DE19859129A1

DE19859129A1 - Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19859129A1
Application number: DE19859129A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Limbers
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-06-29

Abstract

Bei einer Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturbolader 2, einem Ladeluftkühler 3 und einer Klimaanlage 4 wird zur Erhöhung der Kühlleistung vorgeschlagen, daß die von einem Verdichter 12 des Abgasturboladers 2 verdichtete Ladeluft zur Kühlung mit Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers 3 in Wechselwirkung steht und die Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers 3 zur Kühlung mit einem Verdampfer 23 der Klimaanlage 4 in Wechselwirkung steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader, einem Ladeluftkühler und einer Klimaanlage.

Zur Leistungssteigerung verwendet man bei Brennkraftmaschinen Turbola der, die eine von den Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagte Turbi ne aufweisen, welche über eine Welle einen Verdichter antreibt, der die zu geführte Ladeluft verdichtet. Bei hoher Belastung der Brennkraftmaschine erhöht sich durch die Verdichtung der Ladeluft deren Temperatur auf ca. 150 Grad Celsius oder sogar darüber. Aufgrund dieser Temperaturerhöhung ver ringert sich jedoch die Dichte der Ladeluft, so daß sich die Ladeluftzufuhr und damit die Leistung der Brennkraftmaschine nicht in dem Maße steigern läßt, wie dies theoretisch möglich wäre. Darüber hinaus zeigen Benzinmoto ren bei erhöhter Temperatur der Ladeluft eine verstärkte Klopfneigung, was zu einer Beeinträchtigung des erreichbaren Verdichtungsverhältnisses sowie des spezifischen Kraftstoffverbrauchs führt.

Eine gattungsgemäße Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft einer Brenn kraftmaschine ist aus der Druckschrift DE 36 20 754 A1 bekannt. Dort ist die Brennkraftmaschine mit einem eine Abgasturbine und einen Turbokompres sor aufweisenden Abgasturbolader beschrieben, wobei der Turbokompres sor verdichtete Ladeluft über eine Zuführungsleitung in die Zylinder der Brennkraftmaschine fördert und in die Zuführungsleitung eine die Ladeluft temperatur senkende Kühleinrichtung geschaltet ist, die einen Verdampfer einer Klimaanlage umfaßt. Zudem wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, daß die Kühleinrichtung durch den Verdampfer sowie einen an sich be kannten Ladeluftkühler gebildet wird. Bei dieser Einrichtung kann die Küh lung der Ladeluft jedoch nur in unbefriedigender Weise erfolgen, da deren Gesamtwirkungsgrad gering ist.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ein richtung zur Kühlung der Ladeluft einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Kühlleistung erbringt und dabei ohne aufwendige Maßnahmen auskommt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur Kühlung einer Brenn kraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Indem die von ei nem Verdichter des Abgasturboladers verdichtete Ladeluft zur Kühlung mit Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers in Wechselwirkung steht und die Kühl flüssigkeit des Ladeluftkühlers zur Kühlung mit einem Verdampfer der Klima anlage in Wechselwirkung steht, ist es möglich, eine bessere Kühlleistung zu erzielen. Aufgrund der stärker gekühlten Ladeluft läßt sich ein höheres Ver dichtungsverhältnis und ein geringerer spezifischer Verbrauch erreichen, was zu einer deutlichen Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine führt, ohne daß hierzu aufwendige Maßnahmen erforderlich sind.

Vorteilhaft ist die Klimaanlage so dimensioniert, daß sie die zusätzliche Wärmeenergie aufnehmen kann, welche von der Kühlflüssigkeit des Lade luftkühlers an den Verdampfer abgegeben wird. Dazu muß insbesondere der Kompressor der Klimaanlage eine höhere Leistung aufweisen, da sonst bei der Kühlung des Fahrgastraums Komforteinbußen auftreten könnten.

Zweckmäßig durchläuft die Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers einen an sich bekannten Fahrzeugkühler, bevor sie zu dem Verdampfer der Klimaanlage geführt wird. Dadurch kann die Kühlflüssigkeit mittels des Fahrzeugkühlers auf eine erste Temperatur vorgekühlt werden, die oberhalb der Außentempe ratur liegt, und mittels des Verdampfers der Klimaanlage schließlich auf eine zweite Temperatur nachgekühlt werden, die deutlich unterhalb der Außen temperatur der Brennkraftmaschine liegen kann.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird die Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers, nachdem sie den Verdampfer passiert hat, in einem Vor ratsbehälter gespeichert. Dadurch ist es möglich, bei einer überwiegend im Teillastbetrieb arbeitenden Brennkraftmaschine einen Vorrat an Kühlflüssig keit mit geringer Temperatur anzulegen, der dann bei erhöhtem Bedarf, also insbesondere im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine, für den Ladeluft kühler zur Verfügung steht. Dazu sollte der Vorratsbehälter für die Kühlflüs sigkeit thermisch isoliert sein und ein Speichervolumen aufweisen, welches dem Bedarf der Brennkraftmaschine für einige Minuten Betriebsdauer unter Vollast entspricht. Bei zwei Minuten Vollastbetrieb, wobei die Temperatur der Ladeluft 60 Grad Celsius und die Temperatur der Kühlflüssigkeit 20 Grad Celsius beträgt, wäre dies zum Beispiel ein Speichervolumen von 15 Litern.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfigur näher erläutert.

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturbolader 2, einem Ladeluft kühler 3 und einer Klimaanlage 4 in schematischer Darstellung.

Die Brennkraftmaschine 1 umfaßt ein Gehäuse 5 mit vier in Reihe angeord neten Zylindern 6. Die Zylinder 6 sind über einen Abgaskrümmer 7 und eine sich daran anschließende Abgasleitung 8 mit dem Abgasturbolader 2 ver bunden.

Die durch die Abgasleitung 8 strömenden Abgase der Brennkraftmaschine 1 treiben die Turbine 9 des Abgasturboladers 2 an. Stromab der Turbine 9 gelangt das Abgas schließlich zu weiteren Abgasvorrichtungen 10, 11, wie zum Beispiel einem Katalysator und einem Schalldämpfer. Die Turbine 9 ist mittels einer Welle 12 mit dem Verdichter 13 des Abgasturboladers 2 ver bunden. Der Verdichter 13 saugt über eine Einlaßvorrichtung 14 Frischluft an, die als verdichtete Ladeluft über eine Ladeluftleitung 15 und einen sich daran anschließenden Ladeluftkrümmer 16 zu den Zylindern 6 der Brenn kraftmaschine 1 geführt wird.

In die Ladeluftleitung 15 ist ein die verdichtete Ladeluft mittels Kühlflüssigkeit kühlender Ladeluftkühler 3 geschaltet. Die Kühlflüssigkeit wird in einer Ringleitung 17 mittels eines zum Beispiel am Kraftfahrzeug frontseitig ange ordneten Kühlers 18 vorgekühlt und mittels der Klimaanlage 4 nachgekühlt.

Dazu weist die Klimaanlage 4, einen Kältemittelkreis 19 mit einem Kompres sor 20, einem Kondensator 21, einem Expansionsventil 22 und einem Ver dampfer 23 auf. Dadurch daß die Klimaanlage 4 ihr Kältemittel mittels des Kompressors 20 komprimiert, geht das gasförmige Kältemittel in den flüssi gen Zustand über. Das flüssige Kältemittel wird dann über den Kondensator 21 geleitet, der die Wärme des komprimierten Kältemittels an die Umgebung abgibt. Daraufhin durchströmt das Kältemittel ein Expansionsventil 22, wobei sich dessen Druck reduziert. Das flüssige Kältemittel wird danach über einen Verdampfer 23 geleitet, wobei es aus der Umgebung Wärme entzieht und wieder in den gasförmigen Zustand zurückgeführt wird. Erfindungsgemäß entzieht der Verdampfer 23 die Wärme aus der Kühlflüssigkeit des Ladeluft kühlers 3, wodurch die verdichtete Ladeluft auf besonders effiziente Weise gekühlt wird.

Schließlich ist in der Ringleitung 17 für die Kühlflüssigkeit des Ladeluftküh lers 3 ein großvolumiger thermisch isolierter Vorratsbehälter 24 angeordnet. In diesem Vorratsbehälter 24 wird die abgekühlte Kühlflüssigkeit gespeichert, wenn der Ladeluftkühler 3 diese während des Teillastbetriebs der Brenn kraftmaschine 1 nur teilweise benötigt. Die gespeicherte Kühlflüssigkeit steht dann bei erhöhtem Bedarf des Ladeluftkühlers 3, also insbesondere wäh rend des Vollastbetriebs der Brennkraftmaschine 1 zur Verfügung. Um dies zu steuern ist dem Vorratsbehälter 24 ein Regelventil 25 nachgeschaltet, dessen Öffnungsquerschnitt vom Betriebszustand bzw. von der Last der Brennkraftmaschine 1 geregelt wird.

Claims

1. Einrichtung zur Kühlung der Ladeluft einer Brennkraftmaschine, mit

- einem Abgasturbolader,
- einem Ladeluftkühler und
- einer Klimaanlage,dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Verdichter (12) des Abgasturboladers (2) verdichtete Ladeluft zur Kühlung mit Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers (3) in Wechselwirkung steht, und die Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers (3) zur Kühlung mit einem Verdampfer (23) der Klimaanlage (4) in Wech selwirkung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klima anlage (4) so dimensioniert ist, daß sie die zusätzliche Wärmeenergie aufnehmen kann, welche von der Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers (3) an den Verdampfer (23) abgegeben wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers (3) leinen an sich bekannten Kühler (18) eines Fahrzeugs durchläuft bevor sie zu dem Verdampfer (23) der Klimaanlage (4) geführt wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Kühlflüssigkeit, nachdem sie den Verdampfer (23) der Kli maanlage (4) passiert hat, in einem Vorratsbehälter (24) gespeichert wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor ratsbehälter (24) für die Kühlflüssigkeit thermisch isoliert ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (24) für die Kühlflüssigkeit ein Speichervolumen auf weist, welches dem Bedarf der Brennkraftmaschine (1) für einige Mi nuten Betriebsdauer bei Vollast entspricht.

7. Einrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (24) für die Kühlflüssigkeit ein Speichervolumen von ca. 15 Litern aufweist.