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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines mit einem Motorkühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs verbunden Hochtemperatur-Ladeluftkühlers, eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Ladeluftkühlsystem.
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Moderne Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen werden in immer stärkerem Maße aufgeladen, um den Zielkonflikt aus Fahrleistung, Verbrauch und Emissionen besser auflösen zu können. Daraus ergeben sich weiter steigende Anforderungen an die Ladeluftkühlung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines mit einem Motorkühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs verbunden Hochtemperatur-Ladeluftkühlers, eine verbesserte Vorrichtung zum Steuern eines mit einem Motorkühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs verbunden Hochtemperatur-Ladeluftkühlers und ein verbessertes entsprechendes Ladeluftkühlsystem zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, eine Vorrichtung sowie ein Ladeluftkühlsystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Ladeluftkühleranordnung, bei der ein geregelter Ladelufkühler an einen Motorkühlkreislauf angeschlossen ist, bei voller Leistungsanforderung eine stärkere Abkühlung ermöglicht, ohne bei Teillastbetriebspunkten Nachteile zu generieren. Dieser Ansatz kann beispielsweise durch eine Regelung einer kaskadierten Ladeluftkühlung realisiert werden. Eine solche kaskadierte Ladeluftkühlung weist einen zusätzlichen Ladeluftkühler auf.
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So kann die Ladeluftkühlung verbessert werden, wenn eine Durchströmung des zusätzlichen Ladeluftkühlers mit Motorkühlmittel nicht kontinuierlich sondern bedarfsgerecht erfolgt. Wird die Durchströmung mit Motorkühlmittel bei geringer Motorlast verhindert, so kann auch keine Erwärmung der Ladeluft stattfinden.
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Entsprechend kann gemäß dem hier vorgestellten Ansatz eine Ladeluftkühleranordnung realisiert werden, die die Leistungsvorteile einer zweistufigen Kühlung aufweist, ohne dass dabei die bekannten Nachteile bei einem Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors in Kauf genommen werden müssen.
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Gemäß dem hier vorgestellten Lösungsansatz können durch die Durchströmung des zusätzlichen Ladeluftkühlers mit Motorkühlmittel bedingte Betriebszustände vermieden werden, bei denen die Kühlmitteltemperatur höher als die Ladelufttemperatur ist. Solche Betriebszustände sind vor allem in der Motorteillast bei moderaten Umgebungstemperaturen von < 30°C zu erwarten, wenn das Motorkühlmittel bereits eine Betriebstemperatur von etwa 90°C erreicht hat. Die Ladelufttemperaturen sind dann häufig deutlich geringer als 100°C, wodurch sich bei der Durchströmung des zusätzlichen Ladeluftkühlers eine Erwärmung und keine Abkühlung einstellen würde.
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Der Vorteil des hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Ansatzes besteht somit darin, bei einer zweistufigen Ladeluftkühleranordnung höchster Leistung die bekannten Nachteile im Teillastbetrieb zu vermeiden. Die Umsetzung kann kostengünstig erfolgen, da als Regelgrößen ohnehin am Motor verfügbare physikalische Zustandsgrößen wie Ladedruck und Kühlmitteltemperatur verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Steuern eines mit einem Motorkühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs verbunden Hochtemperatur-Ladeluftkühlers zum Kühlen von Ladeluft für den Verbrennungsmotor, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
Steuern eines Flusses eines Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler in Abhängigkeit eines vorbestimmten Parameters.
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Das Verfahren kann als Teil einer kaskadierten direkten oder indirekten Ladeluftkühlung für den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs durchgeführt werden. Dabei kann der Hochtemperatur-Ladeluftkühler mit einem separaten Niedertemperatur-Ladeluftkühler in Reihe geschaltet sein. Der Hochtemperatur-Ladeluftkühler und der Niedertemperatur-Ladeluftkühler können mit einer Ladeluftleitung zum Führen der Ladeluft verbunden sein, so dass die Ladeluft zur Vorkühlung zunächst durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler geleitet wird und zur Weiterkühlung, z. B. auf eine bestimmte Zieltemperatur, anschließend durch den Niedertemperatur-Ladeluftkühler geleitet wird. Der Niedertemperatur-Ladeluftkühler kann zur Kühlung der Ladeluft mit einem ein Niedertemperatur-Kühlmittel führenden Kühlkreislauf verbunden sein. Dieser wiederum kann beispielsweise durch Kühlluft direkt gekühlt werden. Der Hochtemperatur-Ladeluftkühler kann so mit dem Motorkühlkreislauf verbunden sein, dass unter bestimmten Bedingungen Motorkühlmittel aus dem Motorkühlkreislauf durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler geleitet werden kann, um diesen zu kühlen. Entsprechend kann es sich bei dem Hochtemperatur-Kühlmittel um das Motorkühlmittel aus dem Motorkühlkreislauf handeln. Die bestimmten Bedingungen können z. B. erfüllt sein, wenn eine Temperatur des Motorkühlmittels geringer als eine Temperatur der den Hochtemperatur-Ladeluftkühler durchströmenden Ladeluft ist. Zum Steuern des Flusses des Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler kann der Hochtemperatur-Ladeluftkühler eine Kühlmitteleinlassöffnung und eine Kühlmittelausöffnung aufweisen, von denen zumindest eine als ein Ventil ausgeführt sein kann. Das Ventil kann z. B. ausgebildet sein, um in Abhängigkeit des vorbestimmten Parameters in eine Öffnungsposition gebracht zu werden, um den Fluss des Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler zuzulassen, oder in eine Schließposition gebracht zu werden, um den Fluss des Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler vollständig oder teilweise zu sperren. Der Parameter kann von einer Motorlast des Verbrennungsmotors abhängen oder die Motorlast selbst repräsentieren. Insbesondere kann der Parameterwert einen durch die Motorlast beeinflussten Zustand eines Mediums betreffen, z. B. einen Druck oder eine erfasste Temperatur der Ladeluft vor, nach oder während des Durchströmens des Hochtemperatur-Ladeluftkühlers. Auch kann der Parameter einen Messwert repräsentieren, über den wiederum auf die Temperatur der Ladeluft, auf den Druck der Ladeluft oder auf einen Temperaturunterschied zwischen Ladeluft und Motorkühlmittel geschlossen werden kann. Entsprechend kann das Verfahren beispielsweise so durchgeführt werden, dass ansprechend auf einen vorbestimmten Temperaturwert, um den eine Temperatur der Ladeluft eine Temperatur des Motorkühlmittels übersteigt, ein Fluss des Motorkühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler freigeschaltet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der vorbestimmte Parameter eine Motorlast des Verbrennungsmotors repräsentieren. So kann beispielsweise bei hoher Motorlast eine stärkere Kühlung der Ladeluft erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der vorbestimmte Parameter einen Ladedruck des Verbrennungsmotors repräsentieren. Eine Erhöhung des Ladedrucks geht mit einer Erhöhung der Ladelufttemperatur einher. Zur Durchführung des Verfahrens kann der Ladedruck z. B. an einen Aktuator bereitgestellt werden, der basierend auf einem ausreichenden Ladedruck z. B. ein Kühlmitteleinlassventil des Hochtemperatur-Ladeluftkühlers öffnet, so dass Motorkühlmittel den Hochtemperatur-Ladeluftkühler durchströmen kann. Bei dem Aktuator kann es sich beispielsweise um eine Membrandose handeln.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der vorbestimmte Parameter eine Temperatur des Hochtemperatur-Kühlmittels repräsentieren. Hier kann zur Durchführung des Verfahrens ein Thermostat, insbesondere ein Wachsthermostat, eingesetzt werden, das z. B. an einem Kühlmittelaustritt des Hochtemperatur-Ladeluftkühlers angeordnet ist, um ein Durchflussvolumen des Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler zu steuern.
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Alternativ kann der vorbestimmte Parameter eine Temperatur eines Niedertemperatur-Kühlmittels eines Niedertemperatur-Ladeluftkühlers zum weiteren Kühlen der Ladeluft für den Verbrennungsmotor repräsentieren. Hier kann z. B. ein Thermostat an einem Kühlmittelaustritt des Niedertemperatur-Ladeluftkühlers angeordnet sein, wobei basierend auf einer Bewegung des Thermostats z. B. ein Ventil zum Steuern einer Durchströmung des Hochtemperatur-Ladeluftkühlers mit dem Hochtemperatur-Kühlmittel betätigt werden kann.
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Ferner kann der vorbestimmte Parameter eine Temperatur der Ladeluft repräsentieren. Auch hier kann zur Durchführung des Verfahrens wiederum ein Thermostat eingesetzt werden, das hier z. B. innerhalb einer Ladeluftleitung des Fahrzeugs angeordnet sein kann. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein Messwert des Thermostats z. B. in einen Algorithmus für eine Betätigung eines Ventils zum Steuern einer Durchströmung des Hochtemperatur-Ladeluftkühlers mit dem Hochtemperatur-Kühlmittel verwendet einfließen.
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Die im Vorhergehenden genannten Ausführungsformen weisen den gemeinsamen Vorteil auf, dass sämtlich benötigte Messwerte bzw. Zustände ohnehin bereits erhoben werden bzw. vorliegen, also für eine korrekte Durchführung des Verfahrens nicht neu eingebracht werden brauchen. Sämtliche zu verwendenden Messeinrichtungen bzw. Steuereinrichtungen sind entweder bereits vorhanden oder können kostengünstig ohne weiteres installiert werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Steuern eines mit einem Motorkühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs verbunden Hochtemperatur-Ladeluftkühlers zum Kühlen von Ladeluft für den Verbrennungsmotor, wobei die Vorrichtung das folgende Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Steuern eines Flusses eines Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler in Abhängigkeit eines vorbestimmten Parameters.
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Die Vorrichtung kann beispielsweise in dem Motorkühlkreislauf angeordnet und geeignet sein, um Schritte des im Vorhergehenden vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung ein Kühlmittelventil zum Sperren oder Freigeben des Flusses des Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler aufweisen. Dabei kann das Kühlmittelventil durch die Einrichtung gesteuert werden. Bei der Einrichtung kann es sich um einen Aktuator handeln, der mit dem Kühlmittelventil z. B. mechanisch, elektrisch, über Funk, etc. verbunden ist.
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Beispielsweise kann der vorbestimmte Parameter einen Ladedruck des Verbrennungsmotors repräsentieren. Entsprechend kann die Einrichtung eine Membrandose mit einer Membrane zur Erfassung des Ladedrucks umfassen. Die Membrandose kann z. B. mittels eines Verbindungselements direkt mit dem Kühlmittelventil verbunden sein. So kann der Ladedruck vorteilhafterweise unmittelbar zur Steuerung des Kühlmitteldurchflusses durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Ladeluftkühlsystem zum Kühlen von Ladeluft für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, wobei das Ladeluftkühlsystem die folgenden Merkmale aufweist:
einen mit einem Motorkühlkreislauf des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs verbunden Hochtemperatur-Ladeluftkühler zum Vorkühlen der Ladeluft;
einen mit einem Niedertemperatur-Kühlkreislauf verbundenen Niedertemperatur-Ladeluftkühler zum weiteren Kühlen der Ladeluft; und
eine in dem Vorhergehenden erläuterte Vorrichtung, die mit dem Motorkühlkreislauf gekoppelt ist, um in Abhängigkeit des vorbestimmten Parameters den Fluss des Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler zu steuern.
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Dabei kann der Motorkühlkreislauf ein Hochtemperatur-Kühlmittel führen, das vorrangig zum Kühlen des Verbrennungsmotors eingesetzt wird. Der Motorkühlkreislauf kann beispielsweise eine Abzweigung durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler aufweisen, die basierend auf dem vorbestimmten Parameter mit dem Hochtemperatur-Kühlmittel durchströmt wird oder nicht. Der den Niedertemperatur-Ladeluftkühler versorgenden Niedertemperatur-Kühlkreislauf kann von dem Motorkühlkreislauf völlig getrennt sein und ein Niedertemperatur-Kühlmittel aufweisen, das direkt durch Kühlluft oder indirekt mittels eines weiteren Kühlkreislaufs gekühlt wird.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Kühlsystems mit direkter Ladeluftkühlung;
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2 eine Prinzipdarstellung eines Kühlsystems mit indirekter Ladeluftkühlung;
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3 eine Prinzipdarstellung eines Kühlsystems mit kaskadierter Ladeluftkühlung;
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4a eine Prinzipdarstellung eines Kühlmittelreglers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer geschlossenen Position;
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4b eine Prinzipdarstellung des Kühlmittelreglers aus 4a in einer geöffneten Position;
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5 eine Darstellung eines beispielhaften Ladedruckkennfelds für einen Verbrennungsmotor; und
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6 eine Darstellung eines beispielhaften Ladelufttemperaturkennfelds für einen Verbrennungsmotor.
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In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
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Zur Kühlung der Ladeluft eines Verbrennungsmotors sind im Wesentlichen zwei Verfahren bekannt, die sogenannte direkte und die indirekte Ladeluftkühlung. Bei der direkten Ladeluftkühlung wird von einem Aufladegerät, beispielsweise einem Turbolader, komprimierte und erhitzte Luft in einem Ladeluftkühler mit der durchströmenden Umgebungsluft gekühlt. Diese Anordnung ist kostengünstig und effizient und daher weit verbreitet.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Kühlsystems 100 mit direkter Ladeluftkühlung. Das Kühlsystem 100 kann in einem mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeug eingesetzt werden. Gezeigt sind ein Ladeluftkühler 110, ein Verbrennungsmotor 120 und ein Abgasturbolader 130. Der Ladeluftkühler 110, der Verbrennungsmotor 120 und der Abgasturbolader 130 stehen über eine Ladeluftleitung 140 miteinander in Verbindung. Gemäß der Darstellung in 1 ist das Kühlsystem 100 so aufgebaut, dass der Abgasturbolader 130 mittels einer Energie der von dem Verbrennungsmotor 120 aufgenommenen Abgase Luft aus einer Umgebung des Fahrzeugs ansaugt und verdichtet. In einer durch Pfeile in der Darstellung gekennzeichneten Strömungsrichtung leitet die Ladeluftleitung 140 die verdichtete Luft bzw. Ladeluft durch den Ladeluftkühler 110 zum dem Verbrennungsmotor 120, um diesen aufzuladen. Bei dem in 1 dargestellten Kühlsystem 100 wird die den Ladeluftkühler 110 durchströmende Ladeluft direkt gekühlt, und zwar durch einen durch eine Mehrzahl von parallelen Pfeilen gekennzeichneten Kühlluftstrom, der quer zu der Strömungsrichtung der Ladeluft durch den Ladeluftkühler 110 geleitet wird.
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Bei der sogenannten indirekten Ladeluftkühlung wird die Ladeluft über einen Ladeluft-/Kühlmittelkühler gekühlt. Das dabei verwendete Kühlmedium wird in einem weiteren Wärmeübertrager ebenfalls durch die durchströmende Umgebungsluft gekühlt. Die wesentlichen Vorteile dieser Anordnung liegen in einem stark reduzierten Ladeluftvolumen, Bauraumvorteilen im Bereich des Vorderwagens und erhöhter Kühlleistung bei positiven Lastwechseln.
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2 zeigt entsprechend ein Kühlsystem 200 mit einer beispielhaften indirekten Ladeluftkühlung. Der Aufbau des Kühlsystems 200 ähnelt in weiten Teilen dem des in 1 gezeigten Kühlsystems 200, wobei für die Implementierung der indirekten Ladeluftkühlung Erweiterungen in Form weiterer Kühlkreisläufe vorgesehen sind. So umfasst das Kühlsystem 200 ferner einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf 210 zum Führen eines Niedertemperatur-Kühlmittels. Der Niedertemperatur-Kühlkreislauf 210 ist über einen Kühlmitteleinlass 220 und Kühlmittelauslass 220 mit dem Ladeluftkühler 110 verbunden. Entsprechend erfolgt eine Kühlung der den Ladeluftkühler 110 durchströmenden Ladeluft indirekt über eine Wärmeübertragung auf das Niedertemperatur-Kühlmittel des Niedertemperatur-Kühlkreislaufs 210. Zur Kühlung des Niedertemperatur-Kühlmittels weist der Niedertemperatur-Kühlkreislauf 210 einen weiteren Wärmeübertrager 230 auf, der anstelle des Ladeluftkühlers 110 wie in 1 gezeigt von dem Kühlluftstrom durchströmt wird. Das in 2 dargestellte Kühlsystem 200 umfasst ferner einen Motorkühlkreislauf 240. Dieser weist ein Motorkühlmittel zur Kühlung des Verbrennungsmotors 120 auf. Das Motorkühlmittel kann hier auch als Hochtemperatur-Kühlmittel bezeichnet werden, da es wärmer als das Niedertemperatur-Kühlmittel ist. Der Motorkühlkreislauf 240 weist einen Motorkühlmittel-Kühler 260 auf, in dem das Motorkühlmittel wiederum mittels Durchströmung des Motorkühlmittel-Kühlers 260 mit Kühlluft gekühlt werden kann. Ein Ventil 250 steuert einen Fluss des Motorkühlmittels so, dass ein Durchfluss des Motorkühlmittels durch den Motorkühlmittel-Kühler 260 bedarfsgerecht geregelt werden kann.
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Eine Verbesserung der Ladeluftkühlleistung kann erreicht werden, wenn zusätzlich ein weiterer Ladeluftkühler in die Ladeluftführung integriert wird. Dies ist sowohl bei direkter, wie auch bei indirekter Ladeluftkühlung möglich. Vorteilhafterweise handelt es sich bei diesem weiteren Ladeluftkühler um einen Ladeluft-/Kühlmittel-Wärmeübertrager, der von Motorkühlmittel durchströmt wird. So wird die Funktion einer Vorkühlung gewährleistet, ohne einen möglicherweise vorhandenen Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf zusätzlich mit Ladeluftabwärme zu belasten.
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3 zeigt entsprechend in einer Prinzipdarstellung ein Kühlsystem 300 mit kaskadierter Ladeluftkühlung. Das Kühlsystem 300 umfasst neben dem bereits aus den 1 und 2 bekannten Niedertemperatur-Ladeluftkühler 110 einen Hochtemperatur-Ladeluftkühler 310. Der Niedertemperatur-Ladeluftkühler 110 und der Hochtemperatur-Ladeluftkühler 310 sind beide in die Ladeluftleitung 140 zum Führen der Ladeluft von dem Abgasturbolader zu dem Verbrennungsmotor integriert. Sie sind dabei so angeordnet, dass in einer durch einen Pfeil in der Darstellung angedeuteten Strömungsrichtung der Ladeluft der Hochtemperatur-Ladeluftkühler 310 dem Niedertemperatur-Ladeluftkühler 110 vorgeschaltet ist. Der Niedertemperatur-Ladeluftkühler 110 weist die Anschlüsse 220 zum Verbinden des Niedertemperatur-Ladeluftkühlers 110 mit dem in 3 nicht gezeigten Niedertemperatur-Kühlkreislauf auf. Der Hochtemperatur-Ladeluftkühler 310 weist Anschlüsse 320 für einen Kühlmitteleinlass in den Hochtemperatur-Ladeluftkühler 310 und einen Kühlmittelauslass aus dem Hochtemperatur-Ladeluftkühler 310 auf.
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Gemäß einem in den Figuren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Anschlüsse 320 des Hochtemperatur-Ladeluftkühlers 310 mit dem in 2 gezeigten Motorkühlkreislauf 240 verbunden. Um eine Durchströmung des Hochtemperatur-Ladeluftkühlers 310 mit dem Motorkühlmittel aus dem Motorkühlkreislauf 240 bedarfsgerecht zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, ist eine Steuervorrichtung, beispielsweise ein Kühlmittelventil, in dem Motorkühlkreislauf 240 vorgesehen. Ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Steuervorrichtung ist in den 4a und 4b gezeigt.
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Bei dem in den 4a und 4b gezeigten Ausführungsbeispiel 400 kann die Regelung des Hochtemperatur-Kühlmittelkreislaufs im Zusammenhang mit einer kaskadierten Ladeluftkühleranordnung in Abhängigkeit der Motorlast erfolgen.
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Die 4a und 4b zeigen in zwei unterschiedlichen Positionen ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 400 zum Steuern eines Hochtemperatur-Ladeluftkühlers in Form eines mit einer Membrandose 410 verbundenen Kühlmittelventils 420. Die Vorrichtung 400 ist hier als Teil eines Hochtemperatur-Ladeluftkühlers ausgebildet. Gemäß den Darstellungen in 4a und 4b ist das Kühlmittelventil 420 innerhalb eines mit einem Hochtemperatur-Kühlkreislauf bzw. Motorkühlkreislaufs verbundenen Kühlmittelstutzens des Hochtemperatur-Ladeluftkühlers, beispielsweise des in 3 gezeigten Hochtemperatur-Ladeluftkühlers 310, angeordnet. Über einen sich aus dem Kühlmittelstutzen erstreckenden Kolben ist das Kühlmittelventil 420 mit einer Membrane 430 der Membrandose 410 verbunden. Die Membrandose 410 weist eine Öffnung zum Aufnehmen eines Ladedrucks in die Membrandose 410 auf. Über die Öffnung kann die Membrandose 410 beispielsweise mit der in 3 gezeigten Ladeluftleitung 140 verbunden sein.
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4a zeigt die Vorrichtung 400 in einer ersten Position, in der kein Ladedruck herrscht, oder der Ladedruck zu gering ist, um eine Wölbung der Membran der Membrandose 410 zu bewirken. Hier ist das Kühlmittelventil 420 geschlossen, ein Fluss eines durch einen Pfeil gekennzeichneten Hochtemperatur-Kühlmittels durch die Leitung ist gesperrt.
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4b zeigt die Vorrichtung 400 in einer zweiten Position. Eine Mehrzahl von Pfeilen kennzeichnet eine Wölbung der Membrane 430 der Membrandose 410 aufgrund eines durch die Öffnung in die Membrandose 410 aufgenommenen Ladedrucks. Somit befindet sich das Kühlmittelventil 420 basierend auf dem Ladedruck in einer geöffneten Position. Wie durch in der Leitung dargestellte Pfeile gekennzeichnet, kann nun das Hochtemperatur-Kühlmittel frei durch die Leitung in den angeschlossenen Hochtemperatur-Ladeluftkühler strömen.
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Ein Maß für die Motorlast – und damit auch für eine Temperatur der Ladeluft – ist der Ladedruck. Ein Kennfeld des Ladedrucks über Motordrehzahl und -last ist nachfolgend in 5 dargestellt. Die Ladelufttemperatur nimmt mit steigendem Ladedruck ebenfalls zu, ein Kennfeld der Ladelufttemperatur über Motordrehzahl und -last ist nachfolgend in 6 gezeigt. Der Ladeluftkühlbedarf wird demzufolge mit steigender Motorlast und -drehzahl größer. Wird nun die Ladeluftstrecke mit einer Druckleitung mit einem Aktuator, z. B. der in 4a und 4b gezeigten Membrandose 410, verbunden, so kann über den Ladedruck der Kühlmittelstrom durch den zusätzlichen Ladeluftkühler beeinflusst werden.
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Dies wird wie bereits erläutert dadurch erreicht, dass die Membrandose 410 mit dem Kühlmittelventil 420 verbunden ist, das an dem Kühlmittelstutzen des zusätzlichen Ladeluftkühlers angeordnet ist. Liegt der Ladedruck unter einem definierten Wert, so reicht die Kraft auf die Membrane 430 nicht aus, um das Kühlmittelventil 420 zu öffnen (4a). Die Kühlmittelströmung bei geringer Motorlast wird somit unterbunden, und es findet keine Erwärmung der Ladeluft über das warme Motorkühlmittel statt. Überschreitet der Ladedruck den definierten Öffnungswert, so wird über die Verformung der Membrane 430 das Kühlmittelventil 420 geöffnet (4b). In diesem Fall kann der Ladeluftkühler dann wieder mit Motorkühlmittel durchströmt werden, und die Vorkühlfunktion ist gewährleistet.
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5 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Ladedruckkennfelds für einen Verbrennungsmotor. Auf der Abszisse des gezeigten Koordinatensystems ist die Motordrehzahl N [1/min] aufgetragen. Auf der Ordinate ist der einer Motorlast entsprechende Mitteldruck des thermodynamischen Kreisprozesses in bar aufgetragen. Das Kennfeld setzt sich aus einer Mehrzahl von Graphen zusammen, die zur Veranschaulichung einzelne Ladedruckwerte in Millibar ausweisen. Die Darstellung in 5 zeigt, dass mit ansteigender Motorlast der Ladedruck ansteigt. Die Höchstwerte des Ladedrucks werden in diesem Beispiel zwischen einer Motordrehzahl von n = 2000/min und n = 2500/min erreicht.
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6 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Ladelufttemperaturkennfelds für einen Verbrennungsmotor. Auf der Abszisse des gezeigten Koordinatensystems ist wiederum die Motordrehzahl N [1/min] aufgetragen. Auf der Ordinate ist wiederum der einer Motorlast entsprechende Mitteldruck des thermodynamischen Kreisprozesses in bar aufgetragen. Das Kennfeld setzt sich aus einer Mehrzahl von Graphen zusammen, die zur Veranschaulichung einzelne Temperaturwerte der Ladeluft in °C ausweisen. Die Darstellung in 6 zeigt, dass mit ansteigender Motorlast die Temperatur der Ladeluft ansteigt. Die größten Temperaturwerte liegen demnach entlang der Volllastlinie des Verbrennungsmotors.
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Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz bestehen ferner in den Figuren nicht gezeigte Alternativen zur zweckmäßigen Durchführung des hier vorgestellten Verfahrens.
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Beispielsweise kann anstelle der Beaufschlagung einer Membrandose mit Ladedruck auch eine Regelung über einen Wachsthermostat erfolgen. Dieses Thermostat kann am Kühlmittelaustritt des zusätzlichen Ladeluftkühlers angeordnet sein. Über eine notwendige Kühlmittelleckage kann dabei eine ansteigende Kühlleistung über eine zunehmende Kühlmitteltemperatur sensiert werden. Als Reaktion auf die ansteigende Kühlmitteltemperatur würde das Wachs schmelzen und die resultierende Volumenzunahme kann ein verbundenes Kühlmittelventil so betätigen, dass die Kühlmittelströmung durch den zusätzlichen Ladeluftkühler ermöglicht wird.
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Weiterhin ist es möglich, ein Thermostat im Ladeluftstrom oder, bei indirekter Ladeluftkühlung, am Kühlmittelaustritt des Haupt-Ladeluftkühlers anzuordnen. In beiden Fällen müsste eine Thermostatbewegung aus der sensierten Temperaturerhöhung mechanisch auf ein Kühlmittelventil übertragen werden, das im Motorkühlmittelkreislauf, der den zusätzlichen Ladeluftkühler versorgt, angeordnet ist.
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Ferner kann das Kühlmittelventil zum Öffnen der Versorgung des zusätzlichen Ladeluftkühlers auch elektrisch angesteuert werden. Die Freigabe des Kühlmittelkreislaufs zum zusätzlichen Ladeluftkühler kann dabei abhängig von Betriebsparametern oder Kennfeldern aus den Motor- oder Fahrzeugsteuergeräten erfolgen.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
