DE60203309T2 - Verbesserte vorrichtung zur thermischen steuerung der ansaugluft des verbrennungsmotors eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verbesserte vorrichtung zur thermischen steuerung der ansaugluft des verbrennungsmotors eines kraftfahrzeugs Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine perfektionierte Vorrichtung zur Wärmeregulierung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug.
  • Sie gilt insbesondere für die Wärmeregulierung der Ansaugluft eines Turboladermotors, der gegebenenfalls an eine Auspuffleitung angeschlossen ist, die mit einem Partikelfilter ausgestattet ist.
  • Man will die Ansaugluft eines Motors abkühlen, insbesondere wenn Letzterer mittels einer Turboladereinheit aufgeladen wird, die einerseits mit einer Turbine ausgestattet ist, die von Abgasen des Motors angetrieben wird, stromabwärts des Motors eingerichtet, und andererseits mit einem Ansaugluftverdichter, der stromaufwärts des Motors angeordnet ist. Da sich die Ansaugluft des Motors nämlich in dem Verdichter erhitzt, muss sie am Ausgang dieses Verdichters abgekühlt werden, um die Leistungen des Motors zu optimieren und die Schadstoffabgaben zu minimieren.
  • Zum Kühlen der Ansaugluft des Motors, insbesondere am Ausgang eines Verdichters einer Turboladereinheit, kennt man gemäß dem Stand der Technik bereits eine Wärmeregulierungsvorrichtung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors für Kraftfahrzeug des Typs, der einen ersten Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlmittel umfasst, der dazu bestimmt ist, die Ansaugluft zu regulieren, der an einen so genannten kalten Kühlflüssigkeitskreislauf angeschlossen ist.
  • Eine solche Wärmeregulierungsvorrichtung ist insbesondere in US-A-4 096 697 beschrieben.
  • Die Erfindung hat insbesondere die Aufgabe, die Kühlung der Ansaugluft des Motors zu optimieren, insbesondere am Ausgang eines Verdichters einer Turboladereinheit.
  • Die Erfindung hat eine Wärmeregulierungsvorrichtung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors für Kraftfahrzeug zur Aufgabe, der zum Teil rezirkulierte Abgase abgibt, des Typs, der in US-A-4 317 439 oder EP-A-1 111 217 beschrieben ist, umfassend:
    • – einen ersten Wärmeaustauscher Ansaugluft/Kühlflüssigkeit, der dazu bestimmt ist, die Ansaugluft zu regulieren, angeschlossen an einen so genannten kalten Kühlflüssigkeitskreislauf, und
    • – einen zweiten Wärmeaustauscher Ansaugluft/Kühlmittel, der ebenfalls dazu bestimmt, ist, die Ansauglufttemperatur zu regulieren, angeschlossen an einen so genannten sehr kalten Kühlflüssigkeitskreislauf, der kälter ist als der des kalten Kühlflüssigkeitskreislaufs,
    dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Wärmeaustauscher für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit umfasst, der als Abzweigung vom ersten Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeschlossen ist.
  • Gemäß Merkmalen verschiedener Ausführungsformen dieser Vorrichtung:
    • – umfasst der kalte Kühlflüssigkeitskreislauf einen Wärmeaustauscher für Luft/kalte Kühlflüssigkeit, Niedertemperaturaustauscher genannt, der vorzugsweise von einer Vorderseite des Kraftfahrzeugs getragen wird,
    • – wird die Kühlflüssigkeit in dem kalten Kühlflüssigkeitskreislauf durch eine Pumpe in Umlauf gebracht,
    • – ist das Kühlmittel, das in dem zweiten Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlmittel und dem sehr kalten Kühlmittelkreislauf zirkuliert, eine Flüssigkeit,
    • – ist das Kühlmittel, das in dem zweiten Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlmittel und dem sehr kalten Kühlmittelkreislauf zirkuliert, ein Fluid, wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid CO2 oder Freon, das dazu bestimmt ist, in einer Wärmepumpe umzulaufen.
    • – umfasst die Vorrichtung eine Wärmepumpe, wobei der sehr kalte Kühlflüssigkeitskreislauf thermisch mit einer Kältequelle der Wärmepumpe gekoppelt ist,
    • – sind der erste Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit und der zweite Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlmittel in einem gleichen Modul eingerichtet,
    • – ist der Wärmeaustauscher für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit ebenfalls in dem Modul eingerichtet,
    • – ist der erste Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit an einen so genannten warmen Kühlflüssigkeitskreislauf, der wärmer ist als der des kalten Kühlflüssigkeitskreislaufs, über Mittel zum Verteilen der kalten und der warmen Kühlflüssigkeit in dem ersten Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeschlossen,
    • – ist der warme Kühlflüssigkeitskreislauf an einen Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen,
    • – ist der warme Kühlflüssigkeitskreislauf thermisch mit einer Wärmequelle der Wärmepumpe gekoppelt,
    • – umfassen die Verteilungsmittel ein Verteilungsventil mit zumindest drei Wegen, das einen ersten Einlassweg für Kühlflüssigkeit umfasst, der an den kalten Kühlflüssigkeitskreislauf angeschlossen ist, einen zweiten Einlaufweg für Kühlflüssigkeit, der an den warmen Kühlflüssigkeitskreislauf angeschlossen ist, und einen dritten Ausgangsweg für Kühlflüssigkeit, der an einen Kühlflüssigkeitskreislauf in den ersten Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeschlossen ist,
    • – ist der dritte Weg des Verteilungsventils gleichzeitig an den Kühlflüssigkeitseinlauf in den Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit und an einen Kühlflüssigkeitseinlauf in den Wärmeaustauscher für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit über eine dem kalten und dem warmen Kühlflüssigkeitskreislauf gemeinsame Leitung angeschlossen,
    • – umfassen die Verteilungsmittel ein Ventil zum Regulieren des Kühlflüssigkeitsdurchsatzes in dem Wärmeaustauscher für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit, das die gemeinsame Leitung und den Einlauf dieses Wärmeaustauschers für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit verbindet,
    • – wird die Ansaugluft bei einem Druck größer als dem Luftdruck durch den ersten Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit und den zweiten Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlmittel von einer Turboladereinheit angetrieben, die mit einer Turbine versehen ist, die von den Abgasen des Verbrennungsmotors angetrieben wird,
    • – ist der Verbrennungsmotor vorzugsweise des Typs Diesel an eine Auspuffleitung, die mit einem Partikelfilter versehen ist, angeschlossen,
    • – ist die Kühlflüssigkeit ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel,
    • – ist der zweite Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlmittel stromabwärts des ersten herkömmlichen Wärmeaustauschers für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeordnet, wenn man die Strömungsrichtung der Ansaugluft betrachtet.
  • Die Erfindung wird bei der Lektüre der folgenden Beschreibung besser verstanden, die allein beispielhaft gegeben wird und sich auf die Zeichnungen bezieht, in welchen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors ist, der an Mittel stromaufwärts angeschlossen ist, die den Ansaugluftkreislauf bilden, und an Mittel stromabwärts, die die Auspuffleitung bilden,
  • 2 und 3 schematische Ansichten von Vorrichtungen zur Wärmeregulierung der Ansaugluft des Motors jeweils nach einer nicht beanspruchten Ausführungsform und einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind,
  • 4 eine schematische Ansicht einer Wärmepumpe ist, die thermisch mit mindestens einem der Kreisläufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmeregulieren gekoppelt werden kann.
  • In 1 wurde ein Verbrennungsmotor 10 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, zum Beispiel des Typs Diesel, der an Mittel stromaufwärts angeschlossen ist, die einen Luftansaugkreislauf 12 in dem Motor 10 bilden, und an Mittel stromabwärts, die eine Auspuffleitung 14 bilden.
  • Der Motor 10 wird mittels einer Turboladereinheit aufgeladen, die einerseits mit einer Turbine 16 ausgestattet ist, die von Auspuffgasen des Motors 10 angetrieben wird, die stromabwärts des Motors 10 in der Auspuffleitung 14 angeordnet ist, und andererseits mit einem Verdichter 18 der Ansaugluft, der stromaufwärts des Motors 10 in dem Ansaugluftkreislauf 12 eingerichtet ist. Die Turbine 16 und der Verdichter 18 sind in Drehung untereinander in bekannter Weise gekoppelt.
  • Die Auspuffleitung ist mit einem herkömmlichen Partikelfilter 19 ausgestattet.
  • Die Temperatur der Ansaugluft, die den Kompressor 18 verlässt, wird mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 zur Wärmeregulierung reguliert, von der zwei Ausführungsformen in den 2 und 3 dargestellt sind. Zu beachten ist, dass in diesen Figuren analoge Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Im Folgenden werden zwei Organe thermisch untereinander gekoppelt genannt, wenn sie Wärme untereinander mittels eines entsprechenden Wärmeaustauschers austauschen.
  • In 2 wurde eine Vorrichtung 20 zur Wärmeregulierung der Ansaugluft gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform dargestellt.
  • Die Vorrichtung 20 umfasst einen ersten herkömmlichen Wärmeaustauscher 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit, der dazu bestimmt ist, die Ansaugluft an ihrem Ausgang aus dem Verdichter 18 zu regulieren. Dieser erste Wärmeaustauscher 22 ist an einen so genannten kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 24 angeschlossen, der dazu bestimmt ist, die Ansaugluft abzukühlen.
  • Die Vorrichtung 20 umfasst auch einen zweiten herkömmlichen Wärmeaustauscher 25 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit, der auch dazu bestimmt ist, die Temperatur der Ansaugluft zu regulieren. Dieser zweite Wärmeaustauscher 26 ist an einen so genannten sehr kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 28 angeschlossen, der kälter ist als der des kalten Kühlflüssigkeitskreislaufs 24.
  • Die Ansaugluft wird durch den ersten 22 und den zweiten Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit von dem Verdichter 18 mit einem Druck befördert, der größer ist als der Luftdruck. Der Ansaugluftstrom, welcher diese Wärmeaustauscher 22, 26 durchquert, ist in 2 durch Pfeife dargestellt, die von links nach rechts zeigen.
  • Zu bemerken ist, dass der zweite Wärmeaustauscher 26 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit stromabwärts des ersten herkömmlichen Wärmeaustauschers 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeordnet ist, wenn man die Strömungsrichtung der Ansaugluft betrachtet.
  • Als Variante könnte der zweite Wärmeaustauscher 26 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit stromaufwärts des ersten herkömmlichen Wärmeaustauschers 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeordnet sein, wenn man die Strömungsrichtung der Ansaugluft betrachtet.
  • Der kalte Kühlflüssigkeitskreislauf 24 umfasst einen herkömmlichen Wärmeaustauscher 30 für Luft von außerhalb des Fahrzeugs/kalte Kühlflüssigkeit, Niedertemperaturaustauscher genannt, der vorzugsweise von einer Vorderseite 31 des Kraftfahrzeugs getragen wird. Die kalte Kühlflüssigkeit wird in dem ersten Kreislauf 24 von einer herkömmlichen elektrischen Pumpe 32 in Umlauf gebracht.
  • In 4 wurde eine Wärmepumpe 34 dargestellt, die zum Beispiel zum Klimatisierung des Fahrgastraums des Fahrzeugs bestimmt ist, umfassend einen Kältemittelkreislauf 36 des Typs mit Verdichten, der Kalorien von einer Kältequelle 38 entnimmt, um sie zumindest teilweise zu einer Wärmequelle 40 zu übertragen. Das Kältemittel ist eines herkömmlichen Typs, wie zum Beispiel ein chloriertes und fluoriertes Methan- oder Ethanderivat (Freon), Ammoniak, Kohlendioxid usw.
  • Die Kältequelle 38 und die Wärmequelle 40 sind untereinander durch einen Verdichter 22 und ein Entspannungsventil 44 verbunden. Das Kältemittel verdunstet unter Entfernen der Wärme von der Kältequelle 38. Der Verdichter 42 saugt das verdunstete Fluid an und fördert es zu der Wärmequelle, wo es sich unter Abkühlen kondensiert. Das Entspannungsventil 44 lässt das flüssige Kältemittel zu der Kältequelle 38 durchgehen, indem es seinen Druck verringert. Die Zirkulationsrichtung des Kältemittels in dem Kreislauf 36 ist von den Pfeilen in 4 angezeigt.
  • Der sehr kalte Kühlflüssigkeitskreislauf 28 ist zum Beispiel thermisch direkt oder indirekt mit der Kältequelle 38 der Wärmepumpe 34 gekoppelt.
  • Die Kühlflüssigkeit zirkuliert in dem kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 24 und dem sehr kalten Kühlflüssigkeitskreislauf und umfasst zum Beispiel ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel.
  • Vorzugsweise sind der erste 22 und der zweite 26 Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit in einem gleichen Modul angeordnet.
  • Unten werden bestimmte wesentliche Aspekte des Funktionierens der Vorrichtung zur Wärmeregulierung 20 gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform beschrieben.
  • Wie aus der Beschreibung dieses Betriebs hervorgeht, bilden der erste 22 und der zweite 26 Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit Mittel zum abgestuften Kühlen der Ansaugluft.
  • Der zweite Wärmeaustauscher 28 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit, der an den sehr kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 28 angeschlossen ist, ermöglicht es, das Funktionieren des turboaufgeladenen Motors 10 zu optimieren, insbesondere, wenn dieser Motor 10 ein hohes Drehmoment liefert, zum Beispiel, wenn das Fahrzeug einen Hang hinauffährt oder wenn sich dieser Motor 10 in Beschleunigung befindet.
  • Wenn man davon ausgeht, dass die Umgebungsluft, die das Fahrzeug umgibt, ursprünglich eine Temperatur von 25°C hat, erreicht diese Luft, vom Verdichter angesaugt, am Ausgang dieses Verdichters 18 eine Temperatur von etwa 150°C.
  • Die Ansaugluft mit der Temperatur von 150°C wird zuerst von dem ersten Wärmeaustauscher 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit abgekühlt, der an den Niedertemperaturaustauscher 30 über den kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 24 angeschlossen ist. Am Ausgang dieses ersten Wärmeaustauschers 22 beträgt die Temperatur der Ansaugluft etwa 50°C. Diese Letztere durchquert danach den zweiten Wärmeaustauscher 26 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit, der an den sehr kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 28 angeschlossen ist.
  • Wenn man annimmt, dass der sehr kalte Kühlflüssigkeitskreislauf 28 thermisch mit der Kältequelle 38 der Wärmepumpe gekoppelt ist, kann die Temperatur der Ansaugluft am Ausgang des zweiten Wärmeaustauschers 26 etwa 20°C erreichen.
  • In dem oben stehenden Beispiel wird die Luft in den Motor 10 mit einer Temperatur (20°C) kleiner als die Umgebungstemperatur (25°C) eingelassen, was es erlaubt, die Leistungen des Motors zu verbessern. Man beobachtet, dass 10°C, die an der Ansaugluft gewonnen werden, einen Gewinn von 3% der Leistung eines Motors des Typs Diesel oder Benzin erlaubt.
  • Zu bemerken ist, dass die auf der Ebene des zweiten Wärmeaustauschers 26 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit ausgetauschte Leistung relativ schwach ist (etwa 2 kW). Diese Leistung kann mittels eines zweiten Wärmeaustauschers 26 mit relativ kleiner Größe in die Richtung des Strömens der Ansaugluft erzielt werden. Dieser Wärmeaustauscher 26, der wenig Platz beansprucht, hat daher eine eingeschränkte Auswirkung auf die Lastverluste, welche diese Luftströmung erfährt.
  • Im Allgemeinen ist der Verdichter 42 der Wärmepumpe 34 (die eine Kältequelle 38 umfasst, die thermisch mit dem sehr kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 28 gekoppelt ist), mit der Quelle des Motors 10 gekoppelt.
  • Das Funktionieren der Wärmepumpe 34 verringert daher die mechanischen Leistungen des Motors. Die globale Energiebilanz bleibt jedoch positiv. Ein Gewinn von 30°C an der Ansaugluft entspricht nämlich einem Nettogewinn von 7% der mechanischen Leistung der Welle des Motors 10.
  • Der erste Wärmeaustauscher 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit wird bei seiner maximalen Leistung verwendet, um die Ansaugluft gemäß dem oben stehenden Beispiel auf 50°C zu senken. Der zweite Wärmeaustauscher 26 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit, der mit dem ersten Wärmeaustauscher 22 in Serie geschaltet ist, erlaubt es, die Temperatur der Ansaugluft noch so zu senken, dass das optimierte Funktionieren des Motors erzielt wird.
  • In 3 wurde eine Vorrichtung 20 zur Wärmeregulierung der Ansaugluft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
  • Bei bestimmten Motortypen wird ein Teil der Abgase mit der Ansaugluft mit Hilfe herkömmlicher entsprechender Mittel wieder in Umlauf gebracht. Diese Abgase werden gewöhnlich rezirkulierte Abgase EGR (Exhaust Gaz Recycling) genannt. Letztere werden mit der Ansaugluft mit Hilfe herkömmlicher Mittel vermischt zu dem Motor 10 gesandt.
  • Die Vorrichtung 20 zur Wärmeregulierung der Ansaugluft gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform erlaubt es, die Temperatur der rezirkulierten Abgase insbesondere mit dem Ziel zu regulieren, die Temperatur dieser Gase abzusenken, bevor sie mit der Ansaugluft vermischt und zu dem Motor 10 gesendet werden.
  • Dazu ist ein Wärmeaustauscher 46 für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit in Abzweigung vom ersten Wärmeaustauscher 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeschlossen. Der Strom der rezirkulierten Abgase, der den Wärmeaustauscher 45 durchquert, ist in 3 durch Pfeile von links nach rechts angezeigt.
  • Vorzugsweise ist der Wärmeaustauscher 46 für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit ebenfalls in dem Modul eingerichtet, welches den ersten 22 und den zweiten 28 Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit vereint.
  • Ferner erlaubt es die Vorrichtung 20 zur Wärmeregulierung der Ansaugluft gemäß der Ausführungsform der Erfindung auch, diese Ansaugluft sowohl abzukühlen als auch zu erhitzen.
  • Man wünscht nämlich, die Ansaugluft eines Motors insbesondere zu erwärmen, wenn Letzterer an eine Auspuffleitung eines Partikelfilter angeschlossen ist. Dieses Filter muss regelmäßig regeneriert werden, um die Russpartikel zu eliminieren, die sich dort ansammeln. Die Regenerierung erfolgt durch Erhitzen der Ansaugluft bis zu einer Temperatur, die reicht, um das Verbrennen der Russpartikel zu verursachen.
  • Der erste Wärmeaustauscher 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit ist an einen so genannten warmen Kühlflüssigkeitskreislauf 48 angeschlossen, der dazu bestimmt ist, die Ansaugluft über Mittel zum Verteilen der kalten und der warmen Kühlflüssigkeit in dem Wärmeaustauscher 22 zu erhitzen.
  • Die Kühlflüssigkeit, die in dem warmen Kühlflüssigkeitskreislauf 48 in Umlauf ist, ist des herkömmlichen Typs und umfasst zum Beispiel ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel.
  • Die Mittel zum Verteilen umfassen ein herkömmliches Verteilungsventil mit drei Wegen 50, zum Beispiel des Typs Ein/Aus oder des proportionalen Typs, umfassend:
    • – einen ersten Einlaufweg für Kühlflüssigkeit 50A, der an den kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 24 angeschlossen ist,
    • – einen zweiten Kühlflüssigkeitskreislauf 50B, der an den warmen Kühlflüssigkeitskreislauf 48 angeschlossen ist und
    • – einen dritten Ausgangsweg für Kühlflüssigkeit 50C, der gleichzeitig an einen Einlauf für Kühlflüssigkeit in den ersten Wärmeaustauscher 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit und an einen Einlauf für Kühlflüssigkeit in den Wärmeaustauscher 46 für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit über eine Leitung 52 angeschlossen ist, die der kalte 24 und der warme 48 Kühlflüssigkeitskreislauf gemeinsam haben.
  • Der warme Kühlflüssigkeitskreislauf 48 ist zum Beispiel an einen herkömmlichen Kühlkreislauf des Motors 10, in den Figuren nicht dargestellt, angeschlossen. Als Variante kann dieser warme Kühlflüssigkeitskreislauf 48 thermisch direkt oder indirekt mit der Wärmequelle der Wärmepumpe 34 gekoppelt sein.
  • Ein Durchflusseinstellventil 54 für Kühlflüssigkeit in dem Wärmeaustauscher 46 für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit verbindet die gemeinsame Leitung 52 mit dem Eingang dieses Wärmeaustauschers 46. Das Einstellventil 54 ist des herkömmlichen Typs, zum Beispiel Ein/Aus oder proportional.
  • Unten werden bestimmte wesentliche Aspekte des Funktionierens der Vorrichtung zur Wärmeregulierung 20 gemäß der in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben.
  • Um einerseits die rezirkulierten Abgase und andererseits die Ansaugluft am Ausgang des Verdichters 18 zu kühlen, wird das Einstellventil 54 geöffnet, und das Verteilungsventil 50 wird eingestellt, so dass der erste Wärmeaustauscher 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit an den kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 24 angeschlossen wird. Der Durchsatz an kalter Kühlflüssigkeit durchquert den Niedertemperaturaustauscher 30 und wird von der Pumpe 32 reguliert.
  • Die Verteilung der Kühlflüssigkeitsdurchsätze in jeden der Wärmeaustauscher 22, 46 kann durch Einstellen des Ventils 54 reguliert werden.
  • Die Kühlflüssigkeit, die im ersten Wärmeaustauscher 22 in Umlauf ist, kühlt die Ansaugluft ab, indem sie ihr Frigorien abgibt. Diese Ansaugluft wird auch durch den zweiten Wärmeaustauscher 26 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit gemäß dem oben beschriebenen Betrieb abgekühlt.
  • Um die Ansaugluft zu erwärmen, um zum Beispiel das Partikelfilter 19 zu regenerieren, wird das Einstellventil 54 geschlossen, und das Verteilungsventil 50 wird so eingestellt, dass der erste Wärmeaustauscher 22 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit mit dem warmen Kühlflüssigkeitskreislauf 48 verbunden wird. Die Kühlflüssigkeit, die im Wärmeaustauscher 22 in Umlauf ist, erhitzt die Ansaugluft, indem sie ihr Kalorien abgibt. Natürlich ist der zweite Wärmeaustauscher 28 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit deaktiviert.
  • Unter den Vorteilen der Erfindung ist zu bemerken, dass der zweite Wärmeaustauscher 28 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit es erlaubt, das Abkühlen der Ansaugluft des Motors zu optimieren, insbesondere am Ausgang eines Verdichters einer Turboladereinheit.
  • Ferner können der erste 22 und der zweite 28 Wärmeaustauscher für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit in einem gleichen Modul einer Anlage zur Wärmeregulierung der Ansaugluft angeordnet werden, und der Wärme austauscher für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit kann ebenfalls in diesem Modul angeordnet werden.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen.
  • Die Kühlflüssigkeit, die in dem zweiten Wärmeaustauscher 26 für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit und dem sehr kalten Kühlflüssigkeitskreislauf 28 zirkuliert, kann insbesondere gegebenenfalls durch ein Kühlmittel, wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid CO2 oder Freon ersetzt werden, die in einer Wärmepumpe, wie zum Beispiel der Wärmepumpe 34 in Umlauf sind.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zur Wärmeregulierung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors (10) eines Kraftfahrzeugs, der zum Teil rezirkulierte Abgase abgibt, des Typs, der Folgendes umfasst: – einen ersten Wärmeaustauscher (22) für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit, der dazu bestimmt ist, die Temperatur der Ansaugluft zu regulieren, der an einen so genannten kalten Kühlflüssigkeitskreislauf (24) angeschlossen ist, und – einen zweiten Wärmeaustauscher (26) für Ansaugluft/Kühlmittel, der ebenfalls zum Regulieren der Temperatur der Ansaugluft bestimmt ist, der an einen so genannten sehr kalten Kühlflüssigkeitskreislauf (28) angeschlossen ist, der kälter ist, als der kalte Kühlflüssigkeitskreislauf (24), dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Wärmeaustauscher (46) für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit umfasst, der als Abzweigung vom ersten Wärmeaustauscher (22) für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeschlossen ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kalte Kühlflüssigkeitskreislauf (24) einen kalten Wärmeaustauscher (30) für Luft/Kühlflüssigkeit, Niedertemperaturaustauscher genannt, umfasst, der vorzugsweise von einer Vorderseite (31) des Kraftfahrzeugs getragen wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit in dem kalten Kühlflüssigkeitskreislauf (24) durch eine Pumpe (32) in Umlauf gebracht wird.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel, das in dem zweiten Wärmeaustauscher (26) für Ansaugluft/Kühlmittel und dem sehr kalten Kühlmittelkreislauf (28) zirkuliert, eine Flüssigkeit ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel, das in dem zweiten Wärmeaustauscher (26) für Ansaugluft/Kühlmittel und dem sehr kalten Kühlmittelkreislauf (28) zirkuliert ein Fluid, wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid CO2 oder Freon ist, das dazu bestimmt ist, in einer Wärmepumpe zu zirkulieren.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Wärmepumpe (34) umfasst, wobei der sehr kalte Kühlflüssigkeitskreislauf (28) thermisch mit einer Kältequelle (38) der Wärmepumpe gekoppelt ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeaustauscher (22) für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit und der zweite Wärmeaustauscher (28) für Ansaugluft/Kühlmittel in einem gleichen Modul eingerichtet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (46) für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit ebenfalls in dem Modul eingerichtet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeaustauscher (22) für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit an einen so genannten warmen Kühlflüssigkeitskreislauf (48), der wärmer ist als der des kalten Kühlflüssigkeitskreislaufs (24), über Mittel (50; 54) zum Verteilen der kalten und der warmen Kühlflüssigkeit in dem ersten Wärmeaustauscher (22) für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeschlossen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der warme Kühlflüssigkeitskreislauf (48) an einen Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors (10) angeschlossen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der warme Kühlflüssigkeitskreislauf (48) thermisch mit einer Wärmequelle (40) der Wärmepumpe (34) gekoppelt ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsmittel ein Verteilungsventil (50) mit zumindest drei Wegen umfassen, das einen ersten Einlassweg (50A) für Kühlflüssigkeit umfasst, der an den kalten Kühlflüssigkeitskreislauf (24) angeschlossen ist, einen zweiten Einlaufweg (50B) für Kühlflüssigkeit, der an den warmen Kühlflüssigkeitskreislauf (48) angeschlossen ist, und einen dritten Ausgangsweg (50C) für Kühlflüssigkeit, der an einen Kühlflüssigkeitseinlauf in den ersten Wärmeaustauscher (22) für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeschlossen ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Weg (50C) des Verteilungsventils gleichzeitig an den Kühlflüssigkeits einlauf in den Wärmeaustauscher (22) für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit und an einen Kühlflüssigkeitseinlauf in den Wärmeaustauscher (46) für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit über eine dem kalten (24) und dem warmen (48) Kühlflüssigkeitskreislauf gemeinsame Leitung (52) angeschlossen ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsmittel ein Ventil (54) zum Regulieren des Kühlflüssigkeitsdurchsatzes in dem Wärmeaustauscher (46) für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit umfassen, das die gemeinsame Leitung (52) und den Einlauf dieses Wärmeaustauschers (46) für rezirkulierte Abgase/Kühlflüssigkeit verbindet.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugluft bei einem Druck größer als dem Luftdruck durch den ersten Wärmeaustauscher (22) für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit und den zweiten Wärmeaustauscher (28) für Ansaugluft/Kühlmittel von einer Turboladereinheit angetrieben wird, die mit einer Turbine (16) versehen ist, die von den Abgasen des Verbrennungsmotors (10) angetrieben wird.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) zum Beispiel des Dieselmotortyps an eine Auspuffleitung (14), die mit einem Partikelfilter (19) versehen ist, angeschlossen ist.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel ist.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeaustauscher (26) für Ansaugluft/Kühlmittel stromabwärts des ersten Wärmeaustauschers (22) für Ansaugluft/Kühlflüssigkeit angeordnet ist, wenn man die Strömungsrichtung der Ansaugluft betrachtet.
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