DE102012217215B4 - Charge air cooler with thermoelectric generator - Google Patents
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Abstract
Ladeluftkühler (12) für eine Brennkraftmaschine, mit- einem luftführenden Bereich (27), in dem zu temperierende Ladeluft in einer Strömungsrichtung fließt,- mindestens einem kühlmittelführenden Bereich (20) und- einer Mehrzahl von thermoelektrischen Einrichtungen (23), die über erste elektrische Brücken (22a) miteinander elektrisch in Reihe und/oder in Serie geschaltet sind und wobei jede thermoelektrische Einrichtung (23) zwei Schenkel (23a, 23b) umfasst, die über eine zweite elektrische Brücke (22b) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass- eine den Schenkel (23a, 23b) abgeneigte Oberfläche der ersten elektrischen Brücken (22a) unmittelbar von der zu temperierenden Ladeluft umströmt wird.Charge air cooler (12) for an internal combustion engine, with - an air-conducting area (27) in which the charge air to be tempered flows in one flow direction, - at least one coolant-conducting area (20) and - a plurality of thermoelectric devices (23), which have first electrical Bridges (22a) are electrically connected in series and / or in series and each thermoelectric device (23) comprises two legs (23a, 23b) which are connected to one another via a second electrical bridge (22b), characterized in that- a surface of the first electrical bridges (22a) that is inclined towards the leg (23a, 23b) is directly surrounded by the charge air to be tempered.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine, mit einem luftführenden Bereich, in dem zu temperierende Ladeluft in einer Strömungsrichtung fließt, mindestens einem Kühlmittel führenden Bereich und einer Mehrzahl von thermoelektrischen Einrichtungen, die über erste elektrische Brücken miteinander elektrisch in Reihe und/oder Serie geschalten sind und wobei jede thermoelektrische Einrichtung zwei Schenkel umfasst, die über eine zweite elektrische Berücke miteinander verbunden sind.The invention relates to a charge air cooler for an internal combustion engine, with an air-conducting area in which the charge air to be tempered flows in one direction of flow, at least one coolant-conducting area and a plurality of thermoelectric devices that are electrically connected in series and / or series with one another via first electrical bridges and wherein each thermoelectric device comprises two legs which are connected to one another via a second electrical bridge.
Im Sinne der Erfindung sind Brennkraftmaschinen Verbrennungsmotoren, wie sie im Kraftfahrzeugbau als Diesel- oder Otto-Motoren zur Anwendung kommen. Zur Steigerung des Füllungsgrades der Zylinder eines Verbrennungsmotors ist es bekannt, eine Aufladung in Form von beispielsweise Abgasturboladern oder Kompressoren zu verwenden. Dadurch gelangt mehr Sauerstoff pro Arbeitstakt in den Zylinder, so dass auch mehr Treibstoff beigemischt werden kann, wodurch sich die Leistung des Motors erhöht. Um zusätzlich leistungssteigernde Effekte zu erzielen, ist es bekannt, die Ladeluft abzukühlen, um die Dichte der angesaugten Luft und damit die Menge an Sauerstoff zu erhöhen.For the purposes of the invention, internal combustion engines are internal combustion engines such as those used in motor vehicle construction as diesel or Otto engines. To increase the degree of filling of the cylinders of an internal combustion engine, it is known to use a supercharger in the form of, for example, exhaust gas turbochargers or compressors. This means that more oxygen gets into the cylinder per work cycle, so that more fuel can be mixed in, which increases the engine's performance. In order to achieve additional performance-enhancing effects, it is known to cool the charge air in order to increase the density of the air drawn in and thus the amount of oxygen.
Mit höher werdendem Ladedruck erhöht sich auch zunehmend die notwendige Kühlleistung des Ladeluftkühlers. Während der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors ist jedoch eine Kühlung der Ladeluft unerwünscht, da der Verbrennungsmotor möglichst schnell auf seine Betriebstemperatur gebracht werden soll.As the charge pressure increases, the necessary cooling capacity of the charge air cooler also increases. During the warm-up phase of the internal combustion engine, however, cooling of the charge air is undesirable, since the internal combustion engine should be brought to its operating temperature as quickly as possible.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, einen Ladeluftkühler anzugeben, dessen Funktionsweise auf besonders einfache Weise an die jeweiligen Betriebszustände der Brennkraftmaschine anpassbar ist und mit dem gleichzeitig die Nachhaltigkeit und der Wirkungsgrad im Betrieb der Brennkraftmaschine verbessert werden können.The present invention sets itself the task of specifying a charge air cooler whose mode of operation can be adapted in a particularly simple manner to the respective operating states of the internal combustion engine and with which the sustainability and the efficiency in the operation of the internal combustion engine can be improved at the same time.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.This object is achieved by a device with the features of the independent claim. The dependent claims represent advantageous embodiments of the invention.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Ladeluftkühler für eine Brennkraftmaschine vor, mit einem luftführenden Bereich, in dem zu temperierende Ladeluft in einer Strömungsrichtung fließt, mindestens einem kühlmittelführenden Bereich und einer Mehrzahl von thermoelektrischen Einrichtungen, die über erste elektrische Brücken miteinander elektrisch in Reihe und/oder in Serie geschaltet sind und wobei jede thermoelektrische Einrichtung zwei Schenkel umfasst, die über eine zweite elektrische Brücke miteinander verbunden sind. Weiterhin kann eine den Schenkeln abgeneigte Oberfläche der ersten elektrischen Brücken unmittelbar von der zu temperierenden Ladeluft umströmt werden. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Strukturen kann hier auf eine Isolationsschicht verzichtet werden, die einen Schutz vor einem Kurzschluss der elektrischen Brücken über die metallische Wärmetauscherstruktur zur Aufgabe hat. Damit geht auch der Vorteil einher, dass ein deutlich verringerter Wärmewiderstand generiert werden kann.To solve this problem, the invention proposes a charge air cooler for an internal combustion engine, with an air-conducting area in which the charge air to be tempered flows in one flow direction, at least one coolant-conducting area and a plurality of thermoelectric devices that are electrically connected to one another in series and via first electrical bridges / or are connected in series and wherein each thermoelectric device comprises two legs which are connected to one another via a second electrical bridge. Furthermore, a surface of the first electrical bridges that is inclined towards the legs can be flowed around directly by the charge air to be tempered. Compared to the structures known from the prior art, an insulation layer can be dispensed with here, which has the task of protecting against a short circuit of the electrical bridges via the metallic heat exchanger structure. This also has the advantage that a significantly reduced thermal resistance can be generated.
Darüber hinaus kann an der Oberfläche der Brücke, die von der zu temperierenden Ladeluft umströmt wird, eine oberflächenvergrößernde Struktur ausgebildet sein.In addition, a surface-enlarging structure can be formed on the surface of the bridge around which the charge air to be tempered flows.
Ferner können an der Oberfläche der elektrischen Brücken, die von der zu temperierenden Ladeluft umströmt wird, Rippen und/oder Finnen ausgebildet sein. Dies bietet den Vorteil, dass ein besonders großer Wärmeübergang aus der Ladeluft zu den thermoelektrischen Einrichtungen und umgekehrt realisiert werden kann.Furthermore, ribs and / or fins can be formed on the surface of the electrical bridges around which the charge air to be tempered flows. This offers the advantage that a particularly large amount of heat can be transferred from the charge air to the thermoelectric devices and vice versa.
Zusätzlich oder alternativ kann zwischen zwei Schenkel benachbarter thermoelektrischer Einrichtungen ein elektrischer Isolator vorgesehen sein.Additionally or alternatively, an electrical insulator can be provided between two legs of adjacent thermoelectric devices.
Darüber hinaus kann der Isolator gasdicht ausgebildet sein. Dadurch wird vermieden, dass in der Ladeluft befindliche Partikel zwischen die thermoelektrischen Einheiten dringen und zu Korrosion oder Verschmutzungen führen kann.In addition, the insulator can be made gas-tight. This prevents particles in the charge air from penetrating between the thermoelectric units and leading to corrosion or contamination.
Ein Ladeluftkühler mit einem thermoelektrischen Generator bietet eine erhöhte Effizienz gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ladeluftkühlern. Durch thermische Beeinflussung der Ansaugluft kann insbesondere beim Kaltstart eine Verbesserung der Emissionen erzielt werden. Bei maximalem Leistungswunsch durch den Fahrer wird eine aktive Ladeluftkühlung erzeugt, wobei eine Temperaturabsenkung der Ansaugluft auch unterhalb der Umgebungstemperatur möglich ist. Nicht zuletzt wird im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors der Luftkühler zur elektrischen Stromerzeugung genutzt. Dadurch wird der mechanische Generator, der üblicherweise für die Stromerzeugung notwendig ist, entlastet, so dass eine Reduktion des Kohlenstoffdioxidausstoßes erzielt wird.A charge air cooler with a thermoelectric generator offers increased efficiency compared to the charge air coolers known from the prior art. By thermally influencing the intake air, an improvement in emissions can be achieved, especially during a cold start. When the driver wants maximum performance an active charge air cooling is generated, whereby a temperature reduction of the intake air is also possible below the ambient temperature. Last but not least, the air cooler is used to generate electricity during normal operation of the internal combustion engine. This relieves the load on the mechanical generator, which is usually necessary for generating electricity, so that a reduction in carbon dioxide emissions is achieved.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.The invention is explained in more detail below with reference to the description of the figures. The claims, the figures and the description contain a large number of features which are explained below in connection with embodiments of the present invention described by way of example. The person skilled in the art will also consider these features individually and in other combinations in order to form further embodiments which are adapted to corresponding applications of the invention.
Es zeigen in schematischer Darstellung
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1a einen schematischen Kühlmittelkreislauf eines Ladeluftkühlers -
1b eine Schnittansicht durch einen Ladeluftkühler entlang der Schnittlinie A-A aus 1a, -
2 eine Detailansicht des Aufbaus eines Ladeluftkühlers gemäß dem Stand der Technik und -
3 eine Detailansicht des Aufbaus eines Ladeluftkühlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1a a schematic coolant circuit of a charge air cooler -
1b a sectional view through a charge air cooler along the section line AA from FIG. 1a, -
2 a detailed view of the structure of a charge air cooler according to the prior art and -
3 a detailed view of the structure of a charge air cooler according to the present invention.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben werden.The invention is to be described in more detail below with reference to the figures.
In
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in
Ein Ausschnitt eines Ladeluftkühlers
Die elektrischen Brücken
Zwischen zwei benachbarten thermoelektrischen Einrichtungen
Grundsätzlich bietet die Integration eines thermoelektrischen Generators in den Ladeluftkühler
Claims (5)
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DE102012217215.7A DE102012217215B4 (en) | 2012-09-25 | 2012-09-25 | Charge air cooler with thermoelectric generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102012217215.7A DE102012217215B4 (en) | 2012-09-25 | 2012-09-25 | Charge air cooler with thermoelectric generator |
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DE102012217215A1 DE102012217215A1 (en) | 2014-06-12 |
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- 2012-09-25 DE DE102012217215.7A patent/DE102012217215B4/en active Active
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