DE102019008771A1 - Temperature control device for temperature control of charge air for an internal combustion engine - Google Patents

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Tobias Matthias Beran
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung (1) zum Temperieren von Ladeluft (L) für eine Verbrennungskraftmaschine (3) mit einem ein Kühlmedium (M) führenden Kreislaufsystem (4) mit zwei Kreislaufteilen (4.1, 4.2). Erfindungsgemäß ist das Kreislaufsystem (4) mit einem Kältemittelkreislauf (16) einer Fahrzeugklimaanlage fluidisch gekoppelt oder koppelbar.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Temperiervorrichtung (1).The invention relates to a temperature control device (1) for controlling the temperature of charge air (L) for an internal combustion engine (3) with a circulation system (4) carrying a cooling medium (M) with two circulation parts (4.1, 4.2). According to the invention, the circuit system (4) is fluidically coupled or can be coupled to a refrigerant circuit (16) of a vehicle air conditioning system. The invention also relates to a method for operating such a temperature control device (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung zum Temperieren von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a temperature control device for temperature control of charge air for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen T em periervorrichtu ng.The invention further relates to a method for operating such a T em periervorrichtu ng.

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.From the DE 10 2016 013 926 A1 a cooling device for cooling charge air for an internal combustion engine with a circulation system carrying a cooling medium is known. The circulatory system has a first heat exchanger through which the cooling medium can flow and by means of which heat can be transferred between the cooling medium and the charge air. The circulatory system also has an ejector, by means of which the cooling medium can be subjected to a negative pressure. In addition, the circulatory system has a second heat exchanger through which the cooling medium can flow parallel to the first heat exchanger and by means of which heat can be transferred between the cooling medium and the charge air. The ejector is arranged in a fluid flow direction of the circulatory system behind the first heat exchanger and the second heat exchanger. The first heat exchanger is arranged in a first circuit part of the circuit system together with a conveying device for conveying the cooling medium, the first circuit part opening into a pressure side of the ejector. The second heat exchanger is arranged together with an expansion valve in a second circuit part of the circuit system, the second circuit part opening into a suction side of the ejector. When the conveying device is operated to convey the cooling medium through the circulatory system, the interaction of the expansion valve and the ejector results in a lower fluid pressure of the cooling medium in the second circulatory part than in the first circulatory part.

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.The invention is based on the object of specifying a temperature control device for controlling the temperature of charge air for an internal combustion engine, which is improved over the prior art, and an improved method for operating such a temperature control device.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiervorrichtung welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a temperature control device which has the features specified in claim 1, and by a method which has the features specified in claim 7.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject of the subclaims.

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.A temperature control device for controlling the temperature of charge air for an internal combustion engine comprises a circulation system which carries a cooling medium and has two circulation parts. In a first circuit part, a first heat exchanger through which the cooling medium can flow and by means of which heat can be transferred between the cooling medium and the charge air is fluidically coupled on the inlet side to a conveying device for conveying the cooling medium and on the outlet side to a pressure side of an ejector. In a second circuit part, connected fluidically parallel to the first circuit part, a second heat exchanger, by means of which heat can be transferred between the cooling medium and the charge air, is fluidically coupled on the inlet side to an expansion valve and on the outlet side to a suction side of the ejector. In the direction of flow after an outlet of the ejector, a third heat exchanger through which the cooling medium can flow is fluidly coupled to the ejector and the circulatory system splits into the first circulatory part and second circulatory part in the direction of flow immediately after the third heat exchanger at a junction.

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. Zusätzlich ist das Kreislaufsystem mit einem Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage fluidisch gekoppelt oder koppelbar.According to the invention, the temperature control device comprises a bypass line, which bypasses the ejector and can be switched by means of a switching unit, which is fluidically coupled on the input side to an output of the first heat exchanger and on the output side at least indirectly to an input of the conveyor device and an input of the expansion valve. Another expansion valve is arranged within the bypass line. In addition, the circuit system is fluidically coupled or can be coupled to a refrigerant circuit of a vehicle air conditioning system.

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.For optimized exhaust gas cleaning in internal combustion engines, a catalytic converter must reach its operating temperature as quickly as possible after a cold start of the internal combustion engine. A heating of air before it enters the internal combustion engine can lead to a reduction in the warm-up time of the exhaust gas purification due to an intensifying effect. As a result, emissions from the internal combustion engine are reduced.

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.By switching from the ejector branch to the bypass line with the further expansion valve, the circulation system can be operated as a heat pump for rapid heating of the charge air, with heat from the environment being absorbed and this being released to the charge air via the cooling medium. In this case, for example, after a cold start of the internal combustion engine, by means of the further expansion valve in the event of a strong throttle loss, only a driving flow of the cooling medium is achieved, so that the charge air is heated up Entry into the internal combustion engine is possible, which leads to the operating temperature of a catalytic converter being reached more quickly. This switchover takes place in particular briefly after the cold start with a high delivery rate of the delivery device, that is, a high pump capacity in the wet steam range at high speed.

Da die Fördereinheit des Kreislaufsystems im Allgemeinen derart ausgebildet ist, dass diese das Kühlmedium nur im flüssigen Zustand effektiv fördern kann, führt eine Anwendung der Fördereinheit mit einem teilweise dampfförmigen Fluid, wie es im genannten Wärmepumpenbetrieb auftreten kann, zu geringen Fördervolumina. Die Kopplung des Kreislaufsystems mit dem Kältemittelkreislauf der Fahrzeugklimaanlage und eine somit mögliche Verwendung eines Kompressors des Kältemittelkreislaufs zur Förderung des Kühlmediums im Wärmepumpenbetrieb ermöglicht eine effektive Volumenförderung. Dies führt zu einer signifikant größeren Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft und einer signifikant größeren Wärmeabgabe an die Ladeluft der Verbrennungskraftmaschine zur Erwärmung dieser. Zusätzlich kann der Kompressor des Kältemittelkreislaufs in Fällen von geringer Teillast oder sonstigem Stillstand der Fahrzeugklimaanlage genutzt werden.Since the delivery unit of the circulatory system is generally designed in such a way that it can only deliver the cooling medium effectively in the liquid state, an application of the delivery unit with a partially vaporous fluid, as can occur in the aforementioned heat pump operation, leads to low delivery volumes. The coupling of the circulation system with the refrigerant circuit of the vehicle air conditioning system and a possible use of a compressor of the refrigerant circuit for conveying the cooling medium in heat pump operation enables effective volume conveyance. This leads to a significantly greater amount of heat being absorbed from the ambient air and a significantly greater amount of heat being given off to the charge air of the internal combustion engine in order to heat it up. In addition, the compressor of the refrigerant circuit can be used in cases of low partial load or other downtimes of the vehicle air conditioning system.

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.The air can thus be heated inexpensively. This state is only required for a short time after a cold start, so that components of the temperature control device can also be operated outside of their actual design point. Intervention in an air path upstream or downstream of the internal combustion engine is particularly advantageously not necessary, so that there is no additional pressure loss there.

Aufgrund der Anströmung des Kompressors mit gasförmigem Kühlmedium kann eine effektive Ausnutzung des Zweiphasengebiets mit einer verbesserten Wärmeaufnahme in der Ladeluft geschaffen werden. Weiterhin wird eine Verringerung an Druckanforderungen an Komponenten des Kreislaufsystems erzielt, da über den Verdampfer des Kältemittelkreislaufs ein Druckausgleich in einer Kühlmedienleitung erzeugt werden kann.Due to the flow of gaseous cooling medium onto the compressor, the two-phase area can be effectively used with improved heat absorption in the charge air. Furthermore, a reduction in the pressure requirements for components of the circulation system is achieved, since a pressure equalization can be generated in a coolant line via the evaporator of the refrigerant circuit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 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,
  • 5 ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung gemäß 4,
  • 6 schematisch ein Schaltbild einer weiteren Temperiervorrichtung zum Temperieren von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine während eines Wärmepumpenbetriebs und
  • 7 ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung gemäß 6.
Show:
  • 1 schematically a circuit diagram of a temperature control device for temperature control of charge air for an internal combustion engine,
  • 2 a pressure-enthalpy diagram with a characteristic curve of a pressure-enthalpy profile of the temperature control device according to FIG 1 during cooling operation,
  • 3 schematically a circuit diagram of a further temperature control device for temperature control of charge air for an internal combustion engine,
  • 4th schematically an equivalent circuit diagram of the temperature control device according to 4th during heat pump operation,
  • 5 a pressure-enthalpy diagram with a characteristic curve of a pressure-enthalpy profile of the temperature control device according to FIG 4th ,
  • 6th schematically a circuit diagram of a further temperature control device for temperature control of charge air for an internal combustion engine during heat pump operation and
  • 7th a pressure-enthalpy diagram with a characteristic curve of a pressure-enthalpy profile of the temperature control device according to FIG 6th .

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

In 1 ist ein Schaltbild eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 zum Temperieren von Ladeluft L eines Turboladers 2 für eine Verbrennungskraftmaschine 3 dargestellt.In 1 is a circuit diagram of a possible embodiment of a temperature control device 1 for temperature control of charge air L. a turbocharger 2 for an internal combustion engine 3 shown.

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.It is known that to increase the efficiency of internal combustion engines 3 Parts of an exhaust energy via the turbocharger 2 to be recovered. With this power, air is generated before it enters the internal combustion engine 3 , ie the charge air L. , pre-compressed, whereby the density of the air increases and with the same volume a combustion chamber of the internal combustion engine 3 more oxygen can be supplied. Thus, a cubic capacity of the internal combustion engine 3 can be reduced at the same or higher power, whereby fuel consumption can be reduced. During the compression of the air, however, it heats up strongly. To ensure optimal combustion in the internal combustion engine 3 ensure, for example, to avoid so-called knocking in gasoline engines, and a temperature after the internal combustion engine 3 For reasons of component protection, the compressed charge air is restricted L. by means of the temperature control device 1 before entering the internal combustion engine 3 tempered, especially cooled.

Die Temperiervorrichtung 1 umfasst ein ein Kühlmedium M, insbesondere ein Kältemittel, führendes Kreislaufsystem 4 mit zwei Kreislaufteilen 4.1, 4.2.The temperature control device 1 includes a cooling medium M. , in particular a refrigerant, leading circulatory system 4th with two circuit parts 4.1 , 4.2 .

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.In a first part of the cycle 4.1 is one with the cooling medium M. flowed through first heat exchanger 5 intended. By means of the first Heat exchanger 5 , for example a high temperature heat exchanger or high temperature evaporator, is heat Q between the cooling medium M. and the charge air L. transferable. Here is the first heat exchanger 5 on the input side with a conveyor 6th for conveying the cooling medium M. , for example a feed pump or a compressor, and on the output side with a pressure side 7.1 an ejector 7th fluidically coupled.

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.In a fluidically parallel to the first part of the circuit 4.1 switched second part of the circuit 4.2 is a second heat exchanger 8th intended. By means of the second heat exchanger 8th , for example a low temperature heat exchanger or low temperature evaporator, is heat Q between the cooling medium M. and the charge air L. transferable. Here is the second heat exchanger 8th On the inlet side with an expansion valve 9 and indirectly with a suction side on the outlet side 7.2 of the ejector 7th fluidically coupled.

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.That is, the first part of the cycle 4.1 and the second circuit part 4.2 open on the pressure side 7.1 or the suction side 7.2 of the ejector 7th in these and are thus connected to one another at this. Downstream of the ejector 7th are the two parts of the cycle 4.1 , 4.2 separated again.

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.This is where the ejector 7th operated for example according to a so-called Venturi principle, so that in the first part of the circuit 4.1 a greater fluid pressure of the cooling medium M. prevails than in the second part of the cycle 4.2 . Thus, in the second heat exchanger 8th the cooling medium M. with less pressure p (shown in 2 ) than in the first heat exchanger 5 . Because of the lower pressure p can the cooling medium M. in the second part of the cycle 4.2 and thus in the second heat exchanger 8th compared to the first heat exchanger 5 are more easily evaporated and have a lower temperature level. This provides a particularly efficient, step-by-step cooling of the charge air L. and thus a particularly efficient operation of the internal combustion engine 3 enables.

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.There is also the second heat exchanger 8th on the output side with a heat emission side 11.1 an integrated heat exchanger 11 fluidically coupled and the conveying device 6th is on the inlet side with a heat absorption side 11.2 of the integrated heat exchanger 11 fluidically coupled. In one possible embodiment, the integrated heat exchanger is omitted 11 .

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.In one operation of the temperature control device 1 occurs from the turbocharger 2 compressed charge air L. in the first heat exchanger 5 and is cooled there before it enters the internal combustion engine 3 is fed. The cooling medium M. , in particular a refrigerant, is in a further heat exchanger, in particular designed as a condenser 10 those of the charge air L. absorbed heat Q withdrawn and released into the ambient air, for example.

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.After exiting the further heat exchanger 10 divides the circulatory system 4th at a junction 12th in the two parts of the circuit 4.1 , 4.2 on. In the first part of the cycle 4.1 becomes part of the cooling medium M. by means of the heat absorption side 11.2 of the integrated heat exchanger 11 If this is present, cooled further and then by means of the conveyor device 6th to the first heat exchanger 5 promoted. Through the conveyor 6th experiences the cooling medium M. an increase in pressure compared to the additional heat exchanger 10 . In the first heat exchanger 5 takes the cooling medium M. the heat Q from the charge air L. on before it continues as a propellant mass flow to the ejector 7th flows. The charge air L. is determined by its maximum temperature when entering the first heat exchanger 5 cooled to a medium temperature level.

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.The charge air flows from there L. further into the second heat exchanger 8th the remaining heat to be dissipated Q the charge air L. to that in the second part of the cycle 4.2 guided cooling medium M. gives away. This can result in a relaxation of the cooling medium M. take place at temperatures below the ambient temperature. After the second part of the cycle 4.2 becomes the cooling medium M. in the direction of flow after the further heat exchanger 10 based on a pressure drop in the expansion valve, which can in particular be regulated 9 to a lower pressure and temperature level than on the third heat exchanger 10 relaxed. Then the cooling medium occurs M. into the second heat exchanger 8th and withdraws the charge air L. additional warmth Q . After that, the cooling medium M. by means of the heat emission side 11.1 of the integrated heat exchanger 11 If this is available, it is further heated, in particular overheated, by the ejector 7th sucked in and reunites with the cooling medium M. of the first part of the circulatory system 4.1 . A temperature level in the second heat exchanger 8th is via a throttling effect of the expansion valve 9 adjustable.

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.This control includes the expansion valve 9 a control unit 9.1 , which, for example, with at least one, in the flow direction immediately after an exit of the heat release side 11.1 of the integrated heat exchanger 11 arranged, not shown temperature sensor is data-coupled. The temperature of the overheated cooling medium is determined on the basis of signals from the temperature sensor M. in the direction of flow after the exit of the heat release side 11.1 determined. Depending on this temperature, its setpoint is a controlled variable for the expansion valve 9 the expansion valve is regulated 9 . This regulation takes place electrically and / or thermally, whereby it can be ensured by means of the regulation that the cooling medium M. in the integrated heat exchanger 11 completely overheated.

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.An achievable mass flow in combination with a desired temperature level is achieved via an adjustable suction power of the ejector 7th set. This forms the first part of the cycle 4.1 guided cooling medium M. after the first heat exchanger 5 a propellant mass flow and is used by coupling with the pressure side 7.1 of the ejector 7th as the drive source of the same. Depending on a condition of the cooling medium M. , for example as wet steam or superheated gas, a mass flow and absorbed heat Q there is a suction power of the ejector 7th a. The propellant mass flow is in a propulsion nozzle, not shown in detail, of the ejector 7th relaxes and enters the ejector at the speed of sound, for example 7th a. When it emerges from the motive nozzle, a negative pressure is created, which creates a mass flow of the cooling medium M. from the second heat exchanger 8th of the second part of the circuit 4.2 sucks in and therefore works as a jet pump. In the ejector 7th the propellant mass flow and the sucked in mass flow of the cooling medium combine M. and are before exiting the ejector 7th slowed down and relaxed to a desired pressure level.

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. 2 shows a pressure-enthalpy diagram with a characteristic KL a pressure-enthalpy curve of the cooling medium M. inside the temperature control device 1 according to 1 during a cooling operation. There is a pressure here p of the cooling medium M. depending on the enthalpy H worn away.

Dabei läuft während des Betriebs der Temperiervorrichtung 1 in dem Kreislaufsystem 4 ein Clausius-Rankine-Kreisprozess ab.The temperature control device runs during operation 1 in the circulatory system 4th a Clausius-Rankine cycle.

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.The cooling medium experiences this M. in the first part of the circulatory system 4.1 in the heat absorption side 11.2 of the integrated heat exchanger 11 an isobaric cooling, which is indicated in the pressure-enthalpy diagram by the points P5 and P1 is limited. This is then done, indicated by a between the points P1 and P2 located section of the characteristic KL , an adiabatic and isentropic compression of the cooling medium M. by the conveyor 6th , which is the cooling medium M. in the first heat exchanger 5 promotes. In the first heat exchanger 5 takes place, indicated by a between the points P2 and P3 located section of the characteristic KL , an isobaric heat supply, the cooling medium M. isothermally evaporated. Then the cooling medium M. to the print side 7.1 of the ejector 7th performed, with an adiabatic expansion of the cooling medium M. , indicated by one between the points P3 and P4 ' located section of the characteristic KL , he follows. This then takes place inside the ejector 7th , indicated by one between the points P4 ' and P4 located section of the characteristic KL , a first isobaric condensation of the cooling medium M. and then another isobaric condensation of the cooling medium M. in the third heat exchanger designed as a condenser 10 by cooling, indicated by one between the points P4 and P5 located section of the characteristic KL .

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.That is, the cooling medium M. is in the integrated heat exchanger 11 after the third heat exchanger 10 still further hypothermic, with hypothermia after the diversion 12th in front of the conveyor 6th he follows. Due to the reduced temperature in front of the conveyor 6th the cooling medium occurs M. with a lower temperature in the first heat exchanger 5 a. Due to the lower inlet temperature, the charge air can L. to a lower mean temperature after the first heat exchanger 5 be cooled down. That means it can have more heat Q in the first sub-stage in the first heat exchanger 5 from the charge air L. be withdrawn. In addition, the further subcooling makes the temperature control device 1 more robust with dynamic fluctuations in the charge air temperature and the mass flow of the cooling medium M. . Thus it is possible even if the heat dissipation in the first heat exchanger 5 is no longer sufficient by means of the integrated heat exchanger 11 In many operating states, however, a further cooling of the cooling medium M. and at least partially also a phase change of the cooling medium M. to ensure. Thus, one can face dynamic fluctuations that prevent the cooling medium M. in the third heat exchanger 10 is undercooled, a particularly robust cycle can be implemented.

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.In the second part of the cycle 4.2 experiences the cooling medium M. in the expansion valve 9 relaxation to a lower pressure and temperature level than on the third heat exchanger 10 , indicated by one between the points P5 and P6 located section of the characteristic KL . This then takes place in the second heat exchanger 8th , indicated by one between the points P6 and P6 ' located section of the characteristic KL , an isobaric heat supply and subsequent overheating of the cooling medium M. in the heat emission side 11.1 of the integrated heat exchanger 11 , indicated by one between the points P6 ' and P7 located section of the characteristic KL . In the ejector 7th becomes the cooling medium M. adiabatically and isentropically compressed and with the cooling medium M. of the first part of the circulatory system 4.1 merged, indicated by a between the points P7 and P4 located section of the characteristic KL . The isobaric condensation of the cooling medium then takes place M. in the further, designed as a condenser heat exchanger 10 by cooling, characterized by a between the points P4 and P5 located section of the characteristic KL .

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.The integration of the heat emission side 11.1 of the integrated heat exchanger 11 after the second heat exchanger 8th enables component protection for this as the cooling medium overheats M. only in the integrated heat exchanger 11 takes place. In addition, the integrated heat exchanger 11 further cooling capacity of the cooling medium at this point M. can be used, which in some operating states does not result in any further cooling of the charge air L. would be usable.

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.In 3 is a circuit diagram of another possible embodiment of a temperature control device 1 for temperature control of charge air L. a turbocharger 2 for an internal combustion engine 3 shown. 4th shows an equivalent circuit diagram of the temperature control device 1 according to 4th during heat pump operation and 5 a pressure-enthalpy diagram with a characteristic KL a pressure-enthalpy curve of the temperature control device 1 according to 4th .

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.In contrast to the in 1 The first embodiment shown is also an ejector 7th immediate, by means of a switching unit 13th , for example a valve, switchable bypass line 14th provided, which on the input side with an output of the first heat exchanger 5 and on the output side via the junction 12th indirectly with an input of the conveyor device 6th and an inlet of the expansion valve 9 is fluidically coupled. Inside the bypass line 14th is another expansion valve 15th arranged.

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.To immediately after a cold start of the internal combustion engine 3 rapid heating of a catalytic converter of the internal combustion engine 3 to achieve, the temperature control device 1 operated at least for a short time in a heat pump mode.

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.The ejector is used for this 7th by means of the switching unit 13th deactivated and the bypass line 14th is activated. The coolant flow is thus transferred to the further expansion valve 15th switched.

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.By interrupting the propellant mass flow in front of the ejector 7th becomes no cooling medium M. sucked in more of this, so that no mass flow through the second heat exchanger 8th can flow. Closing the expansion valve 9 in the low-pressure path is therefore to put the second heat exchanger out of operation 8th not mandatory.

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.The cooling medium M. becomes in the further expansion valve 15th relaxed to a temperature below ambient temperature. As a result, the environment in the third heat exchanger 10 warmth Q withdrawn, so that a steam portion and an internal energy of the cooling medium M. climb. The conveyor 6th creates a pressure increase, thereby reducing the cooling medium M. assumes a temperature above the ambient temperature. The thus heated cooling medium M. is then in the first heat exchanger 5 warmth Q withdrawn so that the through the first heat exchanger 5 flowing charge air L. warmed up.

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.The conveyor 6th works in this operating case in a border area in the two-phase area. Can the conveyor 6th promote a mass flow with a higher proportion of steam, there is also a coupling of heat into the charge air L. higher off.

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.Depending on the ambient temperature, the third heat exchanger can freeze up 10 come so that this operating state is only used for a short time during the cold start. As soon as a cooling of the charge air L. is required, hot cooling medium flows M. through the third heat exchanger 10 so that it is completely free of ice again.

In 6 ist ein Schaltbild eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 zum Temperieren von Ladeluft L für eine Verbrennungskraftmaschine 3 während eines Wärmepumpenbetriebs dargestellt.In 6th is a circuit diagram of another possible embodiment of a temperature control device 1 for temperature control of charge air L. for an internal combustion engine 3 shown during heat pump operation.

Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kreislaufsystem 4 mit einem Kältemittelkreislauf 16 einer Fahrzeugklimaanlage fluidisch gekoppelt oder koppelbar.In contrast to the in 3 illustrated embodiment is the circulatory system 4th with a refrigerant circuit 16 a vehicle air conditioning system fluidically coupled or can be coupled.

Des Weiteren umfasst das Kreislaufsystem 4 nicht den integrierten Wärmetauscher 11. In einer möglichen nicht näher dargestellten Ausgestaltung der Temperiervorrichtung 1 kann der integrierte Wärmetauscher 11 jedoch analog zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein.It also includes the circulatory system 4th not the integrated heat exchanger 11 . In a possible embodiment of the temperature control device, not shown in detail 1 can the integrated heat exchanger 11 but analogous to the one in 3 illustrated embodiment may be provided.

Der Kältemittelkreislauf 16 umfasst einen Kompressor 17 und einen dem Kompressor 17 nachgeschalteten Kondensator 18. Dem Kondensator 18 ist eine Wärmeaufnahmeseite 19.1 eines integrierten Wärmetauschers 19 nachgeschaltet, welcher wiederum ein insbesondere regelbar ausgebildetes Expansionsventil 20 nachgeschaltet ist. Dem Expansionsventil 20 ist ein Verdampfer 21 nachgeschaltet und dem Verdampfer 21 ist eine Wärmeabgabeseite 19.2 des integrierten Wärmetauschers 19 nachgeschaltet. Weiterhin umfasst der Kältemittelkreislauf 16 eine dem Verdampfer 21 über die Wärmeabgabeseite 19.2 des integrierten Wärmetauschers 19 mittelbar nachgeschaltete und dem Kompressor 17 vorgeschaltete Schalteinheit 22, beispielsweise ein Schaltventil. In dem Kältemittelkreislauf 16 wird ebenfalls das Kühlmedium M, welches insbesondere als Kältemittel ausgebildet ist, geführt.The refrigerant circuit 16 includes a compressor 17th and one the compressor 17th downstream capacitor 18th . The condenser 18th is a heat absorption side 19.1 an integrated heat exchanger 19th downstream, which in turn is a particularly controllable expansion valve 20th is downstream. The expansion valve 20th is a vaporizer 21 downstream and the evaporator 21 is a heat release side 19.2 of the integrated heat exchanger 19th downstream. The refrigerant circuit also includes 16 one to the vaporizer 21 via the heat emission side 19.2 of the integrated heat exchanger 19th indirectly downstream and the compressor 17th upstream switching unit 22nd , for example a switching valve. In the refrigerant circuit 16 will also the cooling medium M. , which is designed in particular as a refrigerant, out.

Die Schalteinheit 22 des Kältemittelkreislaufs 16 ist fluidisch mit der Abzweigung 12 des Kreislaufsystems 4 gekoppelt.The switching unit 22nd of the refrigerant circuit 16 is fluidic with the branch 12th the circulatory system 4th coupled.

Im Kreislaufsystem 4 ist zwischen der Fördervorrichtung 6 und dem ersten Wärmetauscher 5 eine Koppelstelle 23 ausgebildet. Weiterhin ist im Kältemittelkreislauf 16 zwischen dem Kompressor 17 und dem Kondensator 18 eine Koppelstelle 24 ausgebildet. Die beiden Koppelstellen 23, 24 sind fluidisch miteinander gekoppelt oder koppelbar.In the circulatory system 4th is between the conveyor 6th and the first heat exchanger 5 a coupling point 23 educated. It is also in the refrigerant circuit 16 between the compressor 17th and the capacitor 18th a coupling point 24 educated. The two coupling points 23 , 24 are fluidically coupled or can be coupled to one another.

Zwischen den beiden Koppelstellen 23, 24 ist ein Rückschlagventil 25 angeordnet.Between the two coupling points 23 , 24 is a check valve 25th arranged.

Weiterhin ist zwischen der Fördervorrichtung 6 und der Koppelstelle 23 des Kreislaufsystems 4 ein Rückschlagventil 26 angeordnet.Furthermore is between the conveyor 6th and the coupling point 23 the circulatory system 4th a check valve 26th arranged.

Um eine Verbesserung der Erwärmung der Ladeluft L gegenüber dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Temperiervorrichtung 1 insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu erzielen, werden im Wärmepumpenbetrieb des Kreislaufsystems 4 die beiden Koppelstellen 23, 24 und mittels der Schalteinheit 22 der Kompressor 17 und die Abzweigung 12 fluidisch miteinander gekoppelt. Dabei sperrt die Schalteinheit 22 die fluidische Verbindung zwischen einem Eingang des Kompressors 17 und der Wärmeabgabeseite 19.2 des integrierten Wärmetauschers 19. Somit ist nur ein Kreislaufteil K1 der Temperiervorrichtung 1 aktiv.To improve the heating of the charge air L. compared to the in 3 illustrated embodiment of the temperature control device 1 to achieve in particular at low ambient temperatures, are in the heat pump operation of the circulatory system 4th the two coupling points 23 , 24 and by means of the switching unit 22nd the compressor 17th and the junction 12th fluidically coupled to one another. The switching unit locks 22nd the fluidic connection between an inlet of the compressor 17th and the heat release side 19.2 of the integrated heat exchanger 19th . So it is only part of the cycle K1 the temperature control device 1 active.

Wird der Kompressor 17 aktiviert, wird dieser als Fördereinrichtung des gasförmigen Kühlmediums M verwendet. Die Schalteinheit 22 verhindert dabei ein Anlaufen des Kältemittelkreislaufs 16. Zusätzlich vermeidet das Rückschlagventil 26 eine Rückströmung des Kühlmediums M zur Fördervorrichtung 6 im Wärmepumpenbetrieb. Das Rückschlagventil 25 verhindert eine Rückströmung des Kühlmediums M aus dem Kreislaufsystem 4 in den Kältemittelkreislauf 16 im Kühlbetrieb des Kreislaufsystems 4 bzw. der Temperiervorrichtung 1.Will the compressor 17th activated, it is used as a delivery device for the gaseous cooling medium M. used. The switching unit 22nd prevents the refrigerant circuit from starting up 16 . In addition, the check valve avoids 26th a backflow of the cooling medium M. to the conveyor 6th in heat pump operation. The check valve 25th prevents the cooling medium from flowing back M. from the circulatory system 4th into the refrigerant circuit 16 in the cooling mode of the circulatory system 4th or the temperature control device 1 .

Da der Wärmepumpenbetrieb in der Regel nur bei niedrigen Umgebungstemperaturen aktiviert wird, wenn effektiv Wärme aus der Umgebung zur Erwärmung genutzt werden kann, erfolgt in der Regel keine Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums mittels der Fahrzeugklimaanlage. Somit erhält der Kompressor 17 weitere Funktionalität, ohne dass seine eigentliche Funktion beeinträchtigt wird.Since the heat pump operation is usually only activated at low ambient temperatures, when heat from the environment can effectively be used for heating, there is usually no air conditioning of the vehicle interior by means of the vehicle air conditioning system. Thus the compressor receives 17th further functionality without its actual function being impaired.

7 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie KL eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung 1 gemäß 6 während des Wärmepumpenbetriebs. 7th shows a pressure-enthalpy diagram with a characteristic KL a pressure-enthalpy curve of the temperature control device 1 according to 6th during heat pump operation.

Im Vergleich zum in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann im Wärmepumpenbetrieb aufgrund der beschriebenen Verschaltung des Kreislaufsystems 4 mit dem Kältemittelkreislaufs 16 das Zweiphasengebiet deutlich besser genutzt werden.Compared to the in 3 illustrated embodiment can be in heat pump operation due to the described interconnection of the circulatory system 4th with the refrigerant circuit 16 the two-phase area can be used significantly better.

Der Kompressor 17 fördert gasförmiges Kühlmedium M, so dass ein deutlich größerer Wärmestrom aus der Umgebung entzogen werden kann. In Folge dessen wird mehr Wärme an die Ladeluft L abgegeben.The compressor 17th promotes gaseous cooling medium M. so that a significantly larger heat flow can be extracted from the environment. As a result, more heat is transferred to the charge air L. submitted.

Das Kühlmedium M wird im Expansionsventil 15 unter die Umgebungstemperatur entspannt. Anschließend wird im dritten Wärmetauscher 10 des Kreislaufsystems 4 Wärme Q aus der Umgebung aufgenommen und dem Kühlmedium M zugeführt, woraufhin dieses verdampft und überhitzt wird.The cooling medium M. is in the expansion valve 15th relaxed below the ambient temperature. Then in the third heat exchanger 10 the circulatory system 4th warmth Q taken from the environment and the cooling medium M. supplied, whereupon this is evaporated and overheated.

Der Kompressor 17 fördert das überhitzte gasförmige Kühlmedium M auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau, auf dem die Wärme Q im ersten Wärmetauscher 5 des Kreislaufsystems 4 an die Ladeluft L abgegeben wird. Diese Vorwärmung der Ladeluft L führt durch einen sich verstärkenden Effekt im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine 3 zu einer schnelleren Aufwärmung des Katalysators. Durch das schnellere Erreichen der Betriebstemperatur können Schadstoffe schneller neutralisiert werden und die Emissionen aus der Verbrennung reduzieren sich.The compressor 17th conveys the overheated gaseous cooling medium M. to a higher pressure and temperature level at which the heat Q in the first heat exchanger 5 the circulatory system 4th to the charge air L. is delivered. This preheating of the charge air L. leads to an intensifying effect in the combustion chamber of the internal combustion engine 3 to a faster warming up of the catalytic converter. As the operating temperature is reached more quickly, pollutants can be neutralized more quickly and emissions from combustion are reduced.

Ein weiterer Effekt der Verschaltung des Kreislaufsystems 4 mit dem Kältemittelkreislaufs 16 stellt das größere Volumen in beiden Kreislaufen dar. Der Verdampfer 21 des Kältemittelkreislaufs 16 erfährt im Höchstfall 75°C, so dass der Druck des Kühlmediums M in der Leitung begrenzt ist. Kommt es in einem Motorraum zu höheren Lufttemperaturen, z. B. während eines so genannten Nachheizens durch die Verbrennungskraftmaschine 3 nach einem Abstellen des Fahrzeugs, kann der temperaturabhängige Druck des Kühlmediums M in den Bereich des Verdampfers 21 entweichen. Hierbei wird ein Druckausgleich zwischen dem Kreislaufsystems 4 mit dem Kältemittelkreislaufs 16 ermöglicht. In Folge dessen können die Komponenten des Kreislaufsystems 4 auf eine geringere Druckfestigkeit dimensioniert werden.Another effect of the interconnection of the circulatory system 4th with the refrigerant circuit 16 represents the larger volume in both circuits. The evaporator 21 of the refrigerant circuit 16 experiences a maximum of 75 ° C, so that the pressure of the cooling medium M. in the line is limited. If there are higher air temperatures in an engine compartment, e.g. B. during a so-called reheating by the internal combustion engine 3 after the vehicle has been parked, the temperature-dependent pressure of the cooling medium M. in the area of the evaporator 21 escape. This creates a pressure balance between the circulatory system 4th with the refrigerant circuit 16 enables. As a result, the components of the circulatory system 4th be dimensioned for a lower compressive strength.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
TemperiervorrichtungTemperature control device
22
Turboladerturbocharger
33
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
44th
KreislaufsystemCirculatory system
4.14.1
KreislaufteilCirculatory part
4.24.2
KreislaufteilCirculatory part
55
WärmetauscherHeat exchanger
66th
FördervorrichtungConveyor
77th
EjektorEjector
7.17.1
DruckseitePrint side
7.27.2
SaugseiteSuction side
88th
WärmetauscherHeat exchanger
99
ExpansionsventilExpansion valve
9.19.1
RegeleinheitControl unit
1010
WärmetauscherHeat exchanger
1111
integrierter Wärmetauscherintegrated heat exchanger
11.111.1
WärmeabgabeseiteHeat release side
11.211.2
WärmeaufnahmeseiteHeat absorption side
1212th
AbzweigungJunction
1313th
SchalteinheitSwitching unit
1414th
BypassleitungBypass line
1515th
ExpansionsventilExpansion valve
1616
KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
1717th
Kompressorcompressor
1818th
Kondensatorcapacitor
1919th
integrierter Wärmetauscherintegrated heat exchanger
19.119.1
WärmeaufnahmeseiteHeat absorption side
19.219.2
WärmeabgabeseiteHeat release side
2020th
ExpansionsventilExpansion valve
2121
VerdampferEvaporator
2222nd
SchalteinheitSwitching unit
2323
KoppelstelleCoupling point
2424
KoppelstelleCoupling point
2525th
Rückschlagventilcheck valve
2626th
Rückschlagventil check valve
HH
EnthalpieEnthalpy
KLKL
Kennliniecurve
K1K1
KreislaufteilCirculatory part
LL.
LadeluftCharge air
MM.
KühlmediumCooling medium
pp
Druckprint
P1P1
PunktPoint
P2P2
PunktPoint
P3P3
PunktPoint
P4, P4'P4, P4 '
PunktPoint
P5P5
PunktPoint
P6, P6'P6, P6 '
PunktPoint
P7P7
PunktPoint
QQ
Wärmewarmth

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016013926 A1 [0003]DE 102016013926 A1 [0003]

Claims (8)

Temperiervorrichtung (1) zum Temperieren von Ladeluft (L) für eine Verbrennungskraftmaschine (3) mit einem ein Kühlmedium (M) führenden Kreislaufsystem (4) mit zwei Kreislaufteilen (4.1, 4.2), wobei - in einem ersten Kreislaufteil (4.1) ein mit dem Kühlmedium (M) durchströmbarer erster Wärmetauscher (5), mittels welchem Wärme (Q) zwischen dem Kühlmedium (M) und der Ladeluft (L) übertragbar ist, eingangsseitig mit einer Fördervorrichtung (6) zur Förderung des Kühlmediums (M) und ausgangsseitig mit einer Druckseite (7.1) eines Ejektors (7) fluidisch gekoppelt ist, - in einem strömungstechnisch parallel zu dem ersten Kreislaufteil (4.1) geschalteten zweiten Kreislaufteil (4.2) ein zweiter Wärmetauscher (8), mittels welchem Wärme (Q) zwischen dem Kühlmedium (M) und der Ladeluft (L) übertragbar ist, eingangsseitig mit einem Expansionsventil (9) und ausgangsseitig mit einer Saugseite (7.2) des Ejektors (7) fluidisch gekoppelt ist und - in Strömungsrichtung nach einem Ausgang des Ejektors (7) ein von dem Kühlmedium (M) durchströmbarer dritter Wärmetauscher (10) fluidisch mit dem Ejektor (7) gekoppelt ist und sich das Kreislaufsystem (4) in Strömungsrichtung unmittelbar nach dem dritten Wärmetauscher (10) an einer Abzweigung (12) in den ersten Kreislaufteil (4.1) und zweiten Kreislaufteil (4.2) aufteilt, dadurch gekennzeichnet, dass - eine den Ejektor (7) umgehende, mittels einer Schalteinheit (13) schaltbare Bypassleitung (14), welche eingangsseitig mit einem Ausgang des ersten Wärmetauschers (5) und ausgangsseitig zumindest mittelbar mit einem Eingang der Fördervorrichtung (6) und einem Eingang des Expansionsventils (9) fluidisch gekoppelt ist, vorgesehen ist, - innerhalb der Bypassleitung (14) ein weiteres Expansionsventil (15) angeordnet ist und - das Kreislaufsystem (4) mit einem Kältemittelkreislauf (16) einer Fahrzeugklimaanlage fluidisch gekoppelt oder koppelbar ist.Temperature control device (1) for controlling the temperature of charge air (L) for an internal combustion engine (3) with a cooling medium (M) leading circuit system (4) with two circuit parts (4.1, 4.2), wherein - in a first circuit part (4.1) one with the Cooling medium (M) through which the first heat exchanger (5) can flow, by means of which heat (Q) can be transferred between the cooling medium (M) and the charge air (L), on the inlet side with a conveying device (6) for conveying the cooling medium (M) and on the outlet side with a The pressure side (7.1) of an ejector (7) is fluidically coupled, - in a second circuit part (4.2) connected fluidically parallel to the first circuit part (4.1), a second heat exchanger (8), by means of which heat (Q) between the cooling medium (M) and the charge air (L) is transferable, is fluidically coupled on the inlet side to an expansion valve (9) and on the outlet side to a suction side (7.2) of the ejector (7) and - in the flow direction to an outlet of the ejector (7) a third heat exchanger (10) through which the cooling medium (M) can flow is fluidly coupled to the ejector (7) and the circulatory system (4) in the flow direction immediately after the third heat exchanger (10) at a branch (12) into the first circulatory part ( 4.1) and the second circuit part (4.2), characterized in that - a bypass line (14) which bypasses the ejector (7) and can be switched by means of a switching unit (13), which on the input side connects to an output of the first heat exchanger (5) and on the output side at least indirectly is fluidically coupled to an input of the delivery device (6) and an input of the expansion valve (9), - a further expansion valve (15) is arranged within the bypass line (14) and - the circulatory system (4) with a refrigerant circuit (16) ) is fluidically coupled or can be coupled to a vehicle air conditioning system. Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (16) - einen Kompressor (17), - einen dem Kompressor (17) nachgeschalteten Kondensator (18), - ein dem Kondensator (18) zumindest mittelbar nachgeschaltetes Expansionsventil (20), - einen dem Expansionsventil (20) nachgeschalteten Verdampfer (21), - eine dem Verdampfer (21) zumindest mittelbar nachgeschaltete und dem Kompressor (17) vorgeschaltete Schalteinheit (22) umfasst.Temperature control device (1) according to Claim 1 , characterized in that the refrigerant circuit (16) - a compressor (17), - a condenser (18) connected downstream of the compressor (17), - an expansion valve (20) connected at least indirectly downstream of the condenser (18), - an expansion valve ( 20) downstream evaporator (21), - comprises a switching unit (22) connected at least indirectly downstream of the evaporator (21) and upstream of the compressor (17). Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen integrierten Wärmetauscher (19), - dessen Wärmeaufnahmeseite (19.1) dem Kondensator (18) unmittelbar nachgeschaltet ist und - dessen Wärmeabgabeseite (19.2) dem Verdampfer (21) unmittelbar nachgeschaltet ist.Temperature control device (1) according to Claim 2 , characterized by an integrated heat exchanger (19), - whose heat absorption side (19.1) is connected directly downstream of the condenser (18) and - whose heat output side (19.2) is connected directly downstream of the evaporator (21). Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schalteinheit (22) des Kältemittelkreislaufs (16) fluidisch mit der Abzweigung (12) des Kreislaufsystems (4) gekoppelt ist, - im Kreislaufsystem (4) zwischen der Fördervorrichtung (6) und dem ersten Wärmetauscher (5) eine Koppelstelle (23) ausgebildet ist, - im Kältemittelkreislauf (16) zwischen dem Kompressor (17) und dem Kondensator (18) eine Koppelstelle (24) ausgebildet ist und - die beiden Koppelstellen (23, 24) fluidisch miteinander gekoppelt oder koppelbar sind.Temperature control device (1) according to Claim 2 or 3 , characterized in that - the switching unit (22) of the refrigerant circuit (16) is fluidically coupled to the branch (12) of the circulatory system (4), - in the circulatory system (4) between the conveying device (6) and the first heat exchanger (5) a coupling point (23) is formed, - a coupling point (24) is formed in the refrigerant circuit (16) between the compressor (17) and the condenser (18) and - the two coupling points (23, 24) are fluidically coupled or can be coupled to one another. Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Koppelstellen (23, 24) ein Rückschlagventil (25) angeordnet ist.Temperature control device (1) according to Claim 4 , characterized in that a check valve (25) is arranged between the two coupling points (23, 24). Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Fördervorrichtung (6) und der Koppelstelle (23) des Kreislaufsystems (4) ein Rückschlagventil (26) angeordnet ist.Temperature control device (1) according to Claim 3 or 4th , characterized in that a check valve (26) is arranged between the conveying device (6) and the coupling point (23) of the circulatory system (4). Verfahren zum Betrieb einer Temperiervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Wärmepumpenbetrieb der Temperiervorrichtung (1) im Kreislaufsystem (4) - der Ejektor (7) mittels der Schalteinheit (13) deaktiviert wird, - die Bypassleitung (14) mittels der Schalteinheit (13) aktiviert wird und - das Kühlmedium (M) im weiteren Expansionsventil (15) entspannt wird und im Kältemittelkreislauf (16) - mittels der Schalteinheit (22) eine fluidische Verbindung zwischen dem Kompressor (17) und dem Verdampfer (21) geschlossen und - der Kompressor (17) aktiviert wird.Method for operating a temperature control device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in a heat pump operation of the temperature control device (1) in the circulation system (4) - the ejector (7) is deactivated by means of the switching unit (13), - the bypass line ( 14) is activated by means of the switching unit (13) and - the cooling medium (M) is expanded in the further expansion valve (15) and in the refrigerant circuit (16) - by means of the switching unit (22) a fluidic connection between the compressor (17) and the evaporator (21) is closed and - the compressor (17) is activated. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmepumpenbetrieb unmittelbar nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine (3) ausgeführt wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the heat pump operation is carried out immediately after a cold start of the internal combustion engine (3).
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