DE102014219944A1 - Charged internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine (2), vorzugsweise eines Fahrzeugs (1), die einen Kältekreis (9) sowie eine Frischluftanlage (3) zur Versorgung der Brennkraftmaschine (2) mit Frischluft aufweist. Eine erhöhte Sicherheit des Kühlsystems (8) ergibt sich dadurch, dass ein Zwischenkreis (18) vorgesehen ist, in dem ein Zwischenmedium zirkuliert und in dem ein erster Verdampfer (15) des Kältekreises (9) sowie ein erster Ladeluftkühler (17) der Frischluftanlage (3) eingebunden sind, wobei der Zwischenkreis (18) fluidisch von der Frischluftanlage (3) sowie von dem Kältekreis (9) getrennt ist. Eine Verbesserung des Kühlsystems (8) ergibt sich dadurch, dass das Kühlsystem einen thermischen Zusatzspeicher (39) zur Wärmeaufnahme aufweist, wobei der Zusatzspeicher (39). Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug (1) mit einem derartigen Kühlsystem (8).The present invention relates to a supercharged internal combustion engine (2), preferably a vehicle (1) having a refrigeration circuit (9) and a fresh air system (3) for supplying the internal combustion engine (2) with fresh air. An increased safety of the cooling system (8) results from the fact that an intermediate circuit (18) is provided, in which an intermediate medium circulates and in which a first evaporator (15) of the refrigeration circuit (9) and a first charge air cooler (17) of the fresh air system ( 3) are integrated, wherein the intermediate circuit (18) is fluidly separated from the fresh air system (3) and from the refrigerant circuit (9). An improvement of the cooling system (8) results from the fact that the cooling system has a thermal additional memory (39) for heat absorption, wherein the additional memory (39). The invention further relates to a vehicle (1) with such a cooling system (8).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem Fahrzeug, sowie ein solches Fahrzeug.The present invention relates to a supercharged internal combustion engine, preferably in a vehicle, as well as such a vehicle.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sind ein Brennstoff und Luft notwendig, die in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine verbrannt werden. Zur Leistungssteigerung bzw. Bereitstellung höherer Lasten der Brennkraftmaschine ist es bekannt, die Brennkraftmaschine aufzuladen. Hierbei wird in einer Frischluftanlage zum Zuführen von Luft zur Brennkraftmaschine ein Verdichter vorgesehen, der Bestandteil eines Abgasturboladers sein kann. Der Verdichter verdichtet die der Brennkraftmaschine zuzuführende Luft und stellt der Brennkraftmaschine somit Ladeluft zur Verfügung. In Folge thermodynamischer Gesetzmäßigkeiten führt das Aufladen bzw. Verdichten zu einer Erwärmung der Ladeluft, die wiederum zu einer niedrigen Dichte der Luft führt.To operate an internal combustion engine, a fuel and air are necessary, which are burned in at least one combustion chamber of the internal combustion engine. To increase the performance or provision of higher loads of the internal combustion engine, it is known to charge the internal combustion engine. Here, a compressor is provided in a fresh air system for supplying air to the internal combustion engine, which may be part of an exhaust gas turbocharger. The compressor compresses the air to be supplied to the internal combustion engine and thus provides the internal combustion engine with charge air. As a result of thermodynamic laws, the charging or compression leads to a warming of the charge air, which in turn leads to a low density of the air.
Zur Erhöhung der Dichte der Luft bzw. zur Erhöhung eines Luftmassenstroms ist es wünschenswert, die Ladeluft vor dem Zuführen zur Brennkraftmaschine zu kühlen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen Ladeluftkühlkreis vorzusehen, in dem ein Kühlmittel zirkuliert und der einen Ladeluftkühler zum Kühlen der Ladeluft sowie einen Kühlmittelkühler zum Kühlen des Kühlmittels aufweist. Insbesondere bei höheren Lasten bzw. Leistungen oder Leistungsanforderungen an die Brennkraftmaschine, beispielsweise in einer Beschleunigungsphase eines zugehörigen Fahrzeugs, führt eine möglichst starke Kühlung der Ladeluft zu einer weiteren Verbesserung der Leistung der Brennkraftmaschine sowie zur reduzierten Entstehung von Schadstoffen in den Abgasen der Brennkraftmaschine. Um diese Verbesserungen zu erreichen, ist also eine möglichst starke Kühlung der Ladeluft verlangt. Zur Realisierung einer weiteren Kühlung der Ladeluft kann ein Kältekreis eines Kühlsystems herangezogen werden. Im Kältekreis zirkuliert ein Kältemittel, das von einem Kältekreiskompressor angetrieben wird und einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels und einen Kondensator zum kondensieren des Kältemittels durchströmt. Zur Nutzung der Kälteleistung des Kältekreises ist es grundsächlich möglich, den Verdampfer des Kältekreises fluidisch mit dem Ladeluftkühlkreis zu koppeln.To increase the density of the air or to increase an air mass flow, it is desirable to cool the charge air before supplying to the internal combustion engine. For this purpose, it is known to provide a charge air cooling circuit in which circulates a coolant and having a charge air cooler for cooling the charge air and a coolant radiator for cooling the coolant. Especially at higher loads or power requirements of the internal combustion engine, for example, in an acceleration phase of an associated vehicle, the highest possible cooling of the charge air leads to a further improvement of the performance of the internal combustion engine and reduced formation of pollutants in the exhaust gases of the internal combustion engine. In order to achieve these improvements, the highest possible cooling of the charge air is required. To realize a further cooling of the charge air, a cooling circuit of a cooling system can be used. In the refrigerant circuit circulates a refrigerant which is driven by a refrigerant circuit compressor and flows through an evaporator for evaporating the refrigerant and a condenser for condensing the refrigerant. To use the cooling capacity of the refrigerant circuit, it is basically possible to couple the evaporator of the refrigerant circuit fluidly with the charge air cooling circuit.
Hierbei besteht insbesondere die Gefahr der Vermischung des Kältemittels mit der Ladeluft bzw. mit dem Kühlmittel, insbesondere bei Beschädigungen des Kältekreises bzw. des Kühlkreises. Die Vermischung des Kältemittels mit dem Kühlmittel bzw. der Luft kann zu Betriebsstörungen der Brennkraftmaschine und/oder des Kühlsystems führen. Kommt im Kältekreis oder im Ladeluftkühlkreis ein brennbares bzw. entzündbares Kühlmittel bzw. Kältemittel zum Einsatz, so besteht ferner die Gefahr einer Verbrennung bzw. Zündung, die einen erheblichen Sicherheitsnachteil darstellt. Zudem können bei der Vermischung des Kältemittels mit der Ladeluft bzw. dem Kühlmittel Reaktionsprodukte entstehen, die ebenfalls eine Gefahr darstellen.In particular, there is the risk of mixing the refrigerant with the charge air or with the coolant, in particular if the refrigerant circuit or the cooling circuit is damaged. The mixing of the refrigerant with the coolant or the air can lead to malfunction of the internal combustion engine and / or the cooling system. If a flammable or flammable coolant or refrigerant is used in the refrigerant circuit or in the charge-air cooling circuit, there is also the risk of combustion or ignition, which represents a considerable safety disadvantage. In addition, the mixing of the refrigerant with the charge air or the coolant reaction products may arise, which also represent a danger.
Problematisch ist ferner, dass eine Kühlung der Ladeluft mittels des Kältekreises in starkem Maße vom Betrieb des Kältekreises abhängt. Insbesondere führt eine Trennung des Ladeluftkühlkreises vom Kältekreis bzw. eine Abschaltung des Kältekreises zu einem raschen Nachlassen der Kühlung der Ladeluft mittels des Kältekreises bis hin zur Unterbrechung dieser Kühlung.A further problem is that a cooling of the charge air by means of the refrigeration circuit depends largely on the operation of the refrigeration circuit. In particular, a separation of the charge air cooling circuit from the refrigerant circuit or a shutdown of the refrigerant circuit leads to a rapid decrease in the cooling of the charge air by means of the refrigeration circuit up to the interruption of this cooling.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine aufgeladene Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem Fahrzeug, sowie für ein solches Fahrzeug alternative oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, die sich durch eine erhöhte Sicherheit und/oder eine unabhängigere Kühlung von Ladeluft auszeichnen.The present invention therefore deals with the problem of providing for a supercharged internal combustion engine, preferably in a vehicle, as well as for such a vehicle alternative or at least other embodiments, which are characterized by increased safety and / or a more independent cooling of charge air.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, bei einer Brennkraftmaschine mit einem Kältekreis, in dem ein Kältemittel zirkuliert, und einer Frischluftanlage zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Luft, eine wärmeübertragende Kopplung zwischen dem Kältekreis und der Frischluftanlage mit Hilfe eines eigens hierfür vorgesehenen Zwischenkreises zu realisieren, in dem im Vergleich zum im Kältekreis zirkulierenden Kältemittel ein Zwischenmedium zirkuliert. Hierdurch sind der Kältekreis und die Frischluftanlage wärmeübertragend miteinander gekoppelt. Ferner sind die Frischluftanlage und der Kältekreis fluidisch gänzlich separiert. In der Folge wird eine Vermischung des Kältemittels mit Luft, insbesondere Ladeluft, der Frischluftanlage verhindert oder eine entsprechende Gefahr zumindest erheblich reduziert. Somit ist die Sicherheit des Kühlsystems bzw. der Brennkraftmaschine oder eines zugehörigen Fahrzeugs erhöht. Dem Erfindungsgedanken entsprechend, weist der Kältekreis einen Kältekreiskompressor zum Antreiben des Kältemittels und einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels auf. Zum Verdichten bzw. Aufladen der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft ist in der Frischluftanlage ein Verdichter vorgesehen, wobei die vom Verdichter verdichtete Luft oder Ladeluft durch einen ersten Ladeluftkühler in der Frischluftanlage gekühlt wird. Der Wärmeaustausch zwischen dem Kältekreis und der Frischluftanlage erfolgt über den ersten Verdampfer und den ersten Ladeluftkühler. Das heißt, dass der erste Verdampfer und der erste Ladeluftkühler im Zwischenkreis eingebunden sind, wobei der Zwischenkreis fluidisch vom Kältekreis und der Frischluftanlage getrennt ist. In anderen Worten, die Wärmeübertragung zwischen dem Kältekreis und der Frischluftanlage läuft über den Zwischenkreis bzw. über das Zwischenmedium. Der Kältekreis kühlt über den ersten Verdampfer den Zwischenkreis bzw. das Zwischenmedium, während der Zwischenkreis bzw. das Zwischenmedium über den ersten Ladeluftkühler die Ladeluft kühlt.The present invention is based on the idea of realizing, in an internal combustion engine having a refrigerant circuit in which a refrigerant circulates, and a fresh air system for supplying the internal combustion engine with air, a heat-transferring coupling between the refrigerant circuit and the fresh air system by means of a dedicated intermediate circuit. in which circulates an intermediate medium in comparison to the refrigerant circulating in the refrigerant circuit. As a result, the refrigerant circuit and the fresh air system are coupled to each other heat transfer. Furthermore, the fresh air system and the refrigerant circuit are fluidly completely separated. As a result, a mixing of the refrigerant with air, in particular charge air, the fresh air system is prevented or a corresponding risk at least significantly reduced. Thus, the safety of the cooling system or the internal combustion engine or an associated vehicle is increased. According to the idea of the invention, the refrigeration circuit has a refrigerant circuit compressor for driving the refrigerant and an evaporator for evaporating the refrigerant. For compressing or charging the air to be supplied to the internal combustion engine, a compressor is provided in the fresh air system, wherein the compressed air or charge air compressed by the compressor is cooled by a first charge air cooler in the fresh air system. The heat exchange between the refrigerant circuit and the fresh air system via the first evaporator and the first intercooler. The means that the first evaporator and the first intercooler are integrated in the intermediate circuit, wherein the intermediate circuit is fluidly separated from the refrigerant circuit and the fresh air system. In other words, the heat transfer between the refrigerant circuit and the fresh air system runs over the intermediate circuit or via the intermediate medium. The refrigerant circuit cools the intermediate circuit or the intermediate medium via the first evaporator, while the intermediate circuit or the intermediate medium cools the charge air via the first charge air cooler.
Zudem ist im Zwischenkreis ein thermischer Zusatzspeicher vorgesehen, der Wärme aufnehmen kann. Der thermische Zusatzspeicher oder kurz Zusatzspeicher dient dem Zweck, Kälte zu speichern und bei Bedarf Wärme aufzunehmen. Diese Wärmeaufnahme wird dafür eingesetzt, die Kühlung der Ladeluft über den Zwischenkreis von der Kühlung des Zwischenkreises, insbesondere durch den Kältekreis, unabhängiger zu machen. Insbesondere wird der Zusatzspeicher dafür eingesetzt, bei einer unterbrochenen und/oder reduzierten Kühlung des Zwischenkreises durch den Kältekreis eine Kühlung der Ladeluft für eine längere Dauer aufrechtzuerhalten.In addition, a supplementary thermal storage is provided in the intermediate circuit, which can absorb heat. The additional thermal storage or additional storage is used to store cold and absorb heat when needed. This heat absorption is used to make the cooling of the charge air via the DC link from the cooling of the DC link, in particular by the refrigerant circuit, more independent. In particular, the additional storage is used to maintain a cooling of the charge air for a longer duration in an interrupted and / or reduced cooling of the intermediate circuit by the refrigerant circuit.
Der Zusatzspeicher ist vorzugsweise zusätzlich zu einer thermischen Masse des Zwischenkreises vorgesehen, die in einem Regelbetrieb des Zwischenkreises bzw. des Kältekreises notwendig ist. Ein solcher Regelbetrieb liegt regelmäßig vor, wenn der Kältekreis den Zwischenkreis in ausreichendem Maß kühlt, sodass eine ausreichende Kühlung der Ladeluft über den Zwischenkreis gewährleistet ist. Ist eine solche Kühlung nicht mehr gewährleistet, so kommt der thermische Zusatzspeicher zum Einsatz, der in der Lage ist, Wärme aufzunehmen. Diese Wärmeaufnahme kühlt dabei den Zwischenkreis bzw. einzelne Bestandteile des Zwischenkreises und trägt somit zur Kühlung der Ladeluft bei. Vorteilhaft ist dieser Beitrag derart ausgelegt, dass eine ausreichende Kühlung der Ladeluft für eine vorgegebene Zeit gewährleistet ist.The additional memory is preferably provided in addition to a thermal mass of the intermediate circuit, which is necessary in a control mode of the intermediate circuit or the refrigerant circuit. Such a control operation is regularly present when the refrigerant circuit cools the intermediate circuit sufficiently, so that a sufficient cooling of the charge air is ensured via the DC link. If such cooling is no longer guaranteed, then the additional thermal storage is used, which is able to absorb heat. This heat absorption cools the intermediate circuit or individual components of the intermediate circuit and thus contributes to the cooling of the charge air. Advantageously, this article is designed such that a sufficient cooling of the charge air is guaranteed for a predetermined time.
Die Fähigkeit des Zusatzspeichers Wärme aufzunehmen, kann dadurch erreicht sein, dass der Zusatzspeicher zuvor gekühlt wird. Dabei ist der Zusatzspeicher vorteilhaft derart ausgestaltet, dass er diese Kälte speichern kann. Diese vorherige Speicherung der Kälte bzw. Kühlung wird nachfolgend als laden oder aufladen des Zusatzspeichers bezeichnet.The ability of the additional storage to absorb heat may be achieved by previously cooling the additional storage. In this case, the additional memory is advantageously designed such that it can store this cold. This previous storage of refrigeration or cooling is hereinafter referred to as charging or charging the additional memory.
Der Kältekreis weist gewöhnlich zusätzlich zum ersten Verdampfer und dem Kältekreiskompressor einen Kondensator auf, der stromab des Kältemittelkompressors und stromauf des ersten Verdampfers angeordnet ist. Dabei dient der Kondensator dem Kondensieren des Kältemittels.The refrigerant circuit usually has, in addition to the first evaporator and the refrigerant circuit compressor, a condenser disposed downstream of the refrigerant compressor and upstream of the first evaporator. The condenser serves to condense the refrigerant.
Gewöhnlich dient der Kältekreis auch der Kühlung eines anderen Systems. In einem Fahrzeug kann der Kältekreis beispielsweise dazu dienen, einen Innenraum des Fahrzeugs zu kühlen. Der Kältekreis kann also Bestandteil einer Klimaanlage des Fahrzeugs sein.Usually, the refrigeration circuit also serves to cool another system. For example, in a vehicle, the refrigeration cycle may serve to cool an interior of the vehicle. The refrigerant circuit may therefore be part of an air conditioning system of the vehicle.
Zum Kühlen des anderen Systems kann prinzipiell der erste Verdampfer zum Einsatz kommen. Das heißt, dass der erste Verdampfer zum Kühlen der Ladeluft über den Zwischenkreis bzw. über den ersten Ladeluftkühler und zum Kühlen des anderen Systems, insbesondere in der Klimaanlage, eingesetzt werden kann. Vorstellbar ist es auch, für die Kühlung des anderen Systems im Kältekreis einen anderen Verdampfer, also einen zweiten Verdampfer vorzusehen. Somit ist es möglich, den ersten Verdampfer ausschließlich für die Kühlung der Ladeluft einzusetzen, was eine effizientere und/oder unabhängigere Kühlung der Ladeluft erlaubt.In principle, the first evaporator can be used to cool the other system. This means that the first evaporator can be used for cooling the charge air via the intermediate circuit or via the first charge air cooler and for cooling the other system, in particular in the air conditioning system. It is also conceivable to provide for the cooling of the other system in the refrigerant circuit another evaporator, so a second evaporator. Thus, it is possible to use the first evaporator exclusively for the cooling of the charge air, which allows a more efficient and / or more independent cooling of the charge air.
Bevorzugt sind der erste Verdampfer und der zweite Verdampfer in unterschiedlichen Zweigen des Kältekreises angeordnet. Dementsprechend weist der Kältekreis einen ersten Zweig sowie einen vom ersten Zweig unterschiedlichen zweiten Zweig auf. Die Zweige können an einer gemeinsamen Abzweigstelle vom Kältekreis abzweigen. Bevorzugt zweigt der Kältekreis stromab des Kondensators in die beiden Zweige auf, die dann stromauf des Kondensators wieder zum Kältekreis ineinander münden. Dabei ist der erste Verdampfer im ersten Zweig angeordnet, während der zweite Verdampfer im zweiten Zweig angeordnet ist. In einer äquivalenten Betrachtungsweise kann der erste Zweig als den zweiten Zweig umgehender bezeichnet werden. Hierdurch ist es möglich, den ersten Verdampfer im ersten Zweig zum Kühlen der Ladeluft, insbesondere ausschließlich hierfür, einzusetzen, während der zweite Verdampfer für den anderen Verwendungszweck des Kältekreises, also beispielsweise dem Betrieb der Klimaanlage, zum Einsatz kommt. Dementsprechend kann der zweite Verdampfer als Hauptverdampfer bezeichnet werden, während der erste Verdampfer als Nebenverdampfer bezeichnet werden kann. Entsprechendes gilt für den ersten Zweig und den zweiten Zweig: Der erste Zweig kann als Nebenzweig des Kältekreises bezeichnet werden, während der zweite Zweig als Hauptzweig des Kältekreises bezeichnet werden kann. Das Versehen des Kältekreises mit zwei Zweigen und der Anordnung jeweils eines der Verdampfer in einem solchen zugehörigen Zweig erlaubt ein flexibles Betreiben des Kältekreises. Zudem sind die Kühlung der Ladeluft über den Zwischenkreis und die Kühlung des anderen Systems quasi voneinander getrennt, was weitere Betriebsvorteile zur Folge hat.Preferably, the first evaporator and the second evaporator are arranged in different branches of the refrigeration circuit. Accordingly, the refrigeration cycle has a first branch and a second branch different from the first branch. The branches can branch off from the refrigeration circuit at a common branch point. Preferably, the cooling circuit branches off downstream of the capacitor in the two branches, which then open upstream of the condenser again to the refrigerant circuit. In this case, the first evaporator is arranged in the first branch, while the second evaporator is arranged in the second branch. In an equivalent consideration, the first branch may be referred to more immediately as the second branch. This makes it possible to use the first evaporator in the first branch for cooling the charge air, in particular exclusively for this purpose, while the second evaporator for the other use of the refrigeration circuit, so for example, the operation of the air conditioning is used. Accordingly, the second evaporator may be referred to as a main evaporator, while the first evaporator may be referred to as a secondary evaporator. The same applies to the first branch and the second branch: the first branch may be referred to as a branch branch of the cooling circuit, while the second branch may be referred to as a main branch of the cooling circuit. The provision of the refrigeration circuit with two branches and the arrangement of each one of the evaporator in such an associated branch allows flexible operation of the refrigeration circuit. In addition, the cooling of the charge air via the intermediate circuit and the cooling of the other system are virtually separated, which has further operational advantages.
Vorteilhaft ist eine Aufteilung der Strömung des Kältemittels zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig möglich. Dies ist bevorzugt mit Hilfe einer Kältekreisventileinrichtung realisiert, die derart ausgestaltet bzw. angeordnet ist, dass sie die Strömung des Kältemittels zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig des Kältekreises aufteilt. Dabei ist die Kältekreisventileinrichtung insbesondere derart ausgestaltet, dass sie eine Strömung des Kältemittels ausschließlich durch den zweiten Zweig erlaubt. Dadurch ist es möglich, keine Kühlleistung des Kältekreises an den Zwischenkreis bzw. den ersten Ladeluftkühler abzugeben. Ferner ist es vorstellbar die Kältekreisventileinrichtung derart auszugestalten, dass eine ausschließliche Durchströmung des ersten Zweigs des Kältekreises möglich ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die an den Zwischenkreis abgegebene Kühlleistung des Kältekreises zu erhöhen.Advantageously, a division of the flow of the refrigerant between the first branch and the second branch possible. This is preferably realized with the aid of a refrigeration circuit valve device, which is designed or arranged such that it divides the flow of the refrigerant between the first branch and the second branch of the refrigeration circuit. In this case, the refrigeration circuit valve device is in particular designed such that it allows a flow of the refrigerant exclusively through the second branch. This makes it possible to deliver no cooling capacity of the refrigerant circuit to the intermediate circuit or the first intercooler. Furthermore, it is conceivable to design the refrigeration circuit valve device such that an exclusive flow through the first branch of the refrigeration circuit is possible. This makes it possible in particular to increase the output to the intermediate circuit cooling capacity of the refrigerant circuit.
Die Kältekreisventileinrichtung ist vorteilhalft derart ausgestaltet, dass eine beliebige Aufteilung der Strömung des Kältemittels zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig möglich ist. Dabei ist die Aufteilung der Strömung zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig bevorzugt stufenartig und/oder kontinuierlich einstellbar.The refrigerant circuit valve device is advantageously designed such that any division of the flow of the refrigerant between the first branch and the second branch is possible. In this case, the distribution of the flow between the first branch and the second branch is preferably adjustable in steps and / or continuously.
Die Kältekreisventileinrichtung kann ein Ventil oder mehrere Ventile aufweisen, die an beliebiger Stelle im Kältekreis angeordnet sein können. Insbesondere kann die Kältekreisventileinrichtung wenigstens ein solches Ventil im ersten Zweig, im zweiten Zweig bzw. einer Abzweigstelle des Kältekreises, an dem der erste Zweig und der zweite Zweig abzweigen, aufweisen.The refrigeration circuit valve device may have one or more valves that can be arranged at any point in the refrigeration cycle. In particular, the refrigeration cycle valve device can have at least one such valve in the first branch, in the second branch or in a branching point of the cooling circuit, at which the first branch and the second branch branch off.
Zum Kühlen der Ladeluft ist vorteilhaft ferner ein Ladeluftkühlkreis vorgesehen, in dem ein Kühlmittel zirkuliert. Der Ladeluftkühlkreis weist einen zweiten Ladeluftkühler zum Kühlen der Ladeluft sowie einen Kühlmittelkühler zum Kühlen des Kühlmittels auf. Dabei ist der zweite Ladeluftkühler vorzugsweise stromauf des ersten Ladeluftkühlers in der Frischluftanlage angeordnet. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Ladeluft unabhängig und/oder zusätzlich vom ersten Ladeluftkühler zu kühlen. Stellt der Kältekreis keine Kühlleistung zum Kühlen der Ladeluft zur Verfügung, so ist es durch den Ladeluftkühlkreis möglich, trotzdem eine Kühlung der Ladeluft zu erreichen. Der Ladeluftkühlkreis kann zum Antreiben des Kühlmittels einen zugehörigen Kompressor aufweisen, der nachfolgend als Kühlkreiskompressor bezeichnet wird. Hierbei sind der Zwischenkreis, der Ladeluftkreis sowie der Kältekreis jeweils fluidisch voneinander getrennt.For cooling the charge air, a charge air cooling circuit, in which a coolant circulates, is also advantageously provided. The charge air cooling circuit has a second intercooler for cooling the charge air and a coolant radiator for cooling the coolant. In this case, the second charge air cooler is preferably arranged upstream of the first charge air cooler in the fresh air system. This makes it possible, in particular, to cool the charge air independently and / or additionally from the first charge air cooler. If the cooling circuit does not provide any cooling power for cooling the charge air, it is possible by the charge air cooling circuit to nevertheless achieve cooling of the charge air. The charge air cooling circuit may include an associated compressor for driving the coolant, hereinafter referred to as a refrigerant cycle compressor. Here, the intermediate circuit, the charge air circuit and the refrigerant circuit are each fluidly separated from each other.
Das Kühlmittel, das Kältemittel und das Zwischenmedium können jeweils unterschiedlich sein. Insbesondere kann das Kältemittel ein phasenwechselndes Kältemittel sein. Das Kühlmittel kann ein Niedertemperaturkühlmittel sein. Das Zwischenmedium kann ein Wasser-Glykol-Gemisch sein bzw. ein solches Gemisch aufweisen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Kühlmittel, das Kältemittel und das Zwischenmedium wenigstens teilweise identisch sind.The coolant, the refrigerant and the intermediate medium may each be different. In particular, the refrigerant may be a phase change refrigerant. The coolant may be a low-temperature coolant. The intermediate medium may be a water-glycol mixture or have such a mixture. Of course, it is also possible that the coolant, the refrigerant and the intermediate medium are at least partially identical.
Bei bevorzugten Ausführungsformen sind der Kondensator des Kältekreises und der Kühlmittelkühler benachbart angeordnet. Die benachbarte Anordnung des Kondensators und des Kühlmittelkühlers ist dabei vorteilhaft derart ausgestaltet, dass der Kondensator und der Kühlmittelkühler gemeinsam durch eine Luftströmung gekühlt werden können. Insbesondere in einem zugehörigen Fahrzeug ist es somit möglich, den Kondensator und den Kühlmittelkühler durch einen Kühlluftstrom zu kühlen, der zumindest teilweise durch den Fahrtwind und/oder durch ein Gebläse erzeugt und/oder verstärkt wird. Dabei sind der Kondensator und der Kühlmittelkühler bevorzugt derart angeordnet, dass sie nacheinander vom Kühlluftstrom gekühlt werden. Dies kann beispielsweise durch eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Kondensators und des Kühlmittelkühlers erreicht werden. Ferner ist die Anordnung vorteilhaft derart ausgestaltet, dass der Kondensator vor dem Kühlmittelkühler vom Kühlluftstrom gekühlt wird.In preferred embodiments, the condenser of the refrigeration circuit and the coolant radiator are disposed adjacent. The adjacent arrangement of the condenser and the coolant radiator is advantageously designed such that the condenser and the coolant radiator can be cooled together by an air flow. In particular, in an associated vehicle, it is thus possible to cool the condenser and the coolant radiator by a cooling air flow, which is generated and / or amplified at least partially by the airstream and / or by a fan. In this case, the condenser and the coolant radiator are preferably arranged such that they are cooled in succession by the cooling air flow. This can be achieved for example by a substantially parallel arrangement of the condenser and the coolant radiator. Furthermore, the arrangement is advantageously designed such that the condenser is cooled by the cooling air flow before the coolant radiator.
In bestimmten Situationen, insbesondere bei bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine und/oder des zugehörigen Fahrzeugs, ist es wünschenswert, die Ladeluft nicht oder möglichst wenig zu kühlen oder eine Kühlung der Ladeluft durch den Zwischenkreis und somit durch den ersten Ladeluftkühler zu reduzieren, insbesondere zu unterbinden. Hierzu weist die Frischluftanlage einen den ersten Ladeluftkühler umgehenden Bypass auf, sodass die Ladeluft bei Bedarf am ersten Ladeluftkühler vorbeigeführt werden kann. Zu diesen Situationen gehören beispielsweise Phasen mit geringer Last bzw. mit einer Grundlast der Brennkraftmaschine, in denen eine übermäßige Kühlung der Ladeluft dem Gesamtwirkungsgrad bzw. der Schadstoffemission der Brennkraftmaschine entgegenwirkt.In certain situations, in particular at certain operating points of the internal combustion engine and / or the associated vehicle, it is desirable not to cool the charge air or as little as possible or to reduce cooling of the charge air through the intermediate circuit and thus by the first intercooler, in particular to prevent. For this purpose, the fresh air system has a bypass bypassing the first intercooler, so that the charge air can be guided past the first intercooler when needed. These situations include, for example, phases with low load or with a base load of the internal combustion engine, in which an excessive cooling of the charge air counteracts the overall efficiency or the pollutant emission of the internal combustion engine.
Bevorzugt weist die Frischluftanlage eine Frischluftventileinrichtung auf, welche die Strömung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler umgehenden Bypass und/oder durch den ersten Ladeluftkühler steuert. Somit kann der Ladeluftkühler bei Bedarf gänzlich umgangen werden. In diesen Situationen kann eine Kühlung der Ladeluft ausschließlich durch den zweiten Ladeluftkühler erfolgen, der dementsprechend als Hauptladeluftkühler bezeichnet werden kann Im Umkehrschluss kann der erste Ladeluftkühler als Nebenladeluftkühler bezeichnet werden.The fresh air system preferably has a fresh air valve device which controls the flow of the charge air through the bypass bypassing the first charge air cooler and / or through the first charge air cooler. Thus, the intercooler can be completely bypassed if necessary. In these situations, the charge air can be cooled exclusively by the second charge air cooler, which accordingly can be referred to as the main charge air cooler. Conversely, the first charge air cooler can be referred to as a secondary charge air cooler.
Bevorzugt sind diejenigen Ausgestaltungen, bei denen die Frischluftventileinrichtung eine Dosierung der Strömung der Ladeluft zwischen dem Bypass und dem ersten Ladeluftkühler erlaubt. Besonderes vorteilhaft ist eine beliebige Dosierung bzw. Aufteilung möglich. Somit ist es möglich, die durch die Frischluftanlage strömende Ladeluft in beliebigen Teilmengen durch den Bypass strömen zu lassen. Insbesondere ist es hierdurch auch möglich, eine Strömung der Ladeluft durch den Bypass zu verhindern, so dass die Ladeluft gänzlich durch den ersten Ladeluftkühler strömt. Durch eine entsprechende Regelung der Frischluftventileinrichtung kann somit eine Kühlung der zur Brennkraftmaschine gelangenden Ladeluft variiert werden, da die durch den Bypass strömende Ladeluft nicht durch den ersten Ladeluftkühler gekühlt wird und stromab des ersten Ladeluftkühlers der gegebenenfalls vom ersten Ladeluftkühler gekühlten Ladeluft beigemischt wird.Preferred embodiments are those in which the fresh air valve device allows a metering of the flow of the charge air between the bypass and the first charge air cooler. Particularly advantageous is any dosage or distribution possible. Thus, it is possible to let the charge air flowing through the fresh air system flow in any subsets through the bypass. In particular, this also makes it possible to prevent a flow of the charge air through the bypass, so that the charge air flows completely through the first charge air cooler. By a corresponding regulation of the fresh air valve device can thus be varied cooling of the charge air reaching the engine, since the charge air flowing through the bypass is not cooled by the first charge air cooler and is admixed downstream of the first charge air cooler of the optionally cooled by the first charge air cooler charge air.
Zum Zirkulieren des Zwischenmediums im Zwischenkreis kann eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Zwischenkreiskompressor, vorgesehen sein. Besagte Fördereinrichtung kann dabei beliebig betrieben werden. Insbesondere ist vorstellbar, die Zwischenkreisfördereinrichtung konstant zu betreiben. Zur Variation des Wärmeaustausches zwischen dem ersten Ladeluftkühler und dem ersten Verdampfer kann jedoch die Leistung der Fördereinrichtung variiert werden. So kann eine stärkere Zirkulation des Zwischenmediums im Zwischenkreis zu einem stärkeren Wärmeaustausch zwischen dem ersten Ladeluftkühler und dem ersten Verdampfer führen. Auch hierdurch kann die Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler beeinflusst werden.For circulating the intermediate medium in the intermediate circuit, a conveying device, in particular a DC link compressor, can be provided. Said conveyor can be operated arbitrarily. In particular, it is conceivable to operate the DC link conveyor constant. However, to vary the heat exchange between the first charge air cooler and the first evaporator, the performance of the conveyor can be varied. Thus, a stronger circulation of the intermediate medium in the intermediate circuit can lead to a greater heat exchange between the first charge air cooler and the first evaporator. This also allows the cooling of the charge air to be influenced by the first charge air cooler.
Grundsätzlich ist vorstellbar, die jeweiligen Kompressoren bzw. Fördereinrichtungen des Kühlsystems durch die Brennkraftmaschine anzutreiben. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kältekreiskompressor mit der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist. Die Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Kältekreiskompressor kann dabei regelbar und insbesondere lösbar ausgestaltet sein. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, bei bestimmten Betriebsphasen der Brennkraftmaschine bzw. des zugehörigen Fahrzeugs, die Antriebsverbindung zwischen dem Kältekreiskompressor und der Brennkraftmaschine zu unterbrechen, um die gesamte Leistung der Brennkraftmaschine anderweitig zur Verfügung zu stellen. Eine solche Phase kann beispielsweise vorliegen, wenn eine Beschleunigung des zugehörigen Fahrzeugs erfolgen soll bzw. wenn die Last der Brennkraftmaschine erhöht wird. Dabei wird durch die Reduzierung bzw. Unterbrechung des Antriebs des Kältekreiskompressors die Strömung des Kältemittels im Kältekreis reduziert, insbesondere unterbrochen. Dementsprechend erfolgt eine Kühlung der Ladeluft mit Hilfe des ersten Ladeluftkühlers vorrangig durch die zuvor im Zwischenkreis bzw. Zwischenmedium gespeicherte Kälteleistung. Die Kälteleistung ist also insbesondere durch die Wärmeaufnahmeleistung des Zwischenkreises gegeben. Hier dienen also der Zwischenkreis bzw. das Zwischenmedium als Kältespeicher zum Kühlen der Ladeluft mittels des ersten Ladeluftkühlers.In principle, it is conceivable to drive the respective compressors or conveying devices of the cooling system by the internal combustion engine. In particular, it can be provided that the refrigerant circuit compressor is drive-connected to the internal combustion engine. The drive connection between the internal combustion engine and the refrigerant circuit compressor can be designed adjustable and in particular detachable. In this way it is possible, for example, at certain operating phases of the internal combustion engine or the associated vehicle, to interrupt the drive connection between the refrigerant circuit compressor and the internal combustion engine in order to provide the total power of the internal combustion engine otherwise available. Such a phase can be present, for example, if an acceleration of the associated vehicle is to take place or if the load of the internal combustion engine is increased. In this case, the flow of the refrigerant in the refrigerant circuit is reduced by the reduction or interruption of the drive of the refrigerant circuit compressor, in particular interrupted. Accordingly, cooling of the charge air with the aid of the first charge air cooler takes place primarily by the cooling capacity previously stored in the intermediate circuit or intermediate medium. The cooling capacity is therefore given in particular by the heat absorption capacity of the DC link. So here serve the intermediate circuit or the intermediate medium as a cold storage for cooling the charge air by means of the first charge air cooler.
Selbstverständlich können die jeweiligen Kompressoren bzw. Fördereinrichtungen auch anderweitig, insbesondere elektrisch, angetrieben sein.Of course, the respective compressors or conveying devices can also be driven otherwise, in particular electrically.
Die thermische Masse zeichnet sich dadurch aus, dass sie Wärme aufnehmen und Wärme abgeben kann. Die Kälteleistung ist also insbesondere von der thermischen Masse des Zwischenkreises bestimmt. Durch die Wärmeaufnahme der thermischen Masse ist es möglich, den Zwischenkreis und/oder die Ladeluft zu kühlen. Durch die Wärmeabgabe ist es möglich, die thermische Masse zu kühlen. Zur thermischen Masse des Zwischenkreises gehören sämtliche Bestandteile, die Wärme aufnehmen bzw. abgeben können. Es gehören also insbesondere das Zwischenmedium, der erste Ladeluftkühler, der Verdampfer sowie Verbindungen zwischen dem ersten Ladeluftkühler und dem ersten Verdampfer, etwa Verrohrungen zur thermischen Masse des Zwischenkreises. Auch andere Bestandteile des Zwischenkreises gehören zu der thermischen Masse des Zwischenkreises. Hierzu gehört beispielsweise die Zwischenkreisfördereinrichtung.The thermal mass is characterized by the fact that it can absorb heat and give off heat. The cooling capacity is thus determined in particular by the thermal mass of the DC link. Due to the heat absorption of the thermal mass, it is possible to cool the DC link and / or the charge air. Due to the heat release, it is possible to cool the thermal mass. The thermal mass of the DC link includes all components that absorb or release heat. Thus, in particular, the intermediate medium, the first intercooler, the evaporator and connections between the first intercooler and the first evaporator, such as piping to the thermal mass of the intermediate circuit belong. Other components of the DC link belong to the thermal mass of the DC link. This includes, for example, the DC link conveyor.
Der thermische Zusatzspeicher zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass er zusätzlich zu einem im Regelbetrieb des Zwischenkreises erforderlichen thermischen Masse vorgesehen ist. In einer äquivalenten Ausdrucksform könnte also gesagt werden, dass der Zwischenkreis zusätzlich zu seiner thermischen Masse den thermischen Zusatzspeicher aufweist, wobei der thermische Zusatzspeicher wiederrum Teil der thermischen Masse des Zwischenkreises ist oder bei Bedarf werden kann. Dabei dient der Zusatzspeicher insbesondere dem Zweck, eine Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler auch dann zu gewährleisten, wenn der Zwischenkreis nicht gekühlt wird. Eine solche Situation kann beispielsweise dann vorliegen, wenn keine Kühlung des Zwischenkreises durch den Kältekreis erfolgt. Der Zusatzspeicher ist also insbesondere für Fälle vorgesehen, bei denen keine Leistung der Brennkraftmaschine zur Kühlung des Zwischenkreises verbraucht werden soll oder kann, also insbesondere bei einem Lastbetrieb der Brennkraftmaschine bzw. einer Beschleunigung des zugehörigen Fahrzeuges.The additional thermal storage is characterized in particular by the fact that it is provided in addition to a required during normal operation of the intermediate circuit thermal mass. In an equivalent form of expression, it could therefore be said that the intermediate circuit has the additional thermal storage in addition to its thermal mass, the additional thermal storage in turn being part of the thermal ground of the intermediate circuit or being able to be used as required. In this case, the additional memory serves in particular the purpose of ensuring cooling of the charge air through the first intercooler even if the intermediate circuit is not cooled. Such a situation may be present, for example, if no cooling of the intermediate circuit takes place through the cooling circuit. The additional memory is thus provided in particular for cases in which no power of the internal combustion engine for cooling the DC link should or can be consumed, ie in particular during a load operation of the internal combustion engine or an acceleration of the associated vehicle.
Bevorzugt ist der thermische Zusatzspeicher derart vorgesehen und/oder ausgestaltet, dass er in Situationen zum Einsatz kommt, in denen eine ausreichende Kühlung der Ladeluft durch die im Regelbetrieb ausreichende thermische Masse des Zwischenkreises nicht gewährleistet ist. Hier wird der Zusatzspeicher thermisch und/oder fluidisch in den Zwischenkreis eingebunden um eine längere Kühlung und/oder bessere Kühlung der Ladeluft zu ermöglichen. In diesen Situationen gehört der Zusatzspeicher, wie vorstehend erwähnt, ebenfalls zur thermischen Masse des Zwischenkreises.Preferably, the additional thermal storage is provided and / or designed such that it is used in situations in which a sufficient cooling of the charge air is not guaranteed by the sufficient thermal energy in the control circuit of the intermediate circuit. Here, the additional storage is thermally and / or fluidly integrated into the intermediate circuit to a longer cooling and / or better cooling of the charge air enable. In these situations, the additional memory, as mentioned above, also belongs to the thermal mass of the DC link.
Der thermische Zusatzspeicher kann beliebig ausgestaltet sein, sofern er Wärme aufnehmen kann und zusätzlich zur im Regelbetrieb notwendigen thermischen Masse vorgesehen ist. Insbesondere ist es vorstellbar, dass der Zusatzspeicher dem Zwischenmedium entspricht oder zusätzliches Zwischenmedium aufweist. Als Zwischenmedium kann beispielsweise ein Wasserglykolgemisch zum Einsatz kommen. Dementsprechend kann auch der Zusatzspeicher ein Wasserglykolgemisch sein oder ein Wasserglykolgemisch aufweisen.The additional thermal storage can be configured as desired, provided that it can absorb heat and is provided in addition to the thermal mass necessary in normal operation. In particular, it is conceivable that the additional storage corresponds to the intermediate medium or has additional intermediate medium. As an intermediate medium, for example, a water glycol mixture can be used. Accordingly, the additional storage may be a water glycol mixture or have a water glycol mixture.
Eine Aktivierung des thermischen Zusatzspeichers, die eine Wärmeaufnahme des Zusatzspeichers bzw. eine Kühlung durch den Zusatzspeicher zur Folge hat, kann auf beliebige Weise erfolgen. Bei einer Möglichkeit erfolgt die Aktivierung durch die Betätigung eines hierfür vorgesehenen Mittels. Das Mittel kann beispielsweise von der Steuereinrichtung betätigt werden, wenn der Bedarf einer Kühlung durch den Zusatzspeicher besteht. Insbesondere ist es vorstellbar, den Zusatzspeicher mechanisch zu aktivieren.An activation of the additional thermal storage, which has a heat absorption of the additional memory or a cooling by the additional memory result, can be done in any way. In one possibility, the activation takes place by the operation of a means provided for this purpose. The means may for example be actuated by the control device when there is a need for cooling by the additional storage. In particular, it is conceivable to activate the additional memory mechanically.
Bei einer weiteren Möglichkeit ist der thermische Zusatzspeicher derart ausgestaltet, dass er thermisch aktivierbar ist. Das heißt, dass der Zusatzspeicher bei der Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur aktiviert wird und somit den Zwischenkreis bzw. die Ladeluft kühlt. Hierbei kann der Zwischenspeicher derart im Zwischenkreis eingebunden sein, dass er bei der Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur des Zwischenkreises insbesondere des Zwischenmediums, aktiviert wird.In another possibility, the additional thermal storage is designed such that it is thermally activated. This means that the additional memory is activated when exceeding a predetermined temperature and thus cools the DC bus or the charge air. In this case, the intermediate memory may be integrated in the intermediate circuit such that it is activated when a predetermined temperature of the intermediate circuit, in particular of the intermediate medium, is exceeded.
Vorteilhaft weist der Zusatzspeicher einen Latentwärmespeicher auf. Hierdurch ist es möglich, den Zwischenkreis bei Bedarf, insbesondere bei den vorstehend erwähnten Situationen, kurzfristig und effektiv zu kühlen.Advantageously, the additional storage on a latent heat storage. This makes it possible to cool the DC link when needed, in particular in the situations mentioned above, in the short term and effectively.
Der Latentwärmespeicher weist bevorzugt wenigstens ein phasenwechselndes Material auf. Dabei ist das Material vorteilhaft derart ausgestaltet und/oder zusammengesetzt, dass eine Phasenübergangstemperatur des Materials im Wesentlichen einer kritischen Temperatur entspricht, oberhalb derer die Wärmeaufnahme bzw. Kühlung durch den Zusatzspeicher erforderlich und/oder erwünscht ist.The latent heat store preferably has at least one phase-changing material. In this case, the material is advantageously designed and / or assembled such that a phase transition temperature of the material essentially corresponds to a critical temperature, above which the heat absorption or cooling by the additional storage is required and / or desired.
Das Kühlen oder Aufladen des thermischen Zusatzspeichers erfolgt vorteilhaft dann, wenn genügend Kälteleistung zur Verfügung steht. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Aufladen des Zusatzspeichers ohne oder mit geringem Einfluss auf die Kühlung der Ladeluft möglich ist. Beispielsweise kann der Zusatzspeicher aufgeladen werden, wenn der Zwischenkreis ausreichend gekühlt wird, sodass eine ausreichende Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler gewährleistet ist. Hierbei kann die überschüssige Kälteleistung dazu verwendet werden, den thermischen Zusatzspeicher wieder aufzuladen.The cooling or charging of the additional thermal storage is advantageous when sufficient cooling capacity is available. This may be the case, for example, when it is possible to charge the additional reservoir without or with little influence on the cooling of the charge air. For example, the additional storage can be charged when the DC link is sufficiently cooled, so that a sufficient cooling of the charge air is ensured by the first intercooler. Here, the excess cooling capacity can be used to recharge the additional thermal storage.
Eine andere Möglichkeit zum Aufladen des Zusatzspeichers ist die Nutzung der Schubleistung des zugehörigen Fahrzeugs. Hier kann in einer Schubphase des Fahrzeugs das Aufladen ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine erfolgen.Another way to charge the additional memory is the use of the thrust of the associated vehicle. Here can be done in a boost phase of the vehicle charging without additional fuel consumption of the engine.
Prinzipiell kann der thermische Zusatzspeicher auf beliebige Weise im Zwischenkreis eingebunden sein. Bei einer bevorzugten Variante ist der Zusatzspeicher, insbesondere der Latentwärmespeicher, wenigstens teilweise am ersten Ladeluftkühler angeordnet. Somit ist ein effizienter, insbesondere verlustarmer, Wärmeaustausch zwischen dem ersten Ladeluftkühler und dem Zusatzspeicher möglich, die bei einer Aktivierung des thermischen Zusatzspeichers zu einer erhöhten Effizienz der Kühlung der Ladeluft führt.In principle, the additional thermal storage can be integrated in any way in the DC link. In a preferred variant of the additional storage, in particular the latent heat storage, at least partially disposed on the first charge air cooler. Thus, an efficient, in particular low-loss, heat exchange between the first charge air cooler and the additional storage is possible, which leads to an increased efficiency of the cooling of the charge air upon activation of the additional thermal storage.
Vorstellbar ist es auch, den Zusatzspeicher, insbesondere den Latentwärmespeicher, zumindest teilweise am ersten Verdampfer vorzusehen. Hierbei wird der Zusatzspeicher also vorrangig dafür eingesetzt, das Zwischenmedium zu kühlen. Das kann insbesondere sinnvoll sein, wenn das Zwischenmedium eine vorgegebene Temperatur nicht überschreiten darf. Eine solche Schranke der Temperaturüberschreitung kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass das Zwischenmedium bei der Überschreitung der Schranke beschädigt werden würde. Die Schranke kann sich auch dadurch ergeben, dass andere Bestandteile des Zwischenkreises eine vorgegebene Temperatur nicht überschreiten dürfen, insbesondere um Beschädigungen dieser Bestandteile zu vermeiden. Durch die Anordnung des Zusatzspeichers am ersten Verdampfer erfolgt also bei Bedarf eine Kühlung des ersten Verdampfers, die wiederrum eine Kühlung des Zwischenmediums zur Folge hat. Das gekühlte Zwischenmedium kühlt in der Folge über den ersten Ladeluftkühler die Ladeluft.It is also conceivable to provide the additional storage, in particular the latent heat storage, at least partially on the first evaporator. In this case, the additional storage is thus primarily used to cool the intermediate medium. This may be particularly useful if the intermediate medium may not exceed a predetermined temperature. Such a temperature-exceeding limit can be given, for example, by damaging the intermediate medium when the barrier is exceeded. The barrier may also result from the fact that other components of the intermediate circuit may not exceed a predetermined temperature, in particular to avoid damage to these components. Due to the arrangement of the additional storage on the first evaporator, if necessary, a cooling of the first evaporator takes place, which in turn has a cooling of the intermediate medium result. The cooled intermediate medium subsequently cools the charge air via the first intercooler.
Die Anordnung des Zusatzspeichers am ersten Verdampfer hat ferner den Vorteil, dass das Aufladen des Zusatzspeichers effizient und/oder verlustarm über den ersten Verdampfer erfolgen kann.The arrangement of the additional storage at the first evaporator has the further advantage that the charging of the additional storage can be done efficiently and / or low-loss via the first evaporator.
Bei weiteren vorteilhaften Varianten ist im Zwischenkreis eine thermische Speichereinrichtung zum zumindest teilweisen Speichern des thermischen Zusatzspeichers und/oder zum zumindest teilweisen Speichern von Zwischenmedium vorgesehen. Somit ist es möglich, den thermischen Zusatzspeicher bei Bedarf thermisch und/oder fluidisch mit dem Zwischenkreis zu verbinden. Weist der Zusatzspeicher beispielsweise zusätzliches Zwischenmedium auf, so ist es möglich, bei Bedarf zusätzliches Zwischenmedium in den Zwischenkreis einzubringen, um eine Kühlleistung des Zwischenkreises bzw. eine Kühldauer zu verbessern.In further advantageous variants, a thermal storage device for at least partially storing the additional thermal storage and / or for at least partially storing intermediate medium is provided in the intermediate circuit. Thus, it is possible to use the thermal If necessary, connect auxiliary storage to the DC link thermally and / or fluidically. If the additional storage unit has additional intermediate medium, for example, then it is possible to introduce additional intermediate medium into the DC link if necessary in order to improve a cooling capacity of the DC link or a cooling period.
Die thermische Speichereinrichtung kann auch dazu verwendet werden, die an sich für einen Regelbetrieb ausreichende thermische Masse des Zwischenkreises zu vergrößern. Dies führt dazu, dass der Zwischenkreis ohne aktive Kühlung, insbesondere durch den Kältekreis, die Ladeluft für eine längere Zeit und/oder mit einer höheren Kühlleistung kühlen kann.The thermal storage device can also be used to increase the thermal mass of the intermediate circuit, which in itself is sufficient for normal operation. As a result, the intermediate circuit without active cooling, in particular by the cooling circuit, can cool the charge air for a longer time and / or with a higher cooling capacity.
Zur Regelung der fluidischen und/oder thermischen Verbindung des thermischen Speichers mit dem Zwischenkreis weist der Zwischenkreis bei vorteilhaften Varianten eine Zwischenkreisventileinrichtung auf. Dabei ist die Zwischenkreisventileinrichtung derart ausgestaltet, dass sie die thermische Speichereinrichtung thermisch und/oder fluidisch mit dem Zwischenkreis verbinden kann. Durch die Zwischenkreisventileinrichtung ist es also insbesondere möglich, den Zusatzspeicher und/oder zusätzliches Zwischenmedium in den Zwischenkreis einzubringen.To regulate the fluidic and / or thermal connection of the thermal accumulator with the intermediate circuit, the intermediate circuit has an intermediate circuit valve device in advantageous variants. In this case, the intermediate circuit valve device is designed such that it can connect the thermal storage device thermally and / or fluidically with the intermediate circuit. The intermediate circuit valve device thus makes it possible, in particular, to introduce the additional accumulator and / or additional intermediate medium into the DC link.
Die thermische Masse des Zwischenkreises, zu der auch der thermische Zusatzspeicher sowie die thermische Speichereinrichtung gehören können, wird vorteilhaft derart ausgestaltet, dass eine Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler bei einer ausfallenden bzw. unterbrochenen Kühlung des Zwischenkreises, insbesondere durch den Kältekreis, für eine vorgegebene Zeit gewährleistet ist. Das heißt, dass durch die thermische Masse Einfluss auf eine Kältespeicherung des Zwischenkreises genommen wird, derart, dass die Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler auch dann für eine vorgegebene Zeit gekühlt werden kann, wenn der Zwischenkreis nicht gekühlt wird.The thermal mass of the intermediate circuit, which may also include the additional thermal storage and the thermal storage device, is advantageously designed such that cooling the charge air through the first intercooler in a failing or interrupted cooling of the DC, in particular by the refrigeration circuit, for a given time is guaranteed. This means that influence is taken by the thermal mass on a cold storage of the intermediate circuit, such that the charge air can be cooled by the first intercooler for a predetermined time, even if the intermediate circuit is not cooled.
Alternativ oder zusätzlich wird die thermische Masse derart ausgestaltet, dass die Ladeluft ohne Kühlung des Zwischenkreises für eine vorgegebene Zeit gekühlt wird, ohne dass das Zwischenmedium eine vorgegebene Temperatur überschreitet.Alternatively or additionally, the thermal mass is designed such that the charge air is cooled without cooling the intermediate circuit for a predetermined time, without the intermediate medium exceeds a predetermined temperature.
Zur Anpassung und/oder Ausgestaltung der thermischen Masse des Zwischenkreises kann das Volumen des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises, die thermische Speicherfähigkeit des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises, die Masse des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises, die Wärmeleitfähigkeit des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises variiert werden. Das heißt, dass der Zwischenkreis derart ausgestaltet sein kann, dass er durch die entsprechende Wahl der thermischen Masse ohne aktive Kühlung für eine vorgegebene Zeit die Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler gewährleistet und/oder die Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur des Zwischenmediums verhindert.In order to adapt and / or design the thermal mass of the intermediate circuit, the volume of the respective constituent of the intermediate circuit, the thermal storage capacity of the respective constituent of the intermediate circuit, the mass of the respective constituent of the intermediate circuit, the thermal conductivity of the respective constituent of the intermediate circuit can be varied. This means that the intermediate circuit can be designed such that it ensures the cooling of the charge air through the first intercooler by the appropriate choice of thermal mass without active cooling for a predetermined time and / or prevents exceeding a predetermined temperature of the intermediate medium.
Die vorgegebene Zeit hängt hierbei von thermodynamischen Gegebenheiten auf. Hierzu zählen insbesondere die Umgebungstemperatur sowie die Ausgangstemperatur der thermischen Masse, die erwünschte Temperatur der Ladeluft sowie der Wärmeleitfähigkeit der beteiligten Bestandteile, das Volumen des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises und die thermische Speicherfähigkeit des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises. Dementsprechend kann insbesondere durch eine Variation dieser Eigenschaften Einfluss auf die vorgegebene Zeit und/oder einer nicht zu überschreitenden Temperatur des Zwischenkreises, insbesondere des Zwischenmediums, genommen werden.The given time depends on thermodynamic conditions. These include in particular the ambient temperature and the initial temperature of the thermal mass, the desired temperature of the charge air and the thermal conductivity of the constituents involved, the volume of the respective constituent of the intermediate circuit and the thermal storage capacity of the respective constituent of the intermediate circuit. Accordingly, in particular by a variation of these properties influence on the predetermined time and / or a not to be exceeded temperature of the intermediate circuit, in particular the intermediate medium, are taken.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen,Show it,
In
Durch das Verdichten der Luft erhöht sich die Temperatur der verdichteten Luft bzw. der Ladeluft. Dies wirkt jedoch einer Effizienz der Brennkraftmaschine
Das Fahrzeug
Zum Kühlen der Ladeluft weist die Frischluftanlage
Der Kältekreis
Das Kühlsystem
Die Frischluftanlage
Das Fahrzeug
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Ladeluft mittels des ersten Ladeluftkühlers
Der Kältekreiskompressor
Das Fahrzeug
Der Kältekreis
Der Zwischenkreis
Die thermische Masse hat einen Einfluss darauf, wie lange die Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler
Bei dem in
Vorstellbar ist es gemäß
Alternativ oder zusätzlich kann der thermische Zusatzspeicher
Eine Aktivierung des thermischen Zusatzspeichers
Ein Aufladen des thermischen Zusatzspeichers
Das Fahrzeug
Umgekehrt kann die Antriebsverbindung
Ein erstmaliges Kühlen des Zwischenkreises
Alternativ kann eine erstmalige Kühlung des Zwischenkreises
Bei einer weiteren Alternative erfolgt die erstmalige Kühlung des Zwischenkreises
Zur erstmaligen Kühlung des Zwischenkreises
Der erste Ladeluftkühler
Dabei wird das Kühlsystem
Vorzugsweise wird dabei die Ladeluft in der zweiten Kühlstufe
Das Betreiben der Brennkraftmaschine
Die Integration der ersten Kühlstufe
Hierdurch können ferner die Anzahl der benötigten Bauteile zur Herstellung des Kühlsystems
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