DE102015224593A1

DE102015224593A1 - Charge air cooling device for a fresh air system of an internal combustion engine of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102015224593A1
Application number: DE102015224593.4A
Authority: DE
Inventors: Roland Burk
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2017-06-08
Also published as: WO2017097635A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeluftkühlvorrichtung (1) für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Ladeluftkühlvorrichtung (1) umfasst einen Wärmetauscher (2), der mittels einer (ersten) Ventileinrichtung (4) in einen aktiv gekühlten ersten Kühlkreislauf (5a) und/oder in einen passiv gekühlten zweiten Kühlkreislauf (5b) einbindbar oder eingebunden ist.The invention relates to a charge air cooling device (1) for a fresh air system of an internal combustion engine of a motor vehicle. The charge air cooling device (1) comprises a heat exchanger (2) which can be integrated or integrated into an actively cooled first cooling circuit (5a) and / or into a passively cooled second cooling circuit (5b) by means of a (first) valve device (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeluftkühlvorrichtung für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie eine Frischluftanlage mit einer solchen Ladeluftkühlvorrichtung.The invention relates to a charge air cooling device for a fresh air system of an internal combustion engine of a motor vehicle and a fresh air system with such a charge air cooling device.

Die Leistungsdichte von Brennkraftmaschinen korreliert mit der in den Hubraum eingebrachten Luftmasse. Um diese zu erhöhen, werden Aufladungstechnologien, typischerweise in Form von Abgasturboladern, eingesetzt, die die Ansaugluft zur sogenannten Ladeluft komprimieren und dabei deren Druck erhöhen. Eine weitere Steigerung der Ladeluftdichte wird durch eine Kühlung der Temperatur der Ladeluft auf nahe Umgebungstemperatur erreicht.The power density of internal combustion engines correlates with the air mass introduced into the displacement. To increase this, charging technologies, typically in the form of exhaust gas turbochargers, are used, which compress the intake air to the so-called charge air and thereby increase the pressure. A further increase in the charge air density is achieved by cooling the temperature of the charge air to near ambient temperature.

Eine weitere Erhöhung der Leistungsdichte von Brennkraftmaschine durch Hochaufladung wird limitiert durch zu hohe Spitzentemperaturen beim Verbrennungsprozess, die beim Ottomotor eine schädliche klopfende Verbrennung zur Folge haben kann. Daher müssen zu hohe Brenngastemperaturen unbedingt vermieden werden, um eine Schädigung der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Dies kann durch Spätzündung und Gemisch-Anfettung erreicht werden, was sich jedoch negativ auf Leistungsdichte und Schadgas-Emissionen auswirken kann.A further increase in the power density of internal combustion engine by supercharging is limited by too high peak temperatures in the combustion process, which can have a harmful knocking combustion result in gasoline engine. Therefore, excessive fuel gas temperatures must be avoided at all costs in order to avoid damaging the internal combustion engine. This can be achieved by retarded ignition and mixture enrichment, which, however, can negatively affect power density and noxious gas emissions.

Bei Dieselmotoren liegt die Limitierung der Hochaufladung hingegen hauptsächlich in der ansteigenden NOx-Bildungsrate durch zu hohe Verbrennungstemperaturen. Aus dem Stand der Technik sind daher direkte und zunehmend auch indirekte Ladeluft-Kühlsysteme bekannt.In diesel engines, on the other hand, the limitation of high charging is mainly due to the increasing NOx formation rate due to combustion temperatures that are too high. Direct and increasingly indirect charge air cooling systems are therefore known from the prior art.

Bei den indirekten Ladeluft-Kühlsystemen wird Ladeluft in der Frischluftanlage durch ein Kühlmittel gekühlt, das seinerseits mittels eines im Kühlmodul angeordneten Niedertemperaturkühlers auf nahe Umgebungstemperatur gehalten wird. Durch die thermische Speicherwirkung dieses Kühlkreislaufes können auf die Ladeluft kurzzeitig hohe Kühlleistungen übertragen werden. In the indirect charge air cooling systems, charge air in the fresh air system is cooled by a coolant, which in turn is kept at a near ambient temperature by means of a low-temperature radiator arranged in the cooling module. Due to the thermal storage effect of this cooling circuit can be transferred to the charge air for a short time high cooling performance.

Die vom Kühlkreislauf dabei aufgenommene sensible Wärme kann dann über einen längeren Zeitraum hinweg wieder über einen Niedertemperatur-Kühler auf nahe Umgebungstemperatur zurückgekühlt werden.The sensible heat absorbed by the cooling circuit can then be recooled to near ambient temperature over a longer period of time via a low-temperature cooler.

Das indirekte passive Ladeluft-Kühlkonzept weist jedoch noch den Nachteil auf, dass die Ladeluft-Eintrittstemperaturen in die Brennkraftmaschine immer noch deutlich oberhalb der Umgebungstemperatur zu liegen kommt. Zur Vermeidung entsprechend hoher Verdichtungs- bzw. Verbrennungs-Spitzentemperaturen müssen daher Leistungs-, Verbrauchs- und/oder Emissions-schädliche Maßnahmen der Gemischbildung und Verbrennungsführung ergriffen werden.However, the indirect passive charge-air cooling concept still has the disadvantage that the charge air inlet temperatures in the internal combustion engine still comes to lie significantly above the ambient temperature. To avoid correspondingly high compression or combustion peak temperatures, power, consumption and / or emission-damaging measures of mixture formation and combustion management must therefore be taken.

Vor diesem Hintergrund offenbart die DE 10 2010 062 714 A1 ein Verfahren zum Steuern eines Hochtemperatur-Ladeluftkühlers, der mit einem Motorkühlkreislauf einer Brennkraftmaschine zusammenwirkt. Im Zuge des Verfahrens wird der Fluss eines Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler in Abhängigkeit von wenigstens einem vorbestimmten Parameters gesteuert.Against this background, the DE 10 2010 062 714 A1 a method for controlling a high-temperature intercooler, which cooperates with an engine cooling circuit of an internal combustion engine. In the course of the process, the flow of a high temperature coolant through the high temperature charge air cooler is controlled in response to at least one predetermined parameter.

Die DE 10 2011 003 664 A1 behandelt ein Hohlelement für eine Wärmepumpe mit zwei Bereichen, zwischen welchen ein Arbeitsmittel verlagerbar ist. Im ersten Bereich ist ein Sorptionsmittel zur Adsorption und Desorption des Arbeitsmittels angeordnet. Im zweiten Bereich ist ein Aufnahmemittel zur Kondensation und Verdampfung des Arbeitsmittels angeordnet. Wenigstens einer der beiden Bereiche steht mit einer Mehrzahl von Tauscherrohren in Wärmeaustausch.The DE 10 2011 003 664 A1 Treats a hollow element for a heat pump with two areas between which a working fluid is displaced. In the first area a sorbent for adsorption and desorption of the working fluid is arranged. In the second area, a receiving means for condensation and evaporation of the working fluid is arranged. At least one of the two areas is in heat exchange with a plurality of exchanger tubes.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladeluftkühlvorrichtung zu schaffen, die sich mit einem indirekten Ladeluftkühler durch eine verbesserte Kühlleistung auszeichnet und insbesondere in der Lage ist, temporär erforderliche hohe Ladeluft-Spitzenkühlleistungen auch deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch zu realisieren.It is therefore an object of the present invention to provide an improved charge air cooling device, which is characterized with an indirect intercooler by improved cooling performance and in particular is able to realize temporarily required high charge air peak cooling performance well below ambient temperature without additional fuel consumption.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Ladeluftkühlvorrichtung für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine umfasst einen Wärmetauscher, der mittels einer (ersten) Ventileinrichtung in einen aktiv gekühlten ersten Kühlkreislauf und/oder in einen passiv gekühlten zweiten Kühlkreislauf einbindbar oder eingebunden ist. Auf diese Weise kann die von der Ladeluftkühlvorrichtung bereitzustellende Kühlleistung individuell an externe Erfordernisse angepasst werden. Ist die vom passiven Kühlkreislauf bereitgestellte Kühlleistung nicht ausreichend, um die Temperatur des Kühlmittels im erforderlichen Maße zu verringern, so kann durch Einbinden des aktiv gekühlten, zweiten Kühlkreislaufs zusätzliche Kühlleistung bereitgestellt werden. An intercooler according to the invention for a fresh air system of an internal combustion engine comprises a heat exchanger, which can be incorporated or integrated into an actively cooled first cooling circuit and / or into a passively cooled second cooling circuit by means of a (first) valve device. In this way, the cooling power to be provided by the charge air cooling device can be individually adapted to external requirements. If the cooling power provided by the passive cooling circuit is insufficient to reduce the temperature of the coolant to the required extent, additional cooling power can be provided by incorporating the actively cooled, second cooling circuit.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist im zweiten Kühlkreislauf ein Niedertemperaturkühler angeordnet. Der Niedertemperaturkühler ist zum Kühlen des im zweiten Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit der Umgebung der Ladeluftvorrichtung ausgebildet. Weiterhin ist im ersten Kühlkreislauf ein aktives Kältesystem zum Verringern der Temperatur des Kühlmittels angeordnet. Auf diese Weise kann, je nach benötigter Kühlleistung zum Kühlen des Kühlmittels, nachdem dieses im indirekten Ladeluftkühler Wärme von der zu kühlenden Ladeluft aufgenommen hat, zwischen den beiden Kühlkreisläufen umgeschaltet werden.In a preferred embodiment, a low-temperature radiator is arranged in the second cooling circuit. The low-temperature radiator is designed to cool the circulating coolant in the second cooling circuit by heat exchange with the surroundings of the charge air device. Farther In the first cooling circuit, an active cooling system for reducing the temperature of the coolant is arranged. In this way, depending on the required cooling capacity for cooling the coolant after it has absorbed heat from the charge air to be cooled in the indirect intercooler, be switched between the two cooling circuits.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist der erste Kühlkreislauf einen Kältespeicher auf, der als Pufferspeicher für das durch den ersten Kühlkreislauf zirkulierende Kühlmittel ausgebildet ist. Auf diese Weise kann das Kühlmittel auch bei hoher bereitzustellender Kühlleistung abgekühlt werden.In an advantageous development, the first cooling circuit to a cold storage, which is designed as a buffer for the circulating through the first cooling circuit coolant. In this way, the coolant can be cooled even at high cooling power to be provided.

Besonders zweckmäßig ist der Kältespeicher im Wesentlichen durch die thermische Masse des ersten Kühlkreislaufs einschließlich der thermischen Masse des durch den ersten Kühlkreislauf strömenden Kühlmittels ausgebildet. Der als Pufferspeicher bezeichnete Speicher muss also bei dieser Variante keine zusätzliche Komponente sein, sondern kennzeichnet eine wie auch immer ausgeführte thermische Speicherfunktion des ersten Kühlkreislaufs mit dem darin enthaltenen Kühlmittel. Im einfachsten und bevorzugten Fall kann es sich dabei also um die sensibel gespeicherte Kältekapazität der den gesamten ersten Kühlkreislauf umfassenden thermischen Massen handeln.Particularly expediently, the cold storage is essentially formed by the thermal mass of the first cooling circuit including the thermal mass of the coolant flowing through the first cooling circuit. The memory referred to as a buffer memory therefore does not have to be an additional component in this variant, but characterizes a thermal storage function of the first cooling circuit with the coolant contained therein, however this may be. In the simplest and preferred case, this can therefore be the sensitively stored refrigeration capacity of the thermal mass comprising the entire first refrigeration cycle.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das in dem aktiven Kältesystem ein Kälteprozess ausgeführt, mittels welchem das Kühlmittel unter Verwendung von Abwärme oder Bremsenergie eines Kraftfahrzeugs kühlbar oder gekühlt ist. Auf diese Weise kann eine schnell entladbare Kältekapazität für eine kurzeitig abrufbare hohe Entladeleistung bereitgestellt werden.According to an advantageous development, a cooling process is carried out in the active refrigeration system, by means of which the coolant can be cooled or cooled using waste heat or braking energy of a motor vehicle. In this way, a fast dischargeable refrigeration capacity can be provided for a short-time high discharge capacity that can be called up.

Die gewünschte hohe Ladeluft-Kühlleistung wird durch die sensible Speicherwirkung der gesamten Kältekapazität des ersten Kühlkreislaufs zur Verfügung gestellt, wodurch sich dieser aufheizt. Besonders bevorzugt liegt ein Großteil der thermischen Masse in dem im ersten Kühlkreislauf zirkulierbaren Kühlmittel, da die darin enthaltene Kältekapazität sehr schnell über die Pumpen auf den indirekten Ladeluftkühler zur Erzielung hoher Kälteleistungen übertragen werden kann. Durch die Aufnahme von Wärme aus der abzukühlenden Ladeluft wärmt sich das Kühlmittel auf. The desired high charge air cooling capacity is provided by the sensitive storage effect of the entire refrigeration capacity of the first cooling circuit, whereby it heats up. Particularly preferably, a large part of the thermal mass lies in the coolant which can be circulated in the first cooling circuit, since the cooling capacity contained therein can be transferred very quickly via the pumps to the indirect charge air cooler in order to achieve high cooling capacities. By absorbing heat from the charge air to be cooled, the coolant heats up.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das aktive Kältesystem in einem ersten Kühlmittelpfad des ersten Kühlkreislaufs angeordnet. Bei dieser Variante ist der Kältespeicher in einem fluidisch parallel zum ersten Kühlmittelpfad geschalteten, zweiten Kühlmittelpfad des ersten Kühlkreislaufs angeordnet. Das parallel mit Kühlmittel durchströmte aktive Kältesystem wirkt einer zu schnellen Aufheizung des Kühlmittels entgegen, muss aber nicht die gesamte erforderliche Kälteleistung liefern können.In a particularly preferred embodiment, the active refrigeration system is arranged in a first coolant path of the first cooling circuit. In this variant, the cold storage is arranged in a fluidically parallel to the first coolant path, the second coolant path of the first cooling circuit. The active coolant system through which coolant flows in parallel counteracts too rapid heating of the coolant, but does not have to be able to supply the entire required cooling capacity.

Besonders bevorzugt ist im ersten und/oder im zweiten Kühlkreislauf eine Pumpvorrichtung zum Zirkulieren des Kühlmittels angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass zur Aufnahme von Wärme aus dem indirekten Ladeluftkühler die hierzu erforderliche Menge an Kühlmittel im ersten bzw. zweiten Kühlkreislauf zirkuliert wird.Particularly preferably, a pump device for circulating the coolant is arranged in the first and / or in the second cooling circuit. In this way, it is ensured that for receiving heat from the indirect charge air cooler, the amount of coolant required for this purpose is circulated in the first or second cooling circuit.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ladeluftkühlvorrichtung eine Sorptionseinrichtung. Die Sorptionseinrichtung ist zum Kühlen des Kühlmittels eingerichtet. Hierzu umfasst die Sorptionseinrichtung ein Sorptionsmittel zur Adsorption und/oder Desorption des Kühlmittels. Weiterhin umfasst die Sorptionseinrichtung ein Aufnahmemittel zur Kondensation und/oder Verdampfung des Arbeitsmittels. Die hier vorgeschlagene Sorptionseinrichtung in Kombination mit der erfindungsgemäßen Bereitstellung eines ersten und zweiten Kühlkreislaufs mit aktiver bzw. passiver Kühlung ermöglicht hinsichtlich der bereitzustellenden Kühlleistung eine besonders hohe Variabilität.In a preferred embodiment, the charge air cooling device comprises a sorption device. The sorption device is set up to cool the coolant. For this purpose, the sorption device comprises a sorption agent for adsorption and / or desorption of the coolant. Furthermore, the sorption device comprises a receiving means for condensation and / or evaporation of the working fluid. The sorption device proposed here in combination with the provision according to the invention of a first and second cooling circuit with active or passive cooling enables a particularly high variability with regard to the cooling power to be provided.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung, die mit einem besonders einfachen konstruktiven Aufbau der Sorptionseinrichtung verbunden ist, umfasst das Sorptionsmittel Aktivkohle und das Arbeitsmittel Methanol. Alternativ dazu kann das Sorptionsmittel Zeolith und das Arbeitsmittel Wasser umfassen.In an advantageous development, which is associated with a particularly simple construction of the sorption, the sorbent comprises activated carbon and the working fluid methanol. Alternatively, the sorbent may comprise zeolite and the working fluid may be water.

Weitere Ausbildungen sind auch mit chemisorptiven Stoffsystemen oder thermochemischen Reaktionssystemen möglich, deren Umwandungstemperaturen und Drücke entsprechend ihrer van‘t Hoff-Korrelation im Bereich der Anwendung liegen. Bei derlei Ausbildungen wird im Allgemeinen eine reversible Gas-Feststoffreaktion eingesetzt, die eine größere Reaktionsenthalpie aufweist und möglichst auch einen größeren spezifischen Massenumsatz erreicht. Ein Beispiel für derlei Reaktionssysteme sind Salzhydrate, wie beispielsweise CaCl₂ 2H₂O.Further developments are also possible with chemisorptive material systems or thermochemical reaction systems whose transformation temperatures and pressures are in the range of application in accordance with their van't Hoff correlation. In such training, a reversible gas-solid reaction is generally used, which has a greater reaction enthalpy and, if possible, also achieves a greater specific mass conversion. An example of such reaction systems are salt hydrates, such as CaCl ₂ 2H ₂ O.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladeluftkühlvorrichtung einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf auf, in welchem ein mit dem Niedertemperatur-Kühler zusammenwirkender Hochtemperatur-Ladeluftkühler angeordnet ist. Somit kann die Abführung von Wärme aus dem Kühlmittel sichergestellt werden, wenn dieses bereits eine hohe Wärmemenge aufgenommen hat. Die Sorptionseinrichtung weist bei dieser Variante einen Sorptionsbereich und einen Phasenwechselbereich auf, in welchen ein zwischen den beiden Bereichen verlagerbares Arbeitsmedium vorhanden ist. In dem Sorptionsbereich ist das Sorptionsmittel angeordnet. In dem Phasenwechselbereich ist das Aufnahmemittel angeordnet. Der Sorptionsbereich steht mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren ersten Fluidpfad in thermischer Wirkverbindung. In analoger Weise steht und der Phasenwechselbereich mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren zweiten Fluidpfad in thermischer Wirkverbindung.In an advantageous development, the charge air cooling device has a high-temperature cooling circuit in which a high-temperature charge air cooler cooperating with the low-temperature radiator is arranged. Thus, the removal of heat from the coolant can be ensured if this has already absorbed a large amount of heat. In this variant, the sorption device has a sorption region and a phase change region, in which a working medium which can be displaced between the two regions is present. In the sorption region, the sorbent is arranged. In the phase change region, the receiving means is arranged. The sorption area is at least one in the Sorptionseinrichtung existing and can be traversed by the coolant first fluid path in thermal operative connection. In an analogous manner, the phase change region is in thermal operative connection with at least one second fluid path present in the sorption device and permeable by the coolant.

Besonders bevorzugt ist der zweite Fluidpfad fluidisch mit dem zweiten Kühlmittelpfad verbunden, in welchem der Kältespeicher angeordnet.Particularly preferably, the second fluid path is fluidically connected to the second coolant path, in which the cold accumulator is arranged.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Ladeluftkühlvorrichtung eine zweite Ventileinrichtung auf. Mittels der zweiten Ventileinrichtung ist die Ladeluftkühlvorrichtung zwischen einem ersten und wenigstens einem zweiten Betriebszustand umschaltbar. Der erste Betriebszustand entspricht einer Aktivierungsphase, bei welcher der Sorptionsbereich der Sorptionseinrichtung mit dem im Hochtemperatur-Kühler zirkulierenden Kühlmittel beströmt wird. In dem ersten Betriebszustand ist der erste Fluidpfad in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf eingebunden, der zweite Fluidpfad ist hingegen in den zweiten Kühlkreislauf eingebunden. In dem wenigstens einen zweiten Betriebszustand ist der erste Fluidpfad in den zweiten Kühlkreislauf eingebunden, und der zweite Fluidpfad ist fluidisch vom Wärmetauscher getrennt. Der zweite Betriebszustand entspricht einer Nutzphase der Ladeluftkühlervorrichtung. Der Sorptionsbereich wird auf diese Weise mit Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs beströmt und auf diese Weise im Wesentlichen auf die Umgebungstemperatur der Umgebung abgekühlt. Gleichzeitig wird der Phasenwechselbereich mit dem Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs beströmt. Durch den Temperaturwechsel und die dadurch einsetzende Adsorption wird der Dampfdruck des Arbeitsmittels in der Sorptionseinrichtung so stark abgesenkt, dass das in dem Phasenwechselbereich vorliegende flüssige Arbeitsmittel verdampft und dabei dem Tieftemperaturkreislauf Wärme entzieht und diesen dadurch abkühlt. Das verdampfte Arbeitsmittel wird von dem auf nahe Umgebungstemperatur gehaltenen Sorptionsbereich angesaugt und unter Freisetzung von Adsorptionswärme adsorbiert. Die Adsorptionswärme wird wiederum über den zweiten Kühlkreislauf und den darin angeordneten Niedertemperaturkühler an die Umgebung abgeführt. In another preferred embodiment, the charge air cooling device has a second valve device. By means of the second valve device, the intercooler between a first and at least a second operating state is switchable. The first operating state corresponds to an activation phase in which the sorption region of the sorption device is flown with the coolant circulating in the high-temperature cooler. In the first operating state, the first fluid path is integrated into the high-temperature cooling circuit, while the second fluid path is integrated into the second cooling circuit. In the at least one second operating state, the first fluid path is integrated into the second cooling circuit, and the second fluid path is fluidically separated from the heat exchanger. The second operating state corresponds to a useful phase of the intercooler device. The sorption area is thus flowed with coolant of the second cooling circuit and cooled in this way substantially to the ambient temperature of the environment. At the same time, the phase change region is flown with the coolant of the first cooling circuit. As a result of the temperature change and the resulting adsorption, the vapor pressure of the working medium in the sorption device is lowered so much that the liquid working medium present in the phase change region evaporates, thereby extracting heat from the cryogenic cycle and cooling it as a result. The vaporized working fluid is sucked in by the sorption region maintained at a near ambient temperature and adsorbed with the release of adsorption heat. The heat of adsorption is in turn discharged to the environment via the second cooling circuit and the low-temperature radiator arranged therein.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladeluftkühlvorrichtung zur temporären Abkühlung der zu kühlenden Ladeluft unter die Temperatur der Umgebung einen dritten Betriebszustand auf. In dem dritten Betriebszustand ist der Wärmetauscher mittels der ersten und zweiten Ventileinrichtung fluidisch mit dem Phasenwechselbereich der Sorptionseinrichtung verbunden.In an advantageous development, the charge air cooling device for temporary cooling of the charge air to be cooled below the temperature of the environment to a third operating state. In the third operating state, the heat exchanger is fluidly connected to the phase change region of the sorption device by means of the first and second valve device.

Zweckmäßig ist der Wärmetauscher in dem dritten Betriebszustand zusätzlich fluidisch mit dem Kältespeicher verbunden. Dies bewirkt eine temporäre Abkühlung der Ladeluft unter die Umgebungstemperatur der Umgebung der Ladeluftkühlvorrichtung.Suitably, the heat exchanger is additionally fluidly connected to the cold storage in the third operating state. This causes a temporary cooling of the charge air below the ambient temperature of the environment of the intercooler.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladeluftkühlvorrichtung einen vierten Betriebszustand auf. In dem vierten Betriebszustand ist der Wärmetauscher mittels der beiden Ventileinrichtungen fluidisch mit dem Kältespeicher des ersten Kühlkreislaufs verbunden. Hingegen ist eine Fluidverbindung des Phasenwechselbereichs mit dem Wärmetauscher in dem vierten Betriebszustand durch die Ventileinrichtungen unterbrochen. Auf diese Weise kann der Wärmetauscher über die im Kältespeicher gespeicherte Kälte versorgt werden.In a further advantageous development, the charge air cooling device has a fourth operating state. In the fourth operating state, the heat exchanger is fluidly connected to the cold storage of the first cooling circuit by means of the two valve devices. On the other hand, a fluid connection of the phase change region with the heat exchanger in the fourth operating state is interrupted by the valve devices. In this way, the heat exchanger can be supplied via the cold stored in the cold storage.

Besonders zweckmäßig ist der Sorptionsbereich der Sorptionseinrichtung in dem vierten Betriebszustand mittels der zweiten Ventileinrichtung in den zweiten Kühlkreislauf eingebunden.Particularly expedient, the sorption region of the sorption device is integrated into the second cooling circuit in the fourth operating state by means of the second valve device.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Wärmetauscher zwei fluidisch voneinander getrennte Kühlereinheiten auf. Die beiden Kühlereinheiten sind derart ausgebildet, dass die zweite Kühlereinheit beim Durchströmen mit Ladeluft stromab der ersten Kühlereinheit und stromauf der mit Ladeluft zu versorgenden Brennkraftmaschine anbringbar oder angebracht ist. Bei dieser Variante ist die erste Kühlereinheit in den zweiten Kühlkreislauf eingebunden. Auf diese Weise wird bewirkt, dass nicht die gesamte Kühl-Last für die zu kühlende Ladeluft auf den zweiten Kühlkreislauf übertragen wird, sondern zunächst von dem Niedertemperaturkühler gekühlt wird.According to an advantageous development of the heat exchanger on two fluidly separate cooling units. The two radiator units are designed in such a way that the second radiator unit can be attached or attached downstream of the first radiator unit and upstream of the internal combustion engine to be supplied with intercooler when flowing through with intercooler air. In this variant, the first cooler unit is integrated into the second cooling circuit. In this way, it is ensured that not the entire cooling load for the charge air to be cooled is transferred to the second cooling circuit, but is first cooled by the low-temperature radiator.

Besonders bevorzugt kann die zweite Kühlereinheit mittels der ersten Ventileinrichtung wahlweise in den ersten oder zweiten Kühlkreislauf eingebunden werden. Diese Maßnahme erlaubt, je nach Anforderung, eine Variation der benötigten Kühlleistung.Particularly preferably, the second cooler unit can be integrated by means of the first valve device optionally in the first or second cooling circuit. This measure allows, depending on the requirement, a variation of the required cooling capacity.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ventileinrichtung als 4-2-Weg-Ventil ausgebildet, welches zwischen einer ersten und einer zweiten Verstellposition verstellbar ist. In der ersten Verstellposition verbindet die erste Ventileinrichtung den ersten Kühlkreislauf mit einem Eingangsanschluss des Wärmetauschers und den ersten Kühlkreislauf mit dem zweiten Kühlkreislauf. In der zweiten Verstellposition verbindet die erste Ventileinrichtung den zweiten Kühlkreislauf mit dem Eingangsanschluss des Wärmetauscher und trennt den ersten Kühlkreislauf fluidisch vom zweiten Kühlkreislauf und von dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf.In another preferred embodiment, the first valve device is designed as a 4-2-way valve, which is adjustable between a first and a second adjustment position. In the first adjustment position, the first valve device connects the first cooling circuit with an input connection of the heat exchanger and the first cooling circuit with the second cooling circuit. In the second adjustment position, the first valve device connects the second cooling circuit to the input connection of the heat exchanger and separates the first cooling circuit fluidically from the second cooling circuit and from the high-temperature cooling circuit.

Besonders zweckmäßig sind die beiden Kühlereinheiten fluidisch in Serie zueinander geschaltet. Dies erlaubt eine Verlängerung des vom indirekten Ladeluftkühler bereitgestellten Kühlpfads.Particularly suitably, the two cooler units are fluidly connected in series with each other. This allows an extension of the provided by the indirect intercooler cooling path.

Vorzugsweise geht der zweite Kühlkreislauf in einem Abzweigpunkt fluidisch in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf über.Preferably, the second cooling circuit merges fluidly into the high-temperature cooling circuit at a branch point.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.

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, jeweils schematisch:It show, each schematically:

1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Ladeluftkühlvorrichtung in einem Blockdiagramm, 1 the construction of an intercooler according to the invention in a block diagram,

2 eine Detaildarstellung des Blockdiagramms der 1, 2 a detailed view of the block diagram of 1 .

3 die Ladeluftkühlvorrichtung der 2 in einem Aktivierungszustand, 3 the intercooler of the 2 in an activation state,

4, 5 die Ladeluftkühlvorrichtung in weiteren Betriebszuständen, 4 . 5 the charge air cooling device in further operating states,

6, 7 eine erste Variante der Ladeluftkühlvorrichtung der 2 bis 5, bei welcher der indirekte Ladeluftkühler zwei getrennte Kühlereinheiten aufweist. 6 . 7 a first variant of the intercooler of the 2 to 5 in which the indirect intercooler has two separate radiator units.

8, 9 eine zweite Variante der Ladeluftkühlvorrichtung der 2 bis 5 mit einem 4-2-Wegeventil. 8th . 9 a second variant of the intercooler of the 2 to 5 with a 4-2-way valve.

1 zeigt in einem Blockdiagramm den Aufbau einer erfindungsgemäßen Ladeluftkühlvorrichtung 1 für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine. Die Ladeluftkühlvorrichtung 1 umfasst einen Wärmetauscher 2, der eine Mehrzahl von in 1 nicht genauer dargestellten Kühlmittel-Pfaden 3 aufweist. Die Kühlmittel-Pfade 3 des Wärmetauschers 2 sind mittels einer Ventileinrichtung 4 wahlweise in einen aktiv gekühlten ersten Kühlkreislauf 5a oder in einen passiv gekühlten zweiten Kühlkreislauf 5b eingebunden. 1 shows a block diagram of the structure of an intercooler according to the invention 1 for a fresh air system of an internal combustion engine. The intercooler 1 includes a heat exchanger 2 which is a majority of in 1 not shown in detail coolant paths 3 having. The coolant paths 3 of the heat exchanger 2 are by means of a valve device 4 optionally in an actively cooled first cooling circuit 5a or in a passively cooled second cooling circuit 5b involved.

Die Ladeluftkühlvorrichtung 1 weist weiterhin einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf 13 auf, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert, dessen Temperatur höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im ersten bzw. zweiten Kühlkreislauf 5a, 5b.The intercooler 1 also has a high temperature cooling circuit 13 in which circulates a coolant whose temperature is higher than the temperature of the coolant in the first and second cooling circuit 5a . 5b ,

Zum Zirkulieren des Kühlmittels im ersten Kühlkreislauf 5a dient eine Pumpvorrichtung 11, die vorzugsweise stromab des Wärmetauschers 2 im ersten Kühlkreislauf 5a angeordnet ist. Die Pumpvorrichtung 11 kann als Kreiselpumpe realisiert sein. Der Kältespeicher 9 kann im Wesentlichen durch die thermische Masse des ersten Kühlkreislaufs 5a einschließlich der thermischen Masse des durch den ersten Kühlkreislauf strömenden Kühlmittels ausgebildet sein.For circulating the coolant in the first cooling circuit 5a serves a pumping device 11 which is preferably downstream of the heat exchanger 2 in the first cooling circuit 5a is arranged. The pumping device 11 can be realized as a centrifugal pump. The cold storage 9 can essentially by the thermal mass of the first cooling circuit 5a including the thermal mass of the coolant flowing through the first cooling circuit.

Entsprechend 1 ist im zweiten Kühlkreislauf 5b ein Niedertemperaturkühler 6 angeordnet, welcher zum Kühlen des im zweiten Kühlkreislauf 5b zirkulierenden Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit der Umgebung 7 des Niedertemperaturkühlers 6 ausgebildet ist. Der Wärmeaustausch mit der Umgebung 7 kann von einem in 1 nur schematisch angedeuteten Lüfter 19 unterstützt werden. Im ersten Kühlkreislauf 5a ist demgegenüber ein aktives Kältesystem 8 zum Kühlen des Kühlmittels angeordnet. Im ersten Kühlkreislauf 5a ist ferner ein Kältespeicher 9 vorhanden, der als Pufferspeicher für das durch den ersten Kühlkreislauf 5a zirkulierende Kühlmittel eingerichtet ist. Corresponding 1 is in the second cooling circuit 5b a low temperature cooler 6 arranged, which for cooling the in the second cooling circuit 5b circulating coolant through heat exchange with the environment 7 of the low temperature cooler 6 is trained. The heat exchange with the environment 7 can from one in 1 only schematically indicated fan 19 get supported. In the first cooling circuit 5a In contrast, it is an active refrigeration system 8th arranged for cooling the coolant. In the first cooling circuit 5a is also a cold storage 9 present as a buffer for that through the first cooling circuit 5a circulating coolant is set up.

Wie das Blockdiagramm der 1 anschaulich belegt, ist das aktive Kältesystem 8 in einem ersten Kühlmittelpfad 10a des ersten Kühlkreislaufs 5a und der Kältespeicher 9 in einem fluidisch parallel zum ersten Kühlmittelpfad 10a geschalteten zweiten Kühlmittelpfad 10b des ersten Kühlkreislaufs 5a angeordnet. In dem aktiven Kältesystem 8 wird ein Kälteprozess ausgeführt, mittels welchem das Kühlmittel unter Verwendung von Abwärme oder Bremsenergie eines Kraftfahrzeugs gekühlt wird. Im Beispiel der 1 ist die Ventileinrichtung 4 derart eingestellt, dass der Wärmetauscher 2 in den ersten Kühlkreislauf 5a integriert ist. Like the block diagram of 1 clearly demonstrated, is the active refrigeration system 8th in a first coolant path 10a of the first cooling circuit 5a and the cold storage 9 in a fluidic parallel to the first coolant path 10a switched second coolant path 10b of the first cooling circuit 5a arranged. In the active refrigeration system 8th a cooling process is carried out, by means of which the coolant is cooled using waste heat or braking energy of a motor vehicle. In the example of 1 is the valve device 4 set so that the heat exchanger 2 in the first cooling circuit 5a is integrated.

2 zeigt eine detailliertere Darstellung des Blockdiagramms der 1. Im Beispiel der 2 ist die Ventileinrichtung 4 derart eingestellt, dass der Wärmetauscher 2 in den zweiten Kühlkreislauf 5b integriert ist. Man erkennt außerdem, dass die Ladeluftkühlvorrichtung 1 eine Sorptionseinrichtung 12 umfasst. Die Sorptionseinrichtung 12 dient zum Kühlen des Kühlmittels und umfasst hierzu ein Sorptionsmittel zur Adsorption und/oder Desorption des Kühlmittels sowie ein Aufnahmemittel zur Kondensation und/oder Verdampfung des Arbeitsmittels. Das Sorptionsmittel ist in dem Sorptionsbereich 16 angeordnet und das Aufnahmemittel ist in dem Phasenwechselbereich 17 angeordnet. Das Sorptionsmittel kann aus Aktivkohle oder Zeolith bestehen oder eines davon umfassen. Das Aufnahmemittel kann eine gut wärmeleitende Kapillarstruktur zur Kondensation, Aufnahme und örtlichen Fixierung sowie einer Wiederverdampfung von Arbeitsmittels wie z. B. Methanol und/oder Wasser umfassen. 2 shows a more detailed representation of the block diagram of 1 , In the example of 2 is the valve device 4 set so that the heat exchanger 2 in the second cooling circuit 5b is integrated. It can also be seen that the intercooler 1 a sorption device 12 includes. The sorption device 12 serves for cooling the coolant and for this purpose comprises a sorbent for adsorption and / or desorption of the coolant and a receiving means for condensation and / or evaporation of the working fluid. The sorbent is in the sorbent area 16 arranged and the receiving means is in the phase change region 17 arranged. The sorbent may be off Activated carbon or zeolite or comprise one of them. The receiving means may have a good thermal conductivity capillary structure for condensation, absorption and local fixation and a re-evaporation of working fluid such. For example, methanol and / or water.

Die Sorptionseinrichtung umfasst ein Sorptionsgehäuse 14, welches einen Gehäuseinnenraum 15 begrenzt. Der Gehäuseinnenraum 15 ist in einen Sorptionsbereich 16 und einen Phasenwechselbereich 17 unterteilt. Im Gehäuseinnenraum 15 ist ferner ein Arbeitsmedium 18 vorhanden, das zwischen den beiden Bereichen 16, 17 zyklisch verlagert wird.The sorption device comprises a sorption housing 14 which has a housing interior 15 limited. The housing interior 15 is in a sorption area 16 and a phase change region 17 divided. In the housing interior 15 is also a working medium 18 existing between the two areas 16 . 17 is shifted cyclically.

Der Sorptionsbereich 16 steht mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung 12 vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren ersten Fluidpfad 18a in thermischer Wirkverbindung. Entsprechend steht der Phasenwechselbereich 17 mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung 12 vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren zweiten Fluidpfad 18b in thermischer Wirkverbindung.The sorption area 16 is at least one in the sorption 12 existing and traversed by the coolant first fluid path 18a in thermal active connection. The phase change range is corresponding 17 with at least one in the sorption device 12 existing and traversed by the coolant second fluid path 18b in thermal active connection.

Der Wärmetauscher 2 der Ladeluftkühlvorrichtung 1 ist über die Ventileinrichtung 4, die als 3/2-Wege-Umschaltventil ausgeführt ist, alternativ mit dem ersten Kühlkreislauf 5a oder dem zweiten Kühlkreislauf 5b verbindbar. Auf diese Weise kann bei voller Motorleistung einer den Wärmetauscher 2 verwendeten Brennkraftmaschine 23 eine Ladeluft-Tiefkühlung bis vorzugsweise deutlich unter die Temperatur der Umgebung 7 zu ermöglichen. Dabei dient die Sorptionseinrichtung 12 zur zyklischen Abkühlung des ersten Kühlkreislaufs 5a, dessen thermische Masse so dimensioniert ist, dass die darin gespeicherte sensible „Kälteenergie“ ausreicht, um den Wärmetauscher 2 für mindestens einen Volllast-Beschleunigungsvorgang mit ausreichend kühlem Kühlmittel zu versorgen. The heat exchanger 2 the intercooler 1 is about the valve device 4 , which is designed as a 3/2-way switching valve, alternatively with the first cooling circuit 5a or the second cooling circuit 5b connectable. In this way, at full engine power, the heat exchanger 2 used internal combustion engine 23 a charge air freezing to preferably well below the temperature of the environment 7 to enable. The sorption device is used 12 for cyclical cooling of the first cooling circuit 5a whose thermal mass is dimensioned so that the stored therein sensitive "cold energy" is sufficient to the heat exchanger 2 to provide sufficiently cool coolant for at least one full-load acceleration process.

Entsprechend 2 weist die Ladeluftkühlvorrichtung 1 eine weitere, zweite Ventileinrichtung 20 auf, mittels welcher die Sorptionseinrichtung 12 der Ladeluftkühlvorrichtung 1 zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand umschaltbar ist. In dem ersten Betriebszustand ist der erste Fluidpfad 18a in den Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 13 geschaltet, und der zweite Fluidpfad 18b ist in den zweiten Kühlkreislauf 5b geschaltet. Dieses Szenario ist in 2 gezeigt. Wie 2 erkennen lässt, besitzt die Ventileinrichtung 20 zum Umschalten zwischen den beiden Betriebszuständen zwei einlassseitige Ventilelemente 21a, 21b und zwei auslassseitige Ventilelemente 22a, 22b. In dem in 2 gezeigten ersten Betriebszustand sorgen das erste einlassseitige Ventilelement 21a und das erste auslassseitige Ventilelement 22a für eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidpfad 18a und dem Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 13. Demgegenüber unterbrechen die Ventilelemente 21a, 22a eine Fluidverbindung des ersten Fluidpfads 18a mit dem zweiten Kühlkreislauf 5b, in welchem der Niedertemperaturkühler 6 angeordnet ist.Corresponding 2 has the intercooler 1 another, second valve device 20 on, by means of which the sorption 12 the intercooler 1 can be switched between a first and a second operating state. In the first operating state, the first fluid path is 18a in the high-temperature refrigeration cycle 13 switched, and the second fluid path 18b is in the second cooling circuit 5b connected. This scenario is in 2 shown. As 2 reveals possesses the valve device 20 for switching between the two operating states, two inlet-side valve elements 21a . 21b and two outlet-side valve elements 22a . 22b , In the in 2 shown first operating state provide the first inlet-side valve element 21a and the first outlet-side valve element 22a for fluid communication between the first fluid path 18a and the high temperature refrigeration cycle 13 , In contrast, interrupt the valve elements 21a . 22a a fluid connection of the first fluid path 18a with the second cooling circuit 5b in which the low-temperature cooler 6 is arranged.

Das zweite einlassseitige Ventilelement 21b und das zweite auslassseitige Ventilelement 22b sorgen für eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Fluidpfad 18b und dem zweiten Kühlkreislauf 5b, in welchem der Niedertemperaturkühler 6 angeordnet ist. Der erste Betriebszustand des aktiven Kühlsystems 8 entspricht einer Aktivierungsphase, bei welcher der Sorptionsbereich 16 mit dem im Hochtemperatur-Kühler 12 zirkulierenden Kühlmittel (vgl. Pfeile 50 in 2) beströmt wird. Gleichzeitig wird der Phasenwechselbereich mit dem im zweiten Kühlkreislauf 5b mit dem Niedertemperatur-Kühler 6 zirkulierenden Kühlmittel beströmt (Pfeile 51). Auf diese Weise wird das Arbeitsmittel der Sorptionseinrichtung unter Aufnahme von Wärme aus dem Sorptionsbereich desorbiert und in dem Phasenwechselbereich 17 kondensiert. Die entstehende Kondensationswärme wird über den zweiten Kühlkreislauf 5b mit dem Niedertemperaturkühler 6 abgeführt. The second inlet-side valve element 21b and the second exhaust-side valve element 22b provide fluid communication between the second fluid path 18b and the second cooling circuit 5b in which the low-temperature cooler 6 is arranged. The first operating state of the active cooling system 8th corresponds to an activation phase in which the sorption 16 with the in the high temperature cooler 12 circulating coolant (see arrows 50 in 2 ) is flowed. At the same time, the phase change range with that in the second cooling circuit 5b with the low temperature radiator 6 circulated coolant flowed (arrows 51 ). In this way, the working fluid of the sorption device is desorbed by absorbing heat from the sorption region and in the phase change region 17 condensed. The resulting heat of condensation is via the second cooling circuit 5b with the low temperature cooler 6 dissipated.

In dem zweiten Betriebszustand, welcher einer Nutzphase der Ladeluftkühlervorrichtung 1 entspricht und in 3 dargestellt ist, ist der erste Fluidpfad 18a in den zweiten Kühlkreislauf 5b geschaltet, in welchem der Niedertemperaturkühler 6 angeordnet ist. Der zweite Fluidpfad 18b ist fluidisch vom Wärmetauscher getrennt und stattdessen mit dem zweiten Kühlmittelpfad 10b verbunden, in welchem der Kältespeicher 9 angeordnet ist. Dieser Betriebszustand ist geschaltet, wenn die passive Ladeluftkühlung über den zweiten Kühlkreislauf 5b ausreicht, also keine Volllast-Beschleunigungsphase von der Brennkraftmaschine gefordert wird.In the second operating state, which is a useful phase of the intercooler device 1 corresponds and in 3 is shown, is the first fluid path 18a in the second cooling circuit 5b switched, in which the low-temperature cooler 6 is arranged. The second fluid path 18b is fluidly isolated from the heat exchanger and instead with the second coolant path 10b connected, in which the cold storage 9 is arranged. This operating state is switched when the passive intercooling via the second cooling circuit 5b sufficient, so no full-load acceleration phase is required by the internal combustion engine.

In dem in 3 gezeigten zweiten Betriebszustand sorgen das erste einlassseitige Ventilelement 21a und das erste auslassseitige Ventilelement 22a für eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidpfad 18a und dem zweiten Kühlkreislauf 5b mit dem Niedertemperaturkühler 6. Demgegenüber sorgen die Ventilelemente 21b, 22b für eine Fluidverbindung des zweiten Fluidpfads 18b mit dem Kältespeicher 9 und eine Zirkulation des Kühlmittels mittels der Pumpvorrichtung 11 In the in 3 shown second operating state provide the first inlet-side valve element 21a and the first outlet-side valve element 22a for fluid communication between the first fluid path 18a and the second cooling circuit 5b with the low temperature cooler 6 , In contrast, the valve elements provide 21b . 22b for a fluid connection of the second fluid path 18b with the cold storage 9 and a circulation of the coolant by means of the pumping device 11

Der Sorptionsbereich 16 wird auf diese Weise mit Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs 5b beströmt und auf diese Weise im Wesentlichen auf die Temperatur der Umgebung 7 abgekühlt. Gleichzeitig wird der Phasenwechselbereich 17 mit dem Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 5a beströmt. Durch den Temperaturwechsel und die dadurch einsetzende Adsorption wird der Fluiddruck des Arbeitsmittels in der Sorptionseinrichtung 12 so stark abgesenkt, dass das in dem Phasenwechselbereich 17 vorliegende flüssige Arbeitsmittel verdampft und dabei dem Tieftemperaturkreislauf Wärme entzieht und diesen dadurch abkühlt. Das verdampfte Arbeitsmittel wird von dem auf nahe Umgebungstemperatur gehaltenen Sorptionsbereich 16 angesaugt und unter Freisetzung von Adsorptionswärme adsorbiert. Die Adsorptionswärme wird wiederum über den zweiten Kühlkreislauf 5b und den darin angeordneten Niedertemperaturkühler 6 an die Umgebung 7 abgeführt. The sorption area 16 This is done with coolant from the second cooling circuit 5b flows and in this way essentially to the temperature of the environment 7 cooled. At the same time the phase change range 17 with the coolant of the first cooling circuit 5a flow-type. Due to the temperature change and the resulting adsorption of the fluid pressure of the working fluid in the sorption 12 so strong lowered that in the phase change region 17 existing liquid working fluid evaporates and thereby removes heat from the cryogenic cycle and thereby cools it. The vaporized working fluid is held by the sorption area kept at near ambient temperature 16 sucked and adsorbed with release of adsorption. The heat of adsorption is in turn via the second cooling circuit 5b and the low temperature radiator disposed therein 6 to the environment 7 dissipated.

In 3 ist also eine Schaltstellung der Ventileinrichtung 4 dargestellt, bei der der Wärmetauscher 2 in klassischer Weise mit dem auf nahe Umgebungstemperatur der Umgebung 7 abgekühlten Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs 5b durchströmt wird und gleichzeitig der erste Temperaturkreislauf 5a mit dem Kältespeicher 9 auf eine Temperatur unter die Umgebungstemperatur der Umgebung 7 abgekühlt wird. Auch bei der in 2 gezeigten Aktivierungsphase ist die erste Ventileinrichtung 4 in derselben Position wie in der Nutzphase der 3. In 3 So is a switching position of the valve device 4 shown in which the heat exchanger 2 in a classic way with the ambient temperature close to ambient 7 cooled coolant of the second cooling circuit 5b is flowed through and at the same time the first temperature circuit 5a with the cold storage 9 to a temperature below the ambient temperature of the environment 7 is cooled. Also at the in 2 shown activation phase is the first valve device 4 in the same position as in the use phase of the 3 ,

Eine temporäre Abkühlung der Ladeluft unter die Temperatur der Umgebung 7 der Ladeluftkühlvorrichtung 1 erfolgt in einem dritten Betriebszustand der Ladeluftkühlvorrichtung 1 entsprechend der 4 und 5 durch eine Einstellung der ersten Ventileinrichtung 4 derart, dass der Wärmetauscher 2 direkt mit dem ersten Kühlkreislauf 5a verbunden wird. A temporary cooling of the charge air under the temperature of the environment 7 the intercooler 1 takes place in a third operating state of the intercooler 1 according to the 4 and 5 by an adjustment of the first valve device 4 such that the heat exchanger 2 directly with the first cooling circuit 5a is connected.

In der Schaltstellung der beiden Ventileinrichtungen 4, 20 entsprechend 4 befindet sich die weiterhin unbeeinflusst zyklierte Sorptionseinrichtung 12 des ersten Kühlkreislaufs 5a im Nutzprozess. Die Pumpvorrichtung 11 fördert das durch den indirekten Ladeluftkühler 2 erwärmte Kühlmittel sowohl durch den Phasenwechselbereich 17 der Sorptionseinrichtung als auch über den Kältespeicher 9.In the switching position of the two valve devices 4 . 20 corresponding 4 is the still unaffected cycled sorption 12 of the first cooling circuit 5a in the utility process. The pumping device 11 promotes this through the indirect intercooler 2 heated coolant through both the phase change region 17 the sorption as well as the cold storage 9 ,

Für den Fall, dass sich die Sorptionseinrichtung 12 gerade im Aktivierungsprozess gemäß 2 befindet, wird die Ladeluftkühlvorrichtung 1 in einem vierten Betriebszustand in Schaltstellung der beiden Ventileinrichtungen 4, 20 nach 5 betrieben. Diese unterscheidet sich von der Schaltstellung entsprechend 4 dadurch, dass die Fluidverbindung des Phasenwechselbereichs 17 mit dem Wärmetauscher 2 durch die Ventile 21a, 21b, 22a, 22b unterbrochen ist und der Wärmetauscher 2 fluidisch mit dem Kältespeicher 9 des ersten Kühlkreislauf 5a verbunden ist. Dies bedeutet, dass der Wärmetauscher 2 ausschließlich von der im Kältespeicher 9 sensibel gespeicherten Kälte versorgt wird. Wie 5 weiter erkennen lässt, ist in dem vierten Betriebszustand der Sorptionsbereich 16 der Sorptionseinrichtung 12 mittels der zweiten Ventileinrichtung in den Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 13 eingebunden.In the event that the sorption 12 just in the activation process according to 2 is the intercooler 1 in a fourth operating state in the switching position of the two valve devices 4 . 20 to 5 operated. This differs from the switch position accordingly 4 in that the fluid connection of the phase change region 17 with the heat exchanger 2 through the valves 21a . 21b . 22a . 22b is interrupted and the heat exchanger 2 fluidic with the cold storage 9 of the first cooling circuit 5a connected is. This means that the heat exchanger 2 exclusively from the cold storage 9 sensibly stored cold is supplied. As 5 can be further seen, in the fourth operating state of the sorption 16 the sorption device 12 by means of the second valve device in the high-temperature cooling circuit 13 involved.

In 6 ist eine Variante des Beispiels der 2 bis 5 dargestellt. Es unterscheidet sich von dem oben vorgeschlagene System dadurch, dass der Wärmetauscher 2 zwei fluidisch voneinander getrennte Kühlereinheiten 2a, 2b mit separaten Kühlmittelanschlüssen aufweist.In 6 is a variant of the example of 2 to 5 shown. It differs from the system proposed above in that the heat exchanger 2 two fluidically separate radiator units 2a . 2 B having separate coolant connections.

Im Betrieb als Teil einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine 23 ist die zweite Kühlereinheit 2b beim Durchströmen mit Ladeluft stromab der ersten Kühlereinheit 2a und stromauf der Brennkraftmaschine 23 angeordnet, was in 6 durch die Ladeluft bezeichnende Pfeile 52 wiedergegeben ist.In operation as part of a fresh air system of the internal combustion engine 23 is the second cooler unit 2 B when flowing with charge air downstream of the first cooler unit 2a and upstream of the internal combustion engine 23 arranged what is in 6 by the charge air denoting arrows 52 is reproduced.

Entsprechend 6 ist die erste Kühlereinheit 2a des Wärmetauschers 2 stationär, also permanent in den zweiten Kühlkreislauf 5b eingebunden. Die zweite Kühlereinheit 2b ist hingegen mit Hilfe der ersten Ventileinrichtung 4 wahlweise in den ersten oder zweiten Kühlkreislauf 5a, 5b einbindbar. Im Szenario der 6 ist eine Einbindung der zweiten Kühlereinheit in den zweiten Kühlkreislauf 5b dargestellt. Corresponding 6 is the first cooler unit 2a of the heat exchanger 2 stationary, ie permanently in the second cooling circuit 5b involved. The second cooler unit 2 B is, however, with the help of the first valve device 4 optionally in the first or second cooling circuit 5a . 5b includable. In the scenario of 6 is an integration of the second cooler unit in the second cooling circuit 5b shown.

Die 7 zeigt eine Schaltstellung der ersten Ventileinrichtung 4, bei welcher die zweite Kühlereinheit 2b in den ersten Kühlkreislauf 5a eingebunden ist.The 7 shows a switching position of the first valve device 4 in which the second cooler unit 2 B in the first cooling circuit 5a is involved.

Die Zweiteilung des Wärmetauschers 2 in zwei Kühlereinheiten 2a, 2b bewirkt, dass nicht die gesamte Kühllast der zu kühlenden Ladeluft auf den ersten Kühlkreislauf 5a übertragen wird, sondern die bei noch hoher Temperatur anfallende Kühllast zunächst von dem im zweiten Kühlkreislauf 5b angeordneten Niedertemperaturkühler 6 an die Umgebung 7 abgeführt wird.The division of the heat exchanger 2 in two cooler units 2a . 2 B causes not the entire cooling load of the charge air to be cooled on the first cooling circuit 5a is transferred, but the resulting at high temperature cooling load first of the second cooling circuit 5b arranged low temperature cooler 6 to the environment 7 is dissipated.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass als weitere Ausführungsvariante auch eine im Beispiel der Figuren nicht näher dargestellte Dreiteilung des Wärmetauschers 2 mit drei Kühlereinheiten vorsehen sein kann. Bei dieser Variante wird eine Ladeluft-seitig zuerst durchströmte Kühlereinheit von dem aus dem Hochtemperaturkühlkreislauf 13 gekühlten Kühlmittel, die zweite Kühlereinheit von dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs 5b und die dritte Kühlereinheit bedarfsweise von dem Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 5a durchströmt. Damit werden die Wärmelasten der beiden Kühlkreisläufe 5a, 5b minimiert. It should be mentioned at this point that as a further embodiment, a not-shown in the example of the figures trisection of the heat exchanger 2 can be provided with three cooler units. In this variant, a charge air side is first flowed through by the radiator unit from the high-temperature cooling circuit 13 cooled coolant, the second radiator unit of the coolant of the second cooling circuit 5b and the third cooler unit, if necessary, of the coolant of the first cooling circuit 5a flows through. Thus, the heat loads of the two cooling circuits 5a . 5b minimized.

Eine Vorschlagsvariante mit geringerem Verschaltungsaufwand ist in der 8 dargestellt. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass der Wärmetauscher 2 als sogenannter- Gegenstrom- oder Kreuz-Gegenstrom-Wärmeübertrager ausgeführt ist und dadurch nur einen Eingangsanschluss 25a und einen Ausgangsanschluss 25b benötigt. In diesem Falle ist die erste Ventileinrichtung 4 als 4-2-Wegeventil 26 ausgeführt, mit der je nach Kühlungsanforderung der Brennkraftmaschine 23 zwischen einem normalen Ladeluft-Kühlmodus und einem Ladeluft-Tiefkühlmodus verstellt werden kann. Hierzu ist die erste Ventileinrichtung ist als 4-2-Weg-Ventil 26 ausgebildet, welches zwischen einer ersten und einer zweiten Verstellposition verstellbar ist. A proposal variant with less Verschaltungsaufwand is in the 8th shown. This is characterized by the fact that the heat exchanger 2 is designed as a so-called countercurrent or cross-countercurrent heat exchanger and thereby only one input terminal 25a and an output terminal 25b needed. In this case, the first valve device 4 as a 4-2-way valve 26 executed, depending on the cooling requirement of the Internal combustion engine 23 between a normal charge air cooling mode and a charge air freezer mode can be adjusted. For this purpose, the first valve device is as a 4-2-way valve 26 formed, which is adjustable between a first and a second adjustment position.

In 8 ist der Ladeluft-Tiefkühlmodus dargestellt, in welchem sich das 4-2-Weg-Ventil 26 in seiner ersten Verstellposition befindet. Die erste Ventileinrichtung 4 verbindet in der ersten Verstellposition den ersten Kühlkreislauf 5a mit einem Eingangsanschluss 25a des Wärmetauscher 2 und den ersten Kühlkreislauf 5a mit dem zweiten Kühlkreislauf 5b. In diesem Modus fördert die Pumpvorrichtung 11 entsprechend 8 gekühltes Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 5a in einen Ladeluft-austrittsseitigen Bereich 28 des Wärmetauschers 2, der sich im Gegenstrom zur Ladeluft zum Ladeluft-austrittsseitigen Bereich 27 zunehmend erwärmt. Austrittsseitig besitzt das Kühlmittel eine so hohe Temperatur, dass die Wärme zunächst über den im Hochtemperatur-Kühlkreislauf 13 angeordneten Hochtemperaturkühler 30 abgeführt werden kann, der wie in 8 angedeutet luftseitig im Kühlmodul des Fahrzeugs hinter dem Niedertemperaturkühler 6 angeordnet ist.In 8th shows the charge air freezer mode, in which the 4-2-way valve 26 located in its first adjustment position. The first valve device 4 connects in the first adjustment position the first cooling circuit 5a with an input connection 25a of the heat exchanger 2 and the first cooling circuit 5a with the second cooling circuit 5b , In this mode, the pump device promotes 11 corresponding 8th cooled coolant of the first cooling circuit 5a in a charge air exit side area 28 of the heat exchanger 2 , which is in countercurrent to the charge air to the charge air outlet side area 27 increasingly heated. On the outlet side, the coolant has such a high temperature that the heat initially exceeds that in the high-temperature cooling circuit 13 arranged high-temperature cooler 30 can be dissipated, as in 8th indicated on the air side in the cooling module of the vehicle behind the low-temperature cooler 6 is arranged.

Ein Teilstrom des vom Hochtemperaturkühler 30 vorgekühlten Kühlmittels wird in einem Abzweigpunkt 29 in den im zweiten Kühlkreislauf 5b abgezweigt und im Niedertemperaturkühler 6 möglichst nahe an die Temperatur der Umgebung 7 herangekühlt. Der zweite Kühlkreislauf 5b ist also in einem Abzweigpunkt 29 fluidisch mit dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf 13 verbunden. Schließlich wird das Kühlmittel und schließlich wiederum über das 4-2-Wegeventil 26 wieder in den ersten Kühlkreislauf 5a zurückgeführt.A partial flow of the high-temperature cooler 30 Pre-cooled coolant is in a branch point 29 in the second cooling circuit 5b branched off and in the low temperature cooler 6 as close as possible to the temperature of the environment 7 zoom cooled. The second cooling circuit 5b So it's in a branch point 29 fluidic with the high temperature refrigeration cycle 13 connected. Finally, the coolant and finally again via the 4-2-way valve 26 back in the first cooling circuit 5a recycled.

Die 9 zeigt die Schaltstellung der als 4-2-Wegeventil 26 realisierten Ventileinrichtung 4 im normalen Ladeluft-Kühlmodus. In diesem Modus befindet sich das 4-2-Wegeventil 26 in einer zweiten Verstellposition. In der zweiten Verstellposition verbindet die erste Ventileinrichtung 4 den zweiten Kühlkreislauf 5b mit dem Eingangsanschluss 25a des Wärmetauscher 2 und trennt den ersten Kühlkreislauf 5a fluidisch vom zweiten Kühlkreislauf 5b und vom Hochtemperatur-Kühlkreislauf 13.The 9 shows the switching position as a 4-2-way valve 26 realized valve device 4 in normal charge air cooling mode. In this mode is the 4-way valve 26 in a second adjustment position. In the second adjustment position, the first valve device connects 4 the second cooling circuit 5b with the input connector 25a of the heat exchanger 2 and separates the first cooling circuit 5a fluidic from the second cooling circuit 5b and the high-temperature refrigeration cycle 13 ,

In diesem Modus wird der Wärmetauscher 2 über das 4-2-Wegeventil 26 und den zweiten Kühlkreislauf 5b mit Kühlmittel aus dem Niedertemperaturkühler 6 beaufschlagt und ermöglicht eine konventionelle Abkühlung der Ladeluft auf ein Temperaturniveau oberhalb der Temperatur der Umgebung 7. In diesem Modus ist der erste Kühlkreislauf 5a von den übrigen Kreisläufen 5b, 13 entkoppelt und kann für die nächste Tiefkühlphase durch den Kälteprozess wieder deutlich unter die Umgebungstemperatur heruntergekühlt werden.In this mode, the heat exchanger 2 via the 4-2-way valve 26 and the second cooling circuit 5b with coolant from the low-temperature cooler 6 acts and allows a conventional cooling of the charge air to a temperature level above the temperature of the environment 7 , In this mode is the first cooling circuit 5a from the remaining circuits 5b . 13 decoupled and can be cooled down well below the ambient temperature for the next frozen phase by the refrigeration process again.

Da bei der Variante der 8 und 9 eine hohe Aufwärmung des Kühlmittels im Wärmetauscher 2 zulässig ist, kann die Kühlmittelseite des Wärmetauschers 2 für relativ kleine Volumenströme ausgelegt sein. Damit es zu keinen großen Temperaturgradienten quer zur Ladeluft-Durchströmungsrichtung kommt, ist eine reine Gegenstrombauweise mit großer Tiefe in Richtung der Ladeluftströmung und einer geringen Stirnfläche senkrecht besonders vorteilhaft.As in the variant of 8th and 9 a high heating of the coolant in the heat exchanger 2 is allowed, the coolant side of the heat exchanger can 2 be designed for relatively small volume flows. So that there are no large temperature gradients transverse to the charge air flow direction, a pure countercurrent construction with great depth in the direction of the charge air flow and a small end face perpendicular is particularly advantageous.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010062714 A1 [0008]
DE 102011003664 A1 [0009]

Claims

Intercooler ( 1 ) for a fresh air system of an internal combustion engine of a motor vehicle, - with a heat exchanger ( 2 ), which by means of a (first) valve device ( 4 ) in an actively cooled first cooling circuit ( 5a ) and / or in a passively cooled second cooling circuit ( 5b ) einbindbar or is involved.

Charge air cooling device according to claim 1, characterized in that - in the first cooling circuit ( 5a ) an active refrigeration system ( 8th ) is arranged to reduce the temperature of the coolant, and that - in the second cooling circuit ( 5b ) a low temperature cooler ( 6 ), which is used for cooling the in the second cooling circuit ( 5b ) circulating coolant by heat exchange with the environment ( 7 ) the intercooler ( 1 ) is trained.

Charge air cooling device according to claim 1 or 2, characterized in that the first cooling circuit ( 5a ) a cold storage ( 9 ), which serves as a buffer for the flow through the first cooling circuit ( 5a ) is formed circulating coolant.

Charge air cooling device according to claim 2 or 3, characterized in that the active refrigeration system ( 8th ) in a first coolant path ( 10a ) of the first cooling circuit ( 5a ) is arranged and the cold storage ( 9 ) in a fluidic parallel to the first coolant path ( 10a ) connected second coolant path ( 10b ) of the first cooling circuit ( 5a ) is arranged.

Charge air cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that in the first and / or in the second cooling circuit ( 5a . 5b ) a pumping device for circulating the coolant ( 11 ) is arranged.

Charge air cooling device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the cold storage ( 9 ) substantially by the thermal mass of the first cooling circuit ( 5a ) including the thermal mass of the first cooling circuit ( 5a ) flowing coolant is formed.

Intercooler according to one of claims 3 to 6, characterized in that in the active refrigeration system ( 8th ), a cooling process is carried out, by means of which the coolant is coolable or cooled using waste heat or braking energy of a motor vehicle.

Charge air cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the charge air cooling device ( 1 ) a sorption device ( 12 ), which is adapted to cool the coolant and for this purpose comprises a sorbent for adsorption and / or desorption of the coolant and a receiving means for condensation and / or evaporation of the coolant.

Charge air cooling device according to claim 8, characterized in that - the sorbent activated carbon and the working fluid comprises methanol, or that - the sorbent zeolite and the working fluid comprises water.

Charge air cooling device according to claim 8 or 9, characterized in that the charge air cooling device ( 1 ) a high-temperature cooling circuit ( 13 ) in which one with the low-temperature radiator ( 6 ) cooperating high temperature intercooler ( 30 ) is arranged, wherein in the high-temperature refrigeration cycle ( 13 ) circulates a coolant whose temperature is higher than the temperature of the coolant in the low-temperature radiator ( 6 ), - the sorption device ( 12 ) comprises a sorption area and a phase change area, in which one between the two areas ( 16 . 17 ) is present displaceable working medium, wherein in the sorption ( 16 ) the sorbent and in the phase change region ( 17 ) the receiving means is arranged, - whereby the sorption area ( 16 ) with at least one in the sorption device ( 12 ) present and can be flowed through by the coolant first fluid path ( 18a ) is in thermal active connection and the phase change region ( 17 ) with at least one in the sorption device ( 12 ) and can be flowed through by the coolant second fluid path ( 18b ) is in thermal operative connection.

Charge air cooling device according to claim 10, characterized in that the second fluid path ( 18b ) fluidically with the second coolant path ( 10b ), in which the cold storage ( 9 ) is arranged.

Charge air cooling device according to claim 10 or 11, characterized in that - the charge air cooling device has a (second) valve device, by means of which the charge air cooling device ( 1 ) is switchable between a first and at least a second operating state, - wherein in the first operating state the first fluid path ( 18a ) in the high-temperature cooling circuit ( 13 ) and the second fluid path ( 18b ) in the second cooling circuit ( 5b ), wherein in the at least one second operating state the first fluid path ( 18a ) in the second cooling circuit ( 5b ) and the second one Fluid path ( 18b ) fluidly from the heat exchanger ( 2 ) is disconnected.

Charge air cooling device according to claim 12, characterized in that the charge air cooling device ( 1 ) for temporary cooling of the charge air to be cooled below the temperature of the environment has a third operating state, in which the heat exchanger ( 2 ) by means of the first and second valve device ( 4 . 20 ) fluidically with the phase change region ( 17 ) of the sorption device ( 12 ) connected is.

Charge air cooling device according to claim 13, characterized in that the heat exchanger ( 2 ) in the third operating state additionally fluidically with the cold storage ( 9 ) connected is.

Charge air cooling device according to claim 13 or 14, characterized in that the charge air cooling device ( 1 ) has a fourth operating state in which the heat exchanger ( 2 ) by means of the two valve devices ( 4 . 20 ) fluidly with the cold storage ( 9 ) of the first cooling circuit ( 5a ) and a fluid connection of the phase change region ( 17 ) with the heat exchanger ( 2 ) through the valve devices ( 4 . 20 ) is interrupted.

Charge air cooling device according to claim 15, characterized in that in the fourth operating state of the sorption ( 16 ) of the sorption device ( 12 ) by means of the second valve device ( 20 ) in the second cooling circuit ( 5b ) is involved.

Charge air cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 2 ) two fluidically separated cooling units ( 2a . 2 B ), in such a way that the second cooling unit ( 2 B ) when flowing through with charge air downstream of the first cooler unit ( 2a ) and upstream of the charge air to be supplied to internal combustion engine ( 23 ) is attachable or attached, wherein the first cooler unit ( 2a ) in the second cooling circuit ( 5b ) is involved.

Intercooler according to claim 17, characterized in that the second cooler unit ( 5b ) by means of the first valve device ( 4 ) optionally in the first or second cooling circuit ( 5a . 5b ) is einbindbar.

Charge air cooling device according to claim 17 or 18, characterized in that the first valve device as a 4-2-way valve ( 26 ) is formed, which is adjustable between a first and a second adjustment position, - wherein the first valve means ( 4 ) in the first adjustment position the first cooling circuit ( 5a ) with an input terminal 25a of the heat exchanger ( 2 ) and the first cooling circuit ( 5a ) with the second cooling circuit ( 5b ), - wherein the first valve device ( 4 ) in the second adjustment position the second cooling circuit ( 5b ) with the input terminal ( 25a ) of the heat exchanger ( 2 ) and the first cooling circuit ( 5a ) fluidically from the second cooling circuit ( 5b ) and of the high temperature refrigeration cycle ( 13 ) separates.

Charge air cooling device according to claim 19, characterized in that the two cooler units ( 5a . 5b ) are fluidly connected in series with each other.

Charge air cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the second cooling circuit ( 5b ) in a branch point 29 fluidically into the high-temperature cooling circuit ( 13 ) passes over.

Fresh air system with a charge air cooling device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 2 ) the intercooler ( 1 ) is integrated in a fresh air line of the fresh air system.