EP2304202A1 - Einrichtung zur kühlung eines kühlmittels, kreislauf zur aufladung einer brennkraftmaschine und verfahren zum kühlen eines zur aufladung einer brennkraftmaschine vorgesehenen im wesentlichen gasförmigen ladefluids - Google Patents

Einrichtung zur kühlung eines kühlmittels, kreislauf zur aufladung einer brennkraftmaschine und verfahren zum kühlen eines zur aufladung einer brennkraftmaschine vorgesehenen im wesentlichen gasförmigen ladefluids

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Publication number
EP2304202A1
EP2304202A1 EP09776661A EP09776661A EP2304202A1 EP 2304202 A1 EP2304202 A1 EP 2304202A1 EP 09776661 A EP09776661 A EP 09776661A EP 09776661 A EP09776661 A EP 09776661A EP 2304202 A1 EP2304202 A1 EP 2304202A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaporator
refrigerant
coolant
guide
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09776661A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcus Weinbrenner
Andreas Kemle
Ottokar Kunberger
Bernd Schäfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP2304202A1 publication Critical patent/EP2304202A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0437—Liquid cooled heat exchangers
    • F02B29/0443—Layout of the coolant or refrigerant circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0412—Multiple heat exchangers arranged in parallel or in series
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling a coolant, which is provided for cooling a charging fluid for charging an internal combustion engine, with a refrigerant guide and a coolant guide; wherein the refrigerant guide has a first evaporator for a refrigerant for cooling an ambient air and a second evaporator for a refrigerant for cooling the refrigerant; the coolant guide has a heat exchanger for the charging fluid, a coolant cooler and the second evaporator for a refrigerant of the refrigerant guide for cooling the coolant.
  • the invention further relates to a circuit for charging an internal combustion engine, comprising a compressor in a flow guidance of a charging fluid provided for the charging fluid and a heat exchanger for the charging fluid.
  • the invention further relates to a method for cooling an intended for charging an internal combustion engine substantially gaseous charging fluid.
  • a charging of internal combustion engines with cooled charging fluid in particular a substantially gaseous charging fluid, for example a charge air and / or an exhaust gas or mixtures comprising a charge air and / or an exhaust gas, is used in vehicles, inter alia, due to legal provisions to the particle and Reduce pollutant emissions, in particular nitrogen oxide emissions.
  • a specific liter of power can be increased in the event that one is able to design previously used charging systems with a smaller space requirement - so-called “downsizing.” By “downsizing” fuel can be saved as well as by an additional cooling of a charging fluid.
  • the charging fluid is provided to the combustion process with a comparatively cool temperature, which is associated with a density increase in the charging fluid and thus allows better cylinder filling at reduced combustion temperatures.
  • the charging fluid in the internal combustion engine can be compressed higher, resulting in the above-described consumption reduction or performance increase. Otherwise, the cooling of the charging fluid is insufficient due to interference, a comparatively worse cylinder filling and thus a faster reaching the limit temperatures and a consequent lower compression in the internal combustion engine.
  • the result is a sensitive reaction of the fuel consumption with less power of the internal combustion engine.
  • the applicant for example in DE 1 0210132 A1 or DE 1 0254016 A1, a device of the type mentioned above with a first evaporator in the form of a refrigerant / refrigerant evaporator and a second evaporator in the form of a climatic evaporator has been proposed.
  • the refrigerant guide the refrigerant is expanded in a climatic evaporator for cooling an ambient air and compressed in a compressor.
  • the first evaporator in the form of the refrigerant / refrigerant evaporator and the second evaporator in the form of the air-conditioning evaporator are connected in parallel in the refrigerant guide. In principle, it has been shown that even such systems react comparatively sensitively.
  • the invention begins, the object of which is a device for cooling a coolant, which is provided for cooling a charging fluid for charging an internal combustion engine, and to provide a circuit for charging an internal combustion engine. Another object is to provide a method for cooling an intended for charging an internal combustion engine substantially gaseous charging fluid.
  • the devices and method should be able to more effectively provide charge fluid cooling performance. In particular, an effective utilization of the cooling capacity of the first and second evaporator should be achieved even with different operating conditions of an internal combustion engine.
  • the object relating to the device is achieved by a device of the type mentioned, is provided in accordance with the invention that - in a first variant - the first and the second evaporator in the refrigerant guide are arranged in a row or - in a second variant - the first Evaporator and the second evaporator are arranged in the coolant guide in parallel arrangement, wherein the refrigerant downstream of the second evaporator, a suction throttle is arranged.
  • circuit of the type mentioned at the beginning in which according to the invention a device coupled via the heat exchanger for the charging fluid according to the concept of the invention is provided.
  • a refrigerant guide is preferably provided in the form of a refrigerant circuit.
  • a coolant guide is preferably provided in the form of a coolant circuit.
  • the invention is based on the consideration that it is basically possible to intervene in the architecture of a refrigeration cycle and / or by an appropriate regulation of the refrigeration cycle, even with different power requirements, both the cooling of ambient air and the cooling of the coolant in an improved manner to ensure.
  • Investigations have shown that a first and second evaporator work on a significantly different temperature level, even if only slightly, at least in individual cases.
  • a first evaporator for a refrigerant for cooling an ambient air will work regularly at air temperatures between 20 0 C and 70 0 C - but possibly only during the first few minutes of a preferred cooling of a passenger compartment by the air conditioner.
  • adescheintrittstempe- is temperature for a second evaporator for a refrigerant for cooling the refrigerant usually between 25 ° C and 80 0 C.
  • a long-term average temperature level of the second evaporator is more likely to be above that of a first evaporator, resulting in the need for a customized architecture and / or control strategy for handling the device.
  • the invention has recognized that - in a first variant - a series arrangement of the first and second evaporator, in contrast to a mere parallel arrangement of a first and second evaporator without additional measures as in the aforementioned prior art of the Applicant, to an improved architecture and Regulation possibility of the refrigeration cycle leads.
  • the invention has further recognized that - in a second variant - to arrange a parallel arrangement of the first evaporator and the second evaporator in the refrigerant guide, in particular together with the additional measure, downstream of the refrigerant downstream of the second evaporator, a suction choke, superior to the prior art.
  • the second evaporator it is possible for the second evaporator to be at approximately the same suction pressure as the first evaporator because of the additional pressure drop caused by the suction throttle.
  • a long-term average temperature level of the second evaporator is more likely to be above that of a first evaporator.
  • a suction pressure at the second evaporator tends to be higher than that of the first evaporator.
  • this solution becomes possible because the refrigerant side pressure drop of the second evaporator, in particular CAS evaporator, can be optimized without unduly affecting the performance of the refrigeration system.
  • this organ can also be an expansion organ / valve, such as an EXV or TXV.
  • the use of a suction throttle advantageously also allows the use of a TXV or the like. Expansion organ additionally or alternatively. Basically proves a suction throttle as cheaper compared to a switching valve.
  • suction throttle and shut-off valve proves to be vorteil._Diff that by means of the suction throttle a parallel-connected second evaporator and first evaporator at a comparatively equal suction level, results in a particularly advantageous simultaneous operating mode of the second evaporator and the first evaporator.
  • the concept of the invention leads in both evaporators to comparatively equal evaporation pressures and evaporation temperatures.
  • the concept also has the advantage that, for example, the suction throttle can be adjusted so that there is a tendency to superheated refrigerant in order to avoid, for example, liquid portions in the vaporized refrigerant.
  • a coolant circuit which is formed in the form of a low-temperature circuit.
  • a heat exchanger in the form of an indirect intercooler and / or a coolant radiator in the form of a low-temperature radiator is particularly preferably formed.
  • a coolant circuit preferably has a coolant pump and further suitable measures for guiding the coolant in the coolant guide, in particular in the coolant circuit.
  • a refrigerant circuit is designed for an air conditioning system, in particular moreover comprises a refrigerant compressor, a condenser, or gas cooler or the like, suitably a collector and / or dryer is downstream.
  • a first evaporator for a refrigerant in the form of an HVAC evaporator has been found.
  • a second evaporator for refrigerants has proven in the form of a CAS evaporator.
  • An internal combustion engine is preferably formed as a motor or internal combustion engine, preferably a gasoline engine. Also possible is the realization as a diesel engine.
  • the second evaporator is arranged downstream of the first evaporator.
  • the first evaporator is a CAS evaporator.
  • the second evaporator is a HVAC evaporator.
  • the refrigerant guide in each case has a refrigerant bypass for the first and / or second evaporator.
  • an actuating member for actuating the respective refrigerant bypass is arranged upstream of the respective first and / or second evaporator.
  • a suitable actuating member may be a three-way reversing valve and / or an arrangement of two shut-off valves and / or a respective shut-off valve with an expansion element.
  • means for measuring the power of the first and / or second evaporator are also provided in the device. This can be done, for example, by using an air inlet temperature and an air quantity.
  • an electric and / or thermostatic expansion element in particular with a shut-off function, is arranged cold in the upper part of the first evaporator and / or the second evaporator.
  • Such and other power control means of the first and / or second evaporator have been found to be particularly preferred.
  • all power control means e.g. under measurement of pressure and temperature of the refrigerant before and / or after the first and / or second evaporator.
  • the coolant guide it has proved to be advantageous for the coolant guide to have a sensor for determining the coolant temperature. This measure advantageously makes it possible to regulate an alternate actuation of the first and / or second evaporator in the event that a power requirement of the first and second evaporator lies above a power limit of the refrigerant guide.
  • a particularly preferred development of the invention provides a coolant bypass for the second evaporator in the coolant guide.
  • This proves to be advantageous for the inventive concept according to the first variant and in particular the second variant.
  • an actuation of the coolant bypass for controlling the coolant temperature can serve to provide the cooling capacity of the coolant guide in addition to the charge air to a further system part available, for example an electronics.
  • a charge air cooler in the form of a heat exchanger can be practically replaced by the coolant side coolant. Switch off the bypass.
  • a cold mid-side compensation for regulating the coolant temperature can be achieved by means of the coolant guide.
  • the coolant bypass can be used on the coolant side in this respect for an indirect power control on the second evaporator, in particular a CAS evaporator. Indirectly this allows a power control of the intercooler.
  • the coolant temperature indirectly regulates the refrigerant-side power at the second evaporator, in particular charge-air (CAS) evaporator, since this influences the evaporator pressure and thus the refrigerant temperature.
  • CAS charge-air
  • the refrigerant bypass for the second evaporator is actuated in a first operating state characterized by a coolant temperature lying below a limit temperature.
  • neither the refrigerant bypass for the second evaporator nor the refrigerant bypass for the first evaporator is actuated in a second operating state characterized by a coolant temperature lying above a limit temperature.
  • both evaporators can be used for cooling the coolant.
  • the refrigerant bypass for the second evaporator and the refrigerant bypass for the first evaporator may be alternately operated.
  • the temperature signal of a sensor can be used to determine the coolant temperature.
  • the aforementioned means for power measurement and power control may be used as needed and circumstantially within the scope of the concept of the invention.
  • the method is carried out with a device and / or a circuit of the type described above.
  • the limit temperature has a value between 40 0 C and 55 ° C, in particular between 40 0 C and 50 0 C, takes.
  • FIG. 1 shows a schematic view-according to the first variant-of a first embodiment of a circuit for charging an internal combustion engine not shown in detail with a preferred, coupled via a heat exchanger for the charging fluid device according to the concept of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic view, according to the first variant, of a second embodiment of a circuit for charging an internal combustion engine (not shown in more detail) with one via one
  • FIG. 3 shows a schematic view of a modified embodiment according to the first variant
  • FIG. 4 shows a schematic view-according to the second variant-of a third embodiment of a circuit for charging an internal combustion engine (not shown) with a preferred device coupled to the charging fluid via a heat exchanger according to the concept of the invention;
  • FIG. 5 shows a schematic view-according to the second variant-of a fourth embodiment of a circuit for charging a non-illustrated internal combustion engine with a preferred one device coupled via a heat exchanger for the charge fluid according to the concept of the invention
  • FIG. 6 shows a schematic view-according to the second variant-of a modified third embodiment of FIG. 4;
  • FIG. 7 shows a schematic view-according to the second variant-of a fourth embodiment modified to FIG. 5;
  • FIG. 8 shows a schematic view of two modifications of a detail of the circuit of the first, second or third embodiment relating to the arrangement of a coolant cooler and condenser with respect to the flow of cooling air;
  • FIG. 9 shows a logic diagram relating to the setting of different operating states in a device according to the concept of the invention and / or in the context of a method according to the concept of the invention for cooling a substantially gaseous charging fluid intended for charging an internal combustion engine;
  • FIG. 10 is a schematic representation of different operating states of the device in the context of a particularly preferred embodiment of a method as a function of a limit temperature of the coolant.
  • a present symbolically illustrated circuit 100 for charging an internal combustion engine, in particular a motor - preferably on Benzinbasis - with a charging fluid L has according to the concept of the invention via a heat exchanger 11 for the charging fluid L coupled device 1, which for cooling a coolant is designed, which in turn is provided for cooling the charging fluid for charging the internal combustion engine.
  • FIGS. 1 to 3 show embodiments according to the first variant, in which the first and second evaporators 29, 19 are arranged in rows. are switched.
  • Fig. 2 and Fig. 3 show further modifications of such a circuit 100 with a correspondingly modified device 1, wherein the same reference numerals are used for simplicity for identical parts or features or parts or features the same function.
  • charging fluid L in particular a substantially gaseous charging fluid - for example a charge air and / or an exhaust gas or mixture comprising a charge air and / or an exhaust gas - can be understood.
  • a substantially gaseous charging fluid - for example a charge air and / or an exhaust gas or mixture comprising a charge air and / or an exhaust gas - can be understood.
  • the present examples and embodiments are not limited to a specific form of a charging fluid, but described using the example of a charging fluid L in the form of a charge air.
  • the device 1 has a refrigerant guide 20 in the form of a refrigerant circuit and a coolant guide 10 in the form of a coolant circuit.
  • the coolant guide 10 is designed to guide the coolant and, in addition to the heat exchanger 11 that can be acted upon by the charge oil L and coolant to cool the charge air L, has a coolant cooler 13 downstream of the heat exchanger 11 downstream of the coolant, and a coolant pump 15 downstream of the coolant to recirculate the coolant.
  • the coolant is further supplied via a three-way valve 17 designed as a changeover valve either a bypass 10 ' for the direct return of the coolant to the heat exchanger 11, or if necessary, a further coolant line section 10 " to the coolant to a CAS referred to herein as the second evaporator 19
  • a further coolant line section 10 " to the coolant to a CAS referred to herein as the second evaporator 19 This is designed for further cooling of the coolant and can also be charged with refrigerant - in other words, the second evaporator 19 in the form of a CAS evaporator couples the coolant guide 10 and the refrigerant guide 20.
  • the coolant is then further supplied to the aforementioned heat exchanger 11 for cooling the charging fluid L.
  • the refrigerant guide 20 is designed to guide a refrigerant and correspondingly has a refrigerant compressor 21, which firstly supplies the previously substantially gaseous refrigerant to a condenser 23 supplies, which can be designed as a gas cooler if required.
  • the arrangement of condenser 23 and coolant radiator 13 is preferably co-flowed together by cooling air K in order to extract heat from the coolant and / or the refrigerant and thereby cool or condense.
  • the arrangement of condenser 23 and coolant radiator 13 is shown in FIG varied in the views (A) and (B) and described in detail as different modifications.
  • the refrigerant is then fed via the refrigerant guide 20 in largely liquid form to a collecting dryer 25, which can also serve as a reservoir for the refrigerant.
  • a collecting dryer 25 which can also serve as a reservoir for the refrigerant.
  • the refrigerant via a designed as a changeover valve first three-way valve 24 for on-demand actuation of a first bypass 31 either via an expansion element 26 - in the present case designed as a thermostatic expansion element TXV - referred to as a first evaporator 29 evaporator for the refrigerant in the form of an HVAC Supplied to the evaporator 29, or recycled to the first evaporator 29 in the bypass 31 to the original refrigerant guide 20.
  • the refrigerant is further supplied via a switching valve designed as a second three-way valve 28 either via a further expansion organ 22 to the aforementioned first evaporator 19 in the form of a CAS evaporator, or if necessary past this by the second bypass 33rd back to the original refrigerant guide 20.
  • the first evaporator 29 is provided for cooling an ambient air - in the present case as part of an air conditioning system for cooling a passenger compartment.
  • the expansion elements 26, 22 can be designed as needed and in particular be provided with a shut-off function, not shown, so that they are suitable for power control of the first evaporator 19 and the second evaporator 29.
  • 2 shows a substantially identical embodiment of a circuit 100 with a device 1, as was explained with reference to FIG. 1, with the difference that the first expansion element 26 in the present case is designed as an electrical expansion element EXV, while the first expansion element 26 the device 1 in Fig. 1 is designed as a thermostatic expansion element TXV. In contrast to the device 1 in FIG.
  • the design of the expansion element 26 as EXV enables the measurement of pressure and temperature of the refrigerant before and after the first evaporator 29 and thus a power control of the first evaporator 29 designed for this purpose Advantage that a power at the evaporator 29 can be withdrawn in favor of the evaporator 19, which leads to an increase in performance at the evaporator 19.
  • a corresponding measuring line 40 is coupled both in Fig. 1 and in Fig. 2 for a device 1 cold ittelstromabthrough after the evaporators 29, 19 to the refrigerant guide 20 and - in the case of the device 1 of FIG. 1 - at the first three-way valve 26 in Form of the TXV connected and - in the case of the device 1 of FIG. 2 - on the first expansion element in the form of the EXV and directly after the first evaporator 29 on the refrigerant guide 20 connected.
  • the corresponding sections of the measuring line for pressure and temperature 40 are designated 40 'and 40 ".
  • FIG. 3 shows both embodiments of FIGS. 1 and 2 modified in a figure, the second embodiment of FIG. 2 having the first expansion element in the form of the EXV and the further section 40 "of the measuring line 40 being shown in corresponding dotted lines
  • the modification of the device 1 in Fig. 3 provides that the Heat exchanger 11 and the second evaporator 19 for the refrigerant for cooling the coolant in the form of a CAS evaporator can be advantageously realized in the context of a single unit, which is flowed through by the charging fluid L.
  • FIGS. 4 to 7 show embodiments according to the second variant, in which the first and second evaporators 29, 19 are connected in parallel.
  • the embodiments of FIGS. 4 to 7 are devices 2 and circuits 200 which are designed differently from the devices 1 and circuits 100 of FIGS. 1 to 3-for the sake of simplicity identical reference numerals used for identical parts or features or parts or features the same function.
  • a coolant guide 10 is designed for guiding the coolant and has, in addition to the loadable with charging fluid L and coolant heat exchanger 11 for cooling the charge air L adeffenstromabissertig downstream coolant radiator 13 and furtherdeffenstromabracertig a coolant pump 15 for circulating the coolant.
  • a circuit 200 that always the complete coolant mass flow through the second evaporator 19, in the form of a designated again as a CAS evaporator coolant / refrigerant evaporator, is performed.
  • the coolant is then further supplied to the aforementioned heat exchanger 11 for cooling the charging fluid L.
  • a coolant bypass 10 ' which can be switched via the three-way valve 17 is provided for the second evaporator 19 in the coolant guide 10.
  • the coolant bypass 10 ' can cool down tel document so far for an indirect power control on the second evaporator 19, in particular a CAS evaporator, are used.
  • the refrigerant guide 20 is again designed to guide a refrigerant and accordingly has a refrigerant compressor 21, which first supplies the previously substantially gaseous refrigerant to a condenser 23, which can also be designed as a gas cooler if required.
  • the arrangement of the condenser 23 and the coolant cooler 13 is preferably co-flowed together by cooling air K in order to extract heat from the coolant and / or the refrigerant and thereby to cool it or to condense it.
  • the arrangement of condenser 23 and coolant radiator 13 is modified in FIGS. 8 (A) and (B) and described in greater detail as different modifications.
  • the refrigerant is then fed via the refrigerant guide 20 in largely liquid form to a collecting dryer 25, which can also serve as a reservoir for the refrigerant.
  • the refrigerant is then - depending on the state of the shut-off valves 28 'and 24' - as needed the second evaporator 19 in the form of the CAS evaporator and / or the first evaporator 29 in the form of the HVAC evaporator via a suitable expansion element 22 ', 26' fed. Both the second evaporator 19 and the first evaporator 29 can each be bridged via a bypass 30.
  • the bypass 31 departs from the expansion element 26 'and flows cold downstream from the first evaporator 29 back into the refrigerant duct 20.
  • the bypass 33 departs from the expansion element 22' and discharges at the downstream side of the refrigerant behind the second evaporator 19 in the refrigerant guide 20th
  • FIG. 4 shows a device 2 in which the refrigerant bypass 33 of the second (CAS) evaporator 19 downstream of the second evaporator 19 and upstream of a suction throttle 35 opens into the refrigerant guide 20.
  • Fig. 5 shows a modified further second embodiment of a device 2, wherein in otherwise identical design of the refrigerant bypass 33 to the second evaporator 19 behind said Suction choke 35 - or, as explained above, another suitable organ such as an EXV. opens into the refrigerant guide 20.
  • FIG. 6 and FIG. 7 show further modified third and fourth embodiments according to the second variant of the invention, which - analogous to the third and fourth embodiment of the second variant of the invention - are implemented with the modification that - similar to the embodiment of the first variant of the invention in Fig. 3 explained - the heat exchanger 11 and the second evaporator 19 for the refrigerant for cooling the coolant in the form of a CAS evaporator are advantageously realized in the context of a single unit, which is flowed through by the charging fluid L.
  • FIGS. 6 and 7 it is also possible in FIGS. 6 and 7 to arrange the heat exchanger 11 separately from the second evaporator 19 in a section downstream of the coolant bypass 10 'to the coolant guide 10 and in front of the coolant cooler 13.
  • a refrigerant bypass 33 can-but does not necessarily have to-be provided.
  • the refrigerant bypass 33 would be conducted downstream of the second evaporator 19 and upstream of the suction throttle 15 to the refrigerant guide 20.
  • the refrigerant bypass 33 is guided behind the suction throttle 35 to the refrigerant guide 20.
  • the additional operation of the second evaporator 19 is present angest- REBT particular for the case that the coolant temperature is more than 40 0 C. up to 55 ° C.
  • the suction pressure levels of the first evaporator 29 and the second evaporator 19 are designed differently by the suction throttle 35 according to the concept of the invention in the second variant.
  • the suction throttle 35 is integrated into the manifold of the second evaporator 19, refrigerant downstream in the refrigerant guide 20.
  • An expansion element 22 '- in the present example, in the form of a thermal expansion valve - controls the overheating of the suction throttle 35.
  • a standard TXV thermo Expansion valve
  • the refrigerant side pressure drop in the second evaporator 19 is not very critical in this case because it can be offset against the Saugdrosseldruckabfall.
  • the suction throttle 35 may also be designed as an electrically actuated expansion valve or timing valve. As a result, the suction throttle 35 can be combined with the shut-off valve 28 '. The latter leads to the saving of an additional valve.
  • Fig. 8 shows in views (A) and (B) two possible modifications for arranging a condenser 23 and coolant radiator 13 relative to each other, which are suitable for both variants of the invention.
  • the coolant circuit is advantageously realized as a low-temperature circuit.
  • the heat exchanger 11 is advantageously realized as an indirect intercooler.
  • the coolant radiator 13 is advantageously realized in the form of a low-temperature radiator.
  • View (A) of FIG. 8 shows the arrangement of the coolant cooler 13 and the condenser 23 as shown in FIGS. 1 to 7 described so far.
  • a coolant-side switching valve 17 has proven to be advantageous in the manner described above for actuating the coolant-side bypass 10 ', so as to bypass the second evaporator 19 and thus to regulate indirectly.
  • a switching valve 28 or shut-off valve 29 ' has proven to be particularly advantageous for switching off the second evaporator 19 in the form of the CAS evaporator. This causes a reduction of the coolant-side pressure drop and thereby a lower power consumption of the coolant pump 15, which ultimately leads to fuel savings.
  • the second evaporator in the form of the CAS evaporator can also be replaced by a comparatively small refrigerant-side mass flow - e.g.
  • the first variant the invention of the second evaporator designed as a CAS evaporator can also be arranged in series in front of the first evaporator designed as a HVAC evaporator.
  • an arrangement of two shut-off valves for actuating the bypass sections 30 may be provided in each case instead of the three-way valves 24, 28.
  • an expansion element in the form of a TXV or EXV can optionally be arranged at the location of the expansion elements 26, 26 ', 22, 22'.
  • FIG. 9 A method for cooling an essentially gaseous charging fluid provided for charging an internal combustion engine with a previously described circuit 100, 200 for charging an internal combustion engine is shown in FIG. 9 as a logic flow diagram in a particularly preferred embodiment and in FIG. 10 with associated temperature profiles for a coolant temperature T on the one hand or an operating state V1 for a first evaporator 29 - which symbolizes the activity of the evaporator 29 in the form of the HVAC evaporator for cooling an ambient air or cabin air (eg in recirculation mode) - and an operating state V2 - which the activity of a second evaporator 19 symbolizes a refrigerant for cooling the refrigerant in the form of the CAS evaporator.
  • the refrigerant bypass 33 for the second evaporator 19 is actuated in a first operating state B1 characterized by a coolant temperature lying below a limit temperature.
  • the limit temperature is present in a range of 40 ° C to 50 ° C.
  • the second evaporator 19 is inactive in this first operating state B1.
  • the corresponding areas are indicated in FIG. 10 by B1.
  • the coolant temperature is preferably below the limit temperature of, for example, 40 ° to 55 ° C.
  • the CAS evaporator is not switched as a coupling element between the low-temperature cooling circuit and the refrigerant circuit or completely bypassed by the present refrigerant side bypass 33, actuated by the three-way valve 28.
  • a coolant-side bypass can be provided to the additional cooling effect of the second evaporator 19 is not required.
  • the CAS evaporator is preferably bypassed on the refrigerant side by means of the bypass 33 and a corresponding position of the three-way valve 28.
  • the CAS evaporator as the second evaporator 19 can advantageously be kept at a comparatively low temperature level - similar to the temperature level of the HVAC evaporator as the first evaporator 29.
  • the low temperature level can continue be favored. For example, this can be achieved by targeted opening - in the form of a low-frequency clocking - the shut-off valve on the CAS evaporator as the second evaporator 19.
  • Another possibility is to obtain a very low refrigerant mass flow over a defined geometry in the expansion element 22 as a leak.
  • the second evaporator 19 is as CAS evaporator in case of need, ie when additional charge air cooling power is required, at a relatively low temperature level.
  • a low temperature level has a certain buffering effect when the second evaporator 19 is switched on, or allows a rapid cooling of the charge air - this before the coolant circuit with a coupled CAS evaporator would normally be started and would be in stationary operation.
  • this measure has the advantage that the power consumption of a coolant pump 15, be it an electric or conventional coolant pump, is reduced due to the elimination of the coolant-side pressure drop of the CAS evaporator. As a result, fuel consumption is thus reduced.
  • a second operating state B2 characterized by a coolant temperature lying above a limit temperature
  • two operating substates B21 and B22 for cooling the charging fluid or, more specifically, for operating the first evaporator 29 and the second evaporator 19 are possible.
  • a first operating substate B21 neither the refrigerant bypass 33 for the second evaporator 19 nor the refrigerant bypass 31 for the first evaporator 29 is actuated.
  • the second variant of the invention opens - as already explained above - the shut-off valve 28 'of the second evaporator 29.
  • both evaporators 29, 19 are active.
  • This operating sub-state is suitable for the case that a power requirement of the first and second evaporators 29, 19 is below a power limit of the coolant guide 10.
  • the first evaporator in the form of the HVAC evaporator remains switched on when the power at the CAS evaporator and the power of the HVAC evaporator does not exceed the total capacity of the refrigeration circuit.
  • the air inlet temperature and the air quantity can be used for the respective output of the evaporators 19, 29. This is known for example by an engine control unit and / or a climate control device.
  • the power control of the HVAC evaporator via an EXV or TXV as explained above and / or by measuring the pressure and temperature of the refrigerant after the CAS evaporator.
  • EXV electric expansion device 26
  • the decreased power on the HVAC evaporator can be varied according to the specification.
  • the performance of the CAS evaporator can be regulated only comparatively poorly directly, but rather advantageously takes place indirectly through the HVAC evaporator.
  • the power dissipated is set by the setting, overheating depending on the suction pressure.
  • the setting is prioritized on the HVAC evaporator so that the power left over from the HVAC evaporator - that is, the rest of unevaporated refrigerant - is available to the CAS evaporator.
  • the refrigerant-side performance of the CAS evaporator can be adjusted in parallel by the coolant-side changeover valve in the form of the three-way valve - also referred to as three / two-way valve - by clocking the valve 28 and 24 a certaindemit- telmassenstrom and thus a certain power decrease the coolant takes place.
  • a power demand of the first and second evaporators is above a power limit of the refrigerant guide and the refrigerant bypass 33 for the second evaporator 19, and the refrigerant bypass 31 for the first evaporator 29 is operated mutually.
  • this operation substate B22 corresponds to the case where the coolant temperature is more than 40 0 C to 55 ° C and the power demand is too high.
  • the CAS evaporator as Koppelglied between the low-temperature cooling circuit and the refrigerant circuit is indeed switched to additional cooling of the coolant, but there is an alternate operation of both evaporators 19, 29 due to the high power requirement of the CAS evaporator to the coolant and / or refrigerant circuit.
  • the evaporators 19, 29 are switched on and off by the switching valves 24, 28 described above.
  • a power control of the CAS evaporator takes place, for example, via a conventional thermostatic expansion element 26 (TXV) explained above or via a TXV with integrated shut-off function.
  • TXV thermostatic expansion element 26
  • the first evaporator in the form of the HVAC evaporator is switched off or bypassed on the refrigerant side via a bypass line 31.
  • the invention relates to a device 1 for cooling a coolant, which is provided for cooling a charging fluid for charging an internal combustion engine, with a refrigerant guide 20, in particular a refrigerant circuit, and a coolant guide 10, in particular a coolant circuit, the refrigerant guide 20 a first Evaporator 29 for a refrigerant for cooling an ambient air, a second evaporator 19 for a refrigerant for cooling the
  • the coolant guide 10 has a heat exchanger 11 for the charging fluid L, a coolant cooler 13, and the second evaporator 19 for the refrigerant of the refrigerant guide 20 for cooling the coolant.
  • the first and the second evaporators 29, 19 are arranged in the refrigerant guide 20 in a row arrangement.
  • the first evaporator 29 and the second evaporator 19 are arranged in the refrigerant guide 20 in a parallel arrangement, wherein downstream of the second evaporator 19, a suction throttle 35 is arranged downstream of the refrigerant.
  • a refrigerant bypass 30, 31, 33 is used for controlling the capacity of the first and / or second evaporator 29,

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1, 2) zur Kühlung eines Kühlmittels, das zur Kühlung eines Ladefluids (L) zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, mit einer Kältemittelführung (20), insbesondere einem Kältemittelkreislauf, und einer Kühlmittelführung (10), insbesondere einem Kühlmittelkreislauf; wobei - die Kältemittelführung (20) einen ersten Verdampfer (29) für ein Kältemittel zur Kühlung einer Umgebungsluft, einen zweiten Verdampfer (19) für ein Kältemittel zur Kühlung des Kühlmittels aufweist, - die Kühlmittelführung (10) einen Wärmetauscher (11) für das Ladefluid (L), einen Kühlmittelkühler (13), und den zweiten Verdampfer (19) für das Kältemittel der Kältemittelführung (20) zur Kühlung des Kühlmittels aufweist. Erfindungsgemäß ist in einer ersten Variante vorgesehen, dass der erste und der zweite Verdampfer (29, 19) in der Kältemittelführung (20) in Reihenanordnung angeordnet sind. In einer zweiten Variante ist vorgesehen, dass der erste Verdampfer (29) und der zweite Verdampfer (19) in der Kältemittelführung (20) in Parallelanordnung angeordnet sind, insbesondere wobei kältemittelstromabwärtig nach dem zweiten Verdampfer (19) eine Saugdrossel (35) angeordnet ist. Vorzugsweise dient zur Leistungsregelung des ersten und/oder zweiten Verdampfers (29, 19) ein Kaltemittel-Bypass (30, 31, 33) für den ersten und/oder zweiten Verdampfer (29, 19).

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Einrichtung zur Kühlung eines Kühlmittels, Kreislauf zur Aufladung ei- ner Brennkraftmaschine und Verfahren zum Kühlen eines zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehenen im Wesentlichen gasförmigen Ladefluids
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung eines Kühlmittels, das zur Kühlung eines Ladefluids zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, mit einer Kältemittelführung und einer Kühlmittelführung; wobei die Kältemittelführung einen ersten Verdampfer für ein Kältemittel zur Kühlung einer Umgebungsluft und einen zweiten Verdampfer für ein Kältemittel zur Kühlung des Kühlmittels aufweist; die Kühlmittelführung einen Wärmetau- scher für das Ladefluid, einen Kühlmittelkühler und den zweiten Verdampfer für ein Kältemittel der Kältemittelführung zur Kühlung des Kühlmittels aufweist. Die Erfindung betrifft weiter einen Kreislauf zur Aufladung einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Verdichter in einer für das Ladefluid vorgesehenen Strömungsführung eines Ladefluids und einen Wärmetau- scher für das Ladefluid. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Kühlen eines zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehenen im Wesentlichen gasförmigen Ladefluids.
Eine Aufladung von Brennkraftmaschinen mit gekühltem Ladefluid, insbe- sondere einem im wesentlichen gasförmigen Ladefluid, beispielsweise einer Ladeluft und/oder ein Abgas oder Mischungen aufweisend eine Ladeluft und/oder ein Abgas, wird in Fahrzeugen u.a. aufgrund gesetzlicher Bestimmungen eingesetzt, um die Partikel- und Schadstoff-, insbesondere Stickoxidemissionen zu senken. Da die Anforderungen an die Abgasreinhaltung strenger werden, sind größere Abgasmassenströme erforderlich, die mit Auf- lade-Systemen beherrscht werden sollten. Darüber hinaus lässt sich eine spezifische Literleistung steigern für den Fall, dass man in der Lage ist bisher eingesetzte Aufladesysteme mit geringerem Raumbedarf zu gestalten - so genanntes „Downsizing". Durch „Downsizing" kann Kraftstoff eingespart werden ebenso wie durch eine zusätzliche Abkühlung eines Ladefluids. Dadurch wird nämlich das Ladefluid dem Verbrennungsprozess mit einer vergleichsweise kühlen Temperatur zur Verfügung gestellt, was mit einem Dichtegewinn beim Ladefluid verbunden ist und somit eine bessere Zylinderfüllung bei verminderten Verbrennungstemperaturen erlaubt. Im Ergebnis kann das Ladefluid im Verbrennungsmotor höher verdichtet werden, was zur oben erläuterten Verbrauchsreduzierung oder Leistungssteigerung führt. Ist anderenfalls die Kühlung des Ladefluids durch Störeinwirkungen unzureichend, erfolgt eine vergleichsweise schlechtere Zylinderfüllung und damit ein schnelleres Erreichen der Grenztemperaturen sowie einer daraus folgenden niedrigeren Verdichtung in der Brennkraftmaschine. Das Resultat ist eine sensible Reaktion des Kraftstoffverbrauchs bei weniger Leistung des Verbrennungsmotors.
So ist zum einen im Bereich von Dieselmotoren für Nutzfahrzeuge als auch bei Benzinmotoren bekannt, grundsätzlich zur Verbesserung einer Kühlleistung beim Kühlen eines Ladefluids zweistufige Ladefluidkühlungen vorzusehen. Für Nutzfahrzeuge sind solche Systeme beispielsweise beschrieben in WO2005/111392 A1 oder in EP 0 496 085 A1. Weitere für KFZ-Fahrzeuge geeignete, zweistufige Kühlsysteme sind beschrieben in EP 1 432 907 B1, EP 1 445 454 A1 und EP 0 678 661 B1. Dabei werden grundsätzlich in einem Ladefluidkreislauf zwei Wärmetauscher - ein so genannter Hochtemperaturwärmetauscher und ein so genannter Niedertemperaturwärmetauscher - von Ladefluid durchströmt, welche je nach Bedarf zur Kühlung des Ladefluids eingesetzt werden können, und entsprechend mit einem oder mit meh- reren Bypass-Kanälen für ein Ladefluid versehen sind. So lassen sich z.B. Wärmetauscher zur Ladeluftkühlung, wie in DE 10 2004 045 661 A1 in einem Ladeluftkanal anordnen.
Neben den oben bekannten Maßnahmen einer zweistufigen Kühlung des Ladefluids als solchem ist eine besonders effektive Abkühlung des Lade- fluids wie in DE 1 9859129 A1 beschrieben möglich. Dabei wird das von einem Verdichter verdichtete Ladefluid zur Kühlung mit Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers in Wechselwirkung gebracht und die Kühlflüssigkeit des Ladeluftkühlers wiederum zur Kühlung mit einem Kühlmittel/Kältemittel- Verdampfer der Klimaanlage in Wechselwirkung gebracht. Ein solches System hat sich als noch verbesserungswürdig erwiesen, da dieses mit lediglich einem einzigen Verdampfer der Klimaanlage arbeitet. Demgemäß ist von der Anmelderin, beispielsweise in DE 1 0210132 A1 oder DE 1 0254016 A1 , eine Einrichtung der eingangs genannten Art mit einem ersten Verdampfer in Form eines Kühlmittel/Kältemittel-Verdampfers und einem zweiten Verdampfer in Form eines Klima-Verdampfers vorgeschlagen worden. In der Kältemittelführung wird das Kühlmittel in einem Klima-Verdampfer zur Kühlung einer Umgebungsluft expandiert und in einem Kompressor komprimiert. Der erste Verdampfer in Form des Kühlmittel/Kältemittel-Verdampfers und der zweite Verdampfer in Form des Klima-Verdampfers sind in der Kältemittelführung parallel geschaltet. Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass auch solche Systeme vergleichsweise sensibel reagieren.
Wünschenswert wäre ein weiter verbessertes Konzept zur Bereitstellung ei- ner verbesserten Kühlleistung für ein Ladefluid unter Verwendung eines ersten und zweiten Verdampfers für ein Kältemittel.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist eine Einrichtung zur Kühlung eines Kühlmittels, das zur Kühlung eines Ladefluids zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, sowie einen Kreislauf zur Aufladung einer Brennkraftmaschine anzugeben. Weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Kühlen eines zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehenen im Wesentlichen gasförmigen Ladefluids anzugeben. Die Vorrichtungen und das Verfahren sollten in der Lage sein, eine Ladefluidkühl- leistung effektiver zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll auch bei unterschiedlichen Betriebsständen einer Brennkraftmaschine eine effektive Ausnutzung der Kühlleistung des ersten und zweiten Verdampfers erreicht werden. - A -
Die Aufgabe betreffend die Einrichtung wird durch eine Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass - in einer ersten Variante - der erste und der zweite Verdampfer in der Kältemittelführung in Reihenanordnung angeordnet sind oder - in einer zweiten Variante - der erste Verdampfer und der zweite Verdampfer in der Kühlmittelführung in Parallelanordnung angeordnet sind, wobei kältemittelstromab- wärtig nach dem zweiten Verdampfer eine Saugdrossel angeordnet ist.
Die Aufgabe hinsichtlich des Kreislaufs wird durch einen Kreislauf der ein- gangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß eine über den Wärmetauscher für das Ladefluid gekoppelte Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung vorgesehen ist.
Eine Kältemittelführung ist vorzugsweise in Form eines Kältemittelkreislaufs vorgesehen. Eine Kühlmittelführung ist vorzugsweise in Form eines Kühlmittelkreislaufs vorgesehen.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es grundsätzlich über Eingriffe in die Architektur eines Kältekreislaufs und/oder durch eine angemes- sene Regelung des Kältekreislaufs möglich ist, auch bei unterschiedlichen Leistungsanforderungen sowohl die Kühlung einer Umgebungsluft als auch die Kühlung des Kühlmittels in verbesserter Weise zu gewährleisten. Im Rahmen von Untersuchungen hat sich gezeigt, dass ein erster und zweiter Verdampfer auf, wenn auch nur leicht, so doch im Einzelfall signifikant unter- schiedlichen Temperaturniveaus arbeiten. Beispielsweise wird ein erster Verdampfer für ein Kältemittel zur Kühlung einer Umgebungsluft regelmäßig bei Lufttemperaturen zwischen 200C und 700C arbeiten - dies jedoch ggf. nur während der ersten Minuten einer vorzugsweisen Kühlung einer Fahrgastzelle durch die Klimaanlage. Dagegen wird eine Kühlmitteleintrittstempe- ratur für einen zweiten Verdampfer für ein Kältemittel zur Kühlung des Kühlmittels üblicherweise zwischen 25°C und 800C liegen. Damit liegt ein lang- zeit-durchschnittliches Temperaturniveau des zweiten Verdampfers eher über dem eines ersten Verdampfers, was zu dem Bedarf einer angepassten Architektur und/oder Regelungsstrategie zur Handhabung der Einrichtung führt. Die Erfindung hat erkannt, dass - in einer ersten Variante - eine Reihenanordnung des ersten und zweiten Verdampfers, im Unterschied zu einer bloßen Parallelanordnung eines ersten und zweiten Verdampfers ohne Zu- satzmaßnahmen wie im eingangs genannten Stand der Technik der Anmelderin, zu einer verbesserten Architektur und Regelungsmöglichkeit des Kältekreislaufs führt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass sich durch die genannte Reihenanordnung für den ersten und den zweiten Verdampfer eine annähernd gleiche Saugdruckumgebung ergibt, die vorteilhaft mittels geeig- neter Betätigungsorgane gehandhabt werden kann, um je nach Bedarf den ersten und/oder den zweiten Verdampfer zu betätigen. Beides zusammen hat den Vorteil, dass das Problem einer Kältemittelverlagerung und eines Ölumlaufs minimiert wird.
Die Erfindung hat weiter erkannt, dass - in einer zweiten Variante - eine Parallelanordnung des ersten Verdampfers und des zweiten Verdampfers in der Kältemittelführung, insbesondere zusammen mit der Zusatzmaßnahme, kältemittelstromabwärts nach dem zweiten Verdampfer eine Saugdrossel anzuordnen, überlegen gegenüber dem Stand der Technik ist. Es wird in- sbesondere ermöglicht, dass der zweite Verdampfer aufgrund des von der Saugdrossel bewirkten zusätzlichen Druckabfalls auf etwa gleichem Saugdruck liegt wie der erste Verdampfer. Wie von der Erfindung erkannt, liegt ein langzeitdurchschnittliches Temperaturniveau des zweiten Verdampfers eher über dem eines ersten Verdampfers. Dies führt dazu, dass ein Saug- druck am zweiten Verdampfer eher über dem des ersten Verdampfers liegt. Als einen Druckabfall bewirkende Saugdrossel eignet sich im Prinzip jedes Organ, das - beispielsweise durch eine Querschnittsverringerung im kälte- mittelstromabwärtigen Teil der Kältemittelführung nach dem zweiten Verdampfer zu einem zusätzlichen Druckabfall führt. Diese Lösung wird möglich, da der kältemittelseitige Druckabfall des zweiten Verdampfers, insbesondere CAS-Verdampfers, optimiert werden kann, ohne die Leistung des Kühlsystems übermäßig zu beeinflussen. Grundsätzlich kann dieses Organ auch ein Expansionsorgan/Ventil sein, wie z.B. ein EXV oder TXV. Die Verwendung einer Saugdrossel ermöglicht vorteilhaft auch die Verwendung eines TXV o.dgl. Expansionsorgans zusätzlich oder alternativ. Grundsätzlich erweist sich eine Saugdrossel als preiswerter im Vergleich zu einem Umschaltventil. Eine Kombination von Saugdrossel und Absperrventil erweist sich jedoch als vorteilhaft._Dadurch, dass mittels der Saugdrossel ein parallel geschalteter zweiter Verdampfer und erster Verdampfer auf vergleichsweise gleichem Saugniveau liegen, ergibt sich ein besonders vorteilhafter gleichzeitiger Betriebsmodus des zweiten Verdampfers und des ersten Verdampfers. Das Konzept der Erfindung führt bei beiden Verdampfern zu vergleichsweise gleichen Verdampfungsdrücken und Verdampfungstemperaturen. Insbesondere hat das Konzept auch den Vorteil, dass beispielsweise die Saugdrossel so eingestellt werden kann, dass ein tendenziell überhitztes Kältemittel vorliegt, um beispielsweise flüssige Anteile im verdampften Kältemittel zu vermeiden.
Das zuvor erläuterte Konzept der Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft anwendbar erwiesen für einen Kühlmittelkreislauf, welcher in Form eines Niedertemperaturkreislaufs gebildet ist. Besonders bevorzugt ist dabei ein Wärmetauscher in Form eines indirekten Ladeluftkühlers und/oder ein Kühlmittelkühler in Form eines Niedrigtemperaturkühlers gebildet. Ein Kühlmittelkreislauf weist bevorzugt eine Kühlmittelpumpe auf sowie weitere geeignete Maßnahmen zur Führung des Kühlmittels in der Kühlmittelführung, insbesondere im Kühlmittelkreislauf.
Es hat sich als weiter besonders bevorzugt im Rahmen des Konzepts der Erfindung erwiesen, dass ein Kältemittelkreislauf für eine Klimaanlage aus- gelegt ist, insbesondere darüber hinaus ein Kältemittelverdichter, einen Kondensator, oder Gaskühler oder dergleichen aufweist, dem geeigneter Weise ein Sammler und/oder Trockner nachgeschaltet ist.
Als besonders bevorzugt im Rahmen des Konzeptes der Erfindung hat sich ein erster Verdampfer für ein Kältemittel in Form eines HVAC-Verdampers erwiesen. Als weiter besonders bevorzugt im Rahmen des Konzepts der Erfindung hat sich ein zweiter Verdampfer für Kältemittel in Form eines CAS- Verdampfers erwiesen. Eine Brennkraftmaschine ist bevorzugt als Motor oder Verbrennungsmotor, vorzugsweise Benzinmotor, gebildet. Möglich ist auch die Realisierung als Dieselmotor.
Weitere, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung, sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Es hat sich - im Rahmen der ersten Variante - als besonders vorteilhaft erwiesen, dass der zweite Verdampfer kältemittelstromabwärtig des ersten Verdampfers angeordnet ist. Grundsätzlich ist es darüber hinaus - im Rahmen der ersten Variante - alternativ ebenfalls möglich, dass der erste Verdampfer kältemittelstromabwärtig des zweiten Verdampfers angeordnet ist. Vorteilhaft ist der erste Verdampfer ein CAS-Verdampfer. Vorteilhaft ist der zweite Verdampfer ein HVAC-Verdampfer.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zur Leistungsregelung des ersten und/oder zweiten Verdampfers vorgesehen, dass die Kältemittelführung jeweils einen Kältemittel-Bypass für den ersten und/oder zweiten Verdampfer aufweist. Insbesondere kann dazu vorgesehen sein, dass kältemittelstromaufwärtig jeweils des ersten und/oder zweiten Verdampfers ein Betätigungsorgan zur Betätigung des jeweiligen Kältemittel- Bypasses angeordnet ist. Ein geeignetes Betätigungsorgan kann insbeson- dere ein Umschalt-Dreiwegeventil und/oder jeweils eine Anordnung von zwei Absperrventilen und/oder jeweils ein Absperrventil mit einem Expansionsorgan sein. Im Rahmen der zweiten Variante hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass ein Kältemittel-Bypass für den zweiten Verdampfer vor der Saugdrossel in die Kältemittelführung führt. Für den Fall, dass im By- pass-Betrieb keine Druckminderung erwünscht ist, kann es vorteilhaft sein, dass der Kältemittel-Bypass für den zweiten Verdampfer nach der Saugdrossel in die Kältemittelführung führt. Insgesamt wird es durch die vorgenannten Weiterbildungen der Erfindung allein oder in Kombination im Rahmen des Konzepts der Erfindung möglich, den ersten und/oder zweiten Ver- dampfer mit den genannten Vorteilen zur Angleichung des Saugdrucks bei- der Verdampfer je nach Bedarf und Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu regeln bzw. zu- oder abzuschalten.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind außerdem bei der Einrichtung Mittel zur Leistungsmessung des ersten und/oder zweiten Verdampfers vorgesehen. Dies kann beispielsweise unter Heranziehung einer Lufteintrittstemperatur und einer Luftmenge erfolgen.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass kaltem ittelstro- maufwärtig des ersten Verdampfers und/oder des zweiten Verdampfers ein elektrisches und/oder thermostatisches Expansionsorgan, insbesondere mit einer Absperrfunktion angeordnet ist. Solche und andere Mittel zur Leistungsregelung des ersten und/oder zweiten Verdampfers haben sich als besonders bevorzugt erwiesen. Grundsätzlich eignen sich alle Leistungsrege- lungsmittel, z.B. unter Messung von Druck und Temperatur des Kältemittels vor und/oder nach dem ersten und/oder zweiten Verdampfer.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Kühlmittelführung einen Sensor zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur aufweist. Diese Maßnahme ermöglicht in vorteilhafter Weise die Regelung einer wechselweisen Betätigung des ersten und/oder zweiten Verdampfers für den Fall, dass eine Leistungsanforderung des ersten und zweiten Verdampfers oberhalb einer Leistungsgrenze der Kältemittelführung liegt.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht einen Kühlmit- tel-Bypass für den zweiten Verdampfer in der Kühlmittelführung vor. Dies erweist sich als vorteilhaft für das erfindungsgemäße Konzept gemäß der ersten Variante und insbesondere der zweiten Variante. Es hat sich gezeigt, dass eine Betätigung des Kühlmittel-Bypasses zur Regelung der Kühlmittel- temperatur dazu dienen kann, die Kühlleistung der Kühlmittelführung zusätzlich zur Ladeluft auch einem weiteren Systemteil zur Verfügung zu stellen, beispielsweise einer Elektronik. Eine solche Situation kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn das weitere Systemteil, wie z.B. die Elektronik, einen erhöhten Kühlungsbedarf hat. Insofern lässt sich ein Ladeluftkühler in Form eines Wärmetauschers praktisch durch den kühlmittelseitigen Kühlmittel- Bypass wegschalten. Eine kaltem ittelseitige Kompensation zur Regelung der Kühlmitteltemperatur lässt sich mittels der Kühlmittelführung erreichen. Dies hat auch den Vorteil, dass eine Kühlmittelführung nicht auf einen Maximalbedarf ausgelegt werden muss, sondern vielmehr die zur Verfügung stehen- de Kühlleistung der Kältemittelführung bei der Auslegung mit berücksichtigt werden kann. Der Kühlmittel-Bypass kann kühlmittelseitig insofern für eine indirekte Leistungsregelung am zweiten Verdampfer, insbesondere einem CAS-Verdampfer, eingesetzt werden. Indirekt ermöglicht dies eine Leistungsregelung der Ladeluftkühlung. Durch die Kühlmitteltemperatur wird indi- rekt die kältemittelseitige Leistung am zweiten Verdampfer, insbesondere Ladeluft (CAS)-Verdampfer, geregelt, da dadurch der Verdampferdruck und somit die Kältemitteltemperatur beeinflusst wird. Steigt die Kühlmitteltemperatur, so steigt der Kältemitteldruck und deshalb die Kältemitteltemperatur und somit sinkt die kältemittelseitige Leistung am CAS-Verdampfer.
In einer ganz besonders bevorzugten Weiterbildung des Konzepts der Erfindung ist bei einer Einrichtung der oben genannten Art in einem ersten, durch eine unterhalb einer Grenztemperatur liegenden Kühlmitteltemperatur gekennzeichneten Betriebszustand der Kältemittel-Bypass für den zweiten Verdampfer betätigt. Alternativ ist bei einer solchen Einrichtung in einem zweiten durch eine oberhalb einer Grenztemperatur liegenden Kühlmitteltemperatur gekennzeichneten Betriebszustand weder der Kältemittel-Bypass für den zweiten Verdampfer noch der Kältemittel-Bypass für den ersten Verdampfer betätigt. Bei der letzten Alternative können - falls eine Leistungsan- forderung des ersten und zweiten Verdampfers unterhalb einer Leistungsgrenze der Kältemittelführung liegt - beide Verdampfer zur Kühlmittelkühlung herangezogen werden. Bei der zweiten Alternative kann - falls eine Leistungsanforderung des ersten und zweiten Verdampfers oberhalb einer Leistungsgrenze der Kältemittelführung liegt - der Kältemittel-Bypass für den zweiten Verdampfer und der Kältemittel-Bypass für den ersten Verdampfer wechselweise betätigt sein. Als Maßgabe zur Bestimmung des Betriebszustands kann das Temperatursignal eines Sensors zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur herangezogen werden. Im Übrigen können die zuvor genannten Mittel zur Leistungsmessung und Leistungsregelung je nach Bedarf und Umstand im Rahmen des Konzepts der Erfindung eingesetzt werden. Zur Lösung der Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens zum Kühlen eines zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehen im wesentlichen gasförmigen Ladefluids sieht die Erfindung ein Verfahren gemäß der eingangs ge- nannten Art vor, bei dem erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass
- in einem ersten durch eine unterhalb einer Grenztemperatur liegenden Kühlmitteltemperatur gekennzeichneten Betriebszustand der Kaltem ittelby- pass für den zweiten Verdampfer betätigt wird. Alternativ wird erfindungsgemäß - in einem zweiten durch eine oberhalb einer Grenztemperatur liegenden Kühlmitteltemperatur gekennzeichneten Betriebszustand entweder weder der Kältemittel-Bypass für den zweiten Verdampfer noch den ersten Verdampfer betätigt. Oder im Rahmen der zweiten Alternative hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass, insbesondere für den Fall, dass eine Leistungsan- forderung des ersten und zweiten Verdampfers oberhalb einer Leistungsgrenze der Kältemittelführung liegt, der KältemittelBypass für den zweiten Verdampfer und den ersten Verdampfer wechselweise betätigt wird. Vorzugsweise wird das Verfahren mit einer Einrichtung und/oder einem Kreislauf der zuvor erläuterten Art ausgeführt.
Es hat sich als besonders bevorzugt erwiesen, dass die Grenztemperatur einen Wert zwischen 400C und 55°C, insbesondere zwischen 400C und 500C, einnimmt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennba- ren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Korn- bination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und belie- big einsetzbar und beanspruchbar sein. Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
Fig. 1 : in schematischer Ansicht - gemäß der ersten Variante - eine erste Ausführungsform eines Kreislaufs zur Aufladung einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mit einer bevorzugten, über einen Wärmetauscher für das Ladefluid gekoppelten Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung;
Fig. 2: in schematischer Ansicht - gemäß der ersten Variante - eine zweite Ausführungsform eines Kreislaufs zur Aufladung einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mit einer über einen
Wärmetauscher für das Ladefluid gekoppelten Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung;
Fig. 3: in schematischer Ansicht eine abgewandelte Ausführungsform - gemäß der ersten Variante;
Fig. 4: in schematischer Ansicht - gemäß der zweiten Variante - eine dritte Ausführungsform eines Kreislaufs zur Aufladung einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mit einer bevorzugten, über einen Wärmetauscher für das Ladefluid gekoppelten Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung;
Fig. 5: in schematischer Ansicht - gemäß der zweiten Variante - eine vierte Ausführungsform eines Kreislaufs zur Aufladung einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mit einer bevorzugten über einen Wärmetauscher für das Ladefluid gekoppelten Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung;
Fig. 6: in schematischer Ansicht - gemäß der zweiten Variante - eine zur Fig. 4 abgewandelte dritte Ausführungsform;
Fig. 7: in schematischer Ansicht - gemäß der zweiten Variante - eine zur Fig. 5 abgewandelte vierte Ausführungsform;
Fig. 8: in schematischer Ansicht zwei Abwandlungen eines Details des Kreislaufs der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform betreffend die Anordnung eines Kühlmittelkühlers und Kondensators hinsichtlich der Anströmung durch Kühlluft;
Fig. 9: ein Logikdiagramm betreffend die Einstellung unterschiedlicher Betriebszustände bei einer Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung und/oder im Rahmen eines Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung zum Kühlen eines zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehenen im Wesentlichen gasförmigen Ladefluids;
Fig. 10: eine schematische Darstellung unterschiedlicher Betriebszustände der Einrichtung im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens in Abhängigkeit einer Grenztem- peratur des Kühlmittels.
Ein vorliegend symbolisch dargestellter Kreislauf 100 zur Aufladung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Motors - vorzugsweise auf Ben- zinbasis - mit einem Ladefluid L weist gemäß dem Konzept der Erfindung eine über einen Wärmetauscher 11 für das Ladefluid L gekoppelte Einrichtung 1 auf, die zur Kühlung eines Kühlmittels ausgelegt ist, welches wiederum zur Kühlung des Ladefluids zur Aufladung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen Ausführungsformen gemäß der ersten Variante, bei der der erste und zweite Verdampfer 29, 19 in Reihenanord- nung geschaltet sind. Fig. 2 und Fig. 3 zeigen weitere Abwandlungen eines solchen Kreislaufs 100 mit einer entsprechend abgewandelten Einrichtung 1 , wobei der Einfachheit halber für identische Teile oder Merkmale oder Teile oder Merkmale gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Als Ladefluid L kann insbesondere ein im Wesentlichen gasfömiges Ladefluid - beispielsweise eine Ladeluft und/oder eine Abgas oder Mischung aufweisend eine Ladeluft und/oder ein Abgas - verstanden werden. Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sind nicht beschränkt auf eine bestimmte Form eines Ladefluids, wohl aber am Beispiel eines Ladefluids L in Form einer Ladeluft beschrieben.
Die Einrichtung 1 weist vorliegend eine Kältemittelführung 20 in Form eines Kältemittelkreislaufs auf sowie eine Kühlmittelführung 10 in Form eines Kühlmittelkreislaufs auf.
Die Kühlmittelführung 10 ist zur Führung des Kühlmittels ausgelegt und weist neben dem mit Ladeluid L und Kühlmittel beaufschlagbaren Wärmetauscher 11 zur Abkühlung der Ladeluft L einen dem Wärmetauscher 11 kühlmittels- tromabwärtig nachgeordneten Kühlmittelkühler 13 auf sowie weiter kühlmit- telstromabwärtig eine Kühlmittelpumpe 15 zum Umwälzen des Kühlmittels. Das Kühlmittel wird weiter über ein als Umschaltventil ausgelegtes Drei- Wege-Ventil 17 entweder einem Bypass 10' zur direkten Rückführung des Kühlmittels zum Wärmetauscher 11 zugeführt, oder bei Bedarf einem weiteren Kühlmittelleitungsabschnitt 10", um das Kühlmittel einem vorliegend als zweiten Verdampfer 19 bezeichneten CAS-Verdampfer zuzuführen. Dieser ist für eine weitere Kühlung des Kühlmittels ausgelegt und kann dazu ebenfalls mit Kältemittel beaufschlagt werden - mit anderen Worten koppelt der zweite Verdampfer 19 in Form eines CAS-Verdampfers die Kühlmittelführung 10 und die Kältemittelführung 20. Über den weiteren Verlauf der Kühl- mittelführung 10 wird das Kühlmittel anschließend weiter dem zuvor erwähnten Wärmetauscher 11 zur Kühlung des Ladefluids L zugeführt.
Die Kältemittelführung 20 ist zur Führung eines Kältemittels ausgelegt und weist dazu entsprechend einen Kältemittelverdichter 21 auf, welcher das zu- vor im Wesentlichen gasförmige Kältemittel zunächst einem Kondensator 23 zuführt, welcher bei Bedarf auch als Gaskühler ausgelegt werden kann. Die Anordnung von Kondensator 23 und Kühlmittelkühler 13 wird bevorzugt gemeinsam von Kühlluft K angeströmt, um dem Kühlmittel und/oder dem Kältemittel Wärme zu entziehen und dadurch abzukühlen bzw. zu kondensie- ren. Die Anordnung aus Kondensator 23 und Kühlmittelkühler 13 ist in Fig. 8 in den Ansichten (A) und (B) variiert und als unterschiedliche Abwandlungen näher beschrieben.
Das Kältemittel wird über die Kältemittelführung 20 in weitgehend flüssiger Form dann einem Sammeltrockner 25 zugeführt, welcher auch als Reservoir für das Kältemittel dienen kann. Anschließend wird das Kältemittel über ein als Umschaltventil ausgelegtes erstes Drei-Wege-Ventil 24 zur bedarfsweisen Betätigung eines ersten Bypasses 31 entweder über ein Expansionsorgan 26 - vorliegend als thermostatisches Expansionsorgan TXV ausgebildet - einem als ersten Verdampfer 29 bezeichneten Verdampfer für das Kältemittel in Form eines HVAC-Verdampfers zugeführt, oder aber an dem ersten Verdampfer 29 vorbei im Bypass 31 zur ursprünglichen Kältemittelführung 20 zurückgeführt. Danach wird das Kältemittel weiter über ein als Umschaltventil ausgelegtes zweites Drei-Wege-Ventil 28 entweder über ein weiteres Ex- pansionsorgan 22 dem zuvor erwähnten ersten Verdampfer 19 in Form eines CAS-Verdampfers zugeführt, oder bei Bedarf an diesem vorbei durch den zweiten Bypass 33 zurück zur ursprünglichen Kältemittelführung 20. Der erste Verdampfer 29 ist zur Kühlung einer Umgebungsluft - im vorliegenden Fall im Rahmen einer Klimaanlage zur Kühlung einer Fahrgastzelle vorgese- hen. Die im Verlauf der Führung des Kältemittels über die Expansionsorgane 26, 22 und die Verdampfer 29, 19 erfolgende Verdampfung des Kältemittels führt zur weiteren Führung des Kältemittels in gasförmiger Form durch die Kältemittelführung 20 wiederum zurück zum Kältemittelverdichter 21 , der zur Verflüssigung des Kältemittels selbiges wiederum dem Kondensator 23 zu- führt.
Die Expansionsorgane 26, 22 können je nach Bedarf ausgelegt werden und insbesondere mit einer nicht näher dargestellten Absperrfunktion versehen sein, so dass sich diese zur Leistungsregelung des ersten Verdampfers 19 bzw. des zweiten Verdampfers 29 eignen. Fig. 2 zeigt eine im Wesentlichen baugleiche Ausführungsform eines Kreislaufs 100 mit einer Einrichtung 1 , wie sie anhand von Fig. 1 erläutert wurde - dies mit dem Unterschied, dass das erste Expansionsorgan 26 vorliegend als elektrisches Expansionsorgan EXV ausgelegt ist, während das erste Expansionsorgan 26 der Einrichtung 1 in Fig. 1 als thermostatisches Expansionsorgan TXV ausgelegt ist. Im Unterschied zu der Einrichtung 1 in Fig. 1 ermöglicht die Auslegung des Expansionsorgans 26 als EXV die Messung von Druck und Temperatur des Kältemittels vor und nach dem ersten Ver- dampfer 29 und damit eine darauf ausgelegte Leistungsregelung des ersten Verdampfers 29. Dies hat u. a. den Vorteil, dass eine Leistung am Verdampfer 29 zugunsten des Verdampfers 19 zurückgenommen werden kann, was zu einer Leistungssteigerung am Verdampfer 19 führt. Eine entsprechende Messleitung 40 ist sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 für eine Einrichtung 1 kaltem ittelstromabwärts nach den Verdampfern 29, 19 an die Kältemittelführung 20 gekoppelt und - im Falle der Einrichtung 1 der Fig. 1 - am ersten Dreiwegeventil 26 in Form des TXV angeschlossen und - im Falle der Einrichtung 1 der Fig. 2 - am ersten Expansionsorgan in Form des EXV und direkt nach dem ersten Verdampfer 29 an der Kältemittelführung 20 ange- schlössen. Die entsprechenden Teilstücke der Messleitung für Druck und Temperatur 40 sind mit 40' bzw. 40" bezeichnet.
Fig. 3 zeigt beide Ausführungsformen der Fig. 1 und Fig. 2 modifiziert in einer Figur, wobei die zweite Ausführungsform der Fig. 2 mit dem ersten Ex- pansionsorgan in Form des EXV und der weitere Abschnitt 40" der Messleitung 40 entsprechend gepunktet dargestellt ist - dies um zu verdeutlichen, dass die weitere in Fig. 3 dargestellte Modifikation der Einrichtung 1 sowohl für die Ausführungsform der Fig. 1 als auch der Fig. 2 vorteilhaft realisierbar ist. Die Modifikation der Einrichtung 1 in Fig. 3 sieht vor, dass der Wärme- tauscher 11 und der zweite Verdampfer 19 für das Kältemittel zur Kühlung des Kühlmittels in Form eines CAS-Verdampfers vorteilhaft im Rahmen einer einzigen Baueinheit realisiert werden können, welche vom Ladefluid L durchströmt ist. Ein vorliegend in Fig. 4 bis Fig. 7 symbolisch dargestellter Kreislauf 200 ist ebenfalls zur Aufladung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Motors, vorzugsweise auf Benzinbasis, - wie bereits anhand von Fig. 1 bis Fig. 3 erläutert - mit einem Ladefluid L vorgesehen. Dieser weist wiederum ge- maß dem Konzept der Erfindung eine über einen Wärmetauscher 11 für das Ladefluid L gekoppelte Einrichtung 2 auf, die zur Kühlung eines Kühlmittels ausgelegt ist, welches wiederum zur Kühlung des Ladefluids zur Aufladung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Fig. 4 bis Fig. 7 zeigen Ausführungsformen gemäß der zweiten Variante, bei der erste und zweite Ver- dampfer 29, 19 in Parallelanordnung geschaltet sind. Im Folgenden werden - auch wenn es sich bei den Ausführungsformen der Fig. 4 bis Fig. 7 um Einrichtungen 2 und Kreisläufe 200 handelt, welche unterschiedlich zu den Einrichtungen 1 und Kreisläufen 100 der Fig. 1 bis Fig. 3 ausgelegt sind - der Einfachheit halber für identische Teile oder Merkmale oder Teile oder Merkmale gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Vorliegend ist wiederum eine Kühlmittelführung 10 zur Führung des Kühlmittels ausgelegt und weist neben dem mit Ladefluid L und Kühlmittel beaufschlagbaren Wärmetauscher 11 zur Abkühlung der Ladeluft L einen den Wärmetauscher 11 kühlmittelstromabwärtig nachgeordneten Kühlmittelkühler 13 sowie weiter kühlmittelstromabwärtig eine Kühlmittelpumpe 15 zum Umwälzen des Kühlmittels auf. Zur weiteren Kühlung des Kühlmittels ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Einrichtung 2 für einen Kreislauf 200 vorgesehen, dass immer der komplette Kühlmittelmassenstrom durch den zweiten Verdampfer 19, in Form eines wiederum als CAS-Verdampfer bezeichneten Kühlmittel-/Kältemittelverdampfers, geführt wird. Über den weiteren Verlauf der Kühlmittelführung 10 wird das Kühlmittel anschließend weiter dem zuvor erwähnten Wärmetauscher 11 zur Kühlung des Ladefluids L zugeführt.
In der Kühlmittelführung 10 ist darüber hinaus gemäß Fig. 7, wie auch bereits in der Ausführungsform gemäß Fig. 6, ein über das Dreiwege-Ventil 17 schaltbarer Kühlmittel-Bypass 10' für den zweiten Verdampfer 19 in der Kühlmittelführung 10 vorgesehen. Der Kühlmittel-Bypass 10' kann kühlmit- telseitig insofern für eine indirekte Leistungsregelung am zweiten Verdampfer 19, insbesondere eines CAS-Verdampfers, eingesetzt werden.
Die Kältemittelführung 20 ist vorliegend wiederum zur Führung eines Kälte- mittels ausgelegt und weist dazu entsprechend einen Kältemittelverdichter 21 auf, welcher das zuvor im Wesentlichen gasförmige Kältemittel zunächst einem Kondensator 23 zuführt, welcher bei Bedarf auch als Gaskühler ausgelegt werden kann. Die Anordnung von Kondensator 23 und Kühlmittelkühler 13 wird bevorzugt gemeinsam von Kühlluft K angeströmt, um dem Kühl- mittel und/oder dem Kältemittel Wärme zu entziehen und dadurch abzukühlen bzw. dieses zu kondensieren. Die Anordnung aus Kondensator 23 und Kühlmittelkühler 13 ist in Fig. 8 in den Ansichten (A) und (B) abgewandelt und als unterschiedliche Abwandlungen näher beschrieben.
Das Kältemittel wird über die Kältemittelführung 20 in weitgehend flüssiger Form dann einem Sammeltrockner 25 zugeführt, welcher auch als Reservoir für das Kältemittel dienen kann. Anschließend wird das Kältemittel - je nach Zustand der Absperrventile 28' und 24' - bedarfsmäßig dem zweiten Verdampfer 19 in Form des CAS-Verdampfers und/oder dem ersten Verdampfer 29 in Form des HVAC-Verdampfers jeweils über ein geeignetes Expansionsorgan 22', 26' zugeführt. Sowohl der zweite Verdampfer 19 als auch der erste Verdampfer 29 kann jeweils über einen Bypass 30 überbrückt werden. Im Falle des ersten Verdampfers 29 geht der Bypass 31 vom Expansionsorgan 26' ab und mündet kaltem ittelstromabwärtig hinter dem ersten Verdampfer 29 wieder in die Kältemittelführung 20. Im Falle des zweiten Verdampfers 19 geht der Bypass 33 vom Expansionsorgan 22' ab und mündet kältemittels- tromabwärtig hinter dem zweiten Verdampfer 19 in die Kältemittelführung 20.
In einer ersten Ausführungsform gemäß der zweiten Variante der Erfindung zeigt Fig. 4 eine Einrichtung 2, bei welcher der Kältemittel-Bypass 33 des zweiten (CAS-)Verdampfers 19 kältemittelstromabwärtig hinter dem zweiten Verdampfer 19 und vor einer Saugdrossel 35 in die Kältemittelführung 20 mündet. Fig. 5 zeigt eine dazu abgewandelte weitere zweite Ausführungsform einer Einrichtung 2, bei welcher bei ansonsten gleicher Ausführung der Kältemittel-Bypass 33 zum zweiten Verdampfer 19 hinter der genannten Saugdrossel 35 - oder, wie eingangs erläutert, einem anderen geeigneten Organ wie z.B. einem EXV. in die Kältemittelführung 20 mündet.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen weitere abgewandelte dritte und vierte Ausführungs- formen gemäß der zweiten Variante der Erfindung, die - analog zu der dritten und vierten Ausführungsform der zweiten Variante der Erfindung - ausgeführt sind mit der Abwandlung, dass - ähnlich wie bereits bei der Ausführungsform der ersten Variante der Erfindung in Fig. 3 erläutert - der Wärmetauscher 11 und der zweite Verdampfer 19 für das Kältemittel zur Kühlung des Kühlmittels in Form eines CAS-Verdampfers vorteilhaft im Rahmen einer einzigen Baueinheit realisiert sind, welche vom Ladefluid L durchströmt ist.
Grundsätzlich ist es bei Fig. 6 und Fig. 7 jedoch auch möglich, den Wärmetauscher 11 separat vom zweiten Verdampfer 19 in einen Abschnitt kühlmit- telstromabwärtig hinter der Mündung des Kühlmittel-Bypasses 10' zur Kühlmittelführung 10 und vor den Kühlmittelkühler 13 anzuordnen.
Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 6 kann - muss aber nicht - ein Kältemittel-Bypass 33 vorgesehen sein. Insbesondere wäre dabei der Käl- temittel-Bypass 33 kältemittelstromabwärtig hinter dem zweiten Verdampfer 19 und vor der Saugdrossel 15 zur Kältemittelführung 20 geführt. In Fig. 7 in der vierten Ausführungsform zur zweiten Variante der Erfindung ist der Kältemittel-Bypass 33 hinter der Saugdrossel 35 zur Kältemittelführung 20 geführt.
Aufgrund der dritten und vierten Ausführungsform gemäß der zweiten Variante der Erfindung, wie sie in Fig. 4 bis Fig. 7 gezeigt sind, ist es wiederum - diesmal auch bei einer Parallelanordnung des zweiten Verdampfers 19 und des ersten Verdampfers 29 - möglich, beide Verdampfer bei vergleich- sweise gleichem Saugdruckniveau zu betreiben. Der Saugdruck des zweiten Verdampfers 19 (CAS-Verdampfer) wird in vorteilhafter Weise durch die Saugdrossel 35 erniedrigt.
Der zusätzliche Betrieb des zweiten Verdampfers 19 wird vorliegend angest- rebt insbesondere für den Fall, dass die Kühlmitteltemperatur mehr als 400C bis 55°C beträgt. In diesem Fall öffnet das Absperrventil 28' für den zweiten Verdampfer 19 und dieser wird mit Kältemittel durchströmt. Aufgrund des hohen Kühlmittelmassenstroms beträgt die Temperaturdifferenz des Kühlmittels über den zweiten Verdampfer 19 50C bis 100C - die Kühlmittelaustritts- temperatur beträgt dann vorliegend etwa 300C bis 55°C je nach Eintrittstemperatur. Da die Temperaturniveaus der beiden Verdampfer 19, 29 insofern stark unterschiedlich sind, werden - gemäß dem Konzept der Erfindung in der zweiten Variante - durch die Saugdrossel 35 die Saugdruckniveaus des ersten Verdampfers 29 und des zweiten Verdampfers 19 unterschiedlich ge- staltet. Vorliegend ist die Saugdrossel 35 in das Sammelrohr des zweiten Verdampfers 19 integriert, kältemittelstromabwärtig in der Kältemittelführung 20. Ein Expansionsorgan 22' - vorliegend beispielsweise in Form eines thermischen Expansionsventils - regelt die Überhitzung nach der Saugdrossel 35. Dadurch kann beispielsweise ein Standard-TXV (thermisches Expan- sionsventil) verwendet werden.
Der kältemittelseitige Druckabfall im zweiten Verdampfer 19 ist in diesem Fall nicht sehr kritisch, da er mit dem Saugdrosseldruckabfall verrechnet werden kann. In einer modifizierten Abwandlung kann die Saugdrossel 35 auch als ein elektrisch angesteuertes Expansionsventil oder Taktventil ausgebildet sein. Dadurch kann die Saugdrossel 35 mit dem Absperrventil 28' kombiniert werden. Letzteres führt zur Einsparung eines zusätzlichen Ventils.
Weiter zeigt Fig. 8 in Ansichten (A) und (B) zwei mögliche Abwandlungen zur Anordnung eines Kondensators 23 und Kühlmittelkühlers 13 relativ zueinander, die für beide Varianten der Erfindung geeignet sind. Bei den zuvor erläuterten und im Rahmen der Fig. 8 besonders vorteilhaft realisierbaren Varianten eines Kühlmittelkreislaufs bei einer Kühlmittelführung 10 ist der Kühlmittelkreislauf vorteilhaft als Niedertemperaturkreislauf realisiert. Der Wärme- tauscher 11 ist vorteilhaft als indirekter Ladeluftkühler realisiert. Entsprechend ist der Kühlmittelkühler 13 in vorteilhafter Weise in Form eines Niedertemperaturkühlers realisiert. Ansicht (A) der Fig. 8 zeigt die Anordnung des Kühlmittelkühlers 13 und des Kondensators 23, wie er in den bisher beschriebenen Fig. 1 bis Fig. 7 gezeigt ist. Diese Anordnung hat sich als be- sonders vorteilhaft zur Ausbildung der Kältemittelführung 20 erwiesen, weil die Kühlluft K bei dieser Anordnung zuerst den Kondensator 23 anströmt und damit bevorzugt das Kältemittel kühlt. In der in Ansicht (B) der Fig. 8 gezeigten Anordnung eines Kondensators 23 und eines Kühlmittelkühlers 13 wird der Kühlmittelkühler 13 zuerst von Kühlluft angeströmt, so dass sich diese Anordnung als besonders vorteilhaft zur wärmeabführenden Entlastung der Kühlmittelführung 10 erweist. Diese Modifikation kann je nach Bedarf auch bei einer Einrichtung 1 der Fig. 1 bis Fig. 7 eingesetzt werden.
Ein kühlmittelseitiges Umschaltventil 17 hat sich als vorteilhaft in der oben erläuterten Weise zur Betätigung des kühlmittelseitigen Bypasses 10' erwiesen, um so den zweiten Verdampfer 19 zu umgehen und damit indirekt zu regeln. Auch ein Umschaltventil 28 oder Absperrventil 29' hat sich als besonders vorteilhaft zum Abschalten des zweiten Verdampfers 19 in Form des CAS-Verdampfers erwiesen. Dies bewirkt eine Reduzierung des kühlmittel- seitigen Druckabfalls und dadurch eine geringere Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe 15, was letztlich zu einer Kraftstoffeinsparung führt. Darüber hinaus kann der zweite Verdampfer in Form des CAS-Verdampfers auch durch einen vergleichsweise geringen kältemittelseitigen Massenstrom - z.B. im Rahmen einer konstruktiven Zwangsleckage des Expansionsorgans - „kalt" gehalten werden, um im Bedarfsfall schnell aufgrund des niedrigen Temperaturniveaus der Masse - also der gespeicherten „Kälte" - eine Kühlleistung zur Verfügung stellen. Dies wird im Einzelnen anhand der folgenden Fig. 9 und Fig. 10 zur Erläuterung einer Betriebsstrategie der zuvor erläuterten Ausführungsformen einer Einrichtung 1 , 2 und eines Kreislaufs 100, 200 näher erläutert. Insgesamt kann durch die vorteilhafte Verwendung der erläuterten Absperrventile 24, 24', 28, 28' und/oder Expansionsorganen 26, 26', 22, 22' vor beiden Verdampfern 29, 19 jeder der Verdampfer 29, 19 einzeln oder auch wechselweise betrieben werden, je nachdem welche Leistungsanforderung und Ansprechverhalten im Kältekreislauf und welche Kältemittel- Verlagerung gegeben ist.
Die zuvor erläuterten Ausführungsformen einer Einrichtung 1 , 2 sind nicht beschränkend - vielmehr eignen sich auch weitere Realisierungen einer Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung wie beansprucht. Beispielsweise kann in einer hier nicht dargestellten Ausführungsform der ersten Variante der Erfindung der als CAS-Verdampfer ausgeführte zweite Verdampfer auch in Reihe vor dem als HVAC-Verdampfer ausgeführten ersten Verdampfer angeordnet werden. In einer weiteren Abwandlung kann anstatt der Dreiwegeventile 24, 28 jeweils eine Anordnung von zwei Absperrventilen zur Betäti- gung der Bypass-Strecken 30 vorgesehen sein. Schließlich kann - wie bereits zum Teil erläutert - an der Stelle der Expansionsorgane 26, 26', 22, 22' wahlweise ein Expansionsorgan in Form eines TXV oder EXV angeordnet sein.
Insgesamt ermöglichen diese und andere vorteilhafte Realisierungen einer Einrichtung 1 , 2, insbesondere im Zusammenhang mit der im Folgenden erläuterten Betriebsstrategie, eine Kraftstoffeinsparung und eine Leistungssteigerung in einem vergleichsweise großen Betriebsbereich. Der Betrieb des Kältekreislaufs 20 mit beiden Verdampfer 29, 19 erweist sich als ver- gleichsweise sicher und ermöglicht eine besonderes vorteilhafte und bedarfsgerechte Verteilung der Leistungs- und Kältemassenströme. So kann z.B. einerseits eine Vereisung vermieden werden und zum anderen grundsätzlich eine bedarfsgerechte und ausreichende Leistung für Kabine und Motor zur Verfügung gestellt werden.
Ein Verfahren zum Kühlen eines zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehenen, im Wesentlichen gasförmigen Ladefluids mit einem zuvor erläuterten Kreislauf 100, 200 zur Aufladung einer Brennkraftmaschine ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform in Fig. 9 als Logikflussdiag- ramm dargestellt und in Fig. 10 mit dazugehörigen Temperaturverläufen für eine Kühlmitteltemperatur T einerseits bzw. einen Betriebszustand V1 für einen ersten Verdampfer 29 - welcher die Aktivität des Verdampfers 29 in Form des HVAC-Verdampfers zur Kühlung einer Umgebungsluft oder Kabinenluft (z.B. im Umluftbetrieb) symbolisiert - und eines Betriebszustandes V2 - welcher die Aktivität eines zweiten Verdampfers 19 für ein Kältemittel zur Kühlung des Kühlmittels in Form des CAS-Verdampfers symbolisiert. Insgesamt ist dazu vorgesehen, dass in einem ersten durch eine unterhalb einer Grenztemperatur liegenden Kühlmitteltemperatur gekennzeichneten Betriebszustand B1 der Kältemittel-Bypass 33 für den zweiten Verdampfer 19 betätigt wird. Die Grenztemperatur liegt vorliegend in einem Bereich von 40°C bis 50°C. Mit anderen Worten, der zweite Verdampfer 19 ist in diesem ersten Betriebszustand B1 inaktiv. Die entsprechenden Bereiche sind in Fig. 10 mit B1 kenntlich gemacht. Bei diesem auch als Normalbetrieb zu bezeichnenden Betriebszustand B1 liegt die Kühlmitteltemperatur vorzugswei- se unterhalb der Grenztemperatur von z.B. 40° bis 55°C. Konkret wird der CAS-Verdampfer als Kopplungsglied zwischen dem Niedertemperaturkühl- kreislauf und dem Kältemittelkreislauf nicht geschaltet bzw. komplett umgangen durch den vorliegend kältemittelseitigen Bypass 33, betätigt durch das Dreiwegeventil 28. In einer abgewandelten oder alternativen Modifikation kann auch ein kühlmittelseitiger Bypass vorgesehen sein, um die zusätzliche Kühlwirkung des zweiten Verdampfers 19 nicht in Anspruch zu nehmen.
Eine Leistungsregelung - insbesondere für Ausführungsformen der Fig. 1 bis Fig. 3 - des ersten Verdampfers 29, vorliegend in Form des HVAC- Verdampfers, erfolgt in diesem Fall über ein EXV und TXV als Expansionsorgan 26 und weiter mittels Messung von Druck und Temperatur des Kältemittels, insbesondere nach dem HVAC-Verdampfer. Wie erläutert wird der CAS-Verdampfer vorzugsweise kältemittelseitig mittels dem Bypass 33 und einer entsprechenden Stellung des Dreiwegeventils 28 umgangen. Durch die kühlmittelseitige Abkopplung des Dreiwegeventils kann der CAS-Verdampfer als zweiter Verdampfer 19 in vorteilhafter Weise auf einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau gehalten werden - ähnlich dem Temperaturniveau des HVAC-Verdampfers als erster Verdampfer 29. Durch Einstellen eines solchen vergleichsweise geringen Kältemittelmassenstroms kann das niedrige Temperaturniveau weiter begünstigt werden. Beispielsweise kann dies durch gezieltes Öffnen - etwa in Form eines niederfrequenten Taktens - des Absperrventils über den CAS-Verdampfer als zweiter Verdampfer 19 erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen sehr geringen Kältemittelmassenstrom über eine definierte Geometrie im Expansionsorgan 22 als Leckage zu erhalten. Im Ergebnis befindet sich der zweite Verdampfer 19 als CAS-Verdampfer im Bedarfsfall, d.h. wenn zusätzliche Ladeluftkühlleistung benötigt wird, auf einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau. Ein solches niedriges Temperaturniveau hat beim Einschalten des zweiten Verdampfers 19 eine gewisse Pufferwirkung bzw. ermöglicht eine schnelle Abkühlung der Ladeluft - dies bevor der Kühlmittelkreislauf mit ein- gekoppeltem CAS-Verdampfer üblicherweise angelaufen wäre und sich im stationären Betrieb befinden würde. Außerdem hat diese Maßnahme den Vorteil, dass sich die Leistungsaufnahme einer Kühlmittelpumpe 15 - sei es eine elektrische oder konventionelle Kühlmittelpumpe -aufgrund des wegfal- lenden kühlmittelseitigen Druckabfalls des CAS-Verdampfers reduziert. Im Ergebnis wird somit ein Kraftstoffverbrauch reduziert.
In einem zweiten durch eine oberhalb einer Grenztemperatur liegenden Kühlmitteltemperatur gekennzeichneten Betriebszustand B2 sind wiederum zwei Betriebsunterzustände B21 und B22 zum Kühlen des Ladefluids bzw. konkret zum Betrieb des ersten Verdampfers 29 und des zweiten Verdampfers 19 möglich.
In einem ersten Betriebsunterzustand B21 ist weder der Kältemittel-Bypass 33 für den zweiten Verdampfer 19 noch der Kältemittel-Bypass 31 für den ersten Verdampfer 29 betätigt. Im Falle der zweiten Variante der Erfindung öffnet - wie bereits oben erläutert - das Absperrventil 28' des zweiten Verdampfers 29. Mit anderen Worten sind beide Verdampfer 29, 19 aktiv. Dieser Betriebsunterzustand eignet sich für den Fall, dass eine Leistungsanfor- derung des ersten und zweiten Verdampfers 29, 19 unterhalb einer Leistungsgrenze der Kühlmittelführung 10 liegt. Mit anderen Worten, es wird zur zusätzlichen Abkühlung des Kühlmittels bei einer Kühlmitteltemperatur von vorliegend mehr als 400C bis 55°C der CAS-Verdampfer im Niedertempera- turkühlkreislauf und gekoppelt an den Kältemittelkreislauf zur zusätzlichen Abkühlung des Kühlmittels zum ersten Verdampfer 29 dazugeschaltet. Der erste Verdampfer in Form des HVAC-Verdampfers bleibt also angeschaltet, wenn die Leistung am CAS-Verdampfer und die Leistung des HVAC- Verdampfers die Gesamtleistung des Kältekreislaufs nicht übersteigt. Für die jeweilige Leistung der Verdampfer 19, 29 kann beispielsweise die Luftein- trittstemperatur und die Luftmenge herangezogen werden. Dieses ist beispielsweise bekannt durch ein Motorsteuergerät und/oder ein Klimabediengerät. Die Leistungsregelung des HVAC-Verdampfers erfolgt über ein EXV oder TXV wie oben erläutert und/oder mittels Messung von Druck und Temperatur des Kältemittels nach dem CAS-Verdampfer. Beim Einsatz eines elektrischen Expansionsorgans 26 (EXV) am HVAC-Verdampfer kann die abgenommene Leistung am HVAC-Verdampfer entsprechend der Vorgabe variiert werden. Die Leistung des CAS-Verdampfers kann nur vergleichsweise schlecht direkt geregelt werden, sondern erfolgt vielmehr vorteilhaft indirekt durch den HVAC-Verdampfer.
Beim Einsatz eines thermostatischen Expansionsorgans 26 (TXV) wird die abgenommene Leistung durch das Setting, Überhitzung in Abhängigkeit des Saugdrucks, eingestellt. Bei diesem Fall wird das Setting auf den HVAC- Verdampfer priorisiert, so dass dem CAS-Verdampfer die vom HVAC- Verdampfer übrige Leistung - also der Rest an unverdampftem Kältemittel - zur Verfügung steht. Die kältemittelseitige Leistung des CAS-Verdampfers kann parallel dazu durch das kühlmittelseitige Umschaltventil in Form des Dreiwegeventils - auch als Drei/Zwei-Wegeventil bezeichnet - eingestellt werden, indem durch Takten des Ventils 28 und 24 ein bestimmter Kühlmit- telmassenstrom und somit eine bestimmte Leistungsabnahme durch das Kühlmittel erfolgt.
In einem Betriebsunterzustand B22 liegt eine Leistungsanforderung des ersten und zweiten Verdampfers oberhalb einer Leistungsgrenze der Kältemit- telführung und der Kältemittel-Bypass 33 für den zweiten Verdampfer 19 und der Kältemittel-Bypass 31 für den ersten Verdampfer 29 wird wechselseitig betätigt. Mit anderen Worten, es entspricht dieser Betriebsunterzustand B22 dem Fall, bei dem die Kühlmitteltemperatur mehr als 400C bis 55°C beträgt und die Leistungsanforderung zu hoch wird. Der CAS-Verdampfer als Kop- pelglied zwischen dem Niedrigtemperaturkühlkreislauf und dem Kältemittelkreislauf wird zur zusätzlichen Abkühlung des Kühlmittels zwar dazugeschal- tet, jedoch erfolgt ein wechselweiser Betrieb beider Verdampfer 19, 29 aufgrund der zu hohen Leistungsanforderung des CAS-Verdampfers an den Kühlmittel- und/oder Kältemittelkreislauf. Das Ein- und Abschalten der Ver- dampfer 19, 29 erfolgt durch die oben beschriebenen Umschaltventile 24, 28. Eine Leistungsregelung des CAS-Verdampfers erfolgt beispielsweise über ein oben erläutertes konventionelles thermostatisches Expansionsorgan 26 (TXV) bzw. über ein TXV mit integrierter Absperrfunktion. Gleichzeitig wird der erste Verdampfer in Form des HVAC-Verdampfers abgeschaltet bzw. kältemittelseitig über eine Bypassleitung 31 umgangen. Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Einrichtung 1 zur Kühlung eines Kühlmittels, das zur Kühlung eines Ladefluids zur Aufladung eine Brennkraftmaschine vorgesehen ist, mit einer Kältemittelführung 20, insbe- sondere einem Kältemittelkreislauf, und einer Kühlmittelführung 10, insbesondere einem Kühlmittelkreislauf, wobei die Kältemittelführung 20 einen ersten Verdampfer 29 für ein Kältemittel zur Kühlung einer Umgebungsluft einen zweiten Verdampfer 19 für ein Kältemittel zur Kühlung des
Kühlmittels aufweist; die Kühlmittelführung 10 einen Wärmetauscher 11 für das Ladefluid L, einen Kühlmittelkühler 13, und den zweiten Verdampfer 19 für das Kältemittel der Kältemittelführung 20 zur Kühlung des Kühlmittels aufweist. Gemäß dem Konzept der Erfindung ist in einer ersten Variante vorgesehen, dass der erste und der zweite Verdampfer 29, 19 in der Kältemittelführung 20 in Reihenanordnung angeordnet sind. In einer zweiten Variante ist vorgese- hen, dass der erste Verdampfer 29 und der zweite Verdampfer 19 in der Kältemittelführung 20 in Parallelanordnung angeordnet sind, wobei kältemittelstromabwärtig nach dem zweiten Verdampfer 19 eine Saugdrossel 35 angeordnet ist. Vorzugsweise dient zur Leistungsregelung des ersten und/oder zweiten Verdampfers 29, 19 ein Kältemit- tel-Bypass 30, 31 , 33 für den ersten und/oder zweiten Verdampfer 29,
19.
Bezu gsze ic he n l iste
1 Einrichtung
10 Kühlmittelführung
10' Bypass
10" Kühlmittelleitung
11 Wärmefluid, Wärmetauscher
13 Kühlmittelkühler
15 Kühlmittelpumpe
17 Dreiwege-Ventil
19 Verdampfer
20 Kältemittelführung
21 Kältemittelverdichter
22 Expansionsorgan
23 Kondensator
24 Dreiwege-Ventil, Absperrventil
25 Sammeltrockner
26 Expansionsorgan, Dreiwegeventil
28 Dreiwege-Ventil, Umschaltventil, Absperrventil
29 erster Verdampfer
30 Kältemittel-Bypass, Bypass-Strecke
31 Kältemittel-Bypass, Bypass, Leitung
33 Kältemittel-Bypass, Bypass, Kältemittel-Bypass
40 Messleitung
40' Druck
40" Temperatur, Abschnitt
100 Kreislauf
K Kühlluft
L Ladefluid
A Ansicht
B Ansicht
B1 Betriebszustand
B21 Betriebszustand
B22 Betriebszustand
V1 Betriebszustand
V2 Betriebszustand

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Einrichtung (1 , 2) zur Kühlung eines Kühlmittels, das zur Kühlung eines Ladefluids (L) zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, mit einer Kältemittelführung (20), insbesondere einem Kältemittelkreislauf, und einer Kühlmittelführung (10), insbesondere einem Kühlmittelkreislauf; wobei - die Kältemittelführung (20) einen ersten Verdampfer (29) für ein Kältemittel zur Kühlung einer Umgebungsluft, einen zweiten Verdampfer (19) für ein Kältemittel zur Kühlung des Kühlmittels aufweist; - die Kühlmittelführung (10) einen Wärmetauscher (11) für das Ladefluid (L), einen Kühlmittelkühler (13), und den zweiten Verdampfer (19) für das Kältemittel der Kältemittelführung (20) zur Kühlung des Kühlmittels aufweist;
dadurch gekennzeichnet, dass
(A) der erste Verdampfer (29) und der zweite Verdampfer (19) in der Kältemittelführung (20) in Reihenanordnung angeordnet sind, oder (B) der erste Verdampfer (29) und der zweite Verdampfer (19) in der Kältemittelführung (20) in Parallelanordnung angeordnet sind, insbesondere wobei kältemittelstromabwärtig nach dem zweiten Verdampfer (19) eine Saugdrossel (35) angeordnet ist.
2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdampfer (19) kältemittelstromabwärtig des ersten Verdampfers (29) angeordnet ist oder der erste Verdampfer kältemittelstromabwärtig des zweiten Verdampfers angeordnet sind (Alternative A).
3. Einrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdampfer (29) und der zweite Verdampfer (19) in der Kältemittelführung (20) in Reihenanordnung angeordnet sind und kältemittels- tromabwärtig nach dem ersten Verdampfer (29) und/oder zweiten Verdampfer (19) eine Saugdrossel angeordnet ist.
4. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsregelung des ersten und/oder zweiten Verdampfers (29,
19) die Kältemittelführung (20) jeweils einen Kältemittel-Bypass (30, 31, 33) für den ersten und/oder zweiten Verdampfer (29, 19) aufweist (Alternativen A, B), insbesondere bei in der Kältemittelführung (20) in Reihenanordnung angeordnetem ersten Verdampfer (29) und zweiten Ver- dampfer (19) (Alternative A).
5. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittel-Bypass (33) für den zweiten Verdampfer (19) vor oder nach der Saugdrossel (35) in die Kältemittelführung (20) führt (Alternative A, B), insbesondere bei in der Kältemittelführung (20) in Parallelanordnung angeordnetem ersten Verdampfer (29) und zweiten Verdampfer (19) (Alternative B).
6. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittel-Bypass (10') für den zweiten Verdampfer (19) und/oder den ersten Verdampfer (29) in der Kühlmittelführung (10) vorgesehen ist.
7. Einrichtung (1 , 2) einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass kältemittelstromaufwärtig jeweils des ersten und/oder zweiten Verdampfers (29, 19) ein Betätigungsorgan (24, 24', 26, 26') insbesondere zur Betätigung des Kaltem ittel-Bypasses (30, 31 , 33) angeordnet ist, insbe- sondere jeweils ein Umschalt-Dreiwege-Ventil und/oder jeweils zwei Ab- sperrventile und/oder jeweils ein Absperrventil (24', 28') mit einem Expansionsorgan (22', 26').
8. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zur Leistungsmessung des ersten und/oder zweiten Verdampfers (29, 19) vorgesehen sind.
9. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass kältemittelstromaufwärtig des ersten Verdampfers (29) und/oder des zweiten Verdampfers (19) ein Expansionsorgan (22, 22', 26, 26') angeordnet ist, insbesondere ein elektrisches (EXV) und/oder thermostatisches (TXV) Expansionsorgan (22, 22', 26, 26'), insbesondere mit Ab- Sperrfunktion, insbesondere zur Leistungsregelung des ersten Verdampfers (29) und/oder zweiten Verdampfers (19).
10. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelführung (10) und/oder Kühlmittelführung (20) einen Sensor zur Ermittlung der Kühlmitteltemperatur aufweist.
11. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten durch eine unterhalb einer Grenztemperatur liegenden
Kühlmittel-Temperatur gekennzeichneten Betriebszustand (B1) der Kaltem ittel-Bypass (33) für den zweiten Verdampfer (19) betätigt ist, oder - in einem zweiten durch eine oberhalb einer Grenztemperatur liegenden Kühlmittel-Temperatur gekennzeichneten Betriebszustand (B2) entweder weder der Kaltem ittel-Bypass (33) für den zweiten Verdampfer (19) noch der Kältemittel-Bypass (31) für den ersten Verdampfer (29) betätigt ist (B21), oder, insbesondere für den Fall, dass eine Leistungsanforderung des ersten und zweiten Verdampfers (29, 19) oberhalb einer Leistungsgrenze der Kältemittelführung liegt, der Kältemittel-Bypass (33) für den zweiten Verdampfer (19) und der Kaltem ittel-Bypass (31) für den ersten Verdampfer (29) wechselweise betätigt ist (B22).
12. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) und der zweite Verdampfer (19) separat oder in einer gemeinsamen Baueinheit realisiert sind, insbesondere der Wärmetauscher (11) separat von Ladefluid (L) durchströmbar oder in Baueinheit mit dem zweiten Verdampfer (19) von Ladefluid (L) durchströmbar angeordnet ist.
13. Kreislauf (100, 200) zur Aufladung eine Brennkraftmaschine, aufweisend: einen Verdichter, insbesondere Abgasturbolader, in einer für das Ladefluid vorgesehenen Strömungsführung eines Ladefluids (L); eine über den Wärmetauscher (11) für das Ladefluid (L) gekoppelte Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verfahren (B) zum Kühlen eines zur Aufladung einer Brennkraftmaschine vorgesehenen im wesentlichen gasförmigen Ladefluids (L), insbesondere einer Ladeluft und/oder eines Abgases oder Mischungen aufweisend eine Ladeluft und/oder ein Abgas, mit einem Kreislauf (100, 200) zur Aufladung der Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder ei- ner Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
- in einem ersten durch eine unterhalb einer Grenztemperatur liegende Kühlmittel-Temperatur gekennzeichneten Betriebszustand (B1) der Kältemittel-Bypass (33) für den zweiten Verdampfer (19) betätigt wird, oder - in einem zweiten durch eine oberhalb einer Grenztemperatur liegenden
Kühlmittel-Temperatur gekennzeichneten Betriebszustand (B2) entweder weder der Kältemittel-Bypass (33) für den zweiten Verdampfer (19) noch der Kältemittel-Bypass (31) für den ersten Verdampfer (29) betätigt wird (B21), oder, insbesondere für den Fall, dass eine Leistungsanforderung des ersten und zweiten Verdampfers oberhalb einer Leistungsgrenze der Kältemit- telführung liegt, der Kältemittel-Bypass (33) für den zweiten Verdampfer (19) und der Kältemittel-Bypass (31) für den ersten Verdampfer (29) wechselweise betätigt wird (B22).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenztemperatur zwischen 40 bis 55°C liegt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittel-Bypass (10') betätigt wird zur Regelung der Kühlmittel- Temperatur, insbesondere die Kühlmittel-Temperatur dazu mittels der Kältemittel-Führung (20) nachgeregelt wird.
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