DE102012001675A1 - Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betrieb einer Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betrieb einer Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kreislaufanordnung (1) zur Kühlung von Verbrennungsluft (V) einer Verbrennungskraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs mit einem Hochtemperaturkreislauf (4) und einem Niedertemperaturkreislauf (5) mit einer Verbrennungskraftmaschine (2), welche einen Ladeluftverdichter (3) zur Kompression einer der Verbrennungskraftmaschine (2) zugeführten Verbrennungsluft (V) und einen Ladeluftwärmetauscher (11, 13, 19) zur Kühlung dieser Verbrennungsluft (V) umfasst. Erfindungsgemäß wird die komprimierte Verbrennungsluft (V) nacheinander durch einen mit dem Hochtemperaturkreislauf (4) thermisch gekoppelten ersten Ladeluftwärmetauscher (11), einen mit einem Heizkreislauf (12) thermisch gekoppelten dritten Ladeluftwärmetauscher (13) und/oder einen mit dem Niedertemperaturkreislauf (5) thermisch gekoppelten zweiten Ladeluftwärmetauscher (19) geleitet und derart stufenweise auf eine vorgebbare Temperatur abgekühlt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Kreislaufanordnung (1) zur Kühlung von Verbrennungsluft (V) einer Verbrennungskraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kreislaufanordnung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.
  • Die DE 10 2006 054 223 A1 beschreibt ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hauptpumpe zur Umwälzung eines Kühlmittels eines Fahrzeugmotors zumindest in einem inneren Kühlmittelkreis, ein Thermostat zur temperaturabhängigen Durchleitung des Kühlmittels durch einen Hauptzweig, wobei ein Kühlmittelkühler in dem Hauptzweig angeordnet ist, eine von dem strömenden Kühlmittel antreibbare Pumpeneinheit, einen von dem Kühlmittel durchströmbaren Niedertemperaturkühler und einen dem Niedertemperaturkühler nachgeordneten Wärmetauscher, wobei der Kühlmittelstrom des Wärmetauschers zumindest in einer ersten Betriebsart mit dem Kühlmittelstrom des Fahrzeugmotors verbunden ist, wobei die Pumpeneinheit in dem Hauptzweig angeordnet ist.
  • Die DE 10 2005 047 653 A1 beschreibt eine Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, welche einen Verbrennungsmotor sowie mindestens eine, wahlweise motorisch oder generatorisch betreibbare elektrische Maschine umfasst, mit einem Ladeluftverdichter zur Kompression einer dem Verbrennungsmotor zugeführten Verbrennungsluft und einem Ladeluftkühler zur Kühlung der Verbrennungsluft. Es ist vorgesehen, dass die Hybridantriebseinheit einen, ein flüssiges Kühlmittel führenden Niedertemperatur-Kühlkreis aufweist, der separat von einem Hochtemperatur-Kühlkreis des Verbrennungsmotors ausgebildet ist und einen Wärmetauscher zur Kühlung des Kühlmittels aufweist, wobei der Niedertemperatur-Kühlkreis den Ladeluftkühler sowie die elektrische Maschine und/oder der elektrischen Maschine zugeordnete elektronische Bauelemente einschließt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, insbesondere effizientere Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer solchen Kreislaufanordnung anzugeben.
  • Hinsichtlich der Kreislaufanordnung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb einer Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei der Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Hochtemperaturkreislauf und einem Niedertemperaturkreislauf, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Ladeluftverdichter zur Kompression einer der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Verbrennungsluft und einen Ladeluftwärmetauscher zur Kühlung dieser Verbrennungsluft umfasst, ist erfindungsgemäß zumindest ein erster Ladeluftwärmetauscher thermisch mit dem Hochtemperaturkreislauf und zumindest ein zweiter Ladeluftwärmetauscher thermisch mit dem Niedertemperaturkreislauf gekoppelt.
  • Dadurch ist eine Vorkühlung der Verbrennungsluft mittels des ersten Ladeluftwärmetauschers im Hochtemperaturkreislauf ermöglicht, wobei mittels dieser Vorkühlung ein großer Teil der Wärmeenergie aus der Verbrennungsluft abgeführt und die Verbrennungsluft somit auf ein mittleres Temperaturniveau heruntergekühlt wird.
  • Eine abschließende Kühlung der Verbrennungsluft erfolgt mittels des zweiten Ladeluftwärmetauschers im Niedertemperaturkreislauf auf eine vorgebbare Temperatur. Besonders vorteilhafterweise ist derart eine Temperaturdifferenz zwischen einer Eintrittstemperatur der Verbrennungsluft in den zweiten Ladeluftwärmetauscher im Niedertemperaturkreislauf und einer Kühlmitteltemperatur des im Niedertemperaturkreislauf zirkulierenden Kühlmittels signifikant verringert. Dadurch wird eine thermische Belastung der Komponenten im Niedertemperaturkreislauf, insbesondere einer Niedertemperaturkühlmittelpumpe und eines Niedertemperaturkühlmittelkühlers, verringert, wodurch ein Verschließ dieser Komponenten verringert und eine Lebensdauer gesteigert ist.
  • Auf diese Weise ist eine thermische Belastung des Niedertemperaturkreislaufs verringert und eine Überlastung sicher vermieden. Vorteilhafterweise muss der Niedertemperaturkreislauf derart nicht die komplette Wärmeenergie der Verbrennungsluft aufnehmen, wodurch der Niedertemperaturkreislauf entsprechend dimensioniert werden kann. Weiterhin ist die Effizienz des Niedertemperaturkreislaufs gesteigert, wodurch dessen Bauraum und Gewicht signifikant verringerbar sind.
  • In einer weiterführenden vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist noch ein dritter Ladeluftwärmetauscher thermisch mit einem Heizkreis gekoppelt. Der dritte Ladeluftwärmetauscher ist in Flussrichtung der Verbrennungsluft zwischen dem ersten Ladeluftwärmetauscher und dem zweiten Ladeluftwärmetauscher angeordnet, so dass die Verbrennungsluft durch den zweiten Ladeluftwärmetauscher weiter abgekühlt werden kann, bevor die Verbrennungsluft im zweiten Ladeluftwärmetauscher auf die Endtemperatur gekühlt wird. Die thermische Belastung des Niedertemperaturkreises kann damit noch weiter verringert werden, da der dritte Ladeluftwärmetauscher zuvor schon zusätzlich einen Teil der thermischen Energie aus der Verbrennungsluft abführt.
  • Somit ist vorteilhafterweise eine Kühlung der Verbrennungsluft im Fahrzeug signifikant verbessert, wodurch niedrigere Bauteiltemperaturen und verringerter Verschleiß erreicht sind.
  • Durch die effizientere Kühlung der Verbrennungsluft können notwendige Kühlflächen eines Kühlmittelkühlers am Fahrzeug verkleinert werden, so dass ein Luftwiderstand des Fahrzeugs und ein daraus resultierender Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß verringert ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung können durch die verbesserte Kühlung der Verbrennungsluft kritische Zustände der Verbrennungskraftmaschine, beispielweise eine Überhitzung im Zylinderkopf, vermieden werden.
  • Durch die höhere Kühlleistung und die daraus resultierenden verringerten Bauteiltemperaturen innerhalb der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere im Zylinderkopf, kann die Verbrennung derart angepasst werden, dass eine höhere spezifische Motorleistung abrufbar ist.
  • Beim Verfahren zum Betrieb einer Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Hochtemperaturkreislauf und einem Niedertemperaturkreislauf, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Ladeluftverdichter zur Kompression einer der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Verbrennungsluft und einen Ladeluftwärmetauscher zur Kühlung dieser Verbrennungsluft umfasst, wird die komprimierte Verbrennungsluft erfindungsgemäß nacheinander durch einen mit dem Hochtemperaturkreislauf thermisch gekoppelten ersten Ladeluftwärmetauscher, einen mit einem Heizkreislauf thermisch gekoppelten dritten Ladeluftwärmetauscher und/oder einen mit dem Niedertemperaturkreislauf thermisch gekoppelten zweiten Ladeluftwärmetauscher geleitet und derart stufenweise auf eine vorgebbare Temperatur abgekühlt. Dadurch ist eine Kühlung der Verbrennungsluft im Fahrzeug effektiviert und besonders vorteilhafterweise kann die Abwärme der Verbrennungsluft zur Fahrzeuginnenraumheizung verwendet werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
  • 1 schematisch ein Kreislaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Kreislaufanordnung.
  • 1 zeigt schematisch ein Kreislaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Kreislaufanordnung 1 zur Kühlung von Verbrennungsluft V einer Verbrennungskraftmaschine 2 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Dabei umfasst das Kraftfahrzeug zumindest eine Verbrennungskraftmaschine 2. Bei der Verbrennungskraftmaschine 2 kann es sich um einen herkömmlichen Diesel- oder Ottomotor, z. B. eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder Nutzfahrzeugs, handeln.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 2 ist als herkömmliche, so genannte aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, d. h. die Verbrennungsluft V wird der Verbrennungskraftmaschine 2 komprimiert mit einem Druck, zugeführt, welcher größer als der Umgebungsdruck des Kraftfahrzeugs ist.
  • Die Komprimierung der Verbrennungsluft V kann auf herkömmliche Weise mittels eines Ladeluftverdichters 3, beispielweise eines Abgasturbolader, eines Kompressors und/oder einer Turbine, erfolgen.
  • Die Verbrennungsluft V wird der Verbrennungskraftmaschine 2 mittels eines herkömmlichen, nicht näher dargestellten Verbrennungsluftzuführsystems zugeführt.
  • Das Kraftfahrzeug kann als herkömmliches verbrennungsmotorisch betriebenes Fahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet sein.
  • Die Kreislaufanordnung 1 umfasst einen Hochtemperaturkreislauf 4 und einen Niedertemperaturkreislauf 5. In der dargestellten Ausführungsvariante sind Hochtemperaturkreislauf 4 und Niedertemperaturkreislauf 5 als separate Kühlkreisläufe ausgebildet.
  • In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante können Hochtemperaturkreislauf 4 und Niedertemperaturkreislauf 5 fluidisch und/oder thermisch miteinander gekoppelt sein und derart Teilkreisläufe eines Fahrzeugkühlkreislaufes bilden.
  • Der Hochtemperaturkreislauf 4 ist als herkömmlicher Motorkühlkreislauf für die Verbrennungskraftmaschine 2 ausgebildet und umfasst zumindest eine Kühlmittelpumpe 7, eine Bypassleitung 8, einen Hochtemperaturkühlmittelkühler 9, eine Ventilanordnung 10 und die Verbrennungskraftmaschine 2 mit den entsprechenden Kühlmittelkanälen, welche in einem Kreislauf verschaltet sind.
  • Der Hochtemperaturkühlmittelkühler 9 ist als herkömmlicher Fahrzeugkühler ausgebildet. Die Kühlmittelpumpe 7 ist als herkömmliche Kühlmittelpumpe ausgebildet, welche ein Hochtemperaturkühlmittel HKM im Hochtemperaturkreislauf 4 in Zirkulation versetzt.
  • Die Bypassleitung 8 ermöglicht eine Zirkulation des Hochtemperaturkühlmittels HKM im Hochtemperaturkreislauf 4 unter Umgehung des Hochtemperaturkühlmittelkühlers 9, um beispielsweise bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 2 eine schnelle Temperierung des Hochtemperaturkühlmittels HKM zu ermöglichen. Die Bypassleitung 8 zweigt dabei in Flussrichtung des Hochtemperaturkühlmittels HKM nach der Ventilanordnung 10 vom Hochtemperaturkreislauf 4 ab. In Abhängigkeit der Ventilstellung der Ventilanordnung 10 durchströmt Hochtemperaturkühlmittel HKM den gesamten Hochtemperaturkreislauf 4 und somit den Hochtemperaturkühlmittelkühler 9 oder die Bypassleitung 8. Babel können mittels der Ventilanordnung 10 beliebige Mischungsverhältnisse zwischen ungekühltem und im Hochtemperaturkühlmittelkühler 9 gekühltem Hochtemperaturkühlmittel HKM eingestellt werden.
  • Die Ventilanordnung 10 ist bevorzugt als herkömmliches Drei-Wege-Ventil ausgebildet. Ein solches Ventil der Ventilanordnungen 10 ist als Steuerventil, insbesondere direkt gesteuertes Ventil, ausgebildet, welches mittels einer nicht näher dargestellten Steuereinheit derart ansteuerbar ist, dass die Durchflussrichtung und/oder Durchflussmenge eines Kühlmittelstroms individuell einstellbar ist.
  • Mittels der Ventilanordnung 10 ist ein Kühlmittelstrom im Hochtemperaturkreislauf 4 individuell, z. B. zeitabhängig, zeitlich getaktet, druckabhängig, z. B. in Abhängigkeit vom Kühlmitteldruck, temperaturabhängig, z. B. in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur, und/oder ereignisabhängig, z. B. betriebspunktabhängig, stufenweise und/oder stufenlos steuer- und/oder regelbar.
  • Die Ventilanordnung 10 kann aber auch in einer nicht dargestellten Ausführungsform als selbstregelndes Thermostatventil ausgeführt sein.
  • Im Hochtemperaturkreislauf 4 kann in einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ein herkömmlicher Motorölkühler angeordnet sein, welcher ein innerhalb der Verbrennungskraftmaschine 2 zirkulierendes Schmiermittel durch Wärmeabgabe an den Hochtemperaturkreislauf 4 kühlt.
  • In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsvariante ist ein herkömmliches Abgasrückführungsventil in der Kreislaufanordnung 1 angeordnet und mittels selbiger kühlbar.
  • Im Hochtemperaturkreislauf 4 ist zumindest ein erster Ladeluftwärmetauscher 11 angeordnet. Der erste Ladeluftwärmetauscher 11 ist als herkömmlicher indirekter Ladeluftluftkühler ausgebildet, mittels dessen thermische Energie von der komprimierten und derart erwärmten Verbrennungsluft V an das Hochtemperaturkühlmittel HKM des Hochtemperaturkreislaufs 4 übertragbar ist.
  • Dabei ist der erste Ladeluftwärmetauscher 11 im Hochtemperaturkreislauf 4 in Flussrichtung des Hochtemperaturkühlmittels HKM nach der Verbrennungskraftmaschine 2 angeordnet.
  • In der dargestellten Ausführungsvariante ist ein herkömmlicher Heizkreislauf 12 fluidisch mit dem Hochtemperaturkreislauf 4 gekoppelt, wobei ein dritter Ladeluftwärmetauscher 13 im Heizkreislauf 12 angeordnet ist.
  • Der Heizkreislauf 12 zweigt im Bereich der Bypassleitung 8 vom Hochtemperaturkreislauf 4 ab, so dass in Abhängigkeit der Ventilstellung der Ventilanordnung 10 Hochtemperaturkühlmittel HKM aus dem Hochtemperaturkreislauf 4 den Heizkreislauf 12 durchströmt.
  • Der Heizkreislauf 12 umfasst einen Innenraumwärmetauscher 14, welcher als herkömmlicher Innenraumwärmetauscher ausgebildet ist und eine Erwärmung oder Beheizung eines Fahrzeuginnenraums 20 mit der im Hochtemperaturkreislauf 4 geführten Abwärme der Verbrennungskraftmaschine 2 ermöglicht. Dabei ist dem Innenraumwärmetauscher 14 ein herkömmliches Ventil 15 zugeordnet, mittels dessen eine Durchflussmenge eines Kühlmittelstroms durch den Innenraumwärmetauscher 14 und eine daraus resultierende Temperatur im Fahrzeuginnenraum 20 individuell einstellbar ist.
  • Der Heizkreislauf 12 mündet in Flussrichtung des Hochtemperaturkühlmittels HKM vor der Ventilanordnung 10 in den Hochtemperaturkreislauf 4.
  • Der Niedertemperaturkreislauf 5 umfasst zumindest einen herkömmlichen Niedertemperaturkühlmittelkühler 16, elektrische Antriebskomponenten 17, eine Niedertemperaturkühlmittelpumpe 18 und/oder einen nicht dargestellten Getriebeölkühler. Dabei umfassen die im Niedertemperaturkreislauf 5 angeordneten und zu kühlenden Komponenten jeweils nicht dargestellte Kühlmittelkanäle und können im Niedertemperaturkreislauf 5 seriell und/oder parallel verschaltet sein. Alle Komponenten des Niedertemperaturkreislaufs 5 sind zu einem Kreislauf verschaltet, in welchem ein Niedertemperaturkühlmittel NKM mittels der Niedertemperaturkühlmittelpumpe 18 umgewälzt wird. Dabei weist das im Niedertemperaturkreislauf 5 zirkulierende Niedertemperaturkühlmittel NKM eine signifikant niedrigere Temperatur als das im Hochtemperaturkreislauf 4 zirkulierende Hochtemperaturkühlmittel HKM auf.
  • Die elektrischen Antriebskomponenten 17 können beispielsweise als herkömmliche Traktionsbatterie, Leistungselektronik, Elektromotor, Spannungswandler und/oder Laderegler ausgebildet sein.
  • Alternativ kann der Niedertemperaturkreislauf 5 als Kühlkreislauf eines Abgasrückführungskühlers, einer Klimaanlage, eines Hydrauliköls, eines Getriebes und/oder einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung ausgebildet sein.
  • Der Niedertemperaturkühlmittelkühler 16 ist als herkömmlicher Kühlmittelkühler ausgebildet und bevorzugt in einem Frontbereich des Fahrzeugs angeordnet.
  • Im Niedertemperaturkreislauf 5 ist zumindest ein zweiter Ladeluftwärmetauscher 19 angeordnet. Der zweite Ladeluftwärmetauscher 19 ist als herkömmlicher indirekter Ladeluftluftkühler ausgebildet, mittels dessen thermische Energie von der komprimierten und derart erwärmten Verbrennungsluft V an das Niedertemperaturkühlmittel NKM des Niedertemperaturkreislaufs 5 übertragbar ist.
  • Dabei ist der zweite Ladeluftwärmetauscher 19 im Niedertemperaturkreislauf 5 in Flussrichtung des Niedertemperaturkühlmittels NKM vor dem Niedertemperaturkühlmittelkühler 16 angeordnet.
  • Die Ladeluftwärmetauscher 11, 13 und/oder 19 sind im Verbrennungsluftzuführsystem der Verbrennungskraftmaschine 2 derart verschaltet, dass sie von der beispielsweise mittels des Ladeluftverdichters 3 komprimierten Verbrennungsluft V nacheinander durchströmt werden.
  • Im Betrieb der Kreislaufanordnung 1 wird die komprimierte und derart erwärmte Verbrennungsluft V erfindungsgemäß nacheinander durch den mit dem Hochtemperaturkreislauf 4 thermisch gekoppelten erste Ladeluftwärmetauscher 11, den mit dem Heizkreislauf 12 thermisch gekoppelten dritten Ladeluftwärmetauscher 13 und den mit dem Niedertemperaturkreislauf 5 thermisch gekoppelten zweiten Ladeluftwärmetauscher 19 geleitet und derart stufenweise auf eine vorgebbare Temperatur abgekühlt. Dadurch ist eine Kühlung der Verbrennungsluft V im Kraftfahrzeug effektiviert und besonders vorteilhafterweise kann die Abwärme der Verbrennungsluft V zur Fahrzeuginnenraumheizung verwendet werden.
  • Durch die beschriebene Anordnung der Ladeluftwärmetauscher 11, 13 und/oder 19 im Verbrennungsluftzuführsystem der Verbrennungskraftmaschine 2 ist eine Vorkühlung der Verbrennungsluft V mittels des ersten Ladeluftwärmetauschers 11 im Hochtemperaturkreislauf 4 ermöglicht, wobei mittels dieser Vorkühlung ein großer Teil der Wärmeenergie aus der Verbrennungsluft V abgeführt und die Verbrennungsluft V somit auf ein mittleres Temperaturniveau heruntergekühlt wird.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Verbrennungsluft V mittels des dritten Ladeluftwärmetauschers 13 im Heizkreislauf 12 weiter abkühlbar, wobei die mittels des dritten Ladeluftwärmetauschers 13 abgeführte Abwärme der Verbrennungsluft V zur Heizung des Fahrzeuginnenraums 20 verwendet werden kann.
  • Eine abschließende Kühlung der Verbrennungsluft V erfolgt mittels des zweiten Ladeluftwärmetauschers 19 im Niedertemperaturkreislauf 5 auf eine vorgebbare Temperatur. Besonders vorteilhafterweise ist derart eine Temperaturdifferenz zwischen einer Eintrittstemperatur der Verbrennungsluft V in den zweiten Ladeluftwärmetauscher 19 im Niedertemperaturkreislauf 5 und einer Kühlmitteltemperatur des im Niedertemperaturkreislauf 5 zirkulierenden Niedertemperaturkühlmittels NKM signifikant verringert. Dadurch wird eine thermische Belastung der Komponenten im Niedertemperaturkreislauf 5, insbesondere der Niedertemperaturkühlmittelpumpe 18 und des Niedertemperaturkühlmittelkühlers 16, verringert, wodurch ein Verschließ dieser Komponenten verringert und eine Lebensdauer gesteigert ist.
  • Auf diese Weise ist eine thermische Belastung des Niedertemperaturkreislaufs 5 signifikant verringert und eine Überlastung sicher vermieden. Vorteilhafterweise muss der Niedertemperaturkreislauf 5 derart nicht die komplette Wärmeenergie der Verbrennungsluft V aufnehmen, wodurch der Niedertemperaturkreislauf 5 entsprechend dimensioniert, insbesondere verkleinert, werden kann. Weiterhin ist die Effizienz des Niedertemperaturkreislaufs 5 gesteigert, wodurch dessen Bauraum und Gewicht signifikant verringerbar sind.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Kreislaufanordnung 1 ist vorteilhafterweise eine Kühlung der Verbrennungsluft V im Kraftfahrzeug signifikant verbessert, wodurch niedrigere Bauteiltemperaturen und verringerter Verschleiß erreicht sind.
  • Durch die effizientere Kühlung der Verbrennungsluft V können notwendige Kühlflächen des Niedertemperaturkühlmittelkühlers am Kraftfahrzeug verkleinert werden, so dass ein Luftwiderstand des Fahrzeugs und ein daraus resultierender Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß verringert sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung können durch die verbesserte Kühlung der Verbrennungsluft V kritische Zustände der Verbrennungskraftmaschine 2, beispielweise eine Überhitzung im Zylinderkopf, vermieden werden.
  • Durch die verbesserte Kühlung der Verbrennungsluft V und die daraus resultierenden verringerten Bauteiltemperaturen innerhalb der Verbrennungskraftmaschine 2, insbesondere im Zylinderkopf, kann die Verbrennung derart angepasst werden, dass eine höhere spezifische Motorleistung abrufbar ist.
  • In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann im Verbrennungsluftzuführsystem der Verbrennungskraftmaschine 2 ein herkömmlicher direkter Ladeluftkühler zusätzlich oder als Ersatz eines der Ladeluftwärmetauscher 11, 13 oder 19 angeordnet sein und die Verbrennungsluft V mittels der Umgebungsluft abkühlen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kreislaufanordnung
    2
    Verbrennungskraftmaschine
    3
    Ladeluftverdichter
    4
    Hochtemperaturkreislauf
    5
    Niedertemperaturkreislauf
    7
    Kühlmittelpumpe
    8
    Bypassleitung
    9
    Hochtemperaturkühlmittelkühler
    10
    Ventilanordnung
    11
    erster Ladeluftwärmetauscher
    12
    Heizkreislauf
    13
    dritter Ladeluftwärmetauscher
    14
    Innenraumwärmetauscher
    15
    Ventil
    16
    Niedertemperaturkühlmittelkühler
    17
    elektrische Antriebskomponente
    18
    Niedertemperaturkühlmittelpumpe
    19
    zweiter Ladeluftwärmetauscher
    20
    Fahrzeuginnenraum
    HKM
    Hochtemperaturkühlmittel
    NKM
    Niedertemperaturkühlmittel
    V
    Verbrennungsluft
  • 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 102006054223 A1 [0002]
    • DE 102005047653 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Kreislaufanordnung (1) zur Kühlung von Verbrennungsluft (V) einer Verbrennungskraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs mit einem Hochtemperaturkreislauf (4) und einem Niedertemperaturkreislauf (5) mit einer Verbrennungskraftmaschine (2), welche einen Ladeluftverdichter (3) zur Kompression einer der Verbrennungskraftmaschine (2) zugeführten Verbrennungsluft (V) und einen Ladeluftwärmetauscher (11, 13, 19) zur Kühlung dieser Verbrennungsluft (V) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein ersten Ladeluftwärmetauscher (11) thermisch mit dem Hochtemperaturkreislauf (4) und zumindest ein zweiten Ladeluftwärmetauscher (19) thermisch mit dem Niedertemperaturkreislauf (5) gekoppelt ist.
  2. Kreislaufanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Hochtemperaturkreislauf (4) ein Heizkreislauf (12) fluidisch gekoppelt ist und zumindest ein dritter Ladeluftwärmetauscher (13) thermisch mit dem Heizkreislauf (12) gekoppelt ist.
  3. Kreislaufanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturkreislauf (4) als Motorkühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine (2) ausgebildet ist.
  4. Kreislaufanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperaturkreislauf (5) als Kühlkreislauf eines Abgasrückführungskühlers, einer elektrochemischen Zelle, einer Klimaanlage, eines Hydrauliköls, elektrischer Antriebskomponenten (17), eines Getriebes und/oder einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung ausgebildet ist.
  5. Kreislaufanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ladeluftwärmetauscher (19) im Niedertemperaturkreislauf (5) in Flussrichtung des Kühlmittels vor einem Niedertemperaturkühlmittelkühler (16) angeordnet ist.
  6. Kreislaufanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ladeluftwärmetauscher (11) im Hochtemperaturkreislauf (4) in Flussrichtung des Kühlmittels nach der Verbrennungskraftmaschine (2) angeordnet ist.
  7. Kreislaufanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftwärmetauscher (11, 13, 19) als indirekte Ladeluftkühler ausgebildet sind.
  8. Kreislaufanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftwärmetauscher (11, 13, 19) derart in einem Verbrennungsluftzuführsystem der Verbrennungskraftmaschine (2) angeordnet sind, dass die komprimierte Verbrennungsluft (V) nacheinander jeweils den ersten Ladeluftwärmetauscher (11) im Hochtemperaturkreislauf (4), den dritten Ladeluftwärmetauscher (13) im Heizkreislauf (12) und/oder den zweiten Ladeluftwärmetauscher (19) im Niedertemperaturkreislauf (5) durchströmt.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Kreislaufanordnung (1) zur Kühlung von Verbrennungsluft (V) einer Verbrennungskraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs mit einem Hochtemperaturkreislauf (4) und einem Niedertemperaturkreislauf (5) mit einer Verbrennungskraftmaschine (2), welche einen Ladeluftverdichter (3) zur Kompression einer der Verbrennungskraftmaschine (2) zugeführten Verbrennungsluft (V) und einen Ladeluftwärmetauscher (11, 13, 19) zur Kühlung dieser Verbrennungsluft (V) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die komprimierte Verbrennungsluft (V) nacheinander durch einen mit dem Hochtemperaturkreislauf (4) thermisch gekoppelten ersten Ladeluftwärmetauscher (11), einen mit einem Heizkreislauf (12) thermisch gekoppelten dritten Ladeluftwärmetauscher (13) und/oder einen mit dem Niedertemperaturkreislauf (5) thermisch gekoppelten zweiten Ladeluftwärmetauscher (19) geleitet und derart stufenweise auf eine vorgebbare Temperatur abgekühlt wird.
DE201210001675 2012-01-28 2012-01-28 Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betrieb einer Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Withdrawn DE102012001675A1 (de)

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