DE102022131392B3 - Kühlvorrichtung zur Ladeluftkühlung und Kraftfahrzeug - Google Patents

Kühlvorrichtung zur Ladeluftkühlung und Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Kühlvorrichtung zur Kühlung von in einem Verdichter mindestens einer Aufladeeinrichtung (70, 80) verdichteter, einem Verbrennungsmotor (60) zuzuführender Ladeluft, mit zwei Lufteinlässen (12, 14) und einem Luftauslass (16), wobei ein erster Lufteinlass (12) über einen ersten Luftpfad (13) mit dem Luftauslass (16) fluidisch verbunden ist und ein zweiter Lufteinlass (14) über einen zweiten Luftpfad (15) mit dem Luftauslas (16) fluidisch verbunden ist, einem ersten Wärmeübertrager (20), welcher am ersten Luftpfad (13) angeordnet ist, und einem zweiten Wärmeübertrager (22), welcher an dem zweiten Luftpfad (15) angeordnet ist, wobei die beiden Luftpfade (13, 15) in einer in Strömungsrichtung vor dem Luftauslass (16) angeordneten Abluftkammer (18) fluidisch miteinander verbunden sind, wobei in der Abluftkammer (18) ein dritter Wärmeübertrager (40, 50) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von in einem Verdichter mindestens einer Aufladeeinrichtung verdichteter, einem Verbrennungsmotor zuzuführender Ladeluft, mit zwei Lufteinlässen und einem Luftauslass, wobei ein erster Lufteinlass über einen ersten Luftpfad mit dem Luftauslass fluidisch verbunden ist und ein zweiter Lufteinlass über einen zweiten Luftpfad mit dem Luftauslass fluidisch verbunden ist, einem ersten Wärmeübertrager, welcher am ersten Luftpfad angeordnet ist, und einem zweiten Wärmeübertrager, welcher an dem zweiten Luftpfad angeordnet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor und der Kühlvorrichtung.
  • Aufgrund der verschärften Emissionsgesetzgebung sind alle Kraftfahrzeughersteller bestrebt, den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu steigern. Durch eine Wirkungsgradsteigerung kann die Abgastemperatur abgesenkt und somit das Abgasnachbehandlungssystem vor übermäßiger Alterung wirkungsvoll geschützt werden. Außerdem könnten eine Verbrauchsabsenkung sowie eine Leistungssteigerung ermöglicht werden. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass die Ladeluftkühlung einen großen Einfluss auf den Wirkungsgrad eines aufgeladenen Verbrennungsmotors hat. Dabei bewirkt die Abkühlung der Ladeluft zum einen eine Steigerung der Dichte und damit eine Erhöhung der Zylinderfüllung mit Frischgas. Außerdem wird durch eine möglichst geringe Ansauglufttemperatur die Klopfneigung des Verbrennungsmotors reduziert, wodurch der Zündzeitpunkt wirkungsgradoptimal gelegt werden kann. Darüber hinaus existieren wirkungsgradoptimierte Brennverfahren, wie beispielsweise das Miller-Verfahren, die eine relativ kurze Lufteinlasszeitdauer aufweisen, um die thermodynamische Effizienz zu steigern. Um trotzdem eine adäquate Zylinderfüllung für eine hohe Leistung zu gewährleisten, muss entsprechend höher aufgeladen, d.h. die Ladeluft höher verdichtet, werden, wodurch sich die Temperatur der Ladeluft erhöht.
  • Derartige Kühlvorrichtungen zur Kühlung der Ladeluft sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2010 036 591 A1 eine derartige Kühlvorrichtung zur Kühlung von einem Verbrennungsmotor zuzuführender Ladeluft. Die Kühlvorrichtung weist zwei Lufteinlässe und einen Luftauslass auf. Der erste Lufteinlass ist über einen ersten Luftpfad mit dem Luftauslass fluidisch verbunden. Der zweite Lufteinlass ist über einen zweiten Luftpfad mit dem Luftauslass fluidisch verbunden. An jedem Luftpfad ist jeweils ein Wärmeübertrager, d.h. ein Ladeluftkühler, angeordnet, wobei die über die Lufteinlässe einströmende, verdichtete Luft durch die beiden Wärmeübertrager gekühlt wird und über einen gemeinsamen Luftauslass und eine entsprechende Leitung zum Verbrennungsmotor geführt wird. Eine derartige Kühlvorrichtung wird außerdem in der DE 10 2004 014 669 A1 offenbart.
  • Ferner ist aus der DE 29 11 727 C2 bekannt, dass eine Kühlvorrichtung einen ersten Luftpfad mit einem ersten Wärmeübertrager sowie einen zweiten Luftpfad mit einem zweiten Wärmeübertrager aufweist, wobei die beiden Luftpfade in Strömungsrichtung stromabwärts der Wärmeübertrager fluidisch miteinander verbunden sind. Stromabwärts zu der Verbindung zwischen den beiden Luftpfaden ist ein dritter Wärmeübertrager angeordnet.
  • Aus der DE 2014 206 126 A1 ist eine Kühlvorrichtung bekannt, welche einlassseitig über jeweils eine fluidische Verbindung mit jeweils einem Verdichter verbunden ist und auslassseitig mit einem Verbrennungsmotor fluidisch verbunden ist.
  • Problematisch dabei ist es, dass die Kühlleistung durch die beiden Wärmeübertrager zur Kühlung der Ladeluft unter bestimmten Umständen, insbesondere bei relativ hohen Umgebungstemperaturen und bei hohen Ausgangstemperaturen der aus der Umgebung in die Verdichter eingeleiteten Luft, nicht ausreichen kann und dadurch insbesondere die Wirkungsgradsteigerung beim Verbrennungsmotor nicht erzielt werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung zur Ladeluftkühlung bereitzustellen, durch welche die erforderliche Kühlleistung zuverlässig bereitgestellt werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist in der Abluftkammer ein dritter Wärmeübertrager angeordnet, wodurch die Kühlleistung der Kühlvorrichtung erhöht werden kann, ohne den Bauraum nennenswert zu erhöhen. Im Betrieb der Kühlvorrichtung wird jeweils ein Luftstrom über die beiden Lufteinlässe in die Kühlvorrichtung eingeleitet, wobei die Luftströme den jeweiligen Wärmeübertrager durchströmen und dadurch gekühlt werden. Anschließend treffen die beiden Luftströme aufeinander und vermischen sich in der Abluftkammer zu einem Abluftstrom. Abschließend durchströmen die miteinander durchmischten Luftströme, d.h. der Abluftstrom, einen weiteren, innerhalb der Abluftkammer angeordneten, dritten Wärmeübertrager, wodurch der Abluftstrom nochmals gekühlt wird, bevor dieser über den Luftauslass aus der Kühlvorrichtung abgeführt wird. Die zusätzliche Abkühlung des Abluftstroms führt dazu, dass der aus der Kühlvorrichtung abgeführte Luftstrom eine relativ geringe Temperatur und dadurch eine relativ hohe Dichte aufweist, wodurch die Zylinderfüllung und dadurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht werden können.
  • Durch die Anordnung des dritten Wärmeübertragers innerhalb der Abluftkammer kann dieser bauraumsparend an der Kühlvorrichtung angeordnet werden.
  • Vorzugsweise sind der erste Wärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager jeweils als Luft-Luft-Wärmeübertrager ausgeführt, wobei die Wärmeübertrager mit jeweils einem Kühlluftstrom durchströmbar sind. Derartige Wärmeübertrager werden auch als direkte Wärmeübertrager bzw. direkte Ladeluftkühler bezeichnet. Dabei wird jeder Wärmeübertrager einerseits durch den vom Lufteinlass zum Luftauslass strömenden, zu kühlenden Luftstrom und andererseits vom Kühlluftstrom durchströmt, wobei die Luftströme von den Kühlluftströmen fluidisch getrennt sind und ausschließlich thermisch gekoppelt sind. Derartige Luft-Luft-Wärmeübertrager sind üblicherweise Kreuzstrom-Wärmeübertrager. Der Kühlluftstrom resultiert üblicherweise aus der Umgebungsluft. Durch die Ausgestaltung der Wärmeübertrager als Luft-Luft-Wärmeübertrager können diese einfach und kostengünstig ausgeführt werden, wobei keine Schläuche oder ähnliches zum Einleiten des zur Kühlung der Luftströme erforderlichen Fluids erforderlich sind, welche hergestellt und montiert werden müssen.
  • Alternativ sind der erste Wärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager jeweils als Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur thermischen Kopplung mit einem Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs ausgeführt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der dritte Wärmeübertrager als Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur thermischen Kopplung mit einem Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs ausgeführt. Die Ausgestaltung der Wärmeübertrager als Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager, auch als indirekte Wärmeübertrager bezeichnet, hat den Vorteil, dass die zu kühlende Luft auch auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungslufttemperatur heruntergekühlt werden kann. Bei direkten Wärmeübertragern ist die Abkühlung der Luft bestenfalls auf die Temperatur der den Kühlluftstrom bildenden Umgebungsluft möglich. Insbesondere in Regionen mit relativ hohen Umgebungstemperaturen von beispielsweise 40 °C kann damit die zu kühlende Luft lediglich bestenfalls auf 40 °C, beispielsweise auf 48 - 55 °C heruntergekühlt werden, wodurch die Dichte der in den Verbrennungsmotor eingeleiteten Luft relativ gering ist und dadurch ein reduzierter Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors vorliegt. Die Kombination aus indirekten und direkten Wärmeübertragern ist ein guter Kompromiss zwischen der Komplexität bzw. Kosten der Kühlvorrichtung und dem Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors, wobei die zu kühlende Luft zunächst durch die direkten Wärmeübertrager auf eine erste Temperatur, beispielsweise auf die Umgebungstemperatur, vorgekühlt werden kann und anschließend durch den indirekten Wärmeübertrager auf relativ zur Umgebungsluft niedrigere Temperaturen abgekühlt werden kann.
  • Vorzugsweise weist der dritte Wärmeübertrager ein erstes, mit dem Kühlmittel durchströmtes Wärmeübertragungselement und ein zweites, in Strömungsrichtung des zu kühlenden Luftstroms hinter dem ersten Wärmeübertragungselement angeordnetes, mit einem Kühlmittel durchströmtes Wärmeübertragungselement auf, wobei der dritte Wärmeübertrager derart ausgeführt ist, dass das zweite Wärmeübertragungselement vor dem ersten Wärmeübertragungselement mit Kühlmittel durchströmt wird. Durch eine derartige Ausgestaltung des dritten Wärmeübertragers funktioniert dieser nach dem U-Flow-Prinzip bzw. nach dem Kreuz-Gegenstrom-Prinzip. Dabei durchströmt das Kühlmittel zunächst das zweite Wärmeübertragungselement. Nach der Durchströmung des zweiten Wärmeübertragungselements wird das Kühlmittel um 180° umgelenkt und in das zweite Wärmeübertragungselement eingeleitet. Das Kühlmittel strömt durch das erste Wärmeübertragungselement in eine zum zweiten Wärmeübertragungselement entgegengesetzte Richtung. Dadurch wird erzielt, dass an allen Punkten eine möglichst große Temperaturdifferenz zwischen dem zu kühlenden Luftstrom und dem kühlenden Kühlmittel vorliegt. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Wärmeübertragers erhöht.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Wärmeübertragungselemente eine prismatische Form auf. Alternativ weisen die Wärmeübertragungselemente einen ringförmigen oder konischen Querschnitt auf.
  • Vorzugsweise sind der erste Lufteinlass an einem ersten Einlasselement, der zweite Lufteinlass an einem zweiten Einlasselement und der Luftauslass an einem Abluftelement angeordnet, wobei das erste Einlasselement an dem ersten Wärmeübertrager befestigt ist, das zweite Einlasselement an dem zweiten Wärmeübertrager befestigt ist und die beiden Wärmeübertrager an dem Abluftelement befestigt sind. Dadurch kann die Kühlvorrichtung einfach und kostengünstig ausgeführt werden und einfach montiert werden. Dabei müssen lediglich die Einlasselemente und das Abluftelement an dem ersten und zweiten Wärmeübertrager montiert werden. Der dritte Wärmeübertrager ist in dem Abluftelement integriert.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung sind das erste Einlasselement, das zweite Einlasselement und/oder das Abluftelement jeweils einstückig ausgeführt. Die Einlasselemente und/oder das Abluftelement sind vorzugsweise aus Kunststoff und durch Spritzgießen hergestellt. Dadurch kann der Herstellungs- und Montageaufwand der Kühlvorrichtung reduziert werden.
  • Vorzugsweise sind die Längsachsen der Lufteinlässe zur Längsachse des Luftauslasses abgewinkelt ausgerichtet, wobei in der Abluftkammer ein Luftleitabschnitt zum Umleiten der beiden, entlang der Luftpfade strömenden Luftströme in Richtung des Luftauslasses ausgebildet ist.
  • Die Aufgabe wird außerdem durch ein Kraftfahrzeug mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, zwei separaten Aufladeeinrichtungen mit jeweils einem Verdichter, und einer Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gelöst. Die Druckseite des Verdichters der einen Aufladeeinrichtung ist mit dem ersten Lufteinlass fluidisch verbunden und die Druckseite des Verdichters der anderen Aufladeeinrichtung ist mit dem zweiten Lufteinlass fluidisch verbunden. Der Luftauslass ist mit dem mindestens einen Zylinder des Verbrennungsmotors fluidisch verbindbar. Die Aufladeeinrichtungen sind beispielsweise Abgasturbolader mit jeweils einem Turbinenrad und einem den Verdichter bildenden Verdichterrad, wobei das Verdichterrad und das Turbinenrad an einer gemeinsamen Welle drehfest angeordnet sind. Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs wird das aus dem Verbrennungsmotor abströmende Abgas in die Abgasturbolader, d.h. zum Turbinenrad, geleitet, wodurch das Turbinenrad angetrieben wird. Durch die direkte Kopplung des Turbinenrads mit dem Verdichterrad über die Welle rotiert auch das Verdichterrad, so dass die zum Verdichterrad geleitete Luft verdichtet wird. Bei der Verdichtung erwärmt sich die Luft in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad. Die verdichtete Luft wird ausgehend vom jeweiligen Verdichter über die Kühlvorrichtung zum Lufteinlass mindestens eines Zylinders des Verbrennungsmotors geführt, wobei die Luft durch die Kühlvorrichtung abgekühlt wird. Durch die Abkühlung der Luft weist diese eine relativ hohe Dichte auf, wodurch eine höhere Zylinderfüllung mit Luft und dadurch ein höherer Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors bewirkt werden kann. Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wird auf die vorhergehenden Absätze verwiesen.
  • Damit wird eine Kühlvorrichtung zur Ladeluftkühlung bereitgestellt, durch welche die erforderliche Kühlleistung zuverlässig bereitgestellt werden kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
    • 1 zeigt eine Kühlvorrichtung in Frontansicht,
    • 2 zeigt die Kühlvorrichtung aus 1 im Längsschnitt,
    • 3a zeigt ein Abluftelement und eine erste Ausführung eines dritten Wärmeübertragers der Kühlvorrichtung aus den 1 und 2, und
    • 3b zeigt das Abluftelement und eine zweite Ausführung des dritten Wärmeübertragers der Kühlvorrichtung aus den 1 und 2.
  • 1 zeigt eine Kühlvorrichtung 10 mit zwei Lufteinlässen 12, 14 und einem Luftauslass 16. Außerdem weist die Kühlvorrichtung 10 zwei, als Luft-Luft-Wärmeübertrager, d.h. als direkter Wärmeübertrager, ausgeführte Wärmeübertrager 20, 22 auf, wobei ein erster Wärmeübertrager 20 zwischen dem ersten Lufteinlass 12 und dem Luftauslass 16 zwischengeschaltet ist und ein zweiter Wärmeübertrager 22 zwischen dem zweiten Lufteinlass 14 und dem Luftauslass 16 zwischengeschaltet ist.
  • Die Kühlvorrichtung 10 dient der Kühlung der verdichteten und einem Verbrennungsmotor 60 eines Kraftfahrzeugs bzw. den Zylindern 62 des Verbrennungsmotors 60 zuzuführenden Luft. Hierfür sind einerseits die beiden Lufteinlässe 12, 14 über jeweils eine Luftleitung 76, 86 mit jeweils einer Druckseite eines Verdichters einer Aufladeeinrichtung 70, 80 fluidisch verbunden. Andererseits ist der Luftauslass 16 über eine Ladeluftleitung 68 mit dem Verbrennungsmotor 60 bzw. mit den Zylindern 62 des Verbrennungsmotors 60 fluidisch verbunden.
  • Die Aufladeeinrichtungen 70, 80 sind beispielhaft als Abgasturbolader ausgeführt und weisen jeweils ein Turbinenrad und ein den Verdichter bildendes Verdichterrad auf, wobei das Turbinenrad und das Verdichterrad an einer gemeinsamen, drehbar gelagerten Welle drehfest verbunden sind, so dass das Verdichterrad und das Turbinenrad gemeinsam rotieren. Die als Abgasturbolader ausgeführten und als dem Stand der Technik bekannten Aufladeeinrichtungen 70, 80 sind in der 1 schematisch dargestellt, so dass das Turbinenrad, das Verdichterrad und die Welle in der 1 nicht gezeigt sind.
  • Im Betrieb des Verbrennungsmotors 40 werden über jeweils eine Abgasleitung 64, 66 die im Betrieb des Verbrennungsmotors 60 entstehenden Abgase zu der jeweiligen Aufladeeinrichtung 70, 80 geführt und anschließend über jeweils eine Abgasabführleitung 74, 84 abgeführt. Die Abgase durchströmen die Aufladeeinrichtungen 70, 80 derart, dass die Turbinenräder durch die Abgasströme angetrieben werden, wobei die Verdichterräder mit den Turbinenrädern mitrotieren. Über jeweils eine Frischluftleitung 72, 82 strömt Luft aus der Umgebung in die jeweilige Aufladeeinrichtung 70, 80 und wird durch die rotierenden Verdichterräder verdichtet. Ausgehend von den Aufladeeinrichtungen 70, 80 strömt die verdichtete Luft über jeweils eine Luftleitung 76, 86 zu dem jeweiligen Lufteinlass 12, 14 der Kühlvorrichtung 10, wobei die verdichtete und durch den Verdichtungsprozess erwärmte Luft durch die Kühlvorrichtung 10 gekühlt wird und ausgehend vom Luftauslass 16 über die Ladeluftleitung 68 dem Verbrennungsmotor 60 bzw. den Zylindern 62 für den Brennprozess zugeführt wird.
  • In 2 ist die Kühlvorrichtung 10 in einem Längsschnitt, d.h. Schnitt II-II in 1, gezeigt. Die Kühlvorrichtung 10 weist zwei Einlasselemente 24, 26 und ein Abluftelement 28 auf, wobei die Einlasselemente 24, 26 und das Abluftelement 28 jeweils einstückig und aus einem Kunststoff, insbesondere durch einen Spritzgießprozess, hergestellt sind. An einer ersten Seite eines ersten Einlasselements 24 ist der erste Lufteinlass 12 angeordnet und an einer zur ersten Seite entgegengesetzten, zweiten Seite ist das erste Einlasselement 24 mit dem ersten Wärmeübertrager 20 verbunden. Ein zweites Einlasselement 26 ist an einem zum ersten Einlasselement 24 entgegengesetzten Ende der Kühlvorrichtung 10 angeordnet. Das zweite Einlasselement 26 ist entsprechend dem ersten Einlasselement 24 ausgeführt, wobei an einer ersten Seite des zweiten Einlasselements 26 der zweite Lufteinlass 14 angeordnet ist und an einer zweiten Seite das zweite Einlasselement 26 mit dem zweiten Wärmeübertrager 22 verbunden ist. Die beiden Wärmeübertrager 20, 22 sind außerdem an dem Abluftelement 28 fest verbunden. Das Abluftelement 28 weist den Luftauslass 16 auf, welcher zu den beiden Lufteinlässen 12, 14 abgewinkelt, insbesondere um ca. 90° abgewinkelt, angeordnet ist. In anderen Worten ist die Längsachse L3 des Luftauslasses 16 abgewinkelt zu den Längsachsen L1, L2 der Lufteinlässe 12, 14 ausgerichtet.
  • Erfindungsgemäß ist in dem Abluftelement 28 bzw. in einem Abluftkanal 18 ein dritter Wärmeübertrager 40, 50 angeordnet. Der dritte Wärmeübertrager 40, 50 ist als indirekter Wärmeübertrager, d.h. als Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager, ausgeführt, so dass der dritte Wärmeübertrager 40, 50 mit einem in den Figuren nicht dargestellten Kühlmittelsystem eines Kraftfahrzeugs verbunden ist.
  • Zwei unterschiedliche Ausführungen des dritten Wärmeübertragers 40, 50 sind in den 3a und 3b gezeigt, wobei die 3a und 3b den Schnitt III - III aus 1 darstellen. Beide Wärmeübertrager 40, 50 weisen ein erstes, mit dem Kühlmittel durchströmtes Wärmeübertragungselement 42, 52 und ein zweites, in Strömungsrichtung des zu kühlenden Luftstroms hinter dem ersten Wärmeübertragungselement 42, 52 angeordnetes, mit dem Kühlmittel durchströmtes Wärmeübertragungselement 44, 54 auf. Die zweiten Wärmeübertragungselemente 44, 54 sind jeweils mit einem mit dem Kühlmittelsystem fluidisch verbundenen Kühlmitteleinlass 45, 55 fluidisch verbunden. Die ersten Wärmeübertragungselemente 42, 52 sind jeweils mit einem mit dem Kühlmittelsystem fluidisch verbundenen Kühlmittelauslass 43, 53 fluidisch verbunden. Der Kühlmitteleinlass 43, 53 und der Kühlmittelauslass 45, 55 sind durch ein Element 46, 56 gebildet. Zum Überleiten des Kühlmittels vom zweiten Wärmeübertragungselement 44, 54 zum ersten Wärmeübertragungselement 42, 52 erfolgt durch ein Umleitelement 48, 58, welches an einem zum Element 48, 58 entgegengesetzten Ende angeordnet ist. Der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Ausführungen des dritten Wärmeübertragers 40, 50 ist, dass die Wärmeübertragungselemente 42, 44 der ersten Ausführung in 3a eine prismatische Form aufweisen und die Wärmeübertragungselemente 52, 54 der zweiten Ausführung in 3a eine zylindrische Form und einen ringförmigen Querschnitt aufweisen. Alternativ könnten die Wärmeübertragungselemente 52, 54 auch eine nicht dargestellte konische Form haben. Beide Ausführungen funktionieren nach dem U-Flow-Prinzip bzw. nach dem Kreuz-Gegenstrom-Prinzip.
  • Im Betrieb des Verbrennungsmotors 60 wird die verdichtete bzw. aufgeladene Luft über die Lufteinlässe 12, 14 in die Kühlvorrichtung 10 eingeleitet. Ausgehend vom ersten Lufteinlass 12 strömt die Luft über einen ersten Luftpfad 13 zum Luftauslass 16 bzw. zur Abluftkammer 18, wobei die Luft durch den ersten, an dem ersten Luftpfad 13 angeordneten Wärmeübertrager 20 gekühlt wird. Entsprechend strömt die über den zweiten Lufteinlass 14 eingeleitete Luft über einen zweiten Luftpfad 15 zum Luftauslass 16 bzw. zu der Abluftkammer 18 und wird durch den zweiten, an dem zweiten Luftpfad 15 angeordneten Wärmeübertrager 22 gekühlt. Die Wärmeübertrager 20, 22 werden dabei mit einem Kühlluftstrom 21, 23 durchströmt und damit die Wärme von der verdichteten Luft auf den Kühlluftstrom 21, 23 übertragen. In der Abluftkammer 18 wird der Luftstrom durch einen Luftleitabschnitt 30 in Richtung des Luftauslasses 16 umgeleitet und anschließend durch den dritten Wärmeübertrager 40, 50 gekühlt. Dabei vermischen sich die beiden, über die Lufteinlässe 12, 14 eingeleiteten Luftströme zu einem Abluftstrom, welcher den dritten Wärmeübertrager 40, 50 durchströmt. Innerhalb des dritten Wärmeübertragers 40, 50 wird zunächst das erste, mit dem Kühlmittel durchströmte Wärmeübertragungselement 42, 52 umströmt und anschließend das zweite, mit dem Kühlmittel durchströmte Wärmeübertragungselement 44, 54 umströmt. Abschließend strömt der Abluftstrom zum Luftauslass 16.
  • Damit wird eine Kühlvorrichtung 10 mit einer erhöhten Kühlleistung bereitgestellt, wobei die zu kühlende Luft zunächst durch die direkten Wärmeübertrager 20, 22 auf eine erste Temperatur, beispielsweise auf die Umgebungstemperatur, vorgekühlt werden kann und anschließend durch den indirekten Wärmeübertrager 40, 50 auf niedrigere Temperaturen abgekühlt werden kann. Dadurch kann ein hoher Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 60 auf eine zuverlässige und bauraumsparende Weise gewährleistet werden.

Claims (11)

  1. Kühlvorrichtung zur Kühlung von in einem Verdichter mindestens einer Aufladeeinrichtung (70, 80) verdichteter, einem Verbrennungsmotor (60) zuzuführender Ladeluft, mit zwei Lufteinlässen (12, 14) und einem Luftauslass (16), wobei ein erster Lufteinlass (12) über einen ersten Luftpfad (13) mit dem Luftauslass (16) fluidisch verbunden ist und ein zweiter Lufteinlass (14) über einen zweiten Luftpfad (15) mit dem Luftauslass (16) fluidisch verbunden ist, einem ersten Wärmeübertrager (20), welcher am ersten Luftpfad (13) angeordnet ist, und einem zweiten Wärmeübertrager (22), welcher an dem zweiten Luftpfad (15) angeordnet ist, wobei die beiden Luftpfade (13, 15) in einer in Strömungsrichtung vor dem Luftauslass (16) angeordneten Abluftkammer (18) fluidisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abluftkammer (18) ein dritter Wärmeübertrager (40, 50) angeordnet ist.
  2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeübertrager (20) und der zweite Wärmeübertrager (22) jeweils als Luft-Luft-Wärmeübertrager ausgeführt sind, wobei die Wärmeübertrager (20, 22) mit jeweils einem Kühlluftstrom (21, 23) durchströmbar sind.
  3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeübertrager (20) und der zweite Wärmeübertrager (22) jeweils als Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur thermischen Kopplung mit einem Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs ausgeführt sind.
  4. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wärmeübertrager (40, 50) als Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur thermischen Kopplung mit einem Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs ausgeführt ist.
  5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wärmeübertrager (40, 50) ein erstes, mit dem Kühlmittel durchströmtes Wärmeübertragungselement (42, 52) und ein zweites, in Strömungsrichtung des zu kühlenden Luftstroms hinter dem ersten Wärmeübertragungselement (42, 52) angeordnetes, mit einem Kühlmittel durchströmtes Wärmeübertragungselement (44, 54) aufweist, wobei der dritte Wärmeübertrager (40, 50) derart ausgeführt ist, dass das zweite Wärmeübertragungselement (44, 54) vor dem ersten Wärmeübertragungselement (42, 52) mit Kühlmittel durchströmt wird.
  6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungselemente (42, 44) eine prismatische Form aufweisen.
  7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungselemente (52, 54) einen ringförmigen oder konischen Querschnitt aufweisen, wobei das zweite Wärmeübertragungselement (54) vom ersten Wärmeübertragungselement (52) radial umgeben ist.
  8. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lufteinlass (12) an einem ersten Einlasselement (24), der zweite Lufteinlass (14) an einem zweiten Einlasselement (26) und der Luftauslass (16) an einem Abluftelement (28) angeordnet ist, wobei das erste Einlasselement (24) an dem ersten Wärmeübertrager (20) befestigt ist, das zweite Einlasselement (26) an dem zweiten Wärmeübertrager (22) befestigt ist und die beiden Wärmeübertrager (20, 22) an dem Abluftelement (28) befestigt sind.
  9. Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einlasselement (24), das zweite Einlasselement (26) und/oder das Abluftelement (28) jeweils einstückig ausgeführt sind.
  10. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (L1, L2) der Lufteinlässe (12, 14) zur Längsachse (L3) des Luftauslasses (16) abgewinkelt ausgerichtet sind, wobei in der Abluftkammer (18) ein Luftleitabschnitt (30) zum Umleiten der beiden, entlang der Luftpfade (13, 15) strömenden Luftströme in Richtung des Luftauslasses (16) ausgebildet ist.
  11. Kraftfahrzeug mit einem aufgeladenen Verbrennungsmotor (60) mit mindestens einem Zylinder (62), zwei separaten Aufladeeinrichtungen (70, 80) mit jeweils einem Verdichter, und einer Kühlvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Druckseite des Verdichters der einen Aufladeeinrichtung (70) mit dem ersten Lufteinlass (12) fluidisch verbunden ist und die Druckseite des Verdichters der anderen Aufladeeinrichtung (80) mit dem zweiten Lufteinlass (14) fluidisch verbunden ist, und wobei der Luftauslass (16) mit dem mindestens einem Zylinder (62) des Verbrennungsmotors (60) fluidisch verbindbar ist.
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