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Die Erfindung betrifft ein Temperiersystem für ein Kraftfahrzeug, das einerseits ein Kühlsystem zur bedarfsweise Kühlung von mehreren Komponenten, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor und einem Ladeluftkühler, sowie ein Klimasystem zur bedarfsweisen Kühlung von Luft, die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll, umfasst.
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Ein solches Temperiersystem ist aus der
US 2019/0375270 A1 bekannt. Dieses Temperiersystem umfasst zudem einen sogenannten Chiller, bei dem es sich um einen Wärmetauscher handelt, der mit einer ersten Wärmetauschseite in das Klimasystem und mit einer zweiten Wärmetauschseite in das Kühlsystem integriert ist. Dadurch kann das Kühlmittel des Kühlsystems bedarfsweise und zusätzlich zu einer Kühlung mittels eines Kühlmittelkühlers, in dem ein Wärmeübergang auf Umgebungsluft stattfindet, mittels des Kältemittels des Klimasystems gekühlt werden.
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Die
US 2016/0082805 A1 offenbart ein Temperiersystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem der Verdampfer und der Kondensator eines Klimasystems in jeweils einen Kühlmittelkreis eines Kühlsystems integriert sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Temperiersystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das trotz einer einfachen Ausgestaltung eine vorteilhafte Kühlung von Komponenten des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist bei einem Temperiersystem für ein Kraftfahrzeug gelöst, das zum einen ein Kühlsystem umfasst, das in einem ersten Kühlmittelkreis mindestens eine erste zumindest temporär zu kühlende Komponente und einen ersten Kühlmittelkühler integriert und in einem zweiten Kühlmittelkreis mindestens eine zweite zumindest temporär zu kühlende Komponente und einen zweiten Kühlmittelkühler integriert. Die/eine erste zu kühlende Komponente kann dabei vorzugsweise ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor, insbesondere ein elektrischer Traktionsmotor, mittels dessen ein Fahrantrieb des Kraftfahrzeugs bewirkbar ist, sein. Die/eine zweite zu kühlende Komponente kann vorzugsweise ein Ladeluftkühler oder eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, mittels der elektrische Energie für den Betrieb eines elektrischen Traktionsmotors bereitgestellt werden kann, oder ein Batterieladegerät sein. Weiterhin umfasst das Temperiersystem ein Klimasystem, das in einem Kältemittelkreis zumindest einen Verdichter, einen Kondensator und einen Verdampfer sowie vorzugsweise auch ein Expansionsventil und/oder einen Trockner integriert. Der Verdampfer kann insbesondere auch dazu dienen, bedarfsweise Klimatisierungsluft, die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll, zu kühlen. Der Kondensator und/oder der Verdampfer können dabei insbesondere nicht dem ersten Kühlmittelkühler und/oder dem zweiten Kühlmittelkühler entsprechen. Der Kondensator und/oder der erste Kühlmittelkühler und/oder der zweite Kühlmittelkühler können insbesondere luftgekühlt ausgestaltet sein, so dass ein Wärmeübergang von dem diese beziehungsweise eine Wärmetauschseite davon durchströmenden Kältemittel oder Kühlmittel auf Umgebungsluft, die eine weitere Wärmetauschseite davon durchströmt, erfolgt, wobei diese Umgebungsluft nicht für eine Zufuhr zu einem Innenraum des Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Weiterhin ist ein Wärmetauscher als Chiller vorgesehen, der eine erste Wärmetauschseite, die in den Kältemittelkreis integriert oder mittels einer ersten Ventilvorrichtung integrierbar ist, und eine zweite Wärmetauschseite, die mittels einer zweiten Ventilvorrichtung sowohl in den ersten Kühlmittelkreis als auch in den zweiten Kühlmittelkreis integrierbar ist, umfasst.
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Als „Kühlmittelkreis“ beziehungsweise „Kältemittelkreis“ wird eine fluidische Verschaltung von Komponenten verstanden, in denen bedarfsweise ein Kreislauf des Kühlmittels oder Kältemittels realisierbar ist, wobei das Kühlmittel oder Kältemittel die in den entsprechenden Kreis integrierten Komponenten durchströmen kann beziehungsweise im Betrieb des jeweiligen Systems durchströmt.
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Ein erfindungsgemäßes Temperiersystem ermöglicht trotz eines relativ einfachen strukturellen Aufbaus sowohl die in den ersten Kühlmittelkreis als auch die in den zweiten Kühlmittelkreis integrierten zu kühlenden Komponenten mittels des den jeweiligen Kühlmittelkreis durchströmenden Kühlmittels zu kühlen, wobei die Kühlleistung dabei nicht nur durch den jeweiligen Kühlmittelkühler sondern bedarfsweise auch durch den Chiller bereitgestellt wird. Damit kann bedarfsweise eine besonders hohe Kühlleistung für beide Kühlmittelkreise realisiert werden.
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Die Integrierbarkeit der zweiten Wärmetauschseite des Chillers in sowohl den ersten Kühlmittelkreis als auch in den zweiten Kühlmittelkreis kann gemäß einer Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems nur selektiv beziehungsweise nicht gleichzeitig möglich sein, wodurch eine relativ einfache Ausgestaltung des Temperiersystems, insbesondere hinsichtlich der zweiten Ventilvorrichtung, erreicht werden kann.
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Eine flexiblere Kühlung der in das Kühlsystem integrierten Komponenten kann dagegen dadurch realisiert werden, dass die zweite Ventilvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Integrierbarkeit der zweite Wärmetauschseite des Wärmetauschers in sowohl den ersten Kühlmittelkreis als auch den zweiten Kühlmittelkreis (auch, d.h. neben einer grundsätzlichen Möglichkeit der einzelnen Integration der beiden Kühlmittelkreise) gleichzeitig möglich ist.
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In den ersten Kühlmittelkreis kann vorzugsweise ein Heizungswärmetauscher integriert oder mittels einer dritten Ventilvorrichtung integrierbar sein. Dieser Heizungswärmetauscher kann dazu dienen, bedarfsweise Luft, die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll, zu erwärmen. Das Temperiersystem ermöglicht damit sowohl ein Kühlen des Innenraums des Kraftfahrzeugs mittels des Klimasystems als auch ein Heizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs mittels Abwärme des Kühlsystems.
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Die zweite Ventilvorrichtung und/oder die dritte Ventilvorrichtung können vorzugsweise als Drehschieberventil ausgestaltet sein, wodurch auf relativ einfache Weise auch relativ komplexe Verschaltungen der in das Kühlsystem integrierten Komponenten realisierbar sind. Alternativ dazu kann die zweite Ventilvorrichtung und/oder die dritte Ventilvorrichtung auch ein oder mehrere herkömmliche, aktiv ansteuerbare Schalt- oder Proportionalventile aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßes Temperiersystem beziehungsweise das Kühlsystem davon kann vorzugsweise mindestens eine die zweite Ventilvorrichtung umgehende Kühlmittel-Bypassleitung umfassen, wodurch Strömungsverluste, die bei einer Durchströmung der zweiten Ventilvorrichtung entstehen (würden), gering gehalten oder vermieden werden können, sofern kein Kühlmittel oder nur ein Teil des Kühlmittel über den Chiller geführt wird. Die Kühlmittel-Bypassleitung kann vorzugsweise ausschließlich die zweite Ventilvorrichtung und demnach nicht auch eine der genannten zu kühlenden Komponenten des Kühlsystems umgehen. Besonders bevorzugt kann eine solche Kühlmittel-Bypassleitung als Teil des ersten Kühlmittelkreises vorgesehen sein, weil der erste Kühlmittelkreis für einen relativ großen maximalen Massenstrom des Kühlmittels ausgelegt sein kann. Es kann somit vorteilhaft sein, bei Bedarf zumindest einen Teil oder auch den gesamten in dem ersten Kühlmittelkreis strömenden Mengenstrom des Kühlmittels nicht über die zweite Ventilvorrichtung zu führen, wenn dies nicht erforderlich ist. Alternativ oder ergänzend kann eine solche Kühlmittel-Bypassleitung auch als Teil des zweiten Kühlmittelkreises vorgesehen sein.
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Die Kühlmittel-Bypassleitung kann einerseits kein Bypassventil umfassen, so dass, in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Strömungswiderständen, die einerseits die Kühlmittel-Bypassleitung und andererseits der Strömungsweg über die zweite Ventilvorrichtung bewirken, stets zumindest ein Teil des Kühlmittels über die Kühlmittel-Bypassleitung geführt wird. Eine solche Ausgestaltung kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn eine durch den Chiller bereitgestellte Kühlleistung grundsätzlich nicht so hoch ist, so dass es zur Nutzung dieser Kühlleistung erforderlich ist, den gesamten Massenstrom des Kühlmittels, der den entsprechenden Kühlmittelkreis durchströmen kann, auch über den Chiller zu führen. Strömungsverluste, die sich aufgrund einer Durchströmung des Chillers sowie der für dessen bedarfsweise Einbindung in die Kühlmittelkreise vorgesehenen zweiten Ventilvorrichtung einstellen, können damit relativ gering gehalten werden.
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Gemäß einer Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems kann die Kühlmittel-Bypassleitung jedoch auch ein Bypassventil umfassen, wodurch bedarfsgerecht und damit möglichst optimal gesteuert werden kann, ob und in welchem Ausmaß Kühlmittel über die zweite Ventilvorrichtung und gegebenenfalls auch den Chiller geführt wird.
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Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes Temperiersystem beziehungsweise der Kältemittelkreis des Klimasystems eine die erste Wärmetauschseite des Chillers umgehende Kältemittel-Bypassleitung umfassen, wodurch Strömungsverluste, die infolge eines Durchströmens der ersten Wärmetauschseite des Chillers entstehen (würden), gering gehalten oder vermieden werden können, wenn der Chiller nicht oder nur in einem relativ geringem Ausmaß dazu genutzt wird, zusätzliche Kühlleistung für das Kühlsystem bereitzustellen, was mittels der ersten Ventilvorrichtung steuerbar ist. Die Kältemittel-Bypassleitung kann vorzugsweise ausschließlich die erste Wärmetauschseite des Chillers und demnach nicht auch eine der anderen genannten Komponenten des Klimasystems umgehen.
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Gemäß einer Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems können der erste Kühlmittelkreis und der zweite Kühlmittelkreis vollständig separiert sein. Darunter wird verstanden, dass diese keinen integralen Abschnitt, d.h. keinen Abschnitt, der gleichzeitig Teil beider Kühlmittelkreise ist, umfassen. Die separierten Kühlmittelkreise können dabei jedoch mit einem gemeinsamen Ausgleichsbehälter, insbesondere über jeweils mindestens eine im Wesentlichen nur Kühlmittel führende Ausgleichsleitung sowie jeweils mindestens eine im Wesentlichen nur Luft führende Entlüftungsleitung, indirekt verbunden sein. Möglich ist aber auch eine Ausgestaltung, bei der jedem Kühlmittelkreis ein eigner Ausgleichsbehälter zugeordnet ist. Als „Ausgleichsbehälter“ wird dabei ein Reservoir für das Kühlmittel des Kühlsystems verstanden, das dazu dient, insbesondere temperaturbedingte Volumenänderungen des Kühlmittels durch eine Veränderung des Füllstands des Kühlmittels in dem Ausgleichsbehälter auszugleichen. Dazu kann ein solcher Ausgleichsbehälter teilweise mit dem Kühlmittel und teilweise mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllt sein. Sofern das Temperiersystem derart ausgestaltet ist, dass eine gleichzeitige Integration der zweiten Wärmetauschseite des Chillers in sowohl den ersten Kühlmittelkreis als auch den zweiten Kühlmittelkreis möglich ist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der erste Kühlmittelkreis und der zweite Kühlmittelkreis mit Ausnahme eines (insbesondere ausschließlich) den Chiller umfassenden integralen Abschnitts, der sich zwischen einem Kühlmittelauslass und einem Kühlmitteleinlass der zweiten Ventilvorrichtung erstreckt, separiert ausgestaltet sind.
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Eine separierte Ausgestaltung der Kühlmittelkreise ermöglicht, unterschiedliche Betriebstemperaturbereiche für die verschiedenen darin enthaltenen Kühlmittelmengen vorzusehen, wobei die Betriebstemperaturen insbesondere stromab des jeweiligen Kühlmittelkühlers bestimmt werden können. Der erste Kühlmittelkreis kann dann vorzugsweise ein Hochtemperaturkühlmittelkreis und der zweite Kühlmittelkreis ein Niedertemperaturkühlmittelkreis sein, so dass ein definierter Betriebstemperaturbereich für die Temperatur des in dem ersten Kühlmittelkreis enthaltenen Kühlmittels höher als ein definierter Betriebstemperatur für die Temperatur des in dem zweiten Kühlmittelkreis enthaltenen Kühlmittels ist. Dabei kann ein unterer Grenzwert des Betriebstemperaturbereichs des Hochtemperaturkühlmittelkreises unterhalb oder, vorzugsweise, oberhalb eines oberen Grenzwerts des Betriebstemperaturbereichs des Niedertemperaturkühlmittelkreises sein.
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Sofern das erfindungsgemäße Temperiersystem einen Verbrennungsmotor umfasst, kann es sich bei diesem beispielsweise um einen (selbstzündenden und qualitätsgeregelten) Dieselmotor oder um einen (fremdgezündeten und quantitätsgeregelten) Ottomotor oder um eine Kombination daraus, z.B. um einen Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung, handeln. Der Verbrennungsmotor kann dabei sowohl mit Flüssigkraftstoff (d.h. Diesel oder Benzin) als auch mit einem gasförmigen Kraftstoff (insbesondere Erdgas, LNG oder LPG) betrieben werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW), mit einem erfindungsgemäßen Temperiersystem.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:
- 1: ein erfindungsgemäßes Temperiersystem gemäß einer ersten Ausgestaltungsform in einem ersten Betriebszustand;
- 2: das Temperiersystem in einem zweiten Betriebszustand;
- 3: das Temperiersystem in einem dritten Betriebszustand;
- 4: ein erfindungsgemäßes Temperiersystem gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform;
- 5: ein erfindungsgemäßes Temperiersystem gemäß einer dritten Ausgestaltungsform;
- 6: ein erfindungsgemäßes Temperiersystem gemäß einer vierten Ausgestaltungsform; und
- 7: ein erfindungsgemäßes Temperiersystem gemäß einer fünften Ausgestaltungsform.
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Die 1 bis 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Temperiersystem für ein im Übrigen nicht dargestelltes Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausgestaltungsform.
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Das Temperiersystem umfasst ein Klimasystem 1, das zum einen dazu dient, (Klimatisier-)Luft 10, die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll, bedarfsweise zu kühlen. Dazu umfasst das Klimasystem 1 einen beispielsweise elektromotorisch oder mittels eines Verbrennungsmotors 2 des Kraftfahrzeugs antreibbaren Verdichter 3, mittels dessen ein im gasförmigen Zustand befindliches Kältemittel verdichtet werden kann. Das verdichtete, gasförmige Kältemittel wird anschließend über eine erste Wärmetauschseite 4a eines als Chiller 4 dienenden Wärmetauschers und anschließend über einen Kondensator 5 geführt, wodurch das Kältemittel soweit abgekühlt wird, dass dieses kondensiert. Dabei erfolgt ein Wärmeübergang von dem Kältemittel auf (Kühl-)Luft 6, die den Kondensator 5 durch- und umströmt. Das flüssige Kältemittel wird dann durch einen Trockner 7 und anschließend durch ein Expansionsventil 8, mittels dessen das Kältemittel zerstäubt wird, geführt. Daraufhin erfolgt die Zufuhr zu einem Verdampfer 9, in dem das zerstäubte Kältemittel aufgrund eines schlagartig sinkenden Druckniveaus verdampft, wobei Wärmeenergie von der den Verdampfer 9 durch- und umströmenden Klimatisierluft 10 aufgenommen wird. Anschließend wird das gasförmige Kältemittel wieder über das Expansionsventil 8 geführt, das dadurch den Strömungsquerschnitt, über den das von dem Trockner 7 kommende, flüssige Kältemittel expandiert wird, selbsttätig in Abhängigkeit von dem Druck und der Temperatur des gasförmigen Kältemittels derart einstellt, dass gerade so viel flüssiges Kältemittel dem Verdampfer 9 zugeführt wird, wie in dem vorliegenden Betriebszustand verdampfen kann.
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Das Temperiersystem umfasst weiterhin ein Kühlsystem 11, das in einem ersten Kühlmittelkreis 12 den Verbrennungsmotor 2 als zu kühlende Komponente und einen ersten Kühlmittelkühler 13 integriert. Weiterhin ist von dem ersten Kühlmittelkreis 12 ein Heizungswärmetauscher 14 umfasst, wobei der Heizungswärmetauscher 14 und der Verbrennungsmotor 2 parallel in dem ersten Kühlmittelkreis 12 verschaltet sind. Mittels einer (dritten) Ventilvorrichtung 15 in Form eines aktiv ansteuerbaren Drehschieberventils kann bedarfsweise eine Verteilung von Kühlmittel auf den ausschließlich den Verbrennungsmotor 2 umfassenden Zweig oder den Zweig, der den Heizungswärmetauscher 14 und auch den Verbrennungsmotor 2 umfasst, bewirkt werden. Kühlmittel, das über den ausschließlich den Verbrennungsmotor 2 umfassenden Zweig geführt wird, strömt über einen ersten Kühlmitteleinlass 2a des Verbrennungsmotors 2 in Kühlmittelkanäle (nicht dargestellt), die in dem Verbrennungsmotor 2 ausgebildet sind, und verlässt diese Kühlmittelkanäle wieder über einen Kühlmittelauslass 2b des Verbrennungsmotors 2. Kühlmittel, das über den auch den Heizungswärmetauscher 14 integrierenden Zweig geführt wird, strömt dagegen, nach einer Durchströmung des Heizungswärmetauschers 14, über einen zweiten Kühlmitteleinlass 2c des Verbrennungsmotors 2 in die Kühlmittelkanäle des Verbrennungsmotors 1 und wird über den Kühlmittelauslass 2b des Verbrennungsmotors 2 wieder abgeführt. Eine Förderung von Kühlmittel kann dabei mittels einer Hauptkühlmittelpumpe erfolgen, die in die dritte Ventilvorrichtung 15 integriert ist und die mittels des Verbrennungsmotors 2 oder mittels eines Elektromotors antreibbar ist. Weiterhin ist eine Zusatzkühlmittelpumpe 16, vorgesehen, die, stromauf des Heizungswärmetauschers 14, in den auch den Heizungswärmetauscher 14 umfassenden Zweig des ersten Kühlmittelkreises 12 integriert ist. Diese Zusatzkühlmittelpumpe 16 gewährleistet eine relativ große Flexibilität hinsichtlich einer Aufteilung von Kühlmittel auf einerseits den ausschließlich den Verbrennungsmotor 2 umfassenden Zweig und andererseits den auch den Heizungswärmetauscher 14 integrierenden Zweig. Auch ermöglicht die Zusatzkühlmittelpumpe 16 eine Förderung von Kühlmittel bei von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebener Hauptkühlmittelpumpe im Nichtbetrieb des Verbrennungsmotors 2, beispielsweise für eine Nachkühlung des Verbrennungsmotors 2 und/oder für ein Heizen der dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführenden Klimatisierluft 10.
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Das Kühlsystem 11 umfasst weiterhin einen zweiten Kühlmittelkreis 17 mit einem Ladeluftkühler 18 als zu kühlende Komponente, mit einem zweiten Kühlmittelkühler 19 und mit einer Kühlmittelpumpe 20. Der Ladeluftkühler 18 dient im Betrieb des Verbrennungsmotors 2 dazu, Frischgas, das dem Verbrennungsmotor 2 zur Verbrennung mit Kraftstoff zugeführt wird, zu kühlen.
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Das Kühlsystem 11 umfasst weiterhin eine (zweite) Ventilvorrichtung 21 in Form eines Drehschieberventils, die sowohl in den ersten Kühlmittelkreis 12 als auch in den zweiten Kühlmittelkreis 17 integriert ist und mittels der eine zweite Wärmetauschseite 4b des Chillers 4 in den ersten Kühlmittelkreis 12 und in den zweiten Kühlmittelkreis 17 integrierbar ist. Dazu umfasst die zweite Ventilvorrichtung 21 einen ersten Kühlmitteleinlass 21a, einen zweiten Kühlmitteleinlass 21b, einen dritten Kühlmitteleinlass 21c, einen ersten Kühlmittelauslass 21d, einen zweiten Kühlmittelauslass 21e und einen dritten Kühlmittelauslass 21f. Der erste Kühlmitteleinlass 21a der zweiten Ventilvorrichtung 21 ist mit einem Kühlmittelauslass 13a des ersten Kühlmittelkühlers 13 und der erste Kühlmittelauslass 21d der zweiten Ventilvorrichtung 21 ist mit einem ersten Kühlmitteleinlass 15a der dritten Ventilvorrichtung 15 fluidleitend verbunden. Der zweite Kühlmitteleinlass 21b der zweiten Ventilvorrichtung 21 ist mit einem Kühlmittelauslass 19a des zweiten Kühlmittelkühlers 19 und der zweite Kühlmittelauslass 21e der zweiten Ventilvorrichtung 21 ist mit einem Kühlmitteleinlass 20a der Kühlmittelpumpe 20 des zweiten Kühlmittelkreises 17 verbunden. Der dritte Kühlmittelauslass 21f der zweiten Ventilvorrichtung 21 ist mit einem Kühlmitteleinlass 4b1 der zweiten Wärmetauschseite 4b des Chillers 4 und der dritte Kühlmitteleinlass 21c der zweiten Ventilvorrichtung 21 ist mit einem Kühlmittelauslass 4b2 der zweiten Wärmetauschseite 4b des Chillers 4 fluidleitend verbunden.
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Im Betrieb des Verbrennungsmotors 2 erfolgt eine Kühlung der zu kühlenden Komponenten, d.h. des Verbrennungsmotors 2 sowie des Ladeluftkühlers 18 (beziehungsweise der diesen durchströmenden Ladeluft 22) durch das in den Kühlmittelkreisen 12, 17 strömende Kühlmittel, wobei eine Rückkühlung des Kühlmittels, soweit ausreichend, ausschließlich durch einen Wärmeübergang auf die Kühlluft 6, die die Kühlmittelkühler 13, 19 durchströmt, bewirkt wird. Gleichzeitig kann mittels der dritten Ventilvorrichtung 15 bedarfsweise Kühlmittel, das in dem ersten Kühlmittelkreis 12 strömt, teilweise oder vollständig über den Heizungswärmetauscher 14 geführt werden, sofern Heizbedarf für die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführende Klimatisierluft 10 besteht. Die 1 zeigt eine entsprechende Betriebsstellung der zweiten Ventilvorrichtung 21, bei der diese eine direkte fluidleitende Verbindung zwischen dem ersten Kühlmitteleinlass 21a und dem ersten Kühlmittelauslass 21d sowie zwischen dem zweiten Kühlmitteleinlass 21b und dem zweiten Kühlmittelauslass 21e bewirkt. Sofern in diesem Betriebszustand Kühlbedarf für die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführende Klimatisierluft 10 besteht, kann das Klimasystem 1 diesem Kühlbedarf entsprechend betrieben werden. Eine Kühlleistung, die durch den Betrieb des Klimasystems 1 grundsätzlich mittels des Chillers 4 für das Kühlmittel des Kühlsystems bereitgestellt wird, wird dabei aufgrund des Ausschlusses der zweiten Wärmetauschseite 4b des Chillers 5 aus den Kühlmittelkreisen 12, 17 des Kühlsystems 11 nicht genutzt. Dadurch kann der Verdichter 3 des Klimasystems 1 mit einer möglichst geringen, lediglich durch den Kühlbedarf für die Klimatisierluft 10 bestimmten Leistung betrieben werden, was sich vorteilhaft hinsichtlich des dafür erforderlichen Energieverbrauchs auswirkt.
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Sofern für den Ladeluftkühler 18 eine Kühlleistung sinnvoll genutzt werden kann, die nicht durch eine ausschließliche Rückkühlung des in dem zweiten Kühlmittelkreis 17 strömenden Kühlmittels mittels des zweiten Kühlmittelkühlers 19 bewirkt werden kann, kann gemäß der 2 vorgesehen sein, durch eine entsprechende Einstellung der zweiten Ventilvorrichtung 21 den zweiten Kühlmitteleinlass 21b dieser Ventilvorrichtung 21 mit dem dritten Kühlmittelauslass 21f und den dritten Kühlmitteleinlass 21c mit dem zweiten Kühlmittelauslass 21e fluidleitend zu verbinden, wodurch die zweite Wärmetauschseite 4b des Chillers 4 in den zweiten Kühlmittelkreis 17 eingebunden wird. Die direkte fluidleitende Verbindung zwischen dem ersten Kühlmitteleinlass 21a und dem ersten Kühlmittelauslass 21d der zweiten Ventilvorrichtung 21 bleibt dagegen bestehen, so dass der Chiller 4 nicht auch in den ersten Kühlmittelkreis 12 integriert wird. Durch ein solches zusätzliches Rückkühlen des in dem zweiten Kühlmittelkreis 17 strömenden Kühlmittels mittels des Chillers 4 (bei ausschließlich oder auch dafür betriebenem Klimasystem 1) kann eine erhöhte Kühlleistung für die Ladeluft 22, die dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt wird, erreicht werden. Dies kann insbesondere bei dem Betrieb des Verbrennungsmotors 2 (insbesondere eines relativ leistungsstarken Verbrennungsmotors 2 mit mindestens 200 kW Nennleistung oder einer spezifischen Nennleistung von mindestens 100 kW je Liter Hubraum) mit Volllast (und insbesondere auch bei Volllast in Verbindung mit einer relativ geringen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und damit einer relativ geringen Kühlleistung der Kühlmittelkühler 13, 19) vorgesehen sein. Dadurch kann ermöglicht sein, den Verbrennungsmotor 2, insbesondere bei einer fremdgezündeten Ausgestaltung, auch bei einem solchen Volllastbetrieb mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) zu betreiben, was sich vorteilhaft hinsichtlich des Schadstoffemissionsverhaltens des Verbrennungsmotors 2 beziehungsweise einer den Verbrennungsmotor 2 umfassenden Brennkraftmaschine auswirken kann. Vorteilhaft kann sich ein solcher stöchiometrischer Volllastbetrieb insbesondere hinsichtlich der Wirksamkeit eines in einen nicht dargestellten Abgasstrang der Brennkraftmaschine integrierten Dreiwegekatalysators und/oder Partikelfilters auswirken.
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Gemäß der 3 kann mittels des Chillers 4 auch eine zusätzliche Kühlleistung für das in dem ersten Kühlmittelkreis 12 strömende Kühlmittel und damit (auch) für den darin integrierten Verbrennungsmotor 2 bewirkt werden, wozu durch eine entsprechende Stellung der zweiten Ventilvorrichtung 21 der erste Kühlmitteleinlass 21a mit dem dritten Kühlmittelauslass 21f und der dritte Kühlmitteleinlass 21c mit dem ersten Kühlmittelauslass 21d der zweiten Ventilvorrichtung 21 fluidleitend verbunden werden. Bei dieser Betriebsstellung der zweiten Ventilvorrichtung 21 liegt zudem eine direkte fluidleitende Verbindung zwischen dem zweiten Kühlmitteleinlass 21b und dem zweiten Kühlmittelauslass 21e vor. Der Chiller 4 ist dadurch in den ersten Kühlmittelkreis 12 integriert, aus dem zweiten Kühlmittelkreis 17 dagegen ausgeschlossen. Die durch den Chiller 4 bereitgestellte zusätzliche Kühlleistung kann insbesondere bei einem außergewöhnlich hohen und üblicherweise nur selten und/oder kurzzeitig vorliegenden Kühlbedarf des Verbrennungsmotors 2 genutzt werden, wie beispielsweise bei einem Betrieb mit Volllast bei gleichzeitig relativ geringer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (beispielsweise bei einer Bergauffahrt des Kraftfahrzeugs). Da dann ein Anteil der insgesamt erforderlichen Rückkühlleistung für das den ersten Kühlmittelkreis 12 durchströmende Kühlmittel durch den Chiller 4 beziehungsweise über den Chiller 4 durch das Klimasystem 1 gedeckt wird, ist es möglich, den ersten Kühlmittelkühler 13 und insbesondere auch ein dem ersten Kühlmittelkühler 13 (und vorzugsweise auch gleichzeitig dem zweiten Kühlmittelkühler 19 sowie dem Kondensator 5) zugeordnetes Gebläse (nicht dargestellt) relativ leistungsschwach zu dimensionieren, was sich vorteilhaft hinsichtlich des Bauraumbedarfs sowie hinsichtlich eines elektrischen Leistungsbedarfs für das Gebläse auswirken kann. Sofern vorgesehen ist, dass der Verdichter 3 des Klimasystems 1 mittels des Verbrennungsmotors 2 angetrieben wird, kann sich eine solche Reduzierung des elektrischen Leistungsbedarfs auch vorteilhaft hinsichtlich einer rein elektrischen Reichweite des Kraftfahrzeugs bei einer Ausgestaltung als Hybridfahrzeug auswirken.
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Sofern das Kraftfahrzeug derart betrieben wird, dass eine zusätzliche Kühlleistung, die mittels des Chillers 4 bereitgestellt werden kann, sowohl für den ersten Kühlmittelkreis 12 als auch den zweiten Kühlmittelkreis 17 beziehungsweise für die darin jeweils integrierten zu kühlenden Komponenten sinnvoll genutzt werden kann, kann vorgesehen sein, die zweite Ventilvorrichtung 21 mehrfach beziehungsweise zyklisch zwischen den Betriebsstellungen gemäß den 2 und 3 umzuschalten. Grundsätzlich wäre dafür aber auch eine Ausgestaltung der zweiten Ventilvorrichtung 21 möglich, bei der die zweite Wärmetauschseite 4b des Chillers 4 gleichzeitig in sowohl den ersten Kühlmittelkreis 12 als auch den zweiten Kühlmittelkreis 17 integriert wäre. Nachteilig daran wäre jedoch ein Vermischen von Kühlmittel, das einerseits aus dem ersten Kühlmittelkreis 12 und andererseits aus dem zweiten Kühlmittelkreis 17 stammt, in dem Chiller 4. Ein solches Vermischen könnte insbesondere dann nachteilig sein, wenn, wie dies vorzugsweise vorgesehen ist, der erste Kühlmittelkreis 12 als Hochtemperaturkühlmittelkreis und der zweite Kühlmittelkreis 17 als Niedertemperaturkühlmittelkreis ausgelegt sind, so dass ein vorgesehener Betriebstemperaturbereich des in dem ersten Kühlmittelkreis 12 strömenden Kühlmittels höher als ein vorgesehener Betriebstemperaturbereich des in dem zweiten Kühlmittelkreis 17 strömenden Kühlmittels ist. Zur Erzielung unterschiedlicher Betriebstemperaturbereiche für die in den verschiedenen Kühlmittelkreisen 12, 17 strömenden Kühlmittelmengen sind die Kühlmittelkreise 12, 17 des Kühlsystems gemäß den 1 bis 3 separiert ausgestaltet. Ein Vermischen dieser Kühlmittelmengen erfolgt dabei lediglich in einem sehr geringen Umfang in einem Ausgleichsbehälter 23, der mit beiden Kühlmittelkreisen 12, 17 verbunden ist. Dazu ist ein in Schwerkraftrichtung unten liegender, Kühlmittel enthaltener Abschnitt des Ausgleichsbehälters 23 über eine Verbindungsleitung 24 innerhalb der dritten Ventilvorrichtung 15 mit beiden Kühlmittelkreisen 12, 17 verbunden. Zudem ist ein oben liegender, Luft enthaltender Abschnitt des Ausgleichsbehälters 23 über mehrere Entlüftungsleitungen 25 mit verschiedenen Abschnitten beider Kühlmittelkreise 12, 17 verbunden.
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Die 4 zeigt eine alternative Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems. Dieses unterscheidet sich von demjenigen gemäß den 1 bis 3 darin, dass das Klimasystem 1 eine ausschließlich die erste Wärmetauschseite 4a des Chillers 4 umgehende Kältemittel-Bypassleitung 26 umfasst, wobei mittels einer (ersten) Ventilvorrichtung 27 in Form eines aktiv steuerbaren Schalt- oder Proportionalventils steuerbar ist, in welchem Umfang Kältemittel über den Chiller 4 und/oder die Kältemittel-Bypassleitung 26 geführt wird. Durch diese Ausgestaltung wird beispielsweise ermöglicht, Kältemittel dann nicht über die erste Wärmetauschseite 4a des Chillers 4 zu führen, wenn das Klimasystem 1 zur Kühlung der dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführenden Klimatisierluft 10 betrieben wird, gleichzeitig jedoch kein Bedarf an durch den Chiller 4 bereitgestellter Kühlleistung für Kühlmittel des Kühlsystems 11 besteht.
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Die in der 5 dargestellte Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems unterscheidet sich von demjenigen gemäß den 1 bis 3 darin, dass der erste Kühlmittelkreis 12 eine ausschließlich die zweite Ventilvorrichtung 21 umgehende Kühlmittel-Bypassleitung 28 umfasst, der kein Bypassventil zugeordnet ist. Dadurch umgeht auch dann ein Teil des in dem ersten Kühlmittelkreis 12 strömenden Kühlmittels die zweite Wärmetauschseite 4b des Chillers 4, wenn die zweite Ventilvorrichtung 21, wie in der 5 gezeigt, derart eingestellt ist, dass die zweite Wärmetauschseite 4b des Chiller 4 in den ersten Kühlmittelkreis 12 integriert ist.
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Die 6 zeigt eine Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems, das im Wesentlichen derjenigen der 5 entspricht, wobei jedoch der Kühlmittel-Bypassleitung 28 ein aktiv ansteuerbares Bypassventil 29 zugeordnet ist. Dadurch kann gesteuert werden, ob und in welchem Ausmaß Kühlmittel auch dann über die Kühlmittel-Bypassleitung 28 geführt wird, wenn die zweite Wärmetauschseite 4b des Chillers 4 durch eine entsprechende Stellung der zweiten Ventilvorrichtung 21 in den ersten Kühlmittelkreis 12 integriert ist.
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Die Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Temperiersystems gemäß der 7 kombiniert die Unterscheidungsmerkmale (im Vergleich zu dem Temperiersystem gemäß den 1 bis 3) der Temperiersysteme gemäß den 4 und 5. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform (nicht gezeigt) könnte der Kühlmittel-Bypassleitung 28 eines Temperiersystems gemäß der 7 aber auch ein Bypassventil 29 gemäß der 6 zugeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klimasystem
- 2
- Verbrennungsmotor
- 2a
- erster Kühlmitteleinlass des Verbrennungsmotors
- 2b
- Kühlmittelauslass des Verbrennungsmotors
- 2c
- zweiter Kühlmitteleinlass des Verbrennungsmotors
- 3
- Verdichter
- 4
- Chiller
- 4a
- erste Wärmetauschseite des Chillers
- 4b
- zweite Wärmetauschseite des Chillers
- 4b1
- Kühlmitteleinlass der zweiten Wärmetauschseite des Chillers
- 4b2
- Kühlmittelauslass der zweiten Wärmetauschseite des Chillers
- 5
- Kondensator
- 6
- Kühlluft
- 7
- Trockner
- 8
- Expansionsventil
- 9
- Verdampfer
- 10
- Klimatisierluft
- 11
- Kühlsystem
- 12
- erster Kühlmittelkreis
- 13
- erster Kühlmittelkühler
- 13a
- Kühlmittelauslass des ersten Kühlmittelkühlers
- 14
- Heizungswärmetauscher
- 15
- dritte Ventilvorrichtung mit integrierter Hauptkühlmittelpumpe des ersten Kühlmittelkreises
- 15a
- erster Kühlmitteleinlass der dritten Ventilvorrichtung
- 16
- Zusatzkühlmittelpumpe des ersten Kühlmittelkreises
- 17
- zweiter Kühlmittelkreis
- 18
- Ladeluftkühler
- 19
- zweiter Kühlmittelkühler
- 19a
- Kühlmittelauslass des zweiten Kühlmittelkühlers
- 20
- Kühlmittelpumpe des zweiten Kühlmittelkreises
- 20a
- Kühlmitteleinlass der Kühlmittelpumpe des zweiten Kühlmittelkreises
- 21
- zweite Ventilvorrichtung
- 21a
- erster Kühlmitteleinlass der zweiten Ventilvorrichtung
- 21b
- zweiter Kühlmitteleinlass der zweiten Ventilvorrichtung
- 21c
- dritter Kühlmitteleinlass der zweiten Ventilvorrichtung
- 21d
- erster Kühlmittelauslass der zweiten Ventilvorrichtung
- 21e
- zweiter Kühlmittelauslass der zweiten Ventilvorrichtung
- 21f
- dritter Kühlmittelauslass der zweiten Ventilvorrichtung
- 22
- Ladeluft
- 23
- Ausgleichsbehälter
- 24
- Verbindungsleitung
- 25
- Entlüftungsleitung
- 26
- Kältemittel-Bypassleitung
- 27
- erste Ventilvorrichtung
- 28
- Kühlmittel-Bypassleitung
- 29
- Bypassventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2019/0375270 A1 [0002]
- US 2016/0082805 A1 [0003]
