DE102015016394A1 - Cooling arrangement for a charge air cooler and method for its operation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung (1) für einen Ladeluftkühler (3) einer Verbrennungskraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Niedertemperatur-Kühlkreis (4), in dem ein Kühlmittel durch einen Niedertemperatur-Kühler (5) und durch den Ladeluftkühler (3) zirkuliert, wobei der Niedertemperatur-Kühler (5) in einem von einem Lüfter (7) zumindest unterstützten Luftstrom (L) liegt, wobei ein Kältekreis (9), umfassend einen Kondensator (8), zumindest ein Expansionsventil (10), einen Verdampfer (11) und einen Kompressor (12) sowie dem Verdampfer (11) im Kältekreis (9) parallel geschaltet ein weiteres Expansionsventil (13) und ein weiterer Verdampfer (14) vorgesehen sind, wobei der weitere Verdampfer (14) der Aufnahme von Wärme aus dem im Niedertemperatur-Kühlkreis (4) zirkulierenden Kühlmittel durch Verdampfen eines Kältemittels dient, wobei der weitere Verdampfer (14) im Niedertemperatur-Kühlkreis (4) dem Niedertemperatur-Kühler (5) nachgeschaltet und dem Ladeluftkühler (3) vorgeschaltet ist, wobei der Kondensator (8) im Luftstrom (L) parallel zum Niedertemperatur-Kühler (5) angeordnet ist, wobei im Kältekreis (9) dem Kompressor (12) nachgelagert und dem Kondensator (8) vorgelagert mindestens ein weiterer Kondensator (15) angeordnet ist.The invention relates to a cooling arrangement (1) for an intercooler (3) of an internal combustion engine (2) of a motor vehicle, comprising a low-temperature cooling circuit (4) in which a coolant flows through a low-temperature radiator (5) and through the intercooler (3). wherein the low-temperature cooler (5) is located in an airflow (L) at least supported by a fan (7), wherein a refrigeration circuit (9) comprising a condenser (8), at least one expansion valve (10), an evaporator ( 11) and a compressor (12) and the evaporator (11) in the refrigerant circuit (9) connected in parallel, a further expansion valve (13) and a further evaporator (14) are provided, wherein the further evaporator (14) of the absorption of heat from the in the low-temperature cooling circuit (4) circulating coolant is used by evaporation of a refrigerant, wherein the further evaporator (14) in the low-temperature cooling circuit (4) downstream of the low-temperature radiator (5) and d em in the intercooler (3) is arranged upstream, wherein the condenser (8) in the air flow (L) is arranged parallel to the low-temperature radiator (5), in the refrigeration circuit (9) downstream of the compressor (12) and upstream of the condenser (8) at least another capacitor (15) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für einen Ladeluftkühler einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Betrieb der Kühlanordnung.The invention relates to a cooling arrangement for a charge air cooler of an internal combustion engine of a motor vehicle and a method for operating the cooling arrangement.
Aufgeladene, insbesondere hochaufgeladene, Verbrennungskraftmaschinen werden zur Effizienzsteigerung typischerweise mit gekühlter Ansaugluft versorgt.Charged, especially supercharged, internal combustion engines are typically supplied with cooled intake air to increase efficiency.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Kühlanordnung für einen Ladeluftkühler einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Betrieb der Kühlanordnung anzugeben.The invention is based on the object to provide an improved cooling arrangement for a charge air cooler of an internal combustion engine of a motor vehicle and a method for operating the cooling arrangement.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kühlanordnung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Betrieb der Kühlanordnung gemäß Anspruch 6.The object is achieved by a cooling arrangement according to
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß umfasst eine Kühlanordnung für einen Ladeluftkühler einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs einen Niedertemperatur-Kühlkreis, in dem ein Kühlmittel durch einen Niedertemperatur-Kühler und durch den Ladeluftkühler zirkuliert, wobei der Niedertemperatur-Kühler in einem von einem Lüfter zumindest unterstützten Luftstrom liegt. Es ist ein Kältekreis vorgesehen, umfassend einen Kondensator, zumindest ein Expansionsventil, einen Verdampfer und einen Kompressor sowie dem Verdampfer im Kältekreis parallel geschaltet ein weiteres Expansionsventil und ein weiterer Verdampfer. Der weitere Verdampfer dient der Aufnahme von Wärme aus dem im Niedertemperatur-Kühlkreis zirkulierenden Kühlmittel durch Verdampfen eines Kältemittels, wobei der weitere Verdampfer im Niedertemperatur-Kühlkreis dem Niedertemperatur-Kühler nachgeschaltet und dem Ladeluftkühler vorgeschaltet ist, wobei der Kondensator im Luftstrom parallel zum Niedertemperatur-Kühler angeordnet ist, wobei im Kältekreis dem Kompressor nachgelagert und dem Kondensator vorgelagert mindestens ein weiterer Kondensator angeordnet ist.According to the invention, a cooling arrangement for an intercooler of an internal combustion engine of a motor vehicle comprises a low-temperature cooling circuit in which a coolant circulates through a low-temperature radiator and through the intercooler, wherein the low-temperature radiator is in an at least supported by a fan air flow. It is provided a refrigerant circuit, comprising a capacitor, at least one expansion valve, an evaporator and a compressor and the evaporator in the refrigerant circuit connected in parallel another expansion valve and another evaporator. The further evaporator is used to absorb heat from the circulating in the low-temperature cooling circuit coolant by evaporation of a refrigerant, the further evaporator in the low-temperature cooling circuit downstream of the low-temperature radiator and the charge air cooler is connected upstream, the condenser in the air flow parallel to the low-temperature radiator is arranged, wherein downstream of the compressor in the refrigeration circuit and upstream of the condenser at least one further capacitor is arranged.
Durch Verteilung der Abwärme des Kältekreises auf zwei Kondensatoren, nämlich den Kondensator und den weiteren Kondensator, wird der Wärmeeintrag im Kühlerhauptmodul verringert. Wegen der Nutzung des weiteren Verdampfers des Kältekreises für die Unterstützung der Ladeluftkühlung kann ein deutlich kleinerer Niedertemperatur-Kühler verwendet werden. Damit wird die Temperatur des Kühlmittels beim Eintritt in den Ladeluftkühler soweit verringert, dass sehr niedrige Ladelufttemperaturen möglich sind. Somit ergeben sich eine verbesserte Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Verringerung der Klopfneigung und ein geringerer Bedarf zum Anfetten im Volllastbetrieb. Im Teillastbetrieb kann eine Temperatur der Ladeluft in einem Saugrohr unterhalb einer Außenlufttemperatur, beispielsweise 35°C, erreicht werden. Durch die parallele Anordnung des Niedertemperatur-Kühlers und des Kondensators im Luftstrom anstatt der Anordnung des Niedertemperatur-Kühlers nach dem Kondensator wird vermieden, dass bedingt durch höhere Kälteleistung die Abwärme parasitär in den Niedertemperatur-Kühlkreis eingebracht wird.By distributing the waste heat of the refrigerant circuit to two capacitors, namely the capacitor and the other capacitor, the heat input in the main cooler module is reduced. Because of the use of the further evaporator of the refrigerant circuit for the support of the intercooler, a much smaller low-temperature radiator can be used. Thus, the temperature of the coolant is reduced when entering the intercooler so far that very low charge air temperatures are possible. This results in an improved combustion in the internal combustion engine, in particular a reduction in the tendency to knock and a lower need for enrichment in full load operation. In part-load operation, a temperature of the charge air in a suction pipe below an outside air temperature, for example 35 ° C, can be achieved. Due to the parallel arrangement of the low-temperature radiator and the condenser in the air flow instead of the arrangement of the low-temperature radiator after the condenser is avoided that due to higher cooling capacity, the waste heat is parasitically introduced into the low-temperature cooling circuit.
Durch die zusätzliche Nutzung des Kältekreises kann der Niedertemperatur-Kühler entsprechend kleiner gestaltet werden. Dieser ist daher kostengünstiger, leichter, was Gewicht spart und vor allem durch den kleineren Bauraumbedarf besser und universeller im Motorraum anzuordnen, solange er mit primären Luftstrom versorgbar ist. Durch den kleineren Niedertemperatur-Kühler ergibt sich eine geringere luftseitige Verblockung im Kühlerhauptmodul, welches weitere Kühler und Kondensatoren umfassen kann. Eine geringere Verblockung erlaubt auch eine freiere Anpassung anderer Kühler und Kondensatoren des Kühlerhauptmoduls auf den zur Verfügung stehenden Bauraum im Luftstrom der Frontpartie eines Fahrzeugs womit die Gesamtkühlleistung auch verbessert und erhöht werden kann.Due to the additional use of the cooling circuit, the low-temperature radiator can be made correspondingly smaller. This is therefore cheaper, lighter, which saves weight and above all to arrange better and more universal in the engine compartment due to the smaller space requirements, as long as it can be supplied with primary air flow. Due to the smaller low-temperature radiator results in a lower air-side blockage in the radiator main module, which may include more coolers and capacitors. A lower blocking also allows a freer adaptation of other radiators and condensers of the main radiator module on the available space in the air flow of the front end of a vehicle so the overall cooling performance can also be improved and increased.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann bei aufgeladenen, insbesondere hochaufgeladenen, Verbrennungskraftmaschinen beispielsweise eine Zieltemperatur von etwa 60°C im Saugrohr bei einer Außenlufttemperatur von etwa 35°C erreicht werden.With the solution according to the invention can be achieved in supercharged, internal combustion engines, for example, a target temperature of about 60 ° C in the intake manifold at an outside air temperature of about 35 ° C in supercharged.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Der weitere Kondensator
Im in
Im in
Der weitere Kondensator
In einer Ausführungsform kann eine Regelung zwischen mehreren Betriebszuständen vorgesehen sein.In an embodiment, a regulation between a plurality of operating states may be provided.
Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten wird der weitere Kondensator
Wird bei hohen Fahrgeschwindigkeiten eine gesteigerte Ladeluftkühlung benötigt oder gewünscht, so kann der Bypass
Der weitere Kondensator
Zusätzlich ist ein wassergekühlter Kondensator
Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten wird der weitere Kondensator
Wird bei hohen Fahrgeschwindigkeiten eine gesteigerte Ladeluftkühlung benötigt oder gewünscht, so kann der Bypass
Bei geringen Fahrgeschwindigkeiten, beispielsweise bei höchstens 32 km/h, wird die Vorkühlung des Kältemittels nicht durch den herkömmlichen weiteren Kondensator
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kühlanordnungcooling arrangement
- 22
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 33
- LadeluftkühlerIntercooler
- 44
- Niedertemperatur-KühlkreisLow-temperature cooling circuit
- 55
- Niedertemperatur-KühlerLow-temperature cooler
- 77
- LüfterFan
- 88th
- Kondensatorcapacitor
- 99
- Kältekreiscooling circuit
- 1010
- Expansionsventilexpansion valve
- 11 11
- VerdampferEvaporator
- 1212
- Kompressorcompressor
- 1313
- weiteres Expansionsventilanother expansion valve
- 1414
- weiterer Verdampferanother evaporator
- 1515
- weiterer Kondensatoranother capacitor
- 1616
- Bypassbypass
- 1717
- wassergekühlter Kondensatorwater cooled condenser
- LL
- Luftstromairflow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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