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Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung zum Temperieren von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen T emperiervorrichtung.
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Aus der
DE 10 2016 013 926 A1 ist eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem ein Kühlmedium führenden Kreislaufsystem bekannt. Das Kreislaufsystem weist einen mit dem Kühlmedium durchströmbaren, ersten Wärmeübertrager, mittels welchem Wärme zwischen dem Kühlmedium und der Ladeluft übertragbar ist, auf. Das Kreislaufsystem weist weiterhin einen Ejektor, mittels welchem das Kühlmedium mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist, auf. Zusätzlich weist das Kreislaufsystem einen zweiten Wärmeübertrager auf, welcher parallel zu dem ersten Wärmeübertrager mit dem Kühlmedium durchströmbar ist und mittels welchem Wärme zwischen dem Kühlmedium und der Ladeluft übertragbar ist. Dabei ist der Ejektor in einer Fluidströmungsrichtung des Kreislaufsystems hinter dem ersten Wärmeübertrager und dem zweiten Wärmeübertrager angeordnet. Der erste Wärmeübertrager ist in einem ersten Kreislaufteil des Kreislaufsystems gemeinsam mit einer Fördereinrichtung zur Förderung des Kühlmediums angeordnet, wobei der erste Kreislaufteil in eine Druckseite des Ejektors mündet. Der zweite Wärmeübertrager ist gemeinsam mit einem Expansionsventil in einem zweiten Kreislaufteil des Kreislaufsystems angeordnet, wobei der zweite Kreislaufteil in eine Saugseite des Ejektors mündet. Bei einem Betrieb der Fördereinrichtung zur Förderung des Kühlmediums durch das Kreislaufsystem liegt durch Zusammenwirken des Expansionsventils und des Ejektors in dem zweiten Kreislaufteil ein geringerer Fluiddruck des Kühlmediums vor als in dem ersten Kreislaufteil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Temperiervorrichtung zum Temperieren von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer solchen Temperiervorrichtung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiervorrichtung welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Temperiervorrichtung zum Temperieren von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine umfasst ein ein Kühlmedium führendes Kreislaufsystem mit zwei Kreislaufteilen. In einem ersten Kreislaufteil ist ein mit dem Kühlmedium durchströmbarer erster Wärmetauscher, mittels welchem Wärme zwischen dem Kühlmedium und der Ladeluft übertragbar ist, eingangsseitig mit einer Fördervorrichtung zur Förderung des Kühlmediums und ausgangsseitig mit einer Druckseite eines Ejektors fluidisch gekoppelt. In einem strömungstechnisch parallel zu dem ersten Kreislaufteil geschalteten zweiten Kreislaufteil ist ein zweiter Wärmetauscher, mittels welchem Wärme zwischen dem Kühlmedium und der Ladeluft übertragbar ist, eingangsseitig mit einem Expansionsventil und ausgangsseitig mit einer Saugseite des Ejektors fluidisch gekoppelt. In Strömungsrichtung nach einem Ausgang des Ejektors ist ein von dem Kühlmedium durchströmbarer dritter Wärmetauscher fluidisch mit dem Ejektor gekoppelt und das Kreislaufsystem teilt sich in Strömungsrichtung unmittelbar nach dem dritten Wärmetauscher an einer Abzweigung in den ersten Kreislaufteil und zweiten Kreislaufteil auf.
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Erfindungsgemäß umfasst die Temperiervorrichtung eine den Ejektor umgehende, mittels einer Schalteinheit schaltbare Bypassleitung, welche eingangsseitig mit einem Ausgang des ersten Wärmetauschers und ausgangsseitig zumindest mittelbar mit einem Eingang der Fördervorrichtung und einem Eingang des Expansionsventils fluidisch gekoppelt ist. Innerhalb der Bypassleitung ist ein weiteres Expansionsventil angeordnet.
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Für eine optimierte Abgasreinigung bei Verbrennungskraftmaschinen muss ein Katalysator nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine möglichst schnell seine Betriebstemperatur erreichen. Eine Erwärmung von Luft vor einem Eintritt in die Verbrennungskraftmaschine kann durch eine sich verstärkende Wirkung zu einer Verringerung einer Warmlaufzeit der Abgasreinigung führen. In Folge wird der Emissionsausstoß des Verbrennungsmotors gesenkt.
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Mittels einer Umschaltung von dem Ejektorzweig auf die Bypassleitung mit dem weiteren Expansionsventil ist in einfacher Weise ein Betrieb des Kreislaufsystems als Wärmepumpe zu einer schnellen Erwärmung der Ladeluft realisierbar, wobei Wärme aus der Umgebung aufgenommen und diese über das Kühlmedium an die Ladeluft abgegeben wird. Hierbei wird beispielsweise nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine mittels des weiteren Expansionsventils bei starkem Drosselverlust ausschließlich ein Treibstrom des Kühlmediums erzielt, so dass eine Aufwärmung der Ladeluft vor Eintritt in die Verbrennungskraftmaschine möglich ist, was zu einem schnelleren Erreichen der Betriebstemperatur eines Katalysators führt. Diese Umschaltung erfolgt insbesondere kurzzeitig nach dem Kaltstart mit hoher Förderleistung der Fördervorrichtung, das heißt hoher Pumpenleistung im Nassdampfbereich bei hoher Drehzahl.
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Somit kann die Luft kostengünstig erwärmt werden. Dieser Zustand ist nur kurzzeitig nach einem Kaltstart erforderlich, so dass Komponenten der Temperiervorrichtung auch abseits ihres eigentlichen Auslegungspunkts betrieben werden können. Ein Eingriff in einen Luftpfad vor oder nach der Verbrennungskraftmaschine ist in besonders vorteilhafter Weise nicht erforderlich, so dass dort kein zusätzlicher Druckverlust entsteht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch ein Schaltbild einer Temperiervorrichtung zum Temperieren von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine,
- 2 ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung gemäß 1 während eines Kühlbetriebs,
- 3 schematisch ein Schaltbild einer weiteren Temperiervorrichtung zum Temperieren von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine,
- 4 schematisch ein Ersatzschaltbild der Temperiervorrichtung gemäß 4 während eines Wärmepumpenbetriebs und
- 5 ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung gemäß 4.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Schaltbild eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 zum Temperieren von Ladeluft L eines Turboladers 2 für eine Verbrennungskraftmaschine 3 dargestellt.
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Es ist bekannt, dass zur Wirkungsgradsteigerung von Verbrennungskraftmaschinen 3 Teile einer Abgasenergie über den Turbolader 2 zurückgewonnen werden. Mit dieser Leistung wird Luft vor Eintritt in die Verbrennungskraftmaschine 3, d. h. die Ladeluft L, vorverdichtet, wodurch sich die Dichte der Luft erhöht und bei gleichem Volumen einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 3 mehr Sauerstoff zugeführt werden kann. Somit kann ein Hubraum der Verbrennungskraftmaschine 3 bei gleicher oder höherer Leistung reduziert werden, wodurch ein Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann. Während der Verdichtung der Luft erhitzt sich diese jedoch stark. Um eine optimale Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine 3 sicherzustellen, beispielsweise um ein so genanntes Klopfen in Benzinmotoren zu vermeiden, und eine Temperatur nach der Verbrennungskraftmaschine 3 aus Bauteilschutzgründen zu beschränken, wird die verdichtete Ladeluft L mittels der Temperiervorrichtung 1 vor Eintritt in die Verbrennungskraftmaschine 3 temperiert, insbesondere gekühlt.
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Die Temperiervorrichtung 1 umfasst ein ein Kühlmedium M führendes Kreislaufsystem 4 mit zwei Kreislaufteilen 4.1, 4.2.
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In einem ersten Kreislaufteil 4.1 ist ein mit dem Kühlmedium M durchströmter erster Wärmetauscher 5 vorgesehen. Mittels des ersten Wärmetauschers 5, beispielsweise einem Hochtemperatur-Wärmetauscher oder Hochtemperatur-Verdampfer, ist Wärme Q zwischen dem Kühlmedium M und der Ladeluft L übertragbar. Dabei ist der erste Wärmetauscher 5 eingangsseitig mit einer Fördervorrichtung 6 zur Förderung des Kühlmediums M, beispielsweise einer Förderpumpe oder einem Verdichter, und ausgangsseitig mit einer Druckseite 7.1 eines Ejektors 7 fluidisch gekoppelt.
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In einem strömungstechnisch parallel zu dem ersten Kreislaufteil 4.1 geschalteten zweiten Kreislaufteil 4.2 ist ein zweiter Wärmetauscher 8 vorgesehen. Mittels des zweiten Wärmetauschers 8, beispielsweise eines Niedertemperatur-Wärmetauschers oder Niedertemperatur-Verdampfers, ist Wärme Q zwischen dem Kühlmedium M und der Ladeluft L übertragbar. Dabei ist der zweite Wärmetauscher 8 eingangsseitig mit einem Expansionsventil 9 und ausgangsseitig mittelbar mit einer Saugseite 7.2 des Ejektors 7 fluidisch gekoppelt.
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Das heißt, der erste Kreislaufteil 4.1 und der zweite Kreislaufteil 4.2 münden an der Druckseite 7.1 bzw. der Saugseite 7.2 des Ejektors 7 in diesen und sind so an diesem miteinander verbunden. Stromab des Ejektors 7 sind die beiden Kreislaufteile 4.1, 4.2 wieder getrennt.
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Dabei wird der Ejektor 7 beispielsweise nach einem sogenannten Venturi-Prinzip betrieben, so dass in dem ersten Kreislaufteil 4.1 ein größerer Fluiddruck des Kühlmediums M herrscht als in dem zweiten Kreislaufteil 4.2. Somit wird in dem zweiten Wärmetauscher 8 das Kühlmedium M mit einem geringeren Druck p (dargestellt in 2) geführt als in dem ersten Wärmetauscher 5. Aufgrund des geringeren Drucks p kann das Kühlmedium M im zweiten Kreislaufteil 4.2 und damit in dem zweiten Wärmetauscher 8 im Vergleich zum ersten Wärmetauscher 5 leichter verdampft werden und ein geringeres Temperaturniveau aufweisen. Dadurch ist eine besonders effiziente, stufenweise Kühlung der Ladeluft L und damit ein besonders effizientes Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 3 ermöglicht.
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Weiterhin ist der zweite Wärmetauscher 8 ausgangsseitig mit einer Wärmeabgabeseite 11.1 eines integrierten Wärmetauschers 11 fluidisch gekoppelt und die Fördervorrichtung 6 ist eingangsseitig mit einer Wärmeaufnahmeseite 11.2 des integrierten Wärmetauschers 11 fluidisch gekoppelt. In einer möglichen Ausgestaltung entfällt der integrierte Wärmetauscher 11.
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In einem Betrieb der Temperiervorrichtung 1 tritt die vom Turbolader 2 verdichtete Ladeluft L in den ersten Wärmetauscher 5 ein und wird dort abgekühlt, bevor sie der Verbrennungskraftmaschine 3 zugeführt wird. Dem Kühlmedium M, insbesondere einem Kältemittel, wird in einem insbesondere als Kondensator ausgebildeten weiteren Wärmetauscher 10 die von der Ladeluft L aufgenommene Wärme Q entzogen und beispielsweise an die Umgebungsluft abgegeben.
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Nach Austritt aus dem weiteren Wärmetauscher 10 teilt sich das Kreislaufsystem 4 an einer Abzweigung 12 in die zwei Kreislaufteile 4.1, 4.2 auf. Im ersten Kreislaufteil 4.1 wird ein Teil des Kühlmediums M mittels der Wärmeaufnahmeseite 11.2 des integrierten Wärmetauschers 11, wenn dieser vorhanden ist, weiter abgekühlt und anschließend mittels der Fördervorrichtung 6 zum ersten Wärmetauscher 5 gefördert. Durch die Fördervorrichtung 6 erfährt das Kühlmedium M eine Druckerhöhung im Vergleich zum weiteren Wärmetauscher 10. Im ersten Wärmetauscher 5 nimmt das Kühlmedium M die Wärme Q aus der Ladeluft L auf, bevor es als Treibmassenstrom weiter zum Ejektor 7 strömt. Die Ladeluft L wird dabei von ihrer maximalen Temperatur bei Eintritt in den ersten Wärmetauscher 5 auf ein mittleres Temperaturniveau abgekühlt.
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Von dort strömt die Ladeluft L weiter in den zweiten Wärmetauscher 8, der die restliche, abzuführende Wärme Q der Ladeluft L an das im zweiten Kreislaufteil 4.2 geführte Kühlmedium M abgibt. Hierbei kann eine Entspannung des Kühlmediums M auf Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur erfolgen. Nach dem zweiten Kreislaufteil 4.2 wird das Kühlmedium M in Strömungsrichtung nach dem weiteren Wärmetauscher 10 anhand eines Druckabfalls in dem insbesondere regelbaren Expansionsventil 9 auf ein niedrigeres Druck- und Temperaturniveau als am dritten Wärmetauscher 10 entspannt. Danach tritt das Kühlmedium M in den zweiten Wärmetauscher 8 ein und entzieht der Ladeluft L zusätzliche Wärme Q. Danach wird das Kühlmedium M mittels der Wärmeabgabeseite 11.1 des integrierten Wärmetauschers 11, soweit dieser vorhanden ist, weiter erhitzt, insbesondere überhitzt, vom Ejektor 7 angesaugt und vereint sich wieder mit dem Kühlmedium M des ersten Kreislaufteils 4.1. Ein Temperaturniveau im zweiten Wärmetauscher 8 ist dabei über eine Drosselwirkung des Expansionsventils 9 einstellbar.
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Zu dieser Regelung umfasst das Expansionsventil 9 eine Regeleinheit 9.1, welche beispielsweise mit zumindest einem, in Strömungsrichtung unmittelbar nach einem Ausgang der Wärmeabgabeseite 11.1 des integrierten Wärmetauschers 11 angeordneten, nicht näher dargestellten Temperatursensor datentechnisch gekoppelt ist. Anhand von Signalen des Temperatursensors wird die Temperatur des überhitzten Kühlmediums M in Strömungsrichtung nach dem Ausgang der Wärmeabgabeseite 11.1 ermittelt. In Abhängigkeit dieser Temperatur, deren Sollwert eine Regelgröße für das Expansionsventil 9 bildet, erfolgt die Regelung des Expansionsventils 9. Diese Regelung erfolgt dabei elektrisch und/oder thermisch, wobei mittels der Regelung sichergestellt werden kann, dass das Kühlmedium M im integrierten Wärmetauscher 11 vollständig überhitzt wird.
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Ein erreichbarer Massenstrom in Kombination mit einem erwünschten Temperaturniveau wird über eine regelbare Saugleistung des Ejektors 7 eingestellt. Dabei bildet das im ersten Kreislaufteil 4.1 geführte Kühlmedium M nach dem ersten Wärmetauscher 5 einen Treibmassenstrom und dient durch Kopplung mit der Druckseite 7.1 des Ejektors 7 als Antriebsquelle desselben. In Abhängigkeit eines Zustands des Kühlmediums M, beispielsweise als Nassdampf oder überhitztes Gas, einem Massenstrom und einer aufgenommenen Wärme Q stellt sich eine Saugleistung des Ejektors 7 ein. Der Treibmassenstrom wird in einer nicht näher dargestellten Treibdüse des Ejektors 7 entspannt und tritt beispielsweise mit Schallgeschwindigkeit in den Ejektor 7 ein. Beim Austritt aus der Treibdüse entsteht ein Unterdruck, welcher einen Massenstrom des Kühlmediums M aus dem zweiten Wärmetauscher 8 des zweiten Kreislaufteils 4.2 ansaugt und daher als Düsenstrahlpumpe arbeitet. Im Ejektor 7 vereinen sich der Treibmassenstrom und der angesaugte Massenstrom des Kühlmediums M und werden vor Austritt aus dem Ejektor 7 verlangsamt und auf ein gewünschtes Druckniveau entspannt.
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2 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie KL eines Druck-Enthalpie-Verlaufs des Kühlmediums M innerhalb der Temperiervorrichtung 1 gemäß 1 während eines Kühlbetriebs. Dabei ist ein Druck p des Kühlmediums M in Abhängigkeit der Enthalpie H abgetragen.
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Dabei läuft während des Betriebs der Temperiervorrichtung 1 in dem Kreislaufsystem 4 ein Clausius-Rankine-Kreisprozess ab.
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Hierbei erfährt das Kühlmedium M im ersten Kreislaufteil 4.1 in der Wärmeaufnahmeseite 11.2 des integrierten Wärmetauschers 11 eine isobare Abkühlung, welche im Druck-Enthalpie-Diagramm durch die Punkte P5 und P1 begrenzt ist. Anschließend erfolgt, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P1 und P2 befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL, eine adiabate und isentrope Kompression des Kühlmediums M durch die Fördervorrichtung 6, welche das Kühlmedium M in den ersten Wärmetauscher 5 fördert. Im ersten Wärmetauscher 5 erfolgt, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P2 und P3 befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL, eine isobare Wärmezufuhr, wobei das Kühlmedium M isotherm verdampft. Anschließend wird das Kühlmedium M zur Druckseite 7.1 des Ejektors 7 geführt, wobei eine adiabate Expansion des Kühlmediums M, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P3 und P4' befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL, erfolgt. Anschließend erfolgt innerhalb des Ejektors 7, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P4' und P4 befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL, eine erste isobare Kondensation des Kühlmediums M und anschließend eine weitere isobare Kondensation des Kühlmediums M im dritten, als Kondensator ausgebildeten Wärmetauscher 10 durch Kühlung, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P4 und P5 befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL.
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Das heißt, das Kühlmedium M wird in dem integrierten Wärmetauscher 11 nach dem dritten Wärmetauscher 10 noch weiter unterkühlt, wobei die Unterkühlung nach der Abzweigung 12 vor der Fördervorrichtung 6 erfolgt. Durch die verringerte Temperatur vor der Fördervorrichtung 6 tritt das Kühlmedium M mit einer geringeren Temperatur in den ersten Wärmetauscher 5 ein. Aufgrund der geringeren Eintrittstemperatur kann die Ladeluft L auf eine geringere Mitteltemperatur nach dem ersten Wärmetauscher 5 abgekühlt werden. Das heißt, es kann mehr Wärme Q in der ersten Teilstufe in dem ersten Wärmetauscher 5 aus der Ladeluft L entzogen werden. Zusätzlich macht die weitere Unterkühlung die Temperiervorrichtung 1 robuster bei dynamischen Schwankungen in der Ladelufttemperatur und dem Massenstrom des Kühlmediums M. Somit ist es möglich, auch dann, wenn die Wärmeabfuhr im ersten Wärmetauscher 5 nicht mehr ausreichend ist, mittels des integrierten Wärmetauschers 11 in vielen Betriebszuständen dennoch eine weitere Abkühlung des Kühlmediums M und zumindest teilweise auch einen Phasenwechsel des Kühlmediums M sicherzustellen. Somit kann ein gegenüber dynamischen Schwankungen, die verhindern, dass das Kühlmedium M im dritten Wärmetauscher 10 unterkühlt wird, besonders robuster Kreislauf realisiert werden.
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Im zweiten Kreislaufteil 4.2 erfährt das Kühlmedium M im Expansionsventil 9 eine Entspannung auf ein niedrigeres Druck- und Temperaturniveau als am dritten Wärmetauscher 10, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P5 und P6 befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL. Anschließend erfolgt im zweiten Wärmetauscher 8, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P6 und P6' befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL, eine isobare Wärmezufuhr und darauf folgend eine Überhitzung des Kühlmediums M in der Wärmeabgabeseite 11.1 des integrierten Wärmetauschers 11, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P6' und P7 befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL. Im Ejektor 7 wird das Kühlmedium M adiabat und isentrop komprimiert und mit dem Kühlmedium M des ersten Kreislaufteils 4.1 zusammengeführt, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P7 und P4 befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL. Anschließend erfolgt die isobare Kondensation des Kühlmediums M im weiteren, als Kondensator ausgebildeten Wärmetauscher 10 durch Kühlung, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P4 und P5 befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL.
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Die Integration der Wärmeabgabeseite 11.1 des integrierten Wärmetauschers 11 nach dem zweiten Wärmetauscher 8 ermöglicht einen Bauteilschutz für diesen, da eine Überhitzung des Kühlmediums M nur im integrierten Wärmetauscher 11 stattfindet. Zusätzlich kann durch den integrierten Wärmetauscher 11 an dieser Stelle weitere Kühlleistung des Kühlmediums M genutzt werden, welche in manchen Betriebszuständen zu keiner weiteren Kühlung der Ladeluft L nutzbar wäre.
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In 3 ist ein Schaltbild eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 zum Temperieren von Ladeluft L eines Turboladers 2 für eine Verbrennungskraftmaschine 3 dargestellt. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild der Temperiervorrichtung 1 gemäß 4 während eines Wärmepumpenbetriebs und 5 ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie KL eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung 1 gemäß 4.
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Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine den Ejektor 7 umgehende, mittels einer Schalteinheit 13, beispielsweise einem Ventil, schaltbare Bypassleitung 14 vorgesehen, welche eingangsseitig mit einem Ausgang des ersten Wärmetauschers 5 und ausgangsseitig über die Abzweigung 12 mittelbar mit einem Eingang der Fördervorrichtung 6 und einem Eingang des Expansionsventils 9 fluidisch gekoppelt ist. Innerhalb der Bypassleitung 14 ist ein weiteres Expansionsventil 15 angeordnet.
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Um unmittelbar nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 3 eine schnelle Erwärmung eines Katalysators der Verbrennungskraftmaschine 3 zu erzielen, wird die Temperiervorrichtung 1 zumindest kurzzeitig in einem Wärmepumpenbetrieb betrieben.
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Hierzu wird der Ejektor 7 mittels der Schalteinheit 13 deaktiviert und die Bypassleitung 14 wird aktiviert. Der Kühlmedienstrom wird somit auf das weitere Expansionsventil 15 geschaltet.
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Durch die Unterbrechung des Treibmassenstroms vor dem Ejektor 7 wird kein Kühlmedium M mehr von diesem angesaugt, so dass kein Massenstrom über den zweiten Wärmetauscher 8 fließen kann. Ein Schließen des Expansionsventils 9 im Niederdruck-Pfad ist daher zum außer Betrieb setzen des zweiten Wärmetauscher 8 nicht erforderlich.
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Das Kühlmedium M wird im weiteren Expansionsventil 15 auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur entspannt. In Folge dessen wird der Umgebung im dritten Wärmetauscher 10 Wärme Q entzogen, so dass ein Dampfanteil und eine innere Energie des Kühlmediums M steigen. Die Fördervorrichtung 6 erzeugt eine Druckerhöhung, wodurch das Kühlmedium M eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur annimmt. Dem somit erwärmten Kühlmedium M wird anschließend im ersten Wärmetauscher 5 Wärme Q entzogen, sodass sich die durch den ersten Wärmetauscher 5 strömende Ladeluft L erwärmt.
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Die Fördervorrichtung 6 arbeitet in diesem Betriebsfall in einem Grenzbereich im Zweiphasengebiet. Kann die Fördervorrichtung 6 einen Massenstrom mit höherem Dampfanteil fördern, fällt auch eine Wärmeeinkopplung in die Ladeluft L höher aus.
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Je nach Umgebungstemperatur kann es zu einem Vereisen des dritten Wärmetauschers 10 kommen, so dass dieser Betriebszustand nur für kurze Zeit während des Kaltstarts verwendet wird. Sobald eine Kühlung der Ladeluft L benötigt wird, strömt heißes Kühlmedium M durch den dritten Wärmetauscher 10, so dass dieser wieder vollständig eisfrei wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperiervorrichtung
- 2
- Turbolader
- 3
- Verbrennungskraftmaschine
- 4
- Kreislaufsystem
- 4.1
- Kreislaufteil
- 4.2
- Kreislaufteil
- 5
- Wärmetauscher
- 6
- Fördervorrichtung
- 7
- Ejektor
- 7.1
- Druckseite
- 7.2
- Saugseite
- 8
- Wärmetauscher
- 9
- Expansionsventil
- 9.1
- Regeleinheit
- 10
- Wärmetauscher
- 11
- integrierter Wärmetauscher
- 11.1
- Wärmeabgabeseite
- 11.2
- Wärmeaufnahmeseite
- 12
- Abzweigung
- 13
- Schalteinheit
- 14
- Bypassleitung
- 15
- Expansionsventil
- H
- Enthalpie
- KL
- Kennlinie
- L
- Ladeluft
- M
- Kühlmedium
- p
- Druck
- P1
- Punkt
- P2
- Punkt
- P3
- Punkt
- P4, P4'
- Punkt
- P5
- Punkt
- P6, P6'
- Punkt
- P7
- Punkt
- Q
- Wärme
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016013926 A1 [0003]
