Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a temperature control device for a vehicle according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 10 2016 013 926 A1 ist eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt. Die Kühlvorrichtung umfasst ein ein Kühlmedium führendes Kreislaufsystem, welches einen mit dem Kühlmedium durchströmbaren, ersten Wärmeübertrager, einen Ejektor und ein Expansionsventil aufweist. Mittels des Wärmetauschers ist Wärme zwischen dem Kühlmedium und der Ladeluft übertragbar. Mittels des Ejektors ist das Kühlmedium mit einem Unterdruck beaufschlagbar. Das Kreislaufsystem weist 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. Der Ejektor ist in einer Fluidströmungsrichtung des Kreislaufsystems hinter dem ersten Wärmeübertrager und dem zweiten Wärmeübertrager angeordnet. Weiterhin ist ein dritter Wärmeübertrager vorgesehen, welcher dem Ejektor in der Fluidströmungsrichtung nachgeschaltet ist.From the DE 10 2016 013 926 A1 a cooling device for cooling charge air for an internal combustion engine is known. The cooling device comprises a circulation system which carries a cooling medium and which has a first heat exchanger through which the cooling medium can flow, an ejector and an expansion valve. The heat exchanger can be used to transfer heat between the cooling medium and the charge air. A negative pressure can be applied to the cooling medium by means of the ejector. 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 behind the first heat exchanger and the second heat exchanger in a fluid flow direction of the circulatory system. Furthermore, a third heat exchanger is provided, which is connected downstream of the ejector in the fluid flow direction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere zum Temperieren von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine, anzugeben.The invention is based on the object of specifying a temperature control device for a vehicle that is improved over the prior art, in particular for temperature control of charge air for an internal combustion engine.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiervorrichtung, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a temperature control device which has the features specified in claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.
Eine Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere zum Temperieren von Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine, umfasst ein ein Kühlmedium führendes Kreislaufsystem. Das Kreislaufsystem umfasst einen Hochtemperatur-Kreislaufteil, in dem 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 ist. Weiterhin umfasst das Kreislaufsystem einen strömungstechnisch parallel zu dem Hochtemperatur-Kreislaufteil geschalteten Niedertemperatur-Kreislaufteil, in dem 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 ist. Zusätzlich umfasst das Kreislaufsystem einen in Strömungsrichtung nach einem Ausgang des Ejektors angeordneten und von dem Kühlmedium durchströmbaren dritten Wärmetauscher, welcher fluidisch mit dem Ejektor gekoppelt ist, wobei sich das Kreislaufsystem in Strömungsrichtung unmittelbar nach dem dritten Wärmetauscher an einer Abzweigung in den Hochtemperatur-Kreislaufteil und Niedertemperatur-Kreislaufteil aufteilt.A temperature control device for a vehicle, in particular for temperature control of charge air for an internal combustion engine, comprises a circulation system that carries a cooling medium. The circuit system comprises a high-temperature circuit part in which 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. Furthermore, the circulatory system comprises a low-temperature circulatory part, which is connected fluidically parallel to the high-temperature circulatory part, in which 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 addition, the circulatory system comprises a third heat exchanger arranged in the flow direction after an outlet of the ejector and through which the cooling medium can flow, which is fluidically coupled to the ejector, the circulatory system being in the flow direction immediately after the third heat exchanger at a branch into the high-temperature circuit part and low temperature -Circular part divides.
Erfindungsgemäß umfasst das Kreislaufsystem einen strömungstechnisch parallel zum Hochtemperatur-Kreislaufteil geschalteten weiteren Hochtemperatur-Kreislaufteil, in welchem eine Anzahl von mit dem Kühlmedium durchströmbaren und zu kühlenden Fahrzeugkomponenten angeordnet ist und welcher eingangsseitig mit der Fördervorrichtung und ausgangsseitig mit der Druckseite des Ejektors oder einer Druckseite eines weiteren Ejektors fluidisch gekoppelt ist.According to the invention, the circulatory system comprises a further high-temperature circulatory part which is connected fluidically parallel to the high-temperature circulatory part, in which a number of vehicle components through which the cooling medium can flow and to be cooled are arranged and which on the input side with the conveyor device and on the output side with the pressure side of the ejector or a pressure side of another Ejector is fluidly coupled.
Die Vorrichtung ermöglicht eine zuverlässige Temperierung, insbesondere Kühlung, der Ladeluft und der Anzahl von Fahrzeugkomponenten in einem gemeinsamen Kreislauf auch in Umgebungen mit hohen Temperaturen. Aus der Ladeluft und den Fahrzeugkomponenten entzogene Wärmeenergie wird in dem Ejektor zurückgewonnen und treibt den Niedertemperatur-Kreislaufteil an, mittels welchem auch in Umgebungen mit hohen Temperaturen eine zuverlässige Kühlung der Ladeluft und sensibler Fahrzeugkomponenten in Bereichen unterhalb der Umgebungstemperatur möglich ist. Somit können Effizienzsteigerungen der Verbrennungskraftmaschine und der Fahrzeugkomponenten erreicht werden.The device enables reliable temperature control, in particular cooling, of the charge air and the number of vehicle components in a common circuit, even in environments with high temperatures. Thermal energy extracted from the charge air and the vehicle components is recovered in the ejector and drives the low-temperature circuit part, by means of which reliable cooling of the charge air and sensitive vehicle components in areas below the ambient temperature is possible even in high-temperature environments. In this way, increases in the efficiency of the internal combustion engine and the vehicle components can be achieved.
Im Gegensatz zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Wasserkühlung können kompaktere Kühleinheiten zu einer Niedertemperaturverdampfung an den Fahrzeugkomponenten verwendet werden, so dass Bauraumerfordernisse und Kosten verringert werden können.In contrast to a water cooling system known from the prior art, more compact cooling units can be used for low-temperature evaporation on the vehicle components, so that installation space requirements and costs can be reduced.
Weiterhin kann bei einer Verwendung einer als Flüssigkeitspumpe ausgebildeten Fördereinheit diese aufgrund einer hohen Fluiddichte innerhalb des Kreislaufsystems mit geringem Energieeinsatz betrieben werden.Furthermore, when a delivery unit designed as a liquid pump is used, it can be operated with little energy input due to a high fluid density within the circulatory system.
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 für ein Fahrzeug,
- 2 ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung gemäß 1 während eines Kühlbetriebs,
- 3 schematisch eine Schnittdarstellung eines Ejektors,
- 4 schematisch ein Schaltbild einer weiteren Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug,
- 5 schematisch ein Schaltbild einer weiteren Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug,
- 6 schematisch ein Schaltbild einer weiteren Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug,
- 7 ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung gemäß 6 während eines Kühlbetriebs,
- 8 schematisch ein Schaltbild einer weiteren Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug,
- 9 schematisch ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung gemäß 8 während eines Kühlbetriebs,
- 10 schematisch ein Schaltbild einer weiteren Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug und
- 11 schematisch ein Schaltbild einer weiteren Temperiervorrichtung für ein Fahrzeug.
Show: - 1 schematically a circuit diagram of a temperature control device for a vehicle,
- 2 a pressure-enthalpy diagram with a characteristic of a pressure-enthalpy curve of Temperature control device according to 1 during cooling operation,
- 3 schematically a sectional view of an ejector,
- 4th schematically a circuit diagram of a further temperature control device for a vehicle,
- 5 schematically a circuit diagram of a further temperature control device for a vehicle,
- 6th schematically a circuit diagram of a further temperature control device for a vehicle,
- 7th a pressure-enthalpy diagram with a characteristic curve of a pressure-enthalpy profile of the temperature control device according to FIG 6th during cooling operation,
- 8th schematically a circuit diagram of a further temperature control device for a vehicle,
- 9 schematically a pressure-enthalpy diagram with a characteristic curve of a pressure-enthalpy profile of the temperature control device according to FIG 8th during cooling operation,
- 10 schematically a circuit diagram of a further temperature control device for a vehicle and
- 11 schematically a circuit diagram of a further temperature control device for a vehicle.
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 für ein Fahrzeug, insbesondere zum Temperieren von Ladeluft LL 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 a vehicle, especially for controlling the temperature of charge air LL 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 LL, 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 LL 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 LL , 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 LL 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 führendes Kreislaufsystem 4 mit drei Kreislaufteilen, nämlich einem Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.1, einem Niedertemperatur-Kreislaufteil 4.2 und einem weiteren Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.3.The temperature control device 1 includes a cooling medium M. leading circulatory system 4th with three circuit parts, namely a high-temperature circuit part 4.1 , a low-temperature circuit part 4.2 and another high temperature circuit part 4.3 .
In dem Hochtemperatur-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 LL 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 the high temperature circuit part 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 LL 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 dem strömungstechnisch parallel zu dem Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.1 geschalteten Niedertemperatur-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 LL 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 the fluidic parallel to the high-temperature circuit part 4.1 switched low-temperature circuit part 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 LL 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.
In dem strömungstechnisch parallel zum Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.1 geschalteten weiteren Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.3, sind mehrere von dem Kühlmedium M durchströmbare und zu kühlende Fahrzeugkomponenten 15 bis 17 angeordnet. Die Fahrzeugkomponenten 15 bis 17 umfassen beispielsweise eine Leistungselektronik, und/oder einen Startgenerator und/oder zumindest einen Getriebeölwärmetauscher und sind mit weiteren Komponenten beliebig erweiterbar, soweit diese Temperaturen tolerieren, welche oberhalb der Umgebungstemperatur liegen. Der weitere Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.3 ist eingangsseitig mit der Fördervorrichtung 6 und ausgangsseitig mit der Druckseite 7.1 des Ejektors 7 fluidisch gekoppelt.In the fluidic parallel to the high-temperature circuit part 4.1 switched further high-temperature circuit part 4.3 , are several of the cooling medium M. Vehicle components that can be flowed through and need to be cooled 15 to 17 arranged. The vehicle components 15 to 17 include, for example, power electronics and / or a starter generator and / or at least one transmission oil heat exchanger and can be expanded as required with further components, provided that they tolerate temperatures that are above the ambient temperature. The other high-temperature circuit part 4.3 is on the input side with the conveyor 6th and on the output side with the pressure side 7.1 of the ejector 7th fluidically coupled.
Das heißt, die Hochtemperatur-Kreislaufteile 4.1, 4.3 und der Niedertemperatur-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 Hochtemperatur-Kreislaufteile 4.1, 4.3 und der Niedertemperatur-Kreislaufteil 4.2 wieder getrennt.That is, the high temperature circuit parts 4.1 , 4.3 and the low temperature 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 high temperature circuit parts 4.1 , 4.3 and the low temperature circuit part 4.2 separated again.
Dabei wird der Ejektor 7 beispielsweise nach einem so genannten Venturi-Prinzip betrieben, so dass in den Hochtemperatur-Kreislaufteilen 4.1, 4.3 ein größerer Fluiddruck des Kühlmediums M herrscht als in dem Niedertemperatur-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 Niedertemperatur-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 sind eine besonders effiziente, stufenweise Kühlung der Ladeluft LL 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 high-temperature circuit parts 4.1 , 4.3 a greater fluid pressure of the cooling medium M. prevails than in the low temperature cycle part 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 low-temperature circuit part 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 LL 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.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 einem Betrieb der Temperiervorrichtung 1 tritt die vom Turbolader 2 verdichtete Ladeluft LL 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 LL aufgenommene Wärme Q entzogen und beispielsweise an die Umgebungsluft L abgegeben.In one operation of the temperature control device 1 occurs from the turbocharger 2 compressed charge air LL 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 LL absorbed heat Q withdrawn and, for example, to the ambient air L. submitted.
Nach Austritt aus dem weiteren Wärmetauscher 10 teilt sich das Kreislaufsystem 4 an einer Abzweigung 12 in die beiden Hochtemperatur-Kreislaufteile 4.1, 4.3 und den Niedertemperatur-Kreislaufteil 4.2 auf. In den beiden Hochtemperatur-Kreislaufteilen 4.1, 4.3 wird ein Teil des Kühlmediums M mittels der Wärmeaufnahmeseite 11.2 des integrierten Wärmetauschers 11 weiter abgekühlt und anschließend mittels der Fördervorrichtung 6 zum ersten Wärmetauscher 5 und den Fahrzeugkomponenten 15 bis 17 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 LL auf, bevor es als Treibmassenstrom M1 weiter zum Ejektor 7 strömt. Die Ladeluft LL wird dabei von ihrer maximalen Temperatur bei Eintritt in den ersten Wärmetauscher 5 auf ein mittleres Temperaturniveau abgekühlt. Im weiteren Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.3 nimmt das Kühlmedium M die Wärme Q aus den Fahrzeugkomponenten 15 bis 17 auf, so dass auch diese gekühlt werden und das Kühlmedium M gemeinsam mit dem im ersten Wärmetauscher 5 erwärmten Kühlmedium M als Treibmassenstrom M1 weiter zum Ejektor 7 strömt. Somit ermöglicht die Temperiervorrichtung 1 eine komplexe Integration verschiedener Fahrzeugkomponenten 15 bis 17, welche als Antriebsquelle für den Ejektor 7 verwendet werden können.After exiting the further heat exchanger 10 divides the circulatory system 4th at a junction 12th in the two high-temperature circuit parts 4.1 , 4.3 and the low temperature circuit part 4.2 on. In the two high-temperature circuit parts 4.1 , 4.3 becomes part of the cooling medium M. by means of the heat absorption side 11.2 of the integrated heat exchanger 11 cooled further and then by means of the conveyor device 6th to the first heat exchanger 5 and the vehicle components 15 to 17 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 LL on before it as a propellant mass flow M1 on to the ejector 7th flows. The charge air LL is determined by its maximum temperature when entering the first heat exchanger 5 cooled to a medium temperature level. In the further high-temperature circuit part 4.3 takes the cooling medium M. the heat Q from the vehicle components 15 to 17 so that these are also cooled and the cooling medium M. together with that in the first heat exchanger 5 heated cooling medium M. as motive mass flow M1 on to the ejector 7th flows. The temperature control device thus enables 1 a complex integration of various vehicle components 15 to 17 , which as the drive source for the ejector 7th can be used.
Ausgehend von dem ersten Wärmetauscher 5 strömt die Ladeluft LL weiter in den zweiten Wärmetauscher 8, der die restliche, abzuführende Wärme Q der Ladeluft LL an das im Niedertemperatur-Kreislaufteil 4.2 geführte Kühlmedium M abgibt. Hierbei kann eine Entspannung des Kühlmediums M auf Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur erfolgen. Nach dem Niedertemperatur-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 LL zusätzliche Wärme Q. Danach wird das Kühlmedium M mittels der Wärmeabgabeseite 11.1 des integrierten Wärmetauschers 11 weiter erhitzt, insbesondere überhitzt, vom Ejektor 7 angesaugt und vereint sich wieder mit dem Kühlmedium M der Hochtemperatur-Kreislaufteile 4.1, 4.3. Ein Temperaturniveau im zweiten Wärmetauscher 8 ist dabei über eine Drosselwirkung des Expansionsventils 9 einstellbar.Starting from the first heat exchanger 5 the charge air flows LL further into the second heat exchanger 8th the remaining heat to be dissipated Q the charge air LL to that in the low-temperature circuit part 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 low-temperature circuit part 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 LL additional warmth Q . After that, the cooling medium M. by means of the heat emission side 11.1 of the integrated heat exchanger 11 further heated, in particular overheated, by the ejector 7th sucked in and reunites with the cooling medium M. the high temperature circuit parts 4.1 , 4.3 . 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 nicht näher dargestellte Regeleinheit, 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, not shown, 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 M2 ist abhängig von Parametern des Ejektors 7 und kann in Kombination mit einem erwünschten Temperaturniveau über eine regelbare Saugleistung des Ejektors 7 eingestellt werden. Dabei bildet das in den Hochtemperatur-Kreislaufteilen 4.1, 4.3 geführte Kühlmedium M nach dem ersten Wärmetauscher 5 einen Treibmassenstrom M1 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 M1 wird in einer in 3 näher dargestellten Treibdüse 7.3 des Ejektors 7 entspannt und tritt beispielsweise mit Schallgeschwindigkeit in den Ejektor 7 ein. Beim Austritt aus der Treibdüse 7.3 entsteht ein Unterdruck, welcher einen Massenstrom M2 des Kühlmediums M aus dem zweiten Wärmetauscher 8 des Niedertemperatur-Kreislaufteils 4.2 ansaugt und daher als Düsenstrahlpumpe arbeitet. Im Ejektor 7 vereinen sich der Treibmassenstrom M1 und der angesaugte Massenstrom M2 des Kühlmediums M und werden vor Austritt aus dem Ejektor 7 verlangsamt und auf ein gewünschtes Druckniveau entspannt.An achievable mass flow M2 depends on the parameters of the ejector 7th and can be combined with a desired temperature level via an adjustable suction power of the ejector 7th can be set. This forms in the high-temperature circuit parts 4.1 , 4.3 guided cooling medium M. after the first heat exchanger 5 a motive mass flow M1 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 motive mass flow M1 will in an in 3 motive nozzle shown in more detail 7.3 of the ejector 7th relaxes and enters the ejector at the speed of sound, for example 7th a. When exiting the propellant nozzle 7.3 creates a negative pressure, which creates a mass flow M2 of the cooling medium M. from the second heat exchanger 8th of the low-temperature circuit part 4.2 sucks in and therefore works as a jet pump. In the ejector 7th unite the propellant mass flow M1 and the sucked in mass flow M2 of the cooling medium M. and are before exiting the ejector 7th slowed down and relaxed to a desired pressure level.
Dabei kann der Ejektor 7 derart regelbar ausgeführt sein, dass ein ebenfalls in 3 dargestellter Treibdüsenausgang 7.3.1 der Treibdüse 7.3 einen variabel einstellbaren Querschnitt A1 aufweist. Der regelbare Ejektor 7 fungiert somit als weitere Stellgröße zur Regelung einer Temperierleistung der Temperiervorrichtung 1.The ejector can 7th be designed to be controllable in such a way that a likewise in 3 shown propulsion nozzle outlet 7.3.1 the propulsion nozzle 7.3 a variably adjustable cross-section A1 having. The adjustable ejector 7th thus functions as a further manipulated variable for regulating a temperature control output of the temperature control device 1 .
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 in den Hochtemperatur-Kreislaufteilen 4.1, 4.3 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 und den Fahrzeugkomponenten 15 bis 17 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 und Abgabe der Wärme Q an die Umgebungsluft L, gekennzeichnet durch einen zwischen den Punkten P4 und P5 befindlichen Abschnitt der Kennlinie KL.The cooling medium experiences this M. in the high temperature circuit parts 4.1 , 4.3 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 and the vehicle components 15 to 17 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 and releasing the heat Q to the ambient air L. , 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 und die Fahrzeugkomponenten 15 bis 17 ein. Aufgrund der geringeren Eintrittstemperatur kann die Ladeluft LL 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 LL 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 and the vehicle components 15 to 17 a. Due to the lower inlet temperature, the charge air can LL 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 LL 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 Niedertemperatur-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 der Hochtemperatur-Kreislaufteile 4.1, 4.3 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 low-temperature circuit part 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. the high temperature circuit parts 4.1 , 4.3 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, indicated by one 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 LL nutzbar wäre.The integration of the heat emission side 11.1 of the integrated heat exchanger 11 after this 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 LL would be usable.
In 3 ist eine Schnittdarstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels eines Ejektors 7 mit einer Druckseite 7.1, einer Saugseite 7.2 und einer Treibdüse 7.3 dargestellt. Weiterhin sind der Treibmassenstrom M1 und der angesaugte Massenstrom M2 dargestellt.In 3 is a sectional view of a possible embodiment of an ejector 7th with one print side 7.1 , a suction side 7.2 and a propulsion nozzle 7.3 shown. Furthermore, the propellant mass flow M1 and the sucked in mass flow M2 shown.
Der Treibdüsenausgang 7.3.1 der Treibdüse 7.3 weist einen variabel einstellbaren Querschnitt A1 auf, welcher in Abhängigkeit eines Betriebsbereichs der Verbrennungskraftmaschine 3 und/oder in Abhängigkeit einer Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine 3 automatisch einstellbar ist.The propellant nozzle exit 7.3.1 the propulsion nozzle 7.3 has a variably adjustable cross-section A1 on, which depends on an operating range of the internal combustion engine 3 and / or as a function of an operating temperature of the internal combustion engine 3 is automatically adjustable.
Veränderliche Einflussgrößen zur Optimierung des Wirkungsgrads im Ejektor 7 sind der Treibmassenstrom M1 über die Druckseite 7.1 und der angesaugte Massenstrom M2 über die Saugseite 7.2, die Druckniveaus von Hochdruck an der Treibseite 7.1, Mitteldruck am Treibdüsenausgang 7.3.1 und Niederdruck an der Saugseite 7.2 und die Temperaturen des Kühlmediums M vor dem Ejektor 7.Variable influencing variables to optimize the efficiency in the ejector 7th are the motive mass flow M1 over the print side 7.1 and the sucked in mass flow M2 via the suction side 7.2 , the pressure levels of high pressure on the drive side 7.1 , Medium pressure at the nozzle outlet 7.3.1 and low pressure on the suction side 7.2 and the temperatures of the cooling medium M. in front of the ejector 7th .
Für eine optimale Kühlung der Ladeluft LL ist eine schnelle und angepasste Reaktion an hochdynamische Änderungen der Luftverdichtung oder Temperaturänderung im Turbolader 2 nötig. Mit dem einstellbaren Ejektor 7 umfasst das Kreislaufsystem 4 eine weitere Stellgröße zur Anpassung des Kreislaufsystems 4 für eine optimierte Kühlleistung oder maximale Ejektoreffizienz. Eine steigende Ejektoreffizienz kann z. B. zu einer erhöhten Saugleistung führen, welche eine geringere Verdampfungstemperatur im zweiten Wärmetauscher 8 oder eine größere Wärmeaufnahme durch einen erhöhten Saugmassenstrom ermöglicht.For optimal cooling of the charge air LL is a fast and adapted reaction to highly dynamic changes in air compression or temperature changes in the turbocharger 2 necessary. With the adjustable ejector 7th includes the circulatory system 4th another manipulated variable for adapting the circulatory system 4th for optimized cooling performance or maximum ejector efficiency. Increasing ejector efficiency can e.g. B. lead to an increased suction power, which a lower evaporation temperature in the second heat exchanger 8th or allows greater heat absorption through an increased suction mass flow.
4 zeigt ein Schaltbild eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 für ein Fahrzeug, insbesondere zum Temperieren von Ladeluft LL eines Turboladers 2 für eine Verbrennungskraftmaschine 3. 4th shows a circuit diagram of a further possible embodiment of a temperature control device 1 for a vehicle, especially for controlling the temperature of charge air LL a turbocharger 2 for an internal combustion engine 3 .
Im Unterscheid zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der integrierte Wärmetauscher 11 nicht vorhanden.In contrast to the in 1 The embodiment shown is the integrated heat exchanger 11 unavailable.
In 5 ist ein Schaltbild eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 für ein Fahrzeug, insbesondere zum Temperieren von Ladeluft LL eines Turboladers 2 für eine Verbrennungskraftmaschine 3, dargestellt.In 5 is a circuit diagram of another possible embodiment of a temperature control device 1 for a vehicle, especially for controlling the temperature of charge air LL a turbocharger 2 for an internal combustion engine 3 , shown.
Im Unterscheid zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich die Fördervorrichtung 6 ausgangsseitig mit einem verstellbaren Ventil 13 fluidisch gekoppelt. Das Ventil 13 ermöglicht eine Regulierung eines Massenstroms des Kühlmediums M zu den Hochtemperatur-Kreislaufteilen 4.1, 4.3, so dass eine Wärmeaufnahme mit einem reduzierten oder erhöhten Massenstrom einstellbar ist.In contrast to the in 1 The illustrated embodiment is also the conveyor 6th on the outlet side with an adjustable valve 13th fluidically coupled. The valve 13th enables a mass flow of the cooling medium to be regulated M. to the high temperature circuit parts 4.1 , 4.3 , so that heat absorption with a reduced or increased mass flow can be set.
6 zeigt ein Schaltbild eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 für ein Fahrzeug, insbesondere zum Temperieren von Ladeluft LL eines Turboladers 2 für eine Verbrennungskraftmaschine 3. 6th shows a circuit diagram of a further possible embodiment of a temperature control device 1 for a vehicle, especially for controlling the temperature of charge air LL a turbocharger 2 for an internal combustion engine 3 .
Neben der Ladeluft LL tolerieren auch einige Niedertemperatur-Fahrzeugkomponenten 14, wie beispielsweise eine elektrische Batterie, keine hohen T em peratu ren.In addition to the charge air LL also tolerate some low temperature vehicle components 14th such as an electric battery, do not experience high temperatures.
Um auch diese mit der Temperiervorrichtung 1 zu kühlen, ist im Niedertemperatur-Kreislaufteil 4.2 dem zweiten Wärmetauscher 8 zumindest eine mit dem Kühlmedium M durchströmbare und zu kühlende Niedertemperatur-Fahrzeugkomponente 14 nachgeschaltet. Somit ist beispielsweise auch an heißen Sommertagen eine effiziente und zuverlässige Kühlung sichergestellt, wobei ein Betrieb der Temperiervorrichtung 1 mit oder ohne integrierten Wärmetauscher 11 erfolgen kann.To this too with the temperature control device 1 to cool is in the low-temperature circuit part 4.2 the second heat exchanger 8th at least one with the cooling medium M. Low-temperature vehicle components that can be flowed through and be cooled 14th downstream. Thus, for example, efficient and reliable cooling is ensured even on hot summer days, with operation of the temperature control device 1 with or without integrated heat exchanger 11 can be done.
In 7 ist ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie KL eines Druck-Enthalpie-Verlaufs des Kühlmediums M innerhalb der Temperiervorrichtung 1 gemäß 6 während eines Kühlbetriebs dargestellt. Dabei ist ein Druck p des Kühlmediums M in Abhängigkeit der Enthalpie H abgetragen.In 7th is 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 6th shown during cooling operation. There is a pressure here p of the cooling medium M. depending on the enthalpy H worn away.
Ein Betrieb der Temperiervorrichtung 1 erfolgt dabei analog zu der Beschreibung zu 2 mit dem Unterschied, dass die Überhitzung des Kühlmediums M zwischen den Punkten P6' und P7 der Kennlinie KL zusätzlich zur Wärmeabgabeseite 11.1 des integrierten Wärmetauschers 11 auch mittels der Niedertemperatur-Fahrzeugkomponente 14 erfolgt.An operation of the temperature control device 1 takes place analogously to the description 2 with the difference that the overheating of the cooling medium M. between the points P6 ' and P7 the characteristic KL in addition to the heat emission side 11.1 of the integrated heat exchanger 11 also by means of the low-temperature vehicle component 14th he follows.
8 zeigt ein Schaltbild eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 für ein Fahrzeug, insbesondere zum Temperieren von Ladeluft LL eines Turboladers 2 für eine Verbrennungskraftmaschine 3. 8th shows a circuit diagram of a further possible embodiment of a temperature control device 1 for a vehicle, especially for controlling the temperature of charge air LL a turbocharger 2 for an internal combustion engine 3 .
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein strömungstechnisch parallel zum Niedertemperatur-Kreislaufteil 4.2 geschalteter weiterer Niedertemperatur-Kreislaufteil 4.4 vorgesehen, in welchem zumindest eine mit dem Kühlmedium M durchströmbare und zu kühlende Niedertemperatur-Fahrzeugkomponente 14, wie beispielsweise eine elektrische Batterie, angeordnet ist.In contrast to the in 1 The illustrated embodiment is a fluidic parallel to the low-temperature circuit part 4.2 switched further low-temperature circuit part 4.4 provided in which at least one with the Cooling medium M. Low-temperature vehicle components that can be flowed through and be cooled 14th , such as an electric battery, is arranged.
Zusätzlich ist ein weiterer Ejektor 18 mit einer Druckseite 18.1 und einer Saugseite 18.2 vorgesehen, dessen Aufbau beispielsweise einem in 3 dargestellten Aufbau des Ejektors 7 entspricht. Die Druckseite 18.1 ist dabei mit einem Ausgang des weiteren Hochtemperatur-Kreislaufteils 4.3 und die Saugseite 18.2 mit einem Ausgang des weiteren Niedertemperatur-Kreislaufteils 4.4 fluidisch gekoppelt.In addition, there is another ejector 18th with one print side 18.1 and a suction side 18.2 provided, the structure of which is, for example, an in 3 illustrated structure of the ejector 7th is equivalent to. The print side 18.1 is with an output of the further high-temperature circuit part 4.3 and the suction side 18.2 with an output of the further low-temperature circuit part 4.4 fluidically coupled.
Dabei wird das Kühlmedium M mittels der Fördereinheit 6 in die zwei Hochtemperatur-Kreislaufteile 4.1, 4.3 gefördert, wobei Druckniveaus innerhalb Hochtemperatur-Kreislaufteile 4.1, 4.3 durch einen jeweiligen Staudruck aus den Ejektoren 7, 18 bestimmt werden. Nach der Aufteilung des Massenstroms treiben die Hochtemperatur-Kreislaufteile 4.1, 4.3 jeweils einen Ejektor 7, 18 und jeweils einen Niedertemperatur-Kreislaufteil 4.2, 4.4 an.The cooling medium M. by means of the conveyor unit 6th into the two high-temperature circuit parts 4.1 , 4.3 promoted, with pressure levels within high temperature circuit parts 4.1 , 4.3 by a respective dynamic pressure from the ejectors 7th , 18th to be determined. After dividing the mass flow, the high-temperature circuit parts float 4.1 , 4.3 one ejector each 7th , 18th and each a low-temperature circuit part 4.2 , 4.4 at.
Hierbei nimmt das Kühlmedium M in dem Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.3 aus verschiedenen Fahrzeugkomponenten 15 bis 17 Wärme Q auf und verdampft (dargestellt zwischen den Punkten P2' und P3' in 3). Mit diesem Kühlmedium M wird über den weiteren Ejektor 18 der Niedertemperatur-Kreislaufteil 4.4, für die Niedertemperatur-Fahrzeugkomponente 14 angetrieben (dargestellt durch den Punkt P4' in 3). Dafür wird ein Teil des Kühlmediums M nach seiner Kondensation im dritten Wärmetauscher 10 in einem weiteren Expansionsventil 19 entspannt (dargestellt zwischen den Punkten P5 und P6" in 3), in der Niedertemperatur-Fahrzeugkomponente 14 verdampft (dargestellt zwischen den Punkten P6" und P7' in 3) und in den Ejektor 18 (dargestellt am Punkten P4" in 3) gesogen.Here the cooling medium takes M. in the high temperature circuit part 4.3 from various vehicle components 15 to 17 warmth Q and evaporates (shown between points P2 'and P3 ' in 3 ). With this cooling medium M. is via the further ejector 18th the low temperature circuit part 4.4 , for the low-temperature vehicle component 14th driven (represented by the point P4 ' in 3 ). This is part of the cooling medium M. after its condensation in the third heat exchanger 10 in another expansion valve 19th relaxed (shown between the points P5 and P6 " in 3 ), in the low-temperature vehicle component 14th evaporates (shown between the points P6 " and P7 ' in 3 ) and into the ejector 18th (shown at dots P4 " in 3 ) sucked.
Der Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.1 verdampft das Kühlmedium M im ersten Wärmetauscher 5 und kühlt die Ladeluft LL in der ersten Stufe stark ab. Mit dieser Energie wird über den Ejektor 7 der Niedertemperatur-Kreislauf 4.2 angetrieben. Hierbei wird ein anderer Teil des Kühlmediums M nach der Kondensation im dritten Wärmetauscher 10 über das Expansionsventil 9 entspannt, im Niedertemperatur-Kreislauf 4.2 verdampft und in den Ejektor 7 gesogen. Beim Verdampfen kühlt der zweite Wärmetauscher 8 die Ladeluft LL nahe an oder unter die Umgebungstemperatur als zweite Kühlstufe.The high temperature circuit part 4.1 the cooling medium evaporates M. in the first heat exchanger 5 and cools the charge air LL sharply in the first stage. This energy is used by the ejector 7th the low temperature cycle 4.2 driven. This is another part of the cooling medium M. after condensation in the third heat exchanger 10 via the expansion valve 9 relaxed, in the low-temperature cycle 4.2 evaporated and into the ejector 7th sucked. The second heat exchanger cools during evaporation 8th the charge air LL close to or below the ambient temperature as a second cooling stage.
Nach Austritt des Kühlmediums M aus den Ejektoren 7, 18 mischt sich das Kühlmedium M wieder und kondensiert im dritten Wärmetauscher 10. Dabei wird die aufgenommene Wärme Q an die Umgebungsluft L abgeben. Dies kann beispielsweise in einem Frontkühlmodul des Fahrzeugs erfolgen.After the cooling medium has escaped M. from the ejectors 7th , 18th the cooling medium mixes M. again and condenses in the third heat exchanger 10 . Thereby the absorbed heat Q to the ambient air L. hand over. This can take place, for example, in a front cooling module of the vehicle.
9 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramm mit einer Kennlinie KL eines Druck-Enthalpie-Verlaufs der Temperiervorrichtung 1 gemäß 8 während eines Kühlbetriebs. 9 shows a pressure-enthalpy diagram with a characteristic KL a pressure-enthalpy curve of the temperature control device 1 according to 8th during a cooling operation.
In 10 ist ein Schaltbild eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 für ein Fahrzeug, insbesondere zum Temperieren von Ladeluft LL eines Turboladers 2 für eine Verbrennungskraftmaschine 3, dargestellt.In 10 is a circuit diagram of another possible embodiment of a temperature control device 1 for a vehicle, especially for controlling the temperature of charge air LL a turbocharger 2 for an internal combustion engine 3 , shown.
Im Unterschied zu dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der dritte Wärmetauscher 10 mehrteilig ausgebildet und umfasst einen Kondensator 10.1, einen Sammler 10.2 und einen Unterkühler 10.3.In contrast to the in 8th The illustrated embodiment is the third heat exchanger 10 designed in several parts and comprises a capacitor 10.1 , a collector 10.2 and a subcooler 10.3 .
Hierbei kann der Kondensator 10.1 z. B. anstelle eines aktuell verwendeten Wasserkühlers, in einem Frontmodul des Fahrzeugs integriert sein. Der Sammler 10.2 fungiert dabei als Pufferelement des Kreislaufsystems 4, so dass das Kühlmedium M immer flüssig in den Unterkühler 10.3 eintritt. Der Unterkühler 10.3 kann dabei räumlich getrennt vom Kondensator 10.1 im Frontmodul angeordnet sein. Beispielsweise ist der Unterkühler 10.3 in erster Ebene oder als flachliegender Kühler im Modul ausgebildet. Hierdurch wird eine Anströmung mit besonders kalter Umgebungsluft L sichergestellt, da noch keine anderen Kühler oder Kondensatoren, beispielsweise von einer Fahrzeugklimaanlage Wärme Q an die Umgebungsluft L abgegeben haben. Somit kann ein verbessertes Packaging im Fahrzeug erreicht werden und eine höhere Wärmeleistung erzielt werden.Here the capacitor 10.1 z. B. instead of a currently used water cooler, be integrated in a front module of the vehicle. The collector 10.2 acts as a buffer element of the circulatory system 4th so that the cooling medium M. always liquid in the sub-cooler 10.3 entry. The subcooler 10.3 can be spatially separated from the capacitor 10.1 be arranged in the front module. For example is the subcooler 10.3 designed in the first level or as a flat cooler in the module. This creates a flow of particularly cold ambient air L. ensured that there are no other coolers or condensers, for example heat from a vehicle air conditioning system Q to the ambient air L. have given up. In this way, improved packaging in the vehicle can be achieved and a higher thermal output can be achieved.
11 zeigt ein Schaltbild eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels einer Temperiervorrichtung 1 für ein Fahrzeug, insbesondere zum Temperieren von Ladeluft LL eines Turboladers 2 für eine Verbrennungskraftmaschine 3 11 shows a circuit diagram of a further possible embodiment of a temperature control device 1 for a vehicle, especially for controlling the temperature of charge air LL a turbocharger 2 for an internal combustion engine 3
Im Unterschied zu dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der dritte Wärmetauscher 10 derart mehrteilig ausgebildet, dass dieser einen im Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.3 angeordneten ersten Kondensator 10.1 und einen im Hochtemperatur-Kreislaufteil 4.1 angeordneten zweiten Kondensator 10.4, welche dem jeweiligen Ejektor 7, 18 nachgeschaltet sind umfasst. Das heißt, das Kühlmedium M wird in den Hochtemperatur-Kreislaufteilen 4.1, 4.3 jeweils separat kondensiert und anschließend in einem gemeinsamen Sammler 10.2 zusammengeführt. Durch den Sammler 10.2 stellt sich ein Druck in beiden Kondensatoren 10.1, 10.4 ein und ein Ausgleich von Wärmeleistungsschwankungen in den Hochtemperatur-Kreislaufteilen 4.1, 4.3 kann sichergestellt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Unterkühler 10.3 mit flüssigem Kühlmedium M beaufschlagt wird.In contrast to the in 10 The illustrated embodiment is the third heat exchanger 10 formed in several parts in such a way that this one in the high-temperature circuit part 4.3 arranged first capacitor 10.1 and one in the high temperature circuit part 4.1 arranged second capacitor 10.4 which the respective ejector 7th , 18th downstream are included. That is, the cooling medium M. is in the high temperature circuit parts 4.1 , 4.3 each condensed separately and then in a common collector 10.2 merged. By the collector 10.2 there is a pressure in both capacitors 10.1 , 10.4 and a compensation of thermal output fluctuations in the high-temperature circuit parts 4.1 , 4.3 can be ensured. This will ensure that the subcooler 10.3 with liquid cooling medium M. is applied.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
-
11
-
TemperiervorrichtungTemperature control device
-
22
-
Turboladerturbocharger
-
33rd
-
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
-
44th
-
KreislaufsystemCirculatory system
-
4.14.1
-
Hochtemperatur-KreislaufteilHigh temperature circuit part
-
4.24.2
-
Niedertemperatur-KreislaufteilLow temperature circuit part
-
4.34.3
-
Hochtemperatur-KreislaufteilHigh temperature circuit part
-
4.44.4
-
Niedertemperatur-KreislaufteilLow temperature circuit part
-
55
-
WärmetauscherHeat exchanger
-
66th
-
FördervorrichtungConveyor
-
77th
-
EjektorEjector
-
7.17.1
-
DruckseitePrint side
-
7.27.2
-
SaugseiteSuction side
-
7.37.3
-
TreibdüsePropulsion nozzle
-
7.3.17.3.1
-
TreibdüsenausgangDriving nozzle outlet
-
88th
-
WärmetauscherHeat exchanger
-
99
-
ExpansionsventilExpansion valve
-
1010
-
WärmetauscherHeat exchanger
-
10.110.1
-
Kondensatorcapacitor
-
10.210.2
-
SammlerCollector
-
10.310.3
-
UnterkühlerSubcooler
-
10.410.4
-
Kondensatorcapacitor
-
1111
-
integrierter Wärmetauscherintegrated heat exchanger
-
11.111.1
-
WärmeabgabeseiteHeat release side
-
11.211.2
-
WärmeaufnahmeseiteHeat absorption side
-
1212th
-
AbzweigungJunction
-
1313th
-
VentilValve
-
1414th
-
Niedertemperatur-FahrzeugkomponenteLow temperature vehicle component
-
15 bis 1715 to 17
-
FahrzeugkomponenteVehicle component
-
1818th
-
EjektorEjector
-
18.118.1
-
DruckseitePrint side
-
18.218.2
-
SaugseiteSuction side
-
1919th
-
Expansionsventil
Expansion valve
-
A1A1
-
Querschnittcross-section
-
HH
-
EnthalpieEnthalpy
-
KLKL
-
Kennliniecurve
-
LL.
-
UmgebungsluftAmbient air
-
LLLL
-
LadeluftCharge air
-
MM.
-
KühlmediumCooling medium
-
M1M1
-
TreibmassenstromMotive mass flow
-
M2M2
-
MassenstromMass flow
-
pp
-
Druckpressure
-
P1P1
-
PunktPoint
-
P2P2
-
PunktPoint
-
P3, P3'P3, P3 '
-
PunktPoint
-
P4, P4', P4”P4, P4 ', P4 ”
-
PunktPoint
-
P5P5
-
PunktPoint
-
P6, P6', P6”P6, P6 ', P6 ”
-
PunktPoint
-
P7, P7'P7, P7 '
-
PunktPoint
-
QQ
-
Wärmewarmth
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
-
DE 102016013926 A1 [0002]DE 102016013926 A1 [0002]
