and the outlet tank 10c of the intercooler 10 are sized so that their upper end sections are at least equal to the highest part of the rear radiator 21 are located.

Ein weiterer Vorteil der Kühlung der komprimierten Luft in einem ersten Schritt, bevor sie in dem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler gekühlt wird, besteht darin, dass die rohrförmigen Bereiche der Kühlpartie 10b aus Aluminium hergestellt werden können, das ein Material mit sehr guten Wärmeübertragungseigenschaften ist. Jedoch verringert sich die Haltbarkeit von Aluminium bei hohen Temperaturen. Es ist deshalb aus Haltbarkeitsgründen nicht möglich, herkömmliche Ladeluftkühler mit rohrförmigen Elementen aus Aluminium zu verwenden, um komprimierte Luft mit Temperaturen in der Größenordnung von 260° zu leiten. Dank der Kühlung der komprimierten Luft im ersten Schritt kann die zweite Kühlpartie aus Aluminium hergestellt werden, um die komprimierte Luft im zweiten Schritt zu kühlen.A further advantage of the cooling of the compressed air in a first step, before it is cooled in the air-cooled intercooler, is that the tubular regions of the cooling section 10b can be made of aluminum, which is a material with very good heat transfer properties. However, the durability of aluminum at high temperatures decreases. It is therefore not possible, for reasons of durability, to use conventional intercoolers with aluminum tubular members to direct compressed air at temperatures of the order of 260 °. Thanks to the cooling of the compressed air in the first step, the second cooling section can be made of aluminum in order to cool the compressed air in the second step.

Die Erfindung ist nicht auf die auf den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform begrenzt, sondern kann im Rahmen der Patentansprüche frei variiert werden.The invention is not limited to the embodiment shown in the drawings, but may be varied freely within the scope of the claims.

Claims (10)

Vorrichtung zur Kühlung von komprimierter Luft, die einem Verbrennungsmotor (2) eines Fahrzeugs (1) zugeführt wird, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen mit Luft gekühlten Ladeluftkühler (10) mit einem Einlasstank (10a), der dazu dient, komprimierte Luft aus einem Kompressor aufzunehmen, eine Kühlpartie (10b), in der die komprimierte Luft gekühlt wird, und einen Auslasstank (10c), der dazu dient, die komprimierte Luft nach der Kühlung in der Kühlpartie (10b) aufzunehmen, wobei die Kühlpartie (10b) in einem Raum (17) angeordnet ist, der sich zwischen dem Einlasstank (10a) und dem Auslasstank (10c) befindet, und wobei der Raum (17) in einem Bereich (A) des Fahrzeugs (1) angeordnet ist, der während des Betriebs des Verbrennungsmotors (2) von einer kühlenden Luftströmung durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner Folgendes aufweist: ein Kühlsystem, das einen Leitungskreis (12) mit einer zirkulierenden Kühlflüssigkeit besitzt, einen Ladeluftkühler (9), in dem die zirkulierende Kühlflüssigkeit die komprimierte Luft in einem ersten Schritt kühlt, bevor diese in dem mit Luft gekühlten Ladeluftkühler (10) in einem zweiten Schritt gekühlt wird, und ein Kühlelement (13), in dem die zirkulierende Kühlflüssigkeit von Luft gekühlt wird, wobei das Kühlelement (13) in einem Teil des Raumes (17a) zwischen dem Einlasstank (10a) und dem Auslasstank (10c) angeordnet ist, der nicht von der Kühlpartie (10b) eingenommen wird.Device for cooling compressed air, which is an internal combustion engine ( 2 ) of a vehicle ( 1 ), the apparatus comprising: an air cooled intercooler ( 10 ) with an inlet tank ( 10a ), which serves to receive compressed air from a compressor, a cooling section ( 10b ), in which the compressed air is cooled, and an outlet tank ( 10c ), which serves the compressed air after cooling in the cooling section ( 10b ), the cooling section ( 10b ) in a room ( 17 ) located between the inlet tank ( 10a ) and the outlet tank ( 10c ) and where the space ( 17 ) in an area (A) of the vehicle ( 1 ) is arranged during the operation of the internal combustion engine ( 2 ) is traversed by a cooling air flow, characterized in that the device further comprises: a cooling system having a line circuit ( 12 ) with a circulating coolant, a charge air cooler ( 9 in which the circulating cooling liquid cools the compressed air in a first step before it is cooled in the air-cooled intercooler ( 10 ) is cooled in a second step, and a cooling element ( 13 ), in which the circulating cooling liquid is cooled by air, wherein the cooling element ( 13 ) in a part of the room ( 17a ) between the inlet tank ( 10a ) and the outlet tank ( 10c ), which is not from the cooling section ( 10b ) is taken. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (13) über der Kühlpartie (10b) in dem oben genannten Raum (17a) zwischen dem Einlasstank (10a) und dem Auslasstank (10c) angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that the cooling element ( 13 ) over the cooling section ( 10b ) in the above-mentioned room ( 17a ) between the inlet tank ( 10a ) and the outlet tank ( 10c ) is arranged. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (13) Folgendes aufweist: einen Einlasstank (13a), der dazu dient, Kühlflüssigkeit aufzunehmen, die gekühlt werden soll, eine Kühlpartie (13b), in der die Kühlflüssigkeit von Luft gekühlt wird, die durch den Raum (17a) strömt, und einen Auslasstank (13c), der die gekühlte Kühlflüssigkeit aufnimmt.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling element ( 13 ) Comprising: an inlet tank ( 13a ), which serves to hold cooling liquid to be cooled, a cooling section ( 13b ), in which the cooling liquid is cooled by air passing through the room ( 17a ) and an outlet tank ( 13c ), which receives the cooled coolant. Vorrichtung gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oben genannte Kühlsystem eine Pumpe (14) aufweist, die dazu dient, die Kühlflüssigkeit im Kühlsystem mit variabler Drehzahl umzuwälzen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the above-mentioned cooling system comprises a pump ( 14 ) which serves to circulate the cooling liquid in the variable speed cooling system. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuereinheit (15) aufweist, die dazu dient, die Drehzahl der Pumpe (14) während des Betriebs des Verbrennungsmotors (2) zu steuern.Device according to claim 4, characterized in that the device comprises a control unit ( 15 ), which serves to increase the speed of the pump ( 14 ) during operation of the internal combustion engine ( 2 ) to control. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (15) dazu dient, die Pumpe (14) mithilfe von Informationen über mindestens einen Parameter zu steuern, der sich auf die Temperatur der komprimierten Luft bezieht, nachdem diese im ersten Ladeluftkühler (9) oder im zweiten Ladeluftkühler (10) abgekühlt wurde.Device according to claim 5, characterized in that the control unit ( 15 ) serves the pump ( 14 ) using information about at least one parameter relating to the temperature of the compressed air after it has been measured in the first intercooler ( 9 ) or in the second intercooler ( 10 ) was cooled. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (15) dazu dient, Informationen über einen Parameter zu empfangen, der sich auf die Belastung des Verbrennungsmotors (2) bezieht.Device according to claim 6, characterized in that the control unit ( 15 ) is used to receive information about a parameter related to the load of the internal combustion engine ( 2 ). Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (15) dazu dient, Informationen von einem Sensor (16) zu empfangen, der die Temperatur der kühlenden Luftströmung, die durch den Raum (17) zwischen dem Einlasstank (10a) und dem Auslasstank (10c) strömt, misst oder schätzt.Device according to claim 6 or 7, characterized in that the control unit ( 15 ) is used to collect information from a sensor ( 16 ) to receive the temperature of the cooling air flowing through the room ( 17 ) between the inlet tank ( 10a ) and the outlet tank ( 10c ) flows, measures or estimates. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler (10) und das Kühlelement (13) in einem Bereich (A) des Fahrzeugs angeordnet sind, in dem sie während des Betriebs des Verbrennungsmotors (2) von Luft mit Umgebungstemperatur durchströmt werden.Device according to claim 8, characterized in that the air cooled intercooler ( 10 ) and the cooling element ( 13 ) are arranged in an area (A) of the vehicle, in which they during the operation of the internal combustion engine ( 2 ) are traversed by air at ambient temperature. Vorrichtung gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Luft gekühlte Ladeluftkühler (10) und das Kühlelement (13) im vorderen Bereich des Fahrzeugs (1) vor dem Kühler (21) des Fahrzeugs (1) zur Kühlung der Kühlflüssigkeit in einem Kühlsystem, das den Verbrennungsmotor (2) kühlt, angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the air-cooled intercooler ( 10 ) and the cooling element ( 13 ) in the front area of the vehicle ( 1 ) in front of the radiator ( 21 ) of the vehicle ( 1 ) for cooling the cooling liquid in a cooling system that controls the internal combustion engine ( 2 ) cools, are arranged.
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