EP2304202A1 - Device for cooling a coolant, circuit for charging an internal combustion engine, and method for cooling a substantially gaseous charging fluid for charging an internal combustion engine - Google Patents

Device for cooling a coolant, circuit for charging an internal combustion engine, and method for cooling a substantially gaseous charging fluid for charging an internal combustion engine

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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
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EP
European Patent Office
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evaporator
refrigerant
coolant
guide
cooling
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Withdrawn
Application number
EP09776661A
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German (de)
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Inventor
Marcus Weinbrenner
Andreas Kemle
Ottokar Kunberger
Bernd Schäfer
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406Layout of the intake air cooling or coolant circuit
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

The invention relates to a device (1, 2) for cooling a coolant, for cooling a charging fluid (L) for charging an internal combustion engine, having a refrigerant guide (20), particularly a refrigerant circuit, and a coolant guide (10), particularly a coolant circuit; wherein – the refrigerant guide (20) comprises a first evaporator (29) for a refrigerant for cooling an ambient air and a second evaporator (19) for a refrigerant for cooling the coolant, - the coolant guide (10) comprises 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. According to the invention, in a first variant, the first and the second evaporator (29, 19) are disposed in series in the refrigerant guide (20). In a second variant, the first evaporator (29) and the second evaporator (19) are disposed in parallel in the refrigerant guide (20), particularly wherein a suction throttle (35) is disposed downstream in the refrigerant flow after the second evaporator (19). A refrigerant bypass (30, 31, 33) for the first and/or second evaporator (29, 19) preferably serves for controlling the performance of the first and/or second evaporator (29, 19).

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart 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 LadefluidsDevice for cooling a coolant, circuit for charging an internal combustion engine and method for cooling an intended for charging an internal combustion engine substantially gaseous charging fluid
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.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.
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.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. As the requirements for exhaust gas pollution control become stricter, larger exhaust gas mass flows are required, which charging systems should be mastered. In addition, 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. As a result, 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. As a result, 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.
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.Thus, on the one hand in the field of diesel engines for commercial vehicles as well as gasoline engines is known to provide basically two-stage charging fluid cooling to improve a cooling performance when cooling a charging fluid. For commercial vehicles, such systems are described, for example, in WO2005 / 111392 A1 or in EP 0 496 085 A1. Further two-stage cooling systems suitable for motor vehicles are described in EP 1 432 907 B1, EP 1 445 454 A1 and EP 0 678 661 B1. In this case, two heat exchangers-a so-called high-temperature heat exchanger and a so-called low-temperature heat exchanger-flow through charging fluid, which can be used as needed for cooling the charging fluid, and accordingly with one or more bypass channels for a charging fluid are provided. Thus, for example, Heat exchanger for charge air cooling, as in DE 10 2004 045 661 A1 arrange in a charge air duct.
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.In addition to the above-known measures of a two-stage cooling of the charging fluid as such, a particularly effective cooling of the charging fluids as described in DE 1 9859129 A1 possible. In this case, the compressed by a compressor charging fluid for cooling with cooling liquid of the charge air cooler is brought into interaction and brought the cooling liquid of the charge air cooler in turn for cooling with a coolant / refrigerant evaporator of the air conditioning in interaction. Such a system has proven to be even better, since this works with only a single evaporator of the air conditioning. Accordingly, 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. In 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.
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.It would be desirable to have a further improved concept for providing improved cooling performance for a charge fluid using first and second evaporators for a refrigerant.
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 -At this point, 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. - 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.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.
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.The object with regard to the circuit is achieved by a 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.
Eine Kältemittelführung ist vorzugsweise in Form eines Kältemittelkreislaufs vorgesehen. Eine Kühlmittelführung ist vorzugsweise in Form eines Kühlmittelkreislaufs vorgesehen.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.
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.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. For example, 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. In contrast, a Kühlmitteleintrittstempe- is temperature for a second evaporator for a refrigerant for cooling the refrigerant usually between 25 ° C and 80 0 C. Thus, 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. Namely, it has been found that by the said series arrangement for the first and the second evaporator an approximately same Saugdruckumgebung results, which can be handled advantageously by means of suitable actuators to operate as needed, the first and / or the second evaporator , Together, this has the advantage of minimizing the problem of refrigerant transfer and oil circulation.
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.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. In particular, 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. As recognized by the invention, a long-term average temperature level of the second evaporator is more likely to be above that of a first evaporator. As a result, a suction pressure at the second evaporator tends to be higher than that of the first evaporator. In principle, any organ which, for example, by a cross-sectional reduction in the coolant downstream part of the refrigerant duct downstream of the second evaporator leads to an additional pressure drop, is suitable as a suction throttle causing a pressure drop. 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. Basically, 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. However, a combination of suction throttle and shut-off valve proves to be vorteil._Dadurch 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. In particular, 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.
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.The above-described concept of the invention has proved to be particularly advantageous for a coolant circuit, which is formed in the form of a low-temperature circuit. In this case, 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.
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.It has also proven to be particularly preferred in the context of the concept of the invention that 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.
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.As a particularly preferred in the context of the concept of the invention, a first evaporator for a refrigerant in the form of an HVAC evaporator has been found. As a further particularly preferred in the context of the concept of the invention, 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.
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.Further, advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims and indicate in detail advantageous possibilities to realize the above-described concept within the scope of the task, as well as with regard to further advantages.
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.It has proved to be particularly advantageous in the context of the first variant that the second evaporator is arranged downstream of the first evaporator. In principle, it is also possible-in the context of the first variant-alternatively also that the first evaporator is arranged downstream of the second evaporator. Advantageously, the first evaporator is a CAS evaporator. Advantageously, the second evaporator is a HVAC evaporator.
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.In the context of a particularly preferred development of the invention, it is provided for the power control of the first and / or second evaporator that the refrigerant guide in each case has a refrigerant bypass for the first and / or second evaporator. In particular, it can be provided that an actuating member for actuating the respective refrigerant bypass is arranged upstream of the respective first and / or second evaporator. In particular, 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. In the context of the second variant, it has proved to be particularly advantageous that a refrigerant bypass for the second evaporator before the intake throttle leads into the refrigerant guide. In the event that no pressure reduction is desired in the bypass mode, it may be advantageous for the refrigerant bypass for the second evaporator to lead into the refrigerant guide after the suction throttle. Overall, it is possible by the aforementioned developments of the invention alone or in combination in the context of the concept of the invention, the first and / or second evaporator with the above-mentioned advantages for the adjustment of the suction pressure at- regulate the evaporator depending on the needs and operating condition of the internal combustion engine or on or off.
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.In a particularly preferred embodiment of the invention, 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.
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.In addition, it has proved to be advantageous that 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. In principle, 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.
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.In addition, 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.
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.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. It has been found that 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. Such a situation may prove advantageous if the further system part, such as the electronics, has an increased cooling demand. In this respect, 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. This also has the advantage that a coolant guide does not have to be designed for a maximum requirement, but rather the available cooling capacity of the refrigerant guide can be taken into account in the design. 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. When the coolant temperature rises, the refrigerant pressure and therefore the refrigerant temperature increases, and thus the refrigerant side power on the CAS evaporator decreases.
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, dassIn a particularly preferred embodiment of the concept of the invention, in a device of the above-mentioned type, the refrigerant bypass for the second evaporator is actuated in a first operating state characterized by a coolant temperature lying below a limit temperature. Alternatively, in such a device, 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. In the latter alternative, if a power requirement of the first and second evaporator is below a power limit of the refrigerant line, both evaporators can be used for cooling the coolant. In the second alternative, if a power demand of the first and second evaporators is above a power limit of the refrigerant guide, the refrigerant bypass for the second evaporator and the refrigerant bypass for the first evaporator may be alternately operated. As a proviso for determining the operating state, the temperature signal of a sensor can be used to determine the coolant temperature. Incidentally, 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. To achieve the object with regard to the method for cooling an essentially gaseous charging fluid provided for charging an internal combustion engine, the invention provides a method according to the aforementioned type, in which according to the invention it is provided that
- 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.- Is operated in a first by a lying below a temperature limit temperature coolant operating condition of the cold ittelby- pass for the second evaporator is actuated. Alternatively, according to the invention, neither the refrigerant bypass for the second evaporator nor the first evaporator is actuated either in a second operating state characterized by a coolant temperature above a limit temperature. Or in the context of the second alternative, it has proven to be advantageous that, in particular in the event that a power requirement of the first and second evaporator is above a power limit of the refrigerant guide, the refrigerant bypass for the second evaporator and the first evaporator is operated alternately , Preferably, the method is carried out with a device and / or a circuit of the type described above.
Es hat sich als besonders bevorzugt erwiesen, dass die Grenztemperatur einen Wert zwischen 400C und 55°C, insbesondere zwischen 400C und 500C, einnimmt.It has proved to be particularly preferred that the limit temperature has a value between 40 0 C and 55 ° C, in particular between 40 0 C and 50 0 C, takes.
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:Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawing. This is not necessarily to scale the embodiments, but the drawing, where appropriate for explanation, executed in a schematized and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings directly recognizable from the drawing, reference is made to the relevant prior art. It should be noted that various modifications and changes may be made in the form and detail of an embodiment without departing from the general idea of the invention. The features of the invention disclosed in the description, in the drawing and in the claims can be used individually as well as in any desired grain size. be essential for the development of the invention. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawings and / or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not limited to the exact form or detail of the preferred embodiment shown and described below or limited to an article which would be limited in comparison to the subject matter claimed in the claims. For the given design ranges, values within the specified limits should also be disclosed as limit values and should be usable and able to be used as desired. In detail, the drawing shows 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;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: in schematischer Ansicht - gemäß der ersten Variante - eine zweite Ausführungsform eines Kreislaufs zur Aufladung einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mit einer über einen2 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
Wärmetauscher für das Ladefluid gekoppelten Einrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung;Heat exchanger for the charge fluid coupled device according to the concept of the invention;
Fig. 3: in schematischer Ansicht eine abgewandelte Ausführungsform - gemäß der ersten Variante;3 shows a schematic view of a modified embodiment according to the first variant;
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;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: 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;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: in schematischer Ansicht - gemäß der zweiten Variante - eine zur Fig. 4 abgewandelte dritte Ausführungsform;6 shows a schematic view-according to the second variant-of a modified third embodiment of FIG. 4; FIG.
Fig. 7: in schematischer Ansicht - gemäß der zweiten Variante - eine zur Fig. 5 abgewandelte vierte Ausführungsform;FIG. 7 shows a schematic view-according to the second variant-of a fourth embodiment modified to FIG. 5; FIG.
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;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: 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;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: eine schematische Darstellung unterschiedlicher Betriebszustände der Einrichtung im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens in Abhängigkeit einer Grenztem- peratur des Kühlmittels.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.
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.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. As 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. 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.
Die Einrichtung 1 weist vorliegend eine Kältemittelführung 20 in Form eines Kältemittelkreislaufs auf sowie eine Kühlmittelführung 10 in Form eines Kühlmittelkreislaufs auf.In the present case, 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.
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.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 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. About the further course of the cooling - Medium guide 10, the coolant is then further supplied to the aforementioned heat exchanger 11 for cooling the charging fluid L.
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.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.
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.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. Subsequently, 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. Thereafter, 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. In the course of the leadership of the refrigerant via the expansion elements 26, 22 and the evaporators 29, 19 taking place evaporation of the refrigerant leads to further guidance of the refrigerant in gaseous form through the refrigerant guide 20 in turn back to the refrigerant compressor 21, the same for liquefaction of the refrigerant itself the Capacitor 23 leads.
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.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. 1, 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 ittelstromabwärts 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 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.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 This is to make clear that the further modification of the device 1 shown in Fig. 3 can be implemented advantageously both for the embodiment of Fig. 1 and Fig. 2. 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. A cycle 200 shown symbolically in FIG. 4 to FIG. 7 is likewise provided for charging an internal combustion engine, in particular an engine, preferably based on gasoline, with a charging fluid L, as already explained with reference to FIGS. 1 to 3. In turn, according to the concept of the invention, the latter has a device 2 coupled via a heat exchanger 11 for the charging fluid L and designed for cooling a coolant, which in turn is provided for cooling the charging fluid to charge the internal combustion engine. FIGS. 4 to 7 show embodiments according to the second variant, in which the first and second evaporators 29, 19 are connected in parallel. In the following, even if 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.
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 the present case, in turn, 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 a Kühlmittelstromabwärtig downstream coolant radiator 13 and further Kühlmittelstromabwärtig a coolant pump 15 for circulating the coolant. For further cooling of the coolant in the present embodiment of the device 2 is provided for 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. Over the further course of the coolant guide 10, the coolant is then further supplied to the aforementioned heat exchanger 11 for cooling the charging fluid L.
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.In addition, in the coolant guide 10, as in the embodiment according to FIG. 6, 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 telseitig so far for an indirect power control on the second evaporator 19, in particular a CAS evaporator, are used.
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.In the present case, 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.
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.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. In the case of the first evaporator 29, the bypass 31 departs from the expansion element 26 'and flows cold downstream from the first evaporator 29 back into the refrigerant duct 20. In the case of the second evaporator 19, 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
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.In a first embodiment according to the second variant of the invention, 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 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.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.
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.In principle, however, 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.
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.In the third embodiment according to FIG. 6, a refrigerant bypass 33 can-but does not necessarily have to-be provided. In particular, 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. In Fig. 7 in the fourth embodiment of the second variant of the invention, the refrigerant bypass 33 is guided behind the suction throttle 35 to the refrigerant guide 20.
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.Due to the third and fourth embodiment according to the second variant of the invention, as shown in Fig. 4 to Fig. 7, it is again - this time also in a parallel arrangement of the second evaporator 19 and the first evaporator 29 - possible, both evaporators at comparatively same suction pressure level to operate. The suction pressure of the second evaporator 19 (CAS evaporator) is lowered in an advantageous manner by the suction throttle 35.
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.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. In this case, opens the shut-off valve 28 'for the second evaporator 19 and this is traversed by refrigerant. Due to the high coolant mass flow, the temperature difference of the coolant through the second evaporator 19 5 0 C to 10 0 C - the coolant outlet temperature is then present about 30 0 C to 55 ° C, depending on the inlet temperature. Since the temperature levels of the two evaporators 19, 29 are greatly different insofar, 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. In the present case, 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. Thus, for example, a standard TXV (thermal Expansion valve) can be used.
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.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. In a modified modification, 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.
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.Further, 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. In the variants of a coolant circuit with a coolant guide 10, which are explained above and can be realized particularly advantageously in the context of FIG. 8, the coolant circuit is advantageously realized as a low-temperature circuit. The heat exchanger 11 is advantageously realized as an indirect intercooler. Accordingly, 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. This arrangement has proved to be particularly advantageous for the formation of the refrigerant guide 20, because the cooling air K flows in this arrangement, first the capacitor 23 and thus preferably the refrigerant cools. In the arrangement of a condenser 23 and a coolant radiator 13 shown in view (B) of FIG. 8, the coolant radiator 13 is first supplied with cooling air, so that this arrangement proves to be particularly advantageous for heat dissipating relief of the coolant guide 10. This modification can also be used as required in a device 1 of FIGS. 1 to 7.
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.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. In addition, the second evaporator in the form of the CAS evaporator can also be replaced by a comparatively small refrigerant-side mass flow - e.g. in the context of a constructive forced leakage of the expansion device - "cold" held to provide in case of need quickly due to the low temperature level of the mass - ie the stored "cold" - a cooling capacity available. This will be explained in more detail with reference to the following FIGS. 9 and 10 for explaining an operating strategy of the previously explained embodiments of a device 1, 2 and a circuit 100, 200. Overall, by the advantageous use of the illustrated shut-off valves 24, 24 ', 28, 28' and / or expansion elements 26, 26 ', 22, 22' before both evaporators 29, 19 each of the evaporators 29, 19 are operated individually or alternatively, depending on the power requirement and response in the refrigeration cycle and which refrigerant displacement is given.
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.The previously explained embodiments of a device 1, 2 are not restrictive - on the contrary, further implementations of a device according to the concept of the invention as claimed are also suitable. For example, in an embodiment not shown here, 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. In a further modification, 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. Finally, as already explained in part, 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'.
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.Overall, these and other advantageous implementations of a device 1, 2, in particular in connection with the operating strategy explained below, enable a fuel saving and an increase in performance over a comparatively large operating range. The operation of the refrigeration cycle 20 with both evaporators 29, 19 proves to be comparatively safe and allows a particularly advantageous and needs-based distribution of the power and refrigeration mass flows. Thus, e.g. On the one hand icing be avoided and on the other hand a needs-based and sufficient performance for cabin and engine are made available.
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.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. Overall, it is provided that 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. In other words, the second evaporator 19 is inactive in this first operating state B1. The corresponding areas are indicated in FIG. 10 by B1. In this operating state B1, which can also be referred to as normal operation, the coolant temperature is preferably below the limit temperature of, for example, 40 ° to 55 ° C. Specifically, 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. In a modified or alternative modification, a coolant-side bypass can be provided to the additional cooling effect of the second evaporator 19 is not required.
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.A power control - in particular for embodiments of FIGS. 1 to 3 - of the first evaporator 29, in this case in the form of the HVAC evaporator, takes place in this case via an EXV and TXV as expansion element 26 and further by measuring the pressure and temperature of the refrigerant , especially after the HVAC evaporator. As explained, 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. By virtue of the coolant-side decoupling of the three-way valve, 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. By setting such a comparatively low refrigerant mass flow, 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. As a result, 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. Such 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. In addition, 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.
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 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.
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.In 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. In the case of the second variant of the invention opens - as already explained above - the shut-off valve 28 'of the second evaporator 29. In other words, 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. In other words, it is for additional cooling of the coolant at a coolant temperature of more than 40 0 C to 55 ° C, the CAS evaporator in the low-temperature cooling circuit and coupled to the refrigerant circuit for additional cooling of the coolant to the first evaporator 29 added. 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. For example, 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. When using an electric expansion device 26 (EXV) on the HVAC evaporator, 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.
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.When using a thermostatic expansion device 26 (TXV), the power dissipated is set by the setting, overheating depending on the suction pressure. In this case, 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 certain Kühlmit- telmassenstrom and thus a certain power decrease the coolant takes place.
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 desIn an operating substate B22, 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. In other words, 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. At the same time, the first evaporator in the form of the HVAC evaporator is switched off or bypassed on the refrigerant side via a bypass line 31. In summary, 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
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,Having coolant; 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. According to the concept of the invention, it is provided in a first variant that the first and the second evaporators 29, 19 are arranged in the refrigerant guide 20 in a row arrangement. In a second variant, it is provided that 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. Preferably, for controlling the capacity of the first and / or second evaporator 29, 19, a refrigerant bypass 30, 31, 33 is used for the first and / or second evaporator 29,
19. 19th
Bezu gsze ic he n l isteSignificant
1 Einrichtung1 facility
10 Kühlmittelführung10 coolant guide
10' Bypass10 'bypass
10" Kühlmittelleitung10 "coolant line
11 Wärmefluid, Wärmetauscher11 thermal fluid, heat exchanger
13 Kühlmittelkühler13 coolant cooler
15 Kühlmittelpumpe15 coolant pump
17 Dreiwege-Ventil17 three-way valve
19 Verdampfer19 evaporator
20 Kältemittelführung20 refrigerant guide
21 Kältemittelverdichter21 refrigerant compressor
22 Expansionsorgan22 expansion organ
23 Kondensator23 capacitor
24 Dreiwege-Ventil, Absperrventil24 three-way valve, shut-off valve
25 Sammeltrockner25 collection dryers
26 Expansionsorgan, Dreiwegeventil26 expander, three-way valve
28 Dreiwege-Ventil, Umschaltventil, Absperrventil28 Three-way valve, diverter valve, shut-off valve
29 erster Verdampfer29 first evaporator
30 Kältemittel-Bypass, Bypass-Strecke30 refrigerant bypass, bypass route
31 Kältemittel-Bypass, Bypass, Leitung31 Refrigerant Bypass, Bypass, Line
33 Kältemittel-Bypass, Bypass, Kältemittel-Bypass33 Refrigerant Bypass, Bypass, Refrigerant Bypass
40 Messleitung40 measuring line
40' Druck40 'pressure
40" Temperatur, Abschnitt40 "temperature, section
100 Kreislauf100 cycles
K KühlluftK cooling air
L LadefluidL charging fluid
A AnsichtA view
B AnsichtB view
B1 BetriebszustandB1 operating state
B21 BetriebszustandB21 operating state
B22 BetriebszustandB22 operating status
V1 BetriebszustandV1 operating state
V2 Betriebszustand V2 operating state

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
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;1. A device (1, 2) for cooling a coolant, which is provided for cooling a charging fluid (L) 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; wherein - the refrigerant guide (20) has a first evaporator (29) for a refrigerant for cooling an ambient air, a second evaporator (19) for a refrigerant for cooling the refrigerant; - The coolant guide (10) has a heat exchanger (11) for the charging fluid (L), a coolant radiator (13), and the second evaporator (19) for the refrigerant of the refrigerant guide (20) for cooling the coolant;
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
(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.(A) the first evaporator (29) and the second evaporator (19) in the refrigerant guide (20) are arranged in a series arrangement, or (B) the first evaporator (29) and the second evaporator (19) in the refrigerant guide (20) are arranged in parallel, in particular wherein the refrigerant downstream of the second evaporator (19), a suction throttle (35) is arranged.
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). 2. Device (1) according to claim 1, characterized in that the second evaporator (19) is arranged downstream of the first refrigerant evaporator (29) or the first evaporator refrigerant downstream of the second evaporator are arranged (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.3. Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the first evaporator (29) and the second evaporator (19) in the refrigerant guide (20) are arranged in a row and refrigerant downstream from the first evaporator (29) and / or second evaporator (19) a suction throttle is arranged.
4. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsregelung des ersten und/oder zweiten Verdampfers (29,4. Device (1, 2) according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the power control of the first and / or second evaporator (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).19), the refrigerant guide (20) each having a refrigerant bypass (30, 31, 33) for the first and / or second evaporator (29, 19) (alternatives A, B), in particular in the refrigerant guide (20) in a series arrangement arranged first evaporator (29) and second evaporator (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).5. Device (1, 2) according to one of claims 1 to 4, characterized in that a refrigerant bypass (33) for the second evaporator (19) leads before or after the suction throttle (35) in the refrigerant guide (20) ( Alternative A, B), in particular in the refrigerant guide (20) in parallel arrangement arranged first evaporator (29) and second evaporator (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.6. Device (1, 2) according to one of claims 1 to 5, characterized in that a coolant bypass (10 ') for the second evaporator (19) and / or the first evaporator (29) in the coolant guide (10). is provided.
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').7. Device (1, 2) one of claims 1 to 6, characterized in that the refrigerant upstream of each of the first and / or second evaporator (29, 19) an actuating member (24, 24 ', 26, 26') in particular for actuating the Cold ittel-Bypasses (30, 31, 33) is arranged, in particular in each case a switching three-way valve and / or two Ab- shut-off valves and / or in each case a shut-off valve (24 ', 28') with an expansion element (22 ', 26').
8. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass8. Device (1, 2) according to one of claims 1 to 7, characterized in that
Mittel zur Leistungsmessung des ersten und/oder zweiten Verdampfers (29, 19) vorgesehen sind.Means for power measurement of the first and / or second evaporator (29, 19) are provided.
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).9. Device (1, 2) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the refrigerant upstream of the first evaporator (29) and / or the second evaporator (19) an expansion element (22, 22 ', 26, 26') is arranged is, in particular an electrical (EXV) and / or thermostatic (TXV) expansion element (22, 22 ', 26, 26'), in particular with shut-off function, in particular for power control of the first evaporator (29) and / or second evaporator (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.10. Device (1, 2) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the coolant guide (10) and / or coolant guide (20) has a sensor for determining the coolant temperature.
11. Einrichtung (1 , 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten durch eine unterhalb einer Grenztemperatur liegenden11. Device (1, 2) according to one of claims 1 to 10, characterized in that - lying in a first by a below a threshold temperature
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).Operating mode (B1) of the cold-medium by-pass (33) for the second evaporator (19) is actuated, or - in a second characterized by a lying above a temperature limit temperature coolant operating condition (B2) either neither the Kaltem ittel Bypass (33) for the second evaporator (19) nor the refrigerant bypass (31) for the first evaporator (29) is actuated (B21), or, in particular in the event that a power requirement of the first and second evaporator (29 , 19) is above a power limit of the refrigerant guide, the refrigerant bypass (33) for the second evaporator (19) and the Kaltel ittel-by-pass (31) for the first evaporator (29) is alternately operated (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.12. Device (1, 2) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the heat exchanger (11) and the second evaporator (19) are realized separately or in a common structural unit, in particular the heat exchanger (11) separately from charging fluid (L) can be flowed through or in the unit with the second evaporator (19) of charging fluid (L) is arranged to flow through.
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.13. Circuit (100, 200) for charging an internal combustion engine, comprising: a compressor, in particular exhaust gas turbocharger, in a direction provided for the charging fluid flow guidance of a charging fluid (L); a device (1), coupled via the heat exchanger (11) for the charging fluid (L), according to one of the preceding claims.
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, dass14. Method (B) for cooling a substantially gaseous charging fluid (L) provided for charging an internal combustion engine, in particular a charge air and / or an exhaust gas or mixtures comprising a charge air and / or an exhaust gas, with a circuit (100, 200) for Charging the internal combustion engine according to claim 10 or a device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that
- 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- In a first characterized by a below a temperature limit temperature coolant operating condition (B1) of the refrigerant bypass (33) for the second evaporator (19) is actuated, or - in a second lying above a temperature limit
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).Operating mode (B2), either the refrigerant bypass (33) for the second evaporator (19) or the refrigerant bypass (31) for the first evaporator (29) is actuated either (B21), or in particular in the event that a power requirement of the first and second evaporator is above a performance limit of the refrigerant guide, the refrigerant bypass (33) for the second evaporator (19) and the refrigerant bypass (31) for the first evaporator (29 ) is operated alternately (B22).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenztemperatur zwischen 40 bis 55°C liegt.15. The method according to claim 14, characterized in that the limit temperature is between 40 to 55 ° C.
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. 16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that a coolant bypass (10 ') is actuated to control the coolant temperature, in particular the coolant temperature thereto by means of the refrigerant guide (20) is readjusted.
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