Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Ladeluftkühlung.The invention relates to a device for intercooling according to the features of the preamble of claim 1 and a vehicle having a device for intercooling.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in Samir Kadunic, Florian Scherer, Roland Baar, Tobias Zegenhagen: „Ladeluftkühlung mittels Abgasenergienutzung zur Wirkungsgradsteigerung von Ottomotoren”; MTZ 01/2014, 75. Jahrgang beschrieben, eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung eines Ottomotors bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird mittels Abgaswärme eine Dampfstrahlkälteanlage angetrieben. Diese stellt ein Medium mit einer Temperatur zur Verfügung, die eine Ladeluftkühlung unter die Umgebungstemperatur ermöglicht. Die Dampfstrahlkälteanlage entzieht der Ladeluft die Kälteleistung nach dem konventionellen Ladeluftkühler auf niedrigem Temperaturniveau.From the prior art is, as in Samir Kadunic, Florian Scherer, Roland Baar and Tobias Zegenhagen: "Intercooling using exhaust gas energy to increase the efficiency of gasoline engines"; MTZ 01/2014, 75th year described, a device for intercooling a gasoline engine known. In this apparatus, a steam jet refrigeration system is driven by means of exhaust heat. This provides a medium with a temperature that allows intercooling below ambient temperature. The steam jet cooling system removes the cooling air from the charge air after the conventional charge air cooler at a low temperature level.
In der DE 10 2012 002 768 A1 der Anmelderin, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird, sind ein Wärmetauschermodul und ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschermoduls bekannt. Das Wärmetauschermodul zur fluidischen Koppelung mit zumindest einem Kühlkreislauf umfasst zumindest einen Hochtemperaturwärmetauscher, einen Niedertemperaturwärmetauscher und eine Strahlpumpe und ist als bauliche Einheit ausgebildet.In the DE 10 2012 002 768 A1 The assignee, the entire contents of which are hereby incorporated by reference, a heat exchanger module and a method for operating a heat exchanger module are known. The heat exchanger module for fluidic coupling with at least one cooling circuit comprises at least one high-temperature heat exchanger, a low-temperature heat exchanger and a jet pump and is designed as a structural unit.
Aus der DE 10 2007 045 347 A1 sind eine Vorrichtung für die Ladeluftkühlung sowie ein Verfahren zur Ladeluftkühlung bekannt. Die Vorrichtung für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen weist wenigstens einen Ladeluftkühler und einen Kühlmittelkreislauf mit Kühlmittel auf. Wenigstens ein Wärmetauscher des Ladeluftkühlers ist für die Kühlung eines der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Ladeluftstroms zumindest mit einem Teil des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs beaufschlagbar. Der Wärmetauscher des Ladeluftkühlers ist bezüglich des Ladeluftstroms stromabwärts einer Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen.From the DE 10 2007 045 347 A1 are a device for the intercooler and a method for intercooling known. The device for the intercooling of internal combustion engines in motor vehicles has at least one intercooler and a coolant circuit with coolant. At least one heat exchanger of the charge air cooler can be acted upon for cooling the charge air flow supplied to the internal combustion engine with at least part of the coolant of the coolant circuit. The heat exchanger of the charge air cooler is provided with respect to the charge air flow downstream of a throttle valve of the internal combustion engine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Ladeluftkühlung und ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved charge air cooling device and a vehicle with such a device.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Ladeluftkühlung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.The object is achieved by a device for charge air cooling with the features of claim 1 and a vehicle having a device for intercooling with the features of claim. 7
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Eine Vorrichtung zur Ladeluftkühlung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in einem Fahrzeug, umfasst zur Kühlung einer der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Ladeluft einen mit einem Ladeluftkühlkreislauf fluidisch verbundenen ersten Ladeluftwärmetauscher und einen mit einem Ejektorkreislauf fluidisch verbundenen zweiten Ladeluftwärmetauscher, welcher in Strömungsrichtung der der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Ladeluft nach dem mit dem Ladeluftkühlkreislauf fluidisch verbundenen ersten Ladeluftwärmetauscher angeordnet ist.A device for charge air cooling of an internal combustion engine, in particular in a vehicle comprises for cooling a charge air supplied to the internal combustion engine a fluidically connected to a charge air cooling circuit first charge air heat exchanger and a fluidically connected to an ejector second charge air heat exchanger, which in the flow direction of the internal combustion engine supplied charge air after the with the Charge air cooling circuit fluidly connected first charge air heat exchanger is arranged.
Erfindungsgemäß ist zumindest ein Kondensator des Ejektorkreislaufs mit dem Ladeluftkühlkreislauf und/oder mit einem Motorkühlkreislauf thermisch gekoppelt.According to the invention, at least one condenser of the ejector cycle is thermally coupled to the charge air cooling circuit and / or to an engine cooling circuit.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Optimierung der Ladeluftkühlung der Verbrennungskraftmaschine erreicht, da die Ladeluft zunächst mit dem herkömmlichen Ladeluftkühlkreislauf über dessen ersten Ladeluftwärmetauscher gekühlt wird und die auf diese Weise abgekühlte Ladeluft danach mittels des Ejektorkreislaufs über dessen zweiten Ladeluftwärmetauscher weiter abgekühlt wird. Bei der herkömmlichen Ladeluftkühlung, welche lediglich mittels des Ladeluftkühlkreislaufs erfolgt, besteht das Problem, dass diese Kühlung wegen der äußeren Bedingungen, beispielsweise Umgebungstemperatur und Kühlmediumtemperatur des Ladeluftkühlkreislaufs, nur bis zu einem bestimmten Grad möglich ist, insbesondere ist eine Abkühlung der Ladeluft unter die Umgebungstemperatur nicht möglich. Durch die weitere Kühlung mittels des Ejektorkreislaufs wird nun eine im Vergleich dazu nochmals deutliche Absenkung der Ladelufttemperatur erreicht, vorteilhafterweise unter die Kühlmediumtemperatur des Ladeluftkühlkreislaufs und besonders vorteilhaft unter die Umgebungstemperatur.By means of the device according to the invention, an optimization of the charge air cooling of the internal combustion engine is achieved, since the charge air is first cooled with the conventional charge air cooling circuit via the first charge air heat exchanger and the charge air cooled in this way is then further cooled by means of the ejector cycle via the second charge air heat exchanger. In the conventional charge air cooling, which takes place only by means of the charge air cooling circuit, there is the problem that this cooling due to the external conditions, such as ambient temperature and coolant temperature of the charge air cooling circuit, only to a certain extent is possible, in particular, a cooling of the charge air is not below ambient temperature possible. Due to the further cooling by means of the ejector cycle, a further significant reduction in the charge air temperature is achieved, advantageously below the cooling medium temperature of the charge air cooling circuit and particularly advantageously below the ambient temperature.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Verringerung des Hubraums und/oder der Zylinderanzahl von Verbrennungskraftmaschinen bei gleich bleibender oder gesteigerter Leistung insbesondere in Fahrzeugen ermöglicht. Durch dieses so genannte Downsizing wird der Kohlenstoffdioxidausstoß reduziert. Die Steigerung des spezifischen Drehmoments und der spezifischen Leistung insbesondere von Ottomotoren wird durch eine Steigerung der Aufladung der zugeführten Ladeluft erreicht, beispielsweise mittels Abgasturbolader oder Kompressor.By the solution according to the invention, the reduction of the displacement and / or the number of cylinders of internal combustion engines with constant or increased power is made possible especially in vehicles. This so-called downsizing reduces carbon dioxide emissions. The increase of the specific torque and the specific power of particular gasoline engines is achieved by increasing the charge of the charge air supplied, for example by means of exhaust gas turbocharger or compressor.
Um im aufgeladenen Betrieb einen günstigen Wirkungsgrad und damit einen niedrigen Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine erreichen zu können, sollte die Verbrennungskraftmaschine mit einer günstigen Verbrennungsschwerpunktlage betrieben werden. Dazu ist eine wirkungsvolle Kühlung der verdichteten Ladeluft von besonderer Bedeutung. Dies gewinnt, bedingt durch das Streben, das Verdichtungsverhältnis mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs zu erhöhen, zunehmend an Bedeutung. Sowohl mit steigendem spezifischen Drehmoment und steigender spezifischer Leistung der Verbrennungskraftmaschine als auch durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses steigt der Kühlungsbedarf der verdichteten Luft weiter an. Daher wäre eine entsprechend vergrößerte Ladeluftkühleinrichtung erforderlich. Jedoch sind sowohl die verfügbare Kühlleistung eines herkömmlichen Ladeluftkühlers als auch der Bauraum im Fahrzeug begrenzt. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird dieses Problem gelöst, da die Ladeluft mittels des Ejektorkreislaufs und dessen zweiten Ladeluftwärmetauscher zusätzlich gekühlt wird.In order to achieve a favorable efficiency and thus low fuel consumption of the internal combustion engine in the charged operation, the Internal combustion engine can be operated with a favorable combustion center of gravity. For this purpose, effective cooling of the compressed charge air is of particular importance. This is becoming increasingly important due to the desire to increase the compression ratio with the aim of further improving fuel economy. Both with increasing specific torque and increasing specific power of the internal combustion engine as well as by increasing the compression ratio of the cooling demand of the compressed air continues to increase. Therefore, a correspondingly enlarged charge air cooling device would be required. However, both the available cooling capacity of a conventional intercooler and the installation space in the vehicle are limited. The solution according to the invention solves this problem since the charge air is additionally cooled by means of the ejector circuit and its second charge air heat exchanger.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird Ladeluft, welche mittels eines Verdichters, der zweckmäßigerweise ein Bestandteil eines Abgasturboladers oder beispielsweise ein Bestandteil eines Kompressors ist, verdichtet wurde und sich dadurch auf beispielsweise bis zu 220°C erwärmt hat, zunächst mittels des Ladeluftkühlkreislaufs über dessen ersten Ladeluftwärmetauscher auf beispielsweise 30°C bis 70°C abgekühlt, abhängig von einer jeweiligen Umgebungstemperatur, und danach mittels des Ejektorkreislaufs über dessen zweiten Ladeluftwärmetauscher um weitere 30 K bis 40 K abgekühlt. Unter Umgebungstemperatur ist hierbei die Temperatur der Umgebung der Vorrichtung zu verstehen, bei einer bevorzugten Verwendung der Vorrichtung im Fahrzeug entsprechend die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs.By means of the device according to the invention, charge air, which has been compressed by means of a compressor, which is expediently a component of an exhaust gas turbocharger or, for example, a component of a compressor, and has thereby heated to, for example, up to 220 ° C., first by means of the charge air cooling circuit via the first charge air heat exchanger For example, 30 ° C to 70 ° C cooled, depending on a respective ambient temperature, and then cooled by means of the ejector cycle via the second charge air heat exchanger by a further 30 K to 40 K. Under ambient temperature here is the temperature of the environment of the device to understand in a preferred use of the device in the vehicle according to the ambient temperature of the vehicle.
Die erfindungsgemäße thermische Kopplung des zumindest einen Kondensators des Ejektorkreislaufs mit dem Ladeluftkühlkreislauf und/oder mit dem Motorkühlkreislauf ist insbesondere bei dieser bevorzugten Verwendung der Vorrichtung im Fahrzeug besonders vorteilhaft, denn auf diese Weise erfolgt die Kühlung dieses zumindest einen Kondensators als Wärmetauscher im Ladeluftkühlkreislauf und/oder Motorkühlkreislauf, welcher im Fahrzeug frei platzierbar ist und somit an einer optimalen Position im Fahrzeug anzuordnen ist, an welchem er vorzugsweise keine Beeinträchtigung für einen Innenraum, Kofferraum und/oder Laderaum des Fahrzeugs darstellt und andere Funktionen und Aggregate des Fahrzeugs, insbesondere eine Kühlung anderer Aggregate und eine Aerodynamik des Fahrzeugs, nicht beeinträchtigt.The inventive thermal coupling of the at least one condenser of the Ejektorkreislaufs with the charge air cooling circuit and / or with the engine cooling circuit is particularly advantageous in this preferred use of the device in the vehicle, because in this way the cooling of this at least one capacitor takes place as a heat exchanger in the charge air cooling circuit and / or Engine cooling circuit, which is freely placeable in the vehicle and thus to be arranged at an optimum position in the vehicle, on which it preferably does not affect the interior, trunk and / or cargo space of the vehicle and other functions and units of the vehicle, in particular a cooling of other units and aerodynamics of the vehicle, not impaired.
Da durch die erfindungsgemäße Lösung kein weiterer Umgebungsluftwärmetauscher zur Kühlung des Ejektorkreislaufs erforderlich ist, wird insbesondere ein Fahrzeugkühlmodul des Fahrzeugs, in welchem beispielsweise ein Umgebungsluftwärmetauscher des Ladeluftkühlkreislauf, ein Umgebungsluftwärmetauscher des Motorkühlkreislaufs und beispielsweise zusätzlich ein Klimakondensator einer Klimatisierungsvorrichtung des Fahrzeugs angeordnet sind, nicht durch die Anordnung eines weiteren Wärmetauscher belastet und beeinträchtigt.Since no further ambient air heat exchanger for cooling the Ejektorkreislaufs is required by the inventive solution, in particular a vehicle cooling module of the vehicle, in which, for example, an ambient air heat exchanger of the charge air cooling circuit, an ambient air heat exchanger of the engine cooling circuit and, for example, additionally a climate condenser of an air conditioning device of the vehicle are arranged, not by the arrangement loaded and impaired another heat exchanger.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Wärme des Ejektorkreislaufs über den Ladeluftkühlkreislauf und/oder den Motorkühlkreislauf und deren/dessen bereits im Fahrzeugkühlmodul des Fahrzeugs vorhandene/vorhandenen Umgebungsluftwärmetauscher ausgetragen, d. h. an die Umgebungsluft abgegeben. Dies wird ermöglicht, da durch die Kühlung der Ladeluft nacheinander, zuerst durch den Ladeluftkühlkreislauf und erst danach durch den Ejektorkreislauf, die für die Kühlung des Kondensators des Ejektorkreislaufs erforderliche Wärmeabfuhr stark verringert ist, da durch den Ejektorkreislauf nur noch eine Abkühlung um 30 K bis 50 K erfolgen muss und nicht um bis zu 200 K, wodurch eine erheblich geringere Wärmemenge des Ejektorkreislaufs abgeführt werden muss. Diese Wärmemenge ist über den Ladeluftkühlkreislauf und/oder den Motorkühlkreislauf und deren/dessen ohnehin im Fahrzeugkühlmodul bereits angeordneten Umgebungsluftwärmetauscher abführbar.By the solution according to the invention, the heat of the Ejektorkreislaufs on the charge air cooling circuit and / or the engine cooling circuit and its / already existing in the vehicle cooling module of the vehicle / existing ambient air heat exchanger is discharged, d. H. released into the ambient air. This is made possible by the cooling of the charge air successively, first through the charge air cooling circuit and only then by the Ejektorkreislauf, the heat dissipation required for the cooling of the condenser of the Ejektorkreislaufs is greatly reduced because of the Ejektorkreislauf only a cooling by 30 K to 50 K and not by up to 200 K, whereby a significantly lower heat quantity of the ejector cycle must be dissipated. This amount of heat can be dissipated via the charge air cooling circuit and / or the engine cooling circuit and its already arranged in the vehicle cooling module ambient air heat exchanger.
Somit wird durch die erfindungsgemäße Lösung zumindest ein bereits im Fahrzeug vorhandener Kühlkreislauf, nämlich der Ladeluftkühlkreislauf und/oder der Motorkühlkreislauf, zur Kühlung des Kondensators des Ejektorkreislaufs genutzt, so dass ein weiterer Wärmetauscher im Fahrzeugkühlmodul des Fahrzeugs, welcher die Funktion der anderen bereits im Fahrzeugkühlmodul vorhandenen Komponenten, insbesondere die Funktion des Umgebungsluftwärmetauschers des Ladeluftkühlkreislaufs, des Umgebungsluftwärmetauschers des Motorkühlkreislaufs und beispielsweise zusätzlich des Klimakondensators der Klimatisierungsvorrichtung des Fahrzeugs beeinträchtigen würde, nicht erforderlich ist. Dies ist vorteilhaft für das so genannte Packaging, d. h. für die Gestaltung des Fahrzeugkühlmoduls und die Anordnung der Komponenten darin, welche nicht durch einen zusätzlichen Umgebungsluftwärmetauscher versperrt werden, so dass eine bessere Wärmeabfuhr erreicht ist.Thus, the inventive solution at least one already existing in the vehicle cooling circuit, namely the charge air cooling circuit and / or the engine cooling circuit, used to cool the condenser of Ejektorkreislaufs, so that another heat exchanger in the vehicle cooling module of the vehicle, which is the function of the other already in the vehicle cooling module Components, in particular the function of the ambient air heat exchanger of the charge air cooling circuit, the ambient air heat exchanger of the engine cooling circuit and, for example, additionally the air conditioning condenser of the air conditioning device of the vehicle would affect is not required. This is advantageous for the so-called packaging, d. H. for the design of the vehicle cooling module and the arrangement of the components therein, which are not blocked by an additional ambient air heat exchanger, so that a better heat dissipation is achieved.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.
Dabei zeigt:Showing:
1 schematisch eine in einem Fahrzeug angeordnete Vorrichtung zur Ladeluftkühlung einer Verbrennungskraftmaschine. 1 schematically a arranged in a vehicle device for intercooling an internal combustion engine.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Ladeluftkühlung einer Verbrennungskraftmaschine 2, auch als Verbrennungsmotor bezeichnet, wobei es sich im hier dargestellten Beispiel um eine Verbrennungskraftmaschine 2 in einem Fahrzeug 3 handelt, so dass auch die Vorrichtung 1 im Fahrzeug 3 angeordnet ist, wie dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine 2 ist beispielsweise als ein Ottomotor oder als ein Dieselmotor ausgebildet. Mittels dieser Vorrichtung 1 wird eine Ladeluft L, welche mittels eines Verdichters eines mit einem Abgaskrümmer 4 der Verbrennungskraftmaschine 2 gekoppelten Abgasturboladers 5 verdichtet und durch das Verdichten erwärmt wurde, abgekühlt, bevor die Ladeluft L einem Brennraum oder üblicherweise mehreren Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeführt wird. 1 schematically shows an embodiment of a device 1 for charge air cooling of an internal combustion engine 2 , Also referred to as an internal combustion engine, which in the example shown here is an internal combustion engine 2 in a vehicle 3 so that also the device 1 in the vehicle 3 is arranged as shown. The internal combustion engine 2 is designed for example as a gasoline engine or as a diesel engine. By means of this device 1 is a charge air L, which by means of a compressor with an exhaust manifold 4 the internal combustion engine 2 coupled exhaust gas turbocharger 5 compressed and heated by the compression, cooled before the charge air L a combustion chamber or usually several combustion chambers of the internal combustion engine 2 is supplied.
Die Vorrichtung 1 umfasst zur Kühlung der der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeführten Ladeluft L zwei Ladeluftwärmetauscher 6, 7, auch als Ladeluftkühler bezeichnet, welche in Strömungsrichtung der Ladeluft L hintereinander angeordnet sind. Der erste Ladeluftwärmetauscher 6 ist mit einem Ladeluftkühlkreislauf 8 fluidisch verbunden, d. h. er ist ein Bestandteil dieses Ladeluftkühlkreislaufs 8 und in diesen fluidisch eingebunden, so dass er im Betrieb der Vorrichtung 1 von einem Kühlmedium dieses Ladeluftkühlkreislaufs 8, beispielsweise von Wasser, von einem Wasser-Frostschutzmittelgemisch oder von einem anderen Wassergemisch, durchströmt wird. Derartige Ladeluftkühlkreisläufe 8 in Fahrzeugen 3, auch als Niedertemperaturkreislauf bezeichnet, sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt.The device 1 includes for cooling the internal combustion engine 2 supplied charge air L two charge air heat exchanger 6 . 7 , Also referred to as intercooler, which are arranged one behind the other in the flow direction of the charge air L. The first charge air heat exchanger 6 is with a charge air cooling circuit 8th fluidly connected, ie it is a part of this charge air cooling circuit 8th and fluidly integrated into it so that it is in operation of the device 1 from a cooling medium of this charge air cooling circuit 8th For example, from water, from a water-antifreeze mixture or from another water mixture flows through. Such charge air cooling circuits 8th in vehicles 3 , Also referred to as low-temperature circuit, have long been known from the prior art.
Der Ladeluftkühlkreislauf 8 weist neben dem ersten Ladeluftwärmetauscher 6 als weitere Komponenten einen Umgebungsluftwärmetauscher 9 und eine Kühlmediumfördereinheit 10 auf, welche beispielsweise als eine Pumpe ausgebildet ist, zum Beispiel als eine Wasserpumpe. Im dargestellten Beispiel ist der Umgebungsluftwärmetauscher 9 in Strömungsrichtung des Kühlmediums nach dem ersten Ladeluftwärmetauscher 6 angeordnet. Die Kühlmediumfördereinheit 10 ist im dargestellten Beispiel in Strömungsrichtung des Kühlmediums nach dem Umgebungsluftwärmetauscher 9 angeordnet.The charge air cooling circuit 8th points next to the first charge air heat exchanger 6 as additional components an ambient air heat exchanger 9 and a cooling medium conveying unit 10 which is designed, for example, as a pump, for example as a water pump. In the example shown, the ambient air heat exchanger 9 in the flow direction of the cooling medium after the first charge air heat exchanger 6 arranged. The cooling medium delivery unit 10 is in the example shown in the flow direction of the cooling medium after the ambient air heat exchanger 9 arranged.
Der Umgebungsluftwärmetauscher 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8 ist in einem Fahrzeugkühlmodul 11 des Fahrzeugs 3 angeordnet, beispielsweise im Bereich einer Fahrzeugfront. In diesem Fahrzeugkühlmodul 11 sind im dargestellten Beispiel des Weiteren ein Klimakondensator 12 einer hier nicht weiter dargestellten Klimatisierungsvorrichtung des Fahrzeugs 3 und ein weiterer Umgebungsluftwärmetauscher 13 angeordnet, welcher ein Bestandteil eines hier nicht weiter dargestellten Motorkühlkreislaufs, auch als Hochtemperaturkreislauf bezeichnet, zur Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 2 ist. Weist das Fahrzeug 3 in anderen Ausführungsbeispielen keine Klimatisierungsvorrichtung auf, so entfällt entsprechend der Klimakondensator 12.The ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th is in a vehicle cooling module 11 of the vehicle 3 arranged, for example in the region of a vehicle front. In this vehicle cooling module 11 are in the example shown further an air condenser 12 a not shown here air conditioning device of the vehicle 3 and another ambient air heat exchanger 13 arranged, which is a component of an engine cooling circuit not shown here, also referred to as a high-temperature circuit, for cooling the internal combustion engine 2 is. Indicates the vehicle 3 In other embodiments, no air conditioning device, so eliminated according to the air conditioning condenser 12 ,
Der zweite Ladeluftwärmetauscher 7, welcher in Strömungsrichtung der der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeführten Ladeluft L nach dem mit dem Ladeluftkühlkreislauf 8 fluidisch verbundenen ersten Ladeluftwärmetauscher 6 angeordnet ist, ist mit einem Ejektorkreislauf 14 fluidisch verbunden, d. h. er ist ein Bestandteil dieses Ejektorkreislaufs 14 und in diesen fluidisch eingebunden, so dass er im Betrieb der Vorrichtung 1 von einem Arbeitsmedium dieses Ejektorkreislaufs 14 durchströmt wird. Das Arbeitsmedium ist beispielsweise ein in Fahrzeugklimatisierungsanlagen bereits verwendetes Kältemittel oder zum Beispiel Kohlenstoffdioxid (CO2). Beispiele eines solchen Ejektorkreislaufs 14 und eines zugehörigen Betriebsverfahrens sind bereits in der DE 10 2012 002 768 A1 der Anmelderin beschrieben, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird.The second charge air heat exchanger 7 , which in the flow direction of the internal combustion engine 2 supplied charge air L after the charge air cooling circuit 8th fluidly connected first charge air heat exchanger 6 is arranged with an ejector cycle 14 fluidly connected, ie it is part of this ejector cycle 14 and fluidly integrated into it so that it is in operation of the device 1 from a working medium of this ejector cycle 14 is flowed through. The working medium is, for example, a refrigerant already used in vehicle air-conditioning systems or, for example, carbon dioxide (CO 2 ). Examples of such an ejector cycle 14 and an associated operating method are already in the DE 10 2012 002 768 A1 by the assignee, the entire contents of which are hereby incorporated by reference.
Dieser Ejektorkreislauf 14 weist zwei fluidisch miteiander verbundene Teilkreisläufe 14.1, 14.2 auf. Im ersten Teilkreislauf 14.1 ist ein Ejektor 15 angeordnet, auch als Saugstrahlfördereinrichtung oder Strahlpumpe bezeichnet. Nach einem Ausgang des Ejektors 15 ist in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums im ersten Teilkreislauf 14.1 ein Kondensator 16 des Ejektorkreislaufs 14 angeordnet. Nach dem Kondensator 16 ist in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums im ersten Teilkreislauf 14.1 eine Arbeitsmediumfördereinheit 17, beispielsweise eine Pumpe, angeordnet. Nach der Arbeitsmediumfördereinheit 17 ist in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums im ersten Teilkreislauf 14.1 ein Verdampfer 18 des Ejektorkreislaufs 14 angeordnet. Nach dem Verdampfer 18 mündet der erste Teilkreislauf 14.1 in einen Treibmediumeingang des Ejektors 15.This ejector cycle 14 has two fluidically interconnected partial circuits 14.1 . 14.2 on. In the first part cycle 14.1 is an ejector 15 arranged, also referred to as Saugstrahlfördereinrichtung or jet pump. After an exit of the ejector 15 is in the flow direction of the working medium in the first partial circuit 14.1 a capacitor 16 of the ejector cycle 14 arranged. After the capacitor 16 is in the flow direction of the working medium in the first partial circuit 14.1 a working medium conveying unit 17 , For example, a pump arranged. After the working medium conveying unit 17 is in the flow direction of the working medium in the first partial circuit 14.1 an evaporator 18 of the ejector cycle 14 arranged. After the evaporator 18 opens the first partial cycle 14.1 in a Treibmediumeingang the ejector 15 ,
Der zweite Teilkreislauf 14.2 des Ejektorkreislaufs 14 zweigt nach dem Kondensator 16 vom ersten Teilkreislauf 14.1 ab. In Strömungsrichtung des Arbeitsmediums in diesem zweiten Teilkreislauf 14.2 ist nach diesem Abzweig vom ersten Teilkreislauf 14.1 ein Expansionsventil 19 angeordnet. Der mit dem Ejektorkreislauf 14 fluidisch verbundene zweite Ladeluftwärmetauscher 7 ist in diesem zweiten Teilkreislauf 14.2 des Ejektorkreislaufs 14 in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums nach dem Expansionsventil 19 angeordnet. Der zweite Teilkreislauf 14.2 mündet nach dem zweiten Ladeluftwärmetauscher 7 in einen Saugmediumeingang des Ejektors 15.The second partial cycle 14.2 of the ejector cycle 14 branches after the capacitor 16 from the first part cycle 14.1 from. In the flow direction of the working medium in this second partial circuit 14.2 is after this branch of the first part cycle 14.1 an expansion valve 19 arranged. The one with the ejector cycle 14 fluidically connected second charge air heat exchanger 7 is in this second subcircuit 14.2 of the ejector cycle 14 in the flow direction of the working medium after the expansion valve 19 arranged. The second partial cycle 14.2 leads to the second charge air heat exchanger 7 into a suction medium inlet of the ejector 15 ,
Der Verdampfer 18 des Ejektorkreislaufs 14 ist mit einem Abgasstrang 20 der Verbrennungskraftmaschine 2 thermisch gekoppelt. Bevorzugt ist der Verdampfer 18, wie im hier dargestellten Beispiel, mit einem Bereich des Abgasstrangs 20 der Verbrennungskraftmaschine 2 thermisch gekoppelt, welcher in Strömungsrichtung eines Abgases der Verbrennungskraftmaschine 2 nach zumindest einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 21, beispielsweise einem Katalysator, angeordnet ist. Auf diese Weise wird dem Abgas erst nach der Abgasnachbehandlungseinrichtung 21 durch den Verdampfer 18 Wärme entzogen. Bei einer Anordnung des Verdampfers 18 vor der Abgasnachbehandlungseinrichtung 21 würde bereits dem noch nicht nachbehandelten Abgas Wärme entzogen, wodurch die Gefahr besteht, dass es dadurch zu stark abkühlt und eine Temperatur des Abgases dann für die Abgasnachbehandlung zu gering ist. Genauer gesagt besteht die Gefahr, dass die Abgastemperatur nicht mehr ausreicht, um die Abgasnachbehandlungseinrichtung 21 auf ihre Betriebstemperatur zu erwärmen. Diese Gefahr wird durch die Anordnung des Verdampfers 18 nach der Abgasnachbehandlungseinrichtung 21 im Abgasstrang 20 vermieden.The evaporator 18 of the ejector cycle 14 is with an exhaust system 20 the internal combustion engine 2 thermally coupled. Preferably, the Evaporator 18 , as in the example shown here, with a region of the exhaust line 20 the internal combustion engine 2 thermally coupled, which in the flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine 2 after at least one exhaust aftertreatment device 21 , For example, a catalyst is arranged. In this way, the exhaust gas only after the exhaust aftertreatment device 21 through the evaporator 18 Heat deprived. In an arrangement of the evaporator 18 before the exhaust aftertreatment device 21 heat would already be withdrawn from the exhaust gas which has not yet been treated, as a result of which there is a risk that it will cool too much and a temperature of the exhaust gas will then be too low for the exhaust gas aftertreatment. More specifically, there is a risk that the exhaust gas temperature is no longer sufficient to the exhaust aftertreatment device 21 to heat to their operating temperature. This danger is caused by the arrangement of the evaporator 18 after the exhaust aftertreatment device 21 in the exhaust system 20 avoided.
Der Ejektorkreislauf 14 bildet eine Kälteanlage und ermöglicht es, eine Temperatur des Arbeitsmediums unter die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 3 abzusenken. Somit wird es durch die Vorrichtung 1 ermöglicht, mittels des von diesem Arbeitsmedium durchströmten zweiten Ladeluftwärmetauschers 7 die Temperatur der Ladeluft L unter die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 3 abzusenken. Im Ejektorkreislauf 14 wird das Arbeitsmedium mittels der Arbeitsmediumfördereinheit 17 verdichtet und dem Verdampfer 18 des Ejektorkreislaufs 14, welcher mit dem Abgasstrang 20 der Verbrennungskraftmaschine 2 thermisch gekoppelt, zugeführt. Im Verdampfer 18 wird Wärme des Abgases der Verbrennungskraftmaschine 2 auf das verdichtete Arbeitsmedium übertragen, wodurch es abhängig von der Höhe des Drucks des verdichteten Arbeitsmediums durch Aufnahme der vom Abgas übertragenen Wärme verdampft wird oder überkritisch erhitzt wird. Dadurch wird die innere Energie des Arbeitsmediums erhöht.The ejector cycle 14 forms a refrigeration system and allows a temperature of the working fluid below the ambient temperature of the vehicle 3 lower. Thus, it gets through the device 1 allows, by means of the flowed through by this working fluid second charge air heat exchanger 7 the temperature of the charge air L below the ambient temperature of the vehicle 3 lower. In the ejector cycle 14 is the working fluid by means of the working medium delivery unit 17 compacted and the evaporator 18 of the ejector cycle 14 , which with the exhaust line 20 the internal combustion engine 2 thermally coupled, fed. In the evaporator 18 becomes heat of the exhaust gas of the internal combustion engine 2 transferred to the compressed working fluid, whereby it is evaporated depending on the height of the pressure of the compressed working fluid by receiving the heat transferred from the exhaust gas or is heated supercritically. This increases the internal energy of the working medium.
Die erhöhte innere Energie des anschließend in den Treibmediumeingang des Ejektors 15 einströmenden Arbeitsmediums wird im Ejektor 15 in kinetische Energie umgewandelt, wodurch eine Niederdruckzone entsteht, in die, unter Aufnahme von Wärme aus der Ladeluft L, Arbeitsmediumdampf aus dem zweiten Ladeluftwärmetauscher 7 gesaugt wird. Der Arbeitsmediumdampf wird durch das Verdampfen des Arbeitsmediums im zweiten Ladeluftwärmetauscher 7 durch Aufnahme von Wärme aus der Ladeluft L erzeugt.The increased internal energy of the subsequently into the Treibmediumeingang the ejector 15 incoming working medium is in the ejector 15 converted into kinetic energy, whereby a low pressure zone is formed, in which, absorbing heat from the charge air L, working medium vapor from the second charge air heat exchanger 7 is sucked. The working medium vapor is caused by the evaporation of the working medium in the second charge air heat exchanger 7 generated by absorbing heat from the charge air L.
Ein aus einem Antriebsstrom des in den Treibmediumeingang des Ejektors 15 einströmenden Arbeitsmediums und aus einem Saugstrom des in den Saugmediumeingang des Ejektors 15 eingesaugten Arbeitsmediums entstehender Mischstrom des Arbeitsmediums wird mittels einer Strahlverdichtergeometrie des Ejektors 15 auf einen Gegendruck des Kondensators 16 des Ejektorkreislaufs 14 verdichtet und im Kondensators 16 des Ejektorkreislaufs 14 unter Abgabe von Wärme kondensiert. Durch die Entspannung des Saugstroms des Arbeitsmediums im Expansionsventil 19 des zweiten Teilkreislaufs 14.2 auf den Verdampfungsdruck für den zweiten Ladeluftwärmetauscher 7 schließen sich die beiden Teilkreislaufprozesse des Ejektorkreislaufs 14.A from a drive current of the drive medium in the ejector 15 incoming working medium and from a suction flow into the Saugmediumeingang the ejector 15 aspirated working medium resulting mixed flow of the working medium is determined by means of a jet compressor geometry of the ejector 15 to a back pressure of the capacitor 16 of the ejector cycle 14 compacted and in the condenser 16 of the ejector cycle 14 condensed with the release of heat. By relaxing the suction flow of the working fluid in the expansion valve 19 of the second subcircuit 14.2 on the evaporation pressure for the second charge air heat exchanger 7 close the two partial cycle processes of the Ejektorkreislaufs 14 ,
Zur Wärmeabgabe des im Kondensator 16 des Ejektorkreislaufs 14 kondensierenden Arbeitsmediums ist der Kondensator 16 in der hier dargestellten Ausführungsform mit dem Ladeluftkühlkreislauf 8 thermisch gekoppelt, genauer gesagt mit einem Bereich des Ladeluftkühlkreislaufs 8, welcher in Strömungsrichtung des Kühlmediums des Ladeluftkühlkreislaufs 8 vor dem Umgebungsluftwärmetauscher 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8 angeordnet ist, so dass die vom Kondensator 16 auf den Ladeluftkühlkreislauf 8 übertragene Wärme über den Umgebungsluftwärmetauscher 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8 an die Umgebung, d. h. an die äußere Umgebung des Fahrzeugs 3, abführbar ist. In anderen Ausführungsformen kann der Kondensator 16, alternativ oder zusätzlich, mit dem Motorkühlkreislauf thermisch gekoppelt sein, wobei dann der Kondensator 16 zweckmäßigerweise mit einem Bereich des Motorkühlkreislaufs thermisch gekoppelt ist, welcher in Strömungsrichtung eines Kühlmediums des Motorkühlkreislaufs vor dem Umgebungsluftwärmetauscher 13 des Motorkühlkreislaufs angeordnet ist, so dass die vom Kondensator 16 auf den Motorkühlkreislauf übertragene Wärme über den Umgebungsluftwärmetauscher 13 des Motorkühlkreislaufs an die Umgebung, d. h. an die äußere Umgebung des Fahrzeugs 3, abführbar ist.For heat dissipation in the condenser 16 of the ejector cycle 14 condensing working fluid is the condenser 16 in the embodiment shown here with the charge air cooling circuit 8th thermally coupled, more specifically with an area of the charge air cooling circuit 8th , which in the flow direction of the cooling medium of the charge air cooling circuit 8th in front of the ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th is arranged so that from the capacitor 16 on the charge air cooling circuit 8th transferred heat through the ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th to the environment, ie to the external environment of the vehicle 3 , is deductible. In other embodiments, the capacitor 16 alternatively or additionally, be thermally coupled to the engine cooling circuit, in which case the condenser 16 is suitably thermally coupled to a region of the engine cooling circuit, which in the flow direction of a cooling medium of the engine cooling circuit in front of the ambient air heat exchanger 13 the engine cooling circuit is arranged, so that from the condenser 16 Heat transferred to the engine cooling circuit via the ambient air heat exchanger 13 the engine cooling circuit to the environment, ie to the external environment of the vehicle 3 , is deductible.
Durch diese thermische Kopplung des Kondensators 16 des Ejektorkreislaufs 14 mit dem Ladeluftkühlkreislauf 8 und/oder mit dem Motorkühlkreislauf wird ein zusätzlicher Umgebungsluftwärmetauscher zur Kühlung des Kondensators 16 eingespart. Dies ist insbesondere bei einem Einsatz der Vorrichtung 1 in einem Fahrzeug 3, wie im hier dargestellten Beispiel, besonders vorteilhaft, denn auf diese Weise erfolgt die Kühlung dieses Kondensators 16 als Wärmetauscher im Ladeluftkühlkreislauf 8, wie im dargestellten Beispiel, und/oder im Motorkühlkreislauf. Dabei ist der Kondensator 16 im Fahrzeug 3 frei platzierbar und somit an einer optimalen Position im Fahrzeug 3 anordbar, an welcher er vorzugsweise keine Beeinträchtigung für einen Innenraum, Kofferraum und/oder Laderaum des Fahrzeugs 3 darstellt und andere Funktionen und Aggregate des Fahrzeugs 3, insbesondere eine Kühlung anderer Aggregate und eine Aerodynamik des Fahrzeugs 3, nicht beeinträchtigt.Through this thermal coupling of the capacitor 16 of the ejector cycle 14 with the charge air cooling circuit 8th and / or with the engine cooling circuit is an additional ambient air heat exchanger for cooling the condenser 16 saved. This is especially when using the device 1 in a vehicle 3 , as in the example shown here, particularly advantageous, because in this way the cooling of this capacitor takes place 16 as a heat exchanger in the charge air cooling circuit 8th as in the example shown, and / or in the engine cooling circuit. Here is the capacitor 16 in the vehicle 3 freely placeable and therefore at an optimal position in the vehicle 3 can be arranged, on which he preferably no impairment of an interior, trunk and / or cargo space of the vehicle 3 represents and other functions and aggregates of the vehicle 3 , in particular a cooling of other units and an aerodynamics of the vehicle 3 , not impaired.
Da auf diese Weise kein weiterer Umgebungsluftwärmetauscher zur Kühlung des Ejektorkreislaufs 14 erforderlich ist, wird insbesondere das Fahrzeugkühlmodul 11 des Fahrzeugs 3, in welchem der Umgebungsluftwärmetauscher 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8, der Umgebungsluftwärmetauscher 13 des Motorkühlkreislaufs und im dargestellten Beispiel zusätzlich der Klimakondensator 12 der Klimatisierungsvorrichtung des Fahrzeugs 3 angeordnet sind, nicht durch die Anordnung eines weiteren Wärmetauschers belastet und beeinträchtigt. Durch die dargestellte und beschriebene Lösung wird die Wärme des Ejektorkreislaufs 14 über den Ladeluftkühlkreislauf 8 und/oder, in anderen Ausführungsbeispielen, über den Motorkühlkreislauf und deren/dessen bereits im Fahrzeugkühlmodul 11 des Fahrzeugs 3 vorhandene/vorhandenen Umgebungsluftwärmetauscher 9, 13 ausgetragen, d. h. an die Umgebungsluft des Fahrzeugs 3 abgegeben.Because in this way no other ambient air heat exchanger for cooling the Ejektorkreislaufs 14 is required, in particular, the vehicle cooling module 11 of the vehicle 3 in which the ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th , the ambient air heat exchanger 13 the engine cooling circuit and in the example shown in addition the air conditioning condenser 12 the air conditioning device of the vehicle 3 are arranged, not burdened by the arrangement of another heat exchanger and impaired. By the solution shown and described, the heat of the Ejektorkreislaufs 14 over the charge air cooling circuit 8th and / or, in other embodiments, about the engine cooling circuit and its / already in the vehicle cooling module 11 of the vehicle 3 existing / existing ambient air heat exchanger 9 . 13 discharged, ie to the ambient air of the vehicle 3 issued.
Dies wird ermöglicht, da durch die Kühlung der Ladeluft L nacheinander, zuerst durch den Ladeluftkühlkreislauf 8 und erst danach durch den Ejektorkreislauf 14, die für die Kühlung des Kondensators 16 des Ejektorkreislaufs 14 erforderliche Wärmeabfuhr stark verringert ist, da durch den Ejektorkreislauf 14 nur noch eine Abkühlung um 30 K bis 50 K erfolgen muss und nicht um bis zu 200 K, wodurch eine erheblich geringere Wärmemenge des Ejektorkreislaufs 14 abgeführt werden muss. Diese Wärmemenge ist über den Ladeluftkühlkreislauf 8 und/oder den Motorkühlkreislauf und deren/dessen ohnehin im Fahrzeugkühlmodul 11 bereits angeordnete/angeordneten Umgebungsluftwärmetauscher 9, 13 abführbar.This is made possible by the cooling of the charge air L successively, first through the charge air cooling circuit 8th and only then through the ejector cycle 14 necessary for the cooling of the capacitor 16 of the ejector cycle 14 required heat dissipation is greatly reduced because of the ejector cycle 14 only a cooling must be done by 30 K to 50 K and not by up to 200 K, resulting in a significantly lower heat quantity of the ejector cycle 14 must be dissipated. This amount of heat is via the charge air cooling circuit 8th and / or the engine cooling circuit and / of which anyway in the vehicle cooling module 11 already arranged / arranged ambient air heat exchanger 9 . 13 dischargeable.
Somit wird durch die dargestellte und beschriebene Lösung zumindest ein bereits im Fahrzeug 3 vorhandener Kühlkreislauf, nämlich der Ladeluftkühlkreislauf 8 und/oder der Motorkühlkreislauf, zur Kühlung des Kondensators 16 des Ejektorkreislaufs 14 genutzt, so dass ein weiterer Wärmetauscher im Fahrzeugkühlmodul 11 des Fahrzeugs 3, welcher die Funktion der anderen bereits im Fahrzeugkühlmodul 11 vorhandenen Komponenten, insbesondere die Funktion des Umgebungsluftwärmetauschers 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8, des Umgebungsluftwärmetauschers 13 des Motorkühlkreislaufs und des Klimakondensators 12 der Klimatisierungsvorrichtung des Fahrzeugs 3 beeinträchtigen würde, nicht erforderlich ist. Dies ist vorteilhaft für das so genannte Packaging, d. h. für die Gestaltung des Fahrzeugkühlmoduls 11 und die Anordnung der Komponenten darin, welche nicht durch einen zusätzlichen Umgebungsluftwärmetauscher versperrt werden, so dass eine bessere Wärmeabfuhr erreicht ist.Thus, by the illustrated and described solution at least one already in the vehicle 3 existing cooling circuit, namely the charge air cooling circuit 8th and / or the engine cooling circuit for cooling the condenser 16 of the ejector cycle 14 used, leaving another heat exchanger in the vehicle cooling module 11 of the vehicle 3 which is the function of others already in the vehicle cooling module 11 existing components, in particular the function of the ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th , the ambient air heat exchanger 13 the engine cooling circuit and the air conditioning condenser 12 the air conditioning device of the vehicle 3 would not be required. This is advantageous for the so-called packaging, ie for the design of the vehicle cooling module 11 and the arrangement of components therein which are not blocked by an additional ambient air heat exchanger so that better heat dissipation is achieved.
Mittels dieser Vorrichtung 1 wird eine Optimierung der Ladeluftkühlung der Verbrennungskraftmaschine 2 erreicht, da die Ladeluft L zunächst mit dem herkömmlichen Ladeluftkühlkreislauf 8 über dessen ersten Ladeluftwärmetauscher 6 gekühlt wird und die auf diese Weise abgekühlte Ladeluft L danach mittels des Ejektorkreislaufs 14 über dessen zweiten Ladeluftwärmetauscher 7 weiter abgekühlt wird. Bei der herkömmlichen Ladeluftkühlung, welche lediglich mittels des Ladeluftkühlkreislaufs 8 erfolgt, besteht das Problem, dass diese Kühlung wegen der äußeren Bedingungen, beispielsweise Umgebungstemperatur und Kühlmediumtemperatur des Ladeluftkühlkreislaufs 8, nur bis zu einem bestimmten Grad möglich ist, insbesondere ist eine Abkühlung der Ladeluft L unter die Umgebungstemperatur nicht möglich. Durch die weitere Kühlung mittels des Ejektorkreislaufs 14 wird nun eine im Vergleich dazu nochmals deutliche Absenkung der Ladelufttemperatur erreicht, vorteilhafterweise unter die Kühlmediumtemperatur des Ladeluftkühlkreislaufs 8 und besonders vorteilhaft unter die Umgebungstemperatur.By means of this device 1 is an optimization of the intercooler of the internal combustion engine 2 achieved since the charge air L initially with the conventional charge air cooling circuit 8th via its first charge air heat exchanger 6 is cooled and the cooled in this way charge air L thereafter by means of the Ejektorkreislaufs 14 via its second charge air heat exchanger 7 is cooled further. In the conventional intercooler, which only by means of the charge air cooling circuit 8th occurs, there is the problem that this cooling because of the external conditions, such as ambient temperature and coolant temperature of the charge air cooling circuit 8th , is only possible to a certain degree, in particular a cooling of the charge air L below the ambient temperature is not possible. Due to the further cooling by means of the ejector cycle 14 Now, a significantly lower compared to the charge air temperature is achieved, advantageously below the cooling medium temperature of the charge air cooling circuit 8th and particularly advantageous below the ambient temperature.
Mittels der Vorrichtung 1 wird die durch den Verdichter des Abgasturboladers 5 verdichtete und dadurch beispielsweise auf bis zu 220°C erwärmte Ladeluft L zunächst mittels des Ladeluftkühlkreislaufs 8 über dessen ersten Ladeluftwärmetauscher 6 auf beispielsweise 30°C bis 70°C abgekühlt, abhängig von einer jeweiligen Umgebungstemperatur, und danach mittels des Ejektorkreislaufs 14 über dessen zweiten Ladeluftwärmetauscher 7 um weitere 30 K bis 40 K abgekühlt. Unter Umgebungstemperatur ist hierbei die Temperatur der Umgebung der Vorrichtung 1 zu verstehen, bei der hier dargestellten bevorzugten Verwendung der Vorrichtung 1 im Fahrzeug 3 entsprechend die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 3.By means of the device 1 is the through the compressor of the exhaust gas turbocharger 5 compressed and thereby heated, for example, up to 220 ° C charge air L first by means of the charge air cooling circuit 8th via its first charge air heat exchanger 6 cooled to, for example, 30 ° C to 70 ° C, depending on a respective ambient temperature, and then by means of the Ejektorkreislaufs 14 via its second charge air heat exchanger 7 cooled by another 30K to 40K. Under ambient temperature here is the temperature of the environment of the device 1 to understand in the preferred use of the device shown here 1 in the vehicle 3 according to the ambient temperature of the vehicle 3 ,
Durch die beschriebene und dargestellte Lösung wird die Verringerung des Hubraums und/oder der Zylinderanzahl von Verbrennungskraftmaschinen 2 bei gleich bleibender oder gesteigerter Leistung insbesondere in Fahrzeugen 3 ermöglicht. Durch dieses so genannte Downsizing wird der Kohlenstoffdioxidausstoß reduziert. Die Steigerung des spezifischen Drehmoments und der spezifischen Leistung insbesondere von Ottomotoren wird durch eine Steigerung der Aufladung der zugeführten Luft erreicht, beispielsweise mittels Abgasturbolader 5 oder Kompressor.The described and illustrated solution is the reduction of the displacement and / or the number of cylinders of internal combustion engines 2 with constant or increased performance, especially in vehicles 3 allows. This so-called downsizing reduces carbon dioxide emissions. The increase of the specific torque and the specific power of gasoline engines in particular is achieved by an increase in the charge of the supplied air, for example by means of exhaust gas turbocharger 5 or compressor.
Um im aufgeladenen Betrieb einen günstigen Wirkungsgrad und damit einen niedrigen Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 2 erreichen zu können, sollte die Verbrennungskraftmaschine 2 mit einer günstigen Verbrennungsschwerpunktlage betrieben werden. Dazu ist eine wirkungsvolle Kühlung der verdichteten Ladeluft L von besonderer Bedeutung. Dies gewinnt, bedingt durch das Streben, das Verdichtungsverhältnis mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs zu erhöhen, zunehmend an Bedeutung. Sowohl mit steigendem spezifischen Drehmoment und steigender spezifischer Leistung der Verbrennungskraftmaschine 2 als auch durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses steigt der Kühlungsbedarf der verdichteten Ladeluft L weiter an. Daher wäre eine entsprechend vergrößerte Ladeluftkühleinrichtung erforderlich. Jedoch sind sowohl die verfügbare Kühlleistung eines herkömmlichen Ladeluftkühlers als auch der Bauraum im Fahrzeug 3 begrenzt. Durch die dargestellte und beschriebene Lösung wird dieses Problem gelöst, da die Ladeluft L mittels des Ejektorkreislaufs 14 und dessen zweiten Ladeluftwärmetauscher 7 zusätzlich gekühlt wird.In the charged mode, a favorable efficiency and thus a low fuel consumption of the internal combustion engine 2 to be able to reach the internal combustion engine 2 be operated with a favorable focus of combustion. For this purpose, effective cooling of the compressed charge air L is of particular importance. This gains, due to the pursuit, To increase the compression ratio with the aim of further improving fuel consumption, increasingly important. Both with increasing specific torque and increasing specific power of the internal combustion engine 2 as well as by increasing the compression ratio of the cooling demand of the compressed charge air L continues to increase. Therefore, a correspondingly enlarged charge air cooling device would be required. However, both the available cooling capacity of a conventional intercooler and the installation space in the vehicle 3 limited. By the illustrated and described solution, this problem is solved because the charge air L by means of the Ejektorkreislaufs 14 and its second charge air heat exchanger 7 additionally cooled.
In weiteren Ausführungsbeispielen der Vorrichtung 1 weist der Ejektorkreislauf 14 beispielsweise zwei Kondensatoren 16 auf, wobei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums des Ejektorkreislaufs 14 der erste Kondensator 16 mit dem Motorkühlkreislauf und der zweite Kondensator 16 mit dem Ladeluftkühlkreislauf 8 thermisch gekoppelt ist. Auf diese Weise wird die Wärmeabfuhr aus dem Ejektorkreislauf 14 weiter optimiert, da auf diese Weise zunächst die Hauptwärmemenge des Ejektorkreislaufs 14 in den Motorkühlkreislauf, d. h. in den Hochtemperaturkreislauf des Fahrzeugs 3, abgeführt wird und danach die verbleibende überschüssige Wärmemenge in den Ladeluftkühlkreislauf 8, d. h. in den Niedertemperaturkreislauf des Fahrzeugs 3, abgeführt wird.In further embodiments of the device 1 indicates the ejector cycle 14 for example, two capacitors 16 on, wherein in the flow direction of the working medium of the Ejektorkreislaufs 14 the first capacitor 16 with the engine cooling circuit and the second capacitor 16 with the charge air cooling circuit 8th thermally coupled. In this way, the heat dissipation from the ejector cycle 14 further optimized, since in this way first the main heat quantity of the Ejektorkreislaufs 14 in the engine cooling circuit, ie in the high-temperature circuit of the vehicle 3 , Is discharged and then the remaining excess heat in the charge air cooling circuit 8th ie in the low-temperature circuit of the vehicle 3 , is discharged.
In weiteren Ausführungsbeispielen der Vorrichtung 1 könnte auch der Ejektorkreislauf 14, beispielsweise in Form des in der DE 10 2012 002 768 A1 der Anmelderin beschriebenen Ejektormoduls, genutzt werden, um den Ladeluftkühlkreislauf 8 zusätzlich abzukühlen. In diesem Fall ist kein zweiter Ladeluftwärmetauscher 7 erforderlich, sondern der Ejektorkreislauf 14 weist anstatt des zweiten Ladeluftwärmetauschers 7 einen Wärmetauscher auf, welcher mit den Ladeluftkühlkreislauf 8 thermisch gekoppelt ist, um mittels der oben beschriebenen Wirkungsweise des Ejektorkreislaufs 14 dem Ladeluftkühlkreislauf 8 Wärme zu entziehen. Dadurch kann die Temperatur des Kühlmediums im Ladeluftkühlkreislauf 8 weiter abgesenkt werden, bevor es in den ersten Ladeluftwärmetauscher 6, d. h. in den in dieser Ausführungsform einzigen Ladeluftwärmetauscher 6, eintritt, um die Ladeluft L zu kühlen. Der Wärmetauscher des Ejektorkreislaufs 14 ist zweckmäßigerweise mit einem Bereich des Ladeluftkühlkreislaufs 8 thermisch gekoppelt, welcher in Strömungsrichtung des Kühlmediums vor dem ersten Ladeluftwärmetauscher 6, d. h. dem in diesem Fall einzigen Ladeluftwärmetauscher 6, angeordnet ist. Dieser Bereich ist beispielsweise nach dem Umgebungsluftwärmetauscher 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8 angeordnet oder fluidisch parallel zum Umgebungsluftwärmetauscher 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8, d. h. als ein Bypass zum Umgebungsluftwärmetauscher 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8.In further embodiments of the device 1 could also be the ejector cycle 14 , for example in the form of in the DE 10 2012 002 768 A1 Applicant described ejector module used to the charge air cooling circuit 8th additionally cool. In this case, there is no second charge air heat exchanger 7 required, but the ejector cycle 14 has instead of the second charge air heat exchanger 7 a heat exchanger, which with the charge air cooling circuit 8th is thermally coupled to by means of the above-described operation of the Ejektorkreislaufs 14 the charge air cooling circuit 8th To remove heat. As a result, the temperature of the cooling medium in the charge air cooling circuit 8th continue to be lowered before entering the first charge air heat exchanger 6 ie in the single charge air heat exchanger in this embodiment 6 , enters to cool the charge air L. The heat exchanger of the ejector cycle 14 is expediently with an area of the charge air cooling circuit 8th thermally coupled, which in the flow direction of the cooling medium in front of the first charge air heat exchanger 6 ie the only charge air heat exchanger in this case 6 , is arranged. This area is for example after the ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th arranged or fluidly parallel to the ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th ie as a bypass to the ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th ,
In einer abgewandelten Variante dieser Ausführungsform erfolgt auch hier die Kühlung der Ladeluft L zweistufig, d. h. ebenfalls mit zwei Ladeluftwärmetauschern 6, 7, die in Strömungsrichtung der Ladeluft L auf die oben beschriebene Weise hintereinander angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch beide Ladeluftwärmetauscher 6, 7 mit dem Ladeluftkühlkreislauf 8 fluidisch verbunden, entweder hintereinander oder parallel zueinander im Ladeluftkühlkreislauf 8. Hierbei durchströmt das Kühlmedium vorzugsweise zunächst den Umgebungsluftwärmetauscher 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8 und wird in diesem unter Abgabe von Wärme an die Umgebung gekühlt. Sind die beiden Ladeluftwärmetauscher 6, 7 hintereinander im Ladeluftkühlkreislauf 8 angeordnet, so durchströmt das Kühlmedium danach den ersten Ladeluftwärmetauscher 6 und entzieht der Ladeluft L Wärme. Danach durchströmt das Kühlmedium einen Bereich des Ladeluftkühlkreislaufs 8, welcher mit dem Wärmetauscher des Ejektorkreislaufs 14 thermisch gekoppelt ist, so dass das Kühlmedium unter Abgabe von Wärme an das Arbeitsmedium des Ejektorkreislaufs 14 weiter gekühlt wird, vorzugsweise wird es unterkühlt. Danach durchströmt das Kühlmedium den zweiten Ladeluftwärmetauscher 7, wodurch der Ladeluft L weitere Wärme entzogen wird.In a modified variant of this embodiment, the cooling of the charge air L takes place in two stages, ie also with two charge air heat exchangers 6 . 7 , which are arranged one behind the other in the flow direction of the charge air L in the manner described above. In this embodiment, however, both charge air heat exchangers 6 . 7 with the charge air cooling circuit 8th fluidly connected, either one behind the other or parallel to each other in the charge air cooling circuit 8th , In this case, the cooling medium preferably first flows through the ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th and is cooled in this with the release of heat to the environment. Are the two charge air heat exchangers 6 . 7 one behind the other in the charge air cooling circuit 8th arranged, then flows through the cooling medium then the first charge air heat exchanger 6 and withdraws the charge air L heat. Thereafter, the cooling medium flows through an area of the charge air cooling circuit 8th , which with the heat exchanger of the Ejektorkreislaufs 14 is thermally coupled, so that the cooling medium with the release of heat to the working medium of the Ejektorkreislaufs 14 is cooled further, preferably it is supercooled. Thereafter, the cooling medium flows through the second charge air heat exchanger 7 , whereby the charge air L further heat is withdrawn.
Sind die beiden Ladeluftwärmetauscher 6, 7 im Ladeluftkühlkreislauf 8 fluidisch parallel geschaltet, so durchströmt das Kühlmedium ebenfalls vorzugsweise zunächst den Umgebungsluftwärmetauscher 9 des Ladeluftkühlkreislaufs 8 und wird in diesem unter Abgabe von Wärme an die Umgebung gekühlt. Danach durchströmt ein Anteil des Kühlmediums den ersten Ladeluftwärmetauscher 6 und entzieht der Ladeluft L Wärme, während ein weiterer Anteil des Kühlmediums einen Bereich des Ladeluftkühlkreislaufs 8 durchströmt, welcher mit dem Wärmetauscher des Ejektorkreislaufs 14 thermisch gekoppelt ist, so dass dieser Anteil des Kühlemdiums unter Abgabe von Wärme an das Arbeitsmedium des Ejektorkreislaufs 14 weiter gekühlt wird, vorzugsweise unterkühlt. Dieser Anteil des Kühlmediums durchströmt dann den zweiten Ladeluftwärmetauscher 7, wodurch der Ladeluft L weitere Wärme entzogen wird.Are the two charge air heat exchangers 6 . 7 in the charge air cooling circuit 8th connected fluidly in parallel, so also preferably flows through the cooling medium first, the ambient air heat exchanger 9 the charge air cooling circuit 8th and is cooled in this with the release of heat to the environment. Thereafter, a portion of the cooling medium flows through the first charge air heat exchanger 6 and withdraws the charge air L heat, while another portion of the cooling medium, a portion of the charge air cooling circuit 8th flows through, which with the heat exchanger of the Ejektorkreislaufs 14 is thermally coupled, so that this proportion of Kühlemdiums with release of heat to the working fluid of the Ejektorkreislaufs 14 is cooled further, preferably supercooled. This proportion of the cooling medium then flows through the second charge air heat exchanger 7 , whereby the charge air L further heat is withdrawn.
In diesen Ausführungsformen, in welchen der Ejektorkreislauf 14 auf die oben beschriebene Weise direkt zur Kühlung des Ladeluftkühlkreislaufs 8 und dessen Kühlmedium eingesetzt wird, erfolgt die Kühlung des Ejektorkreislaufs 14 vorzugsweise nicht über den Ladeluftkühlkreislauf 8, sondern beispielsweise über den Motorkühlkreislauf und/oder die Umgebungsluft, d. h. der Kondensator 16 des Ejektorkreislaufs 14 ist dann vorzugsweise nicht mit dem Ladeluftkühlkreislauf 8 thermisch gekoppelt, sondern mit dem Motorkühlkreislauf und/oder mit der Umgebungsluft, wobei die thermische Kopplung mit der Umgebungsluft dann zweckmäßigerweise über einen weiteren Umgebungsluftwärmetauscher erfolgt, indem der Kondensator 16 dann als dieser weitere Umgebungsluftwärmetauscher ausgebildet ist oder mit dem weiteren Umgebungsluftwärmetauscher thermisch gekoppelt ist.In these embodiments, in which the ejector cycle 14 in the manner described above directly to the cooling of the charge air cooling circuit 8th and whose cooling medium is used, the cooling of the ejector cycle takes place 14 preferably not via the charge air cooling circuit 8th but for example via the engine cooling circuit and / or the ambient air, ie the capacitor 16 of the ejector cycle 14 is then preferably not with the Charge air cooling circuit 8th thermally coupled, but with the engine cooling circuit and / or with the ambient air, wherein the thermal coupling with the ambient air is then conveniently carried out via a further ambient air heat exchanger by the capacitor 16 is then designed as this further ambient air heat exchanger or is thermally coupled to the further ambient air heat exchanger.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Vorrichtungcontraption
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22
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VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
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33
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Fahrzeugvehicle
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44
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Abgaskrümmerexhaust manifold
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55
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Abgasturboladerturbocharger
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66
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erster Ladeluftwärmetauscherfirst charge air heat exchanger
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77
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zweiter Ladeluftwärmetauschersecond charge air heat exchanger
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88th
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LadeluftkühlkreislaufCharge air cooling circuit
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99
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Umgebungsluftwärmetauscher des LadeluftkühlkreislaufsAmbient air heat exchanger of the charge air cooling circuit
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1010
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KühlmediumfördereinheitCoolant delivery unit
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1111
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FahrzeugkühlmodulVehicle cooling module
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1212
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Klimakondensatorair-conditioning condenser
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1313
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Umgebungsluftwärmetauscher des MotorkühlkreislaufsAmbient air heat exchanger of the engine cooling circuit
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1414
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Ejektorkreislaufejector
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14.114.1
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erster Teilkreislauffirst partial cycle
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14.214.2
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zweiter Teilkreislaufsecond subcircuit
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1515
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Ejektorejector
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1616
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Kondensatorcapacitor
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1717
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ArbeitsmediumfördereinheitWorking medium transport unit
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1818
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VerdampferEvaporator
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1919
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Expansionsventilexpansion valve
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2020
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Abgasstrangexhaust gas line
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2121
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Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust treatment device
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LL
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Ladeluftcharge air
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102012002768 A1 [0003, 0025, 0042] DE 102012002768 A1 [0003, 0025, 0042]
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DE 102007045347 A1 [0004] DE 102007045347 A1 [0004]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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Samir Kadunic, Florian Scherer, Roland Baar, Tobias Zegenhagen: „Ladeluftkühlung mittels Abgasenergienutzung zur Wirkungsgradsteigerung von Ottomotoren”; MTZ 01/2014, 75. Jahrgang [0002] Samir Kadunic, Florian Scherer, Roland Baar and Tobias Zegenhagen: "Intercooling using exhaust gas energy to increase the efficiency of gasoline engines"; MTZ 01/2014, Volume 75 [0002]
