EP3201450A1 - Aufgeladene brennkraftmaschine und fahrzeug - Google Patents

Aufgeladene brennkraftmaschine und fahrzeug

Info

Publication number
EP3201450A1
EP3201450A1 EP15763875.0A EP15763875A EP3201450A1 EP 3201450 A1 EP3201450 A1 EP 3201450A1 EP 15763875 A EP15763875 A EP 15763875A EP 3201450 A1 EP3201450 A1 EP 3201450A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
cooling
charge air
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15763875.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
René Dingelstadt
Norman Nagel
Simon Streng
Peter Wieske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP3201450A1 publication Critical patent/EP3201450A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

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

Definitions

  • the present invention relates to a supercharged internal combustion engine, preferably in a vehicle, as well as such a vehicle.
  • a fuel and air are necessary, which are burned in at least one combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a compressor is provided in a fresh air system for supplying air to the internal combustion engine, which may be part of an exhaust gas turbocharger.
  • the compressor compresses the air to be supplied to the internal combustion engine and thus provides the internal combustion engine with charge air.
  • the charging or compression leads to a warming of the charge air, which in turn leads to a low density of the air.
  • a charge air cooling circuit in which circulates a coolant and having a charge air cooler for cooling the charge air and a coolant radiator for cooling the coolant.
  • the highest possible cooling of the charge air leads to a further improvement in the performance of the internal combustion engine and reduced formation of pollutants in the exhaust gases of the internal combustion engine.
  • the highest possible cooling of the charge air is required.
  • a refrigeration circuit of a a cooling system are used.
  • the refrigerant circuit circulates a refrigerant which is driven by a refrigerant circuit compressor and flows through an evaporator for evaporating the refrigerant and a condenser for condensing the refrigerant.
  • a refrigerant circuit compressor drives the refrigerant to the refrigerant circuit.
  • a condenser for condensing the refrigerant.
  • a further problem is that a cooling of the charge air by means of the refrigeration circuit depends largely on the operation of the refrigeration circuit.
  • a separation of the charge air cooling circuit from the refrigerant circuit or a shutdown of the refrigerant circuit leads to a rapid decrease in the cooling of the charge air by means of the refrigeration circuit up to the interruption of this cooling.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing for a supercharged internal combustion engine, preferably in a vehicle, as well as for such a vehicle alternative or at least other embodiments, which are characterized by increased safety and / or a more independent cooling of charge air.
  • This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the present invention is based on the idea of realizing, in an internal combustion engine having a refrigerant circuit in which a refrigerant circulates, and a fresh air system for supplying the internal combustion engine with air, a heat-transferring coupling between the refrigerant circuit and the fresh air system by means of a dedicated intermediate circuit. in which circulates an intermediate medium in comparison to the refrigerant circulating in the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit and the fresh air system are coupled to each other heat transfer.
  • the fresh air system and the refrigerant circuit are fluidly completely separated. As a result, a mixing of the refrigerant with air, in particular charge air, the fresh air system is prevented or a corresponding risk at least significantly reduced.
  • the refrigeration circuit has a refrigerant circuit compressor for driving the refrigerant and an evaporator for evaporating the refrigerant.
  • a compressor is provided in the fresh air system, wherein the compressed air or charge air compressed by the compressor is cooled by a first charge air cooler in the fresh air system.
  • the heat transfer between the refrigerant circuit and the fresh air system runs over the intermediate circuit or via the intermediate medium.
  • the refrigerant circuit cools the intermediate circuit or the intermediate medium via the first evaporator, while the intermediate circuit or the intermediate medium cools the charge air via the first charge air cooler.
  • a supplementary thermal storage is provided in the intermediate circle, which can absorb heat.
  • the additional thermal storage or additional storage is used to store cold and absorb heat when needed. This heat absorption is used to make the cooling of the charge air via the DC link from the cooling of the DC link, in particular by the refrigerant circuit, more independent.
  • the additional storage is used to maintain a cooling of the charge air for a longer duration in an interrupted and / or reduced cooling of the intermediate circuit by the refrigerant circuit.
  • the additional memory is preferably provided in addition to a thermal mass of the intermediate circuit, which is necessary in a control mode of the intermediate circuit or the refrigerant circuit.
  • a control operation is regularly present when the refrigerant circuit cools the intermediate circuit sufficiently, so that a sufficient cooling of the charge air is ensured via the DC link. If such cooling is no longer guaranteed, then the additional thermal storage is used, which is able to absorb heat. This heat absorption cools the intermediate circuit or individual components of the intermediate circuit and thus contributes to the cooling of the charge air.
  • this article is designed such that a sufficient cooling of the charge air is guaranteed for a predetermined time.
  • the ability of the additional storage to absorb heat may be achieved by previously cooling the additional storage.
  • the additional memory is advantageously designed such that it can store this cold. This previous storage of refrigeration or cooling is hereinafter referred to as charging or charging the additional memory.
  • the refrigerant circuit usually has, in addition to the first evaporator and the refrigerant circuit compressor, a condenser disposed downstream of the refrigerant compressor and upstream of the first evaporator. The condenser serves to condense the refrigerant.
  • the refrigeration circuit also serves to cool another system.
  • the refrigeration cycle may serve to cool an interior of the vehicle.
  • the refrigerant circuit may therefore be part of an air conditioning system of the vehicle.
  • the first evaporator can be used to cool the other system.
  • the first evaporator can be used for cooling the charge air via the intermediate circuit or via the first charge air cooler and for cooling the other system, in particular in the air conditioning system.
  • the first evaporator exclusively for the cooling of the charge air, which allows a more efficient and / or more independent cooling of the charge air.
  • the first evaporator and the second evaporator are arranged in different branches of the refrigeration circuit.
  • the refrigeration cycle has a first branch and a second branch different from the first branch.
  • the branches can branch off from the refrigeration circuit at a common branch point.
  • the cooling circuit branches off downstream of the capacitor in the two branches, which then open upstream of the condenser again to the refrigerant circuit.
  • the first evaporator is arranged in the first branch, while the second evaporator is arranged in the second branch.
  • the first branch may be referred to more immediately as the second branch. This makes it possible to insert the first evaporator in the first branch for cooling the charge air, in particular exclusively for this purpose.
  • the second evaporator may be referred to as a main evaporator
  • the first evaporator may be referred to as a secondary evaporator
  • the first branch may be referred to as a branch branch of the cooling circuit
  • the second branch may be referred to as a main branch of the cooling circuit.
  • a division of the flow of the refrigerant between the first branch and the second branch is possible.
  • a refrigeration circuit valve device which is designed or arranged such that it divides the flow of the refrigerant between the first branch and the second branch of the refrigeration circuit.
  • the refrigeration circuit valve device is in particular designed such that it allows a flow of the refrigerant exclusively through the second branch. This makes it possible to deliver no cooling capacity of the refrigerant circuit to the intermediate circuit or the first intercooler.
  • the refrigerant circuit valve device is advantageously designed such that any division of the flow of the refrigerant between the first branch and the second branch is possible.
  • the division of the flow between the first branch and the second branch preferably stepwise and / or continuously adjustable.
  • the refrigeration circuit valve device may have one or more valves that can be arranged at any point in the refrigeration cycle.
  • the refrigeration cycle valve device can have at least one such valve in the first branch, in the second branch or in a branching point of the cooling circuit, at which the first branch and the second branch branch off.
  • a charge air cooling circuit for cooling the charge air.
  • the charge air cooling circuit has a second intercooler for cooling the charge air and a coolant radiator for cooling the coolant.
  • the second charge air cooler is preferably arranged upstream of the first charge air cooler in the fresh air system. This makes it possible, in particular, to cool the charge air independently and / or additionally from the first charge air cooler. If the cooling circuit does not provide any cooling power for cooling the charge air, it is possible by the charge air cooling circuit to nevertheless achieve cooling of the charge air.
  • the charge air cooling circuit may include an associated compressor for driving the coolant, hereinafter referred to as a refrigerant cycle compressor.
  • the intermediate circuit, the charge air circuit and the refrigerant circuit are each fluidly separated from each other.
  • the coolant, the refrigerant and the intermediate medium may each be different.
  • the refrigerant may be a phase change refrigerant.
  • the coolant may be a low-temperature coolant.
  • the intermediate medium may be a water-glycol mixture or have such a mixture.
  • the coolant, the refrigerant and the intermediate medium are at least partially identical.
  • the condenser of the refrigeration circuit and the coolant radiator are disposed adjacent. The adjacent arrangement of the condenser and the coolant radiator is advantageously designed such that the condenser and the coolant radiator can be cooled together by an air flow.
  • the condenser and the coolant radiator are preferably arranged such that they are cooled in succession by the cooling air flow.
  • This can be achieved for example by a substantially parallel arrangement of the condenser and the coolant radiator.
  • the arrangement is advantageously designed such that the condenser is cooled by the cooling air flow before the coolant radiator.
  • the fresh air system has a bypass bypassing the first intercooler, so that the charge air can be guided past the first intercooler when needed.
  • the fresh air system preferably has a fresh air valve device which controls the flow of the charge air through the bypass bypassing the first charge air cooler and / or through the first charge air cooler.
  • the intercooler can be completely bypassed if necessary. In these situations, the charge air can only be cooled by the second intercooler, which Conversely, the first charge air cooler can be referred to as a secondary charge air cooler.
  • Preferred embodiments are those in which the fresh air valve device allows a metering of the flow of the charge air between the bypass and the first charge air cooler. Particularly advantageous is any dosage or distribution possible. Thus, it is possible to let the charge air flowing through the fresh air system flow in any subsets through the bypass. In particular, this also makes it possible to prevent a flow of the charge air through the bypass, so that the charge air flows completely through the first charge air cooler.
  • cooling of the charge air reaching the internal combustion engine can thus be varied since the charge air flowing through the bypass is not cooled by the first charge air cooler and the charge air optionally cooled by the first charge air cooler is admixed downstream of the first charge air cooler.
  • a conveying device for circulating the intermediate medium in the intermediate circuit, a conveying device, in particular a DC link compressor, can be provided.
  • Said conveyor can be operated arbitrarily. In particular, it is conceivable to operate the DC link conveyor constant.
  • the performance of the conveyor can be varied. Thus, a stronger circulation of the intermediate medium in the intermediate circuit can lead to a greater heat exchange between the first charge air cooler and the first evaporator. This also allows the cooling of the charge air to be influenced by the first charge air cooler.
  • the refrigerant circuit compressor with the internal combustion engine is connected to the other side.
  • the drive connection between the internal combustion engine and the refrigerant circuit compressor can be made adjustable and in particular detachable. In this way it is for example possible, at certain operating phases of the internal combustion engine or the associated vehicle, to interrupt the drive connection between the refrigerant circuit compressor and the internal combustion engine to provide the entire power of the internal combustion engine ine otherwise available. Such a phase can be present, for example, if an acceleration of the associated vehicle is to take place or if the load of the internal combustion engine is increased.
  • the flow of the refrigerant in the refrigerant circuit is reduced by the reduction or interruption of the drive of the refrigerant circuit compressor, in particular interrupted. Accordingly, cooling of the charge air with the aid of the first charge air cooler takes place primarily by the cooling capacity previously stored in the intermediate circuit or intermediate medium. The cooling capacity is therefore given in particular by the heat absorption capacity of the DC link. So here serve the intermediate circuit or the intermediate medium as a cold storage for cooling the charge air by means of the first charge air cooler.
  • compressors or conveying devices can also be driven otherwise, in particular electrically.
  • the thermal mass is characterized by the fact that it can absorb heat and give off heat.
  • the cooling capacity is thus determined in particular by the thermal mass of the DC link. Due to the heat absorption of the thermal mass, it is possible to cool the DC link and / or the charge air. Due to the heat release, it is possible to cool the thermal mass.
  • the thermal mass of the DC link includes all components that absorb or release heat.
  • the intermediate medium, the first intercooler, the evaporator and connections between the first intercooler and the first evaporator such as ments to the thermal mass of the DC link.
  • Other components of the DC link belong to the thermal mass of the DC link. This includes, for example, the DC link conveyor.
  • the additional thermal storage is characterized in particular by the fact that it is provided in addition to a required during normal operation of the intermediate circuit thermal mass.
  • the intermediate circuit has the additional thermal storage in addition to its thermal mass, the additional thermal storage in turn being part of the thermal ground of the intermediate circuit or being able to be used as required.
  • the additional memory serves in particular the purpose of ensuring cooling of the charge air through the first intercooler even if the intermediate circuit is not cooled. Such a situation may be present, for example, if no cooling of the intermediate circuit takes place through the cooling circuit.
  • the additional memory is thus provided in particular for cases in which no power of the internal combustion engine for cooling the DC link should or can be consumed, ie in particular during a load operation of the internal combustion engine or an acceleration of the associated vehicle.
  • the additional thermal storage is provided and / or designed such that it is used in situations in which a sufficient cooling of the charge air is not guaranteed by the sufficient thermal energy in the control circuit of the intermediate circuit.
  • the additional storage is thermally and / or fluidly integrated into the intermediate circuit to allow longer cooling and / or better cooling of the charge air.
  • the additional memory as mentioned above, also belongs to the thermal mass of the DC link.
  • the additional thermal storage can be configured as desired, provided that it can absorb heat and in addition to the necessary in normal operation thermal Mass is provided.
  • the additional storage corresponds to the intermediate medium or has additional intermediate medium.
  • an intermediate medium for example, a water glycol mixture can be used.
  • the additional storage may be a water glycol mixture or have a water glycol mixture.
  • An activation of the additional thermal storage which has a heat absorption of the additional memory or a cooling by the additional memory result, can be done in any way.
  • the activation takes place by the operation of a means provided for this purpose.
  • the means may for example be actuated by the control device when there is a need for cooling by the additional storage.
  • the additional thermal storage is designed such that it is thermally activated. This means that the additional memory is activated when exceeding a predetermined temperature and thus cools the DC bus or the charge air.
  • the intermediate memory may be integrated in the intermediate circuit such that it is activated when a predetermined temperature of the intermediate circuit, in particular of the intermediate medium, is exceeded.
  • the additional storage on a latent heat storage This makes it possible to cool the DC link when needed, in particular in the situations mentioned above, in the short term and effectively.
  • the latent heat store preferably has at least one phase-changing material.
  • the material is advantageously designed and / or assembled such that a phase transition temperature of the material essentially corresponds to a critical temperature, above which the heat dissipation occurs. would take or cooling by the additional memory required and / or desired.
  • the cooling or charging of the additional thermal storage is advantageous when sufficient cooling capacity is available. This may be the case, for example, when it is possible to charge the additional reservoir without or with little influence on the cooling of the charge air.
  • the additional storage can be charged when the DC link is sufficiently cooled, so that a sufficient cooling of the charge air is ensured by the first intercooler.
  • the excess cooling capacity can be used to recharge the additional thermal storage.
  • Another way to charge the additional memory is the use of the thrust of the associated vehicle. Here can be done in a boost phase of the vehicle charging without additional fuel consumption of the engine.
  • the additional thermal storage can be integrated in any way in the DC link.
  • the additional storage in particular the latent heat storage, at least partially disposed on the first charge air cooler.
  • the additional storage in particular the latent heat storage, at least partially on the first evaporator.
  • the additional storage is thus primarily used to cool the intermediate medium. This may be particularly useful if the intermediate medium may not exceed a predetermined temperature. Such a barrier of temperature Exceeding may be caused, for example, by the fact that the intermediate medium would be damaged when the barrier is exceeded. The barrier may also result from the fact that other components of the intermediate circuit may not exceed a predetermined temperature, in particular to avoid damage to these components. Due to the arrangement of the additional storage on the first evaporator, if necessary, a cooling of the first evaporator takes place, which in turn has a cooling of the intermediate medium result. The cooled intermediate medium subsequently cools the charge air via the first intercooler.
  • the arrangement of the additional storage at the first evaporator has the further advantage that the charging of the additional storage can be done efficiently and / or low-loss via the first evaporator.
  • a thermal storage device for at least partially storing the additional thermal storage and / or for at least partially storing intermediate medium is provided in the intermediate circuit.
  • the additional storage device has additional intermediate medium, for example, then it is possible to introduce additional intermediate medium into the DC link if necessary in order to improve a cooling capacity of the DC link or a cooling period.
  • the thermal storage device can also be used to increase the thermal mass of the intermediate circuit, which in itself is sufficient for normal operation.
  • the intermediate circuit without active cooling, in particular by the cooling circuit can cool the charge air for a longer time and / or with a higher cooling capacity.
  • the memory device is designed for long-term storage of the cooled additional thermal storage medium and / or the intermediate medium such that the stored additional thermal storage or the stored intermediate medium can be stored refrigerated over a prolonged period.
  • the storage device is configured such that it stores the additional thermal storage or the intermediate medium even when the internal combustion engine is at a standstill, preferably in a cooled manner. This makes it possible in particular to store cooled additional thermal storage or cooled intermediate medium the intermediate circuit independently of the operation of the internal combustion engine.
  • cooled additional thermal storage or cooled intermediate medium is stored in the storage device and kept stored in the storage device in a cooled state, for example over night, via a stationary state of the internal combustion engine. If the internal combustion engine is started, the additional thermal storage stored in the storage device or the cooled intermediate medium stored in the storage device can be supplied directly to the intermediate circuit.
  • the reaction time of the first charge air cooler and / or the first evaporator can be shortened and / or the duration, up to the the first intercooler cools the charge air or the first evaporator exchanges heat with the refrigerant circuit.
  • the storage device has thermal insulation for isolating the intermediate medium or additional thermal storage medium stored in the storage device.
  • the intermediate circuit has an intermediate circuit valve device in advantageous variants.
  • the intermediate circuit valve device is configured in such a way that it can thermally and / or fluidically connect the thermal storage device to the intermediate circuit.
  • the intermediate circuit valve device thus makes it possible, in particular, to introduce the additional accumulator and / or additional intermediate medium into the DC link.
  • the thermal mass of the intermediate circuit which may also include the additional thermal storage and the thermal storage device, is advantageously configured such that cooling of the charge air by the first intercooler in a failing or interrupted cooling of the intermediate circuit, in particular by the refrigerant circuit, for a given time is guaranteed.
  • the thermal mass influences a cold accumulation of the intermediate circuit, such that the charge air can be cooled by the first intercooler for a predetermined time even if the intermediate circuit is not cooled.
  • the thermal mass is designed such that the charge air is cooled without cooling the intermediate circuit for a predetermined time, without the intermediate medium exceeds a predetermined temperature.
  • the thermal mass of the intermediate circuit the volume of the respective constituent of the intermediate circuit, the thermal storage capacity of the respective constituent of the intermediate circuit, the mass of the respective constituent of the intermediate circuit, the thermal conductivity of the respective constituent of the intermediate circuit can be varied. This means that the intermediate circuit can be designed such that it ensures the cooling of the charge air through the first intercooler by the appropriate choice of thermal mass without active cooling for a predetermined time and / or prevents exceeding a predetermined temperature of the intermediate medium.
  • the given time depends on thermodynamic conditions. These include in particular the ambient temperature and the initial temperature of the thermal mass, the desired temperature of the charge air and the thermal conductivity of the constituents involved, the volume of the respective constituent of the intermediate circuit and the thermal storage capacity of the respective constituent of the intermediate circuit. Accordingly, in particular by a variation of these properties influence on the predetermined time and / or a not to be exceeded temperature of the intermediate circuit, in particular the intermediate medium, are taken.
  • 1 to 5 are each a schematic, greatly simplified, schematic diagram of a vehicle, in different embodiments.
  • a vehicle 1 is shown having an internal combustion engine 2.
  • the internal combustion engine 2 is used to drive the vehicle 1, wherein the vehicle 1 for driving also further, not shown here, drive devices may have.
  • air is necessary, which is supplied to the internal combustion engine 2 by means of a fresh air system 3.
  • the vehicle 1 has an exhaust gas turbocharger 4, the compressor 5 is arranged in the fresh air system 3 and compresses the air supplied to the internal combustion engine 2.
  • the internal combustion engine 2 is supplied with charge air.
  • the vehicle 1 also has an exhaust system 6, which discharges the exhaust gas produced in the internal combustion engine 2.
  • a turbine 7 of the exhaust gas turbocharger 4 is arranged, which drives the compressor 5.
  • the vehicle 1 has a cooling system 8, which includes the fresh air system 3 and a refrigerant circuit 9.
  • the refrigerant circuit 9 circulates a refrigerant which is driven by a refrigerant circuit compressor 10 of the refrigerant circuit 9.
  • the calf te Vietnamese 9 downstream of the refrigerant circuit compressor 10, a condenser 1 1 for condensing the refrigerant.
  • the refrigeration circuit 9 Downstream of the condenser 1 1, the refrigeration circuit 9 has a branch point 12, from which a first branch 13 and a second branch 14 of the refrigeration circuit 9 branch off.
  • the first branch 13 and the second branch 14 open upstream of the refrigerant compressor 10 and thus upstream of the condenser 1 1 in a junction parts 47 to the refrigerant circuit 9 into each other.
  • a first evaporator 15 of the refrigeration circuit 9 is arranged, while in the second branch 14, a second evaporator 16 of the refrigeration circuit 9 is arranged.
  • the first branch 13 functions as a bypass of the refrigeration circuit 9 bypassing the second evaporator 16.
  • the fresh air system 3 has a first intercooler 17, which is arranged downstream of the compressor 5 in the fresh air system 3.
  • the cooling system 8 also has an intermediate circuit 18, in which an intermediate medium circulates and which is fluidically separated from the refrigerant circuit 9 and the fresh air system 3.
  • the first evaporator 15 and the first intercooler 17 are further integrated heat transfer in the intermediate circuit 18. This means that a heat transfer between the first charge air cooler 17 and the first evaporator 15 takes place by means of the intermediate medium.
  • the first charge air cooler 17 flows through the intermediate medium and the charge air, respectively, while the first evaporator 15 is flowed through fluidically separated from the refrigerant and from the intermediate medium.
  • the refrigerant circuit 9 and the fresh air system 3 are fluidly completely separated from each other, so that a mixing of charge air and refrigerant and between intermediate medium and refrigerant or coolant is omitted.
  • the intermediate circuit 18 is thus interposed, in which the intermediate medium flows.
  • a intermediate circuit delivery device 19 is provided, which drives the intermediate medium.
  • the cooling circuit 9 has a valve device 20, which is referred to below as the cooling circuit valve device 20.
  • the refrigeration cycle valve device 20 has a valve 21 which is arranged in the first branch 13.
  • the cooling system 8 further includes a charge air cooling circuit 22 in which a coolant circulates.
  • the charge air cooling circuit 22 has a delivery device 23.
  • the charge air cooling circuit delivery device 23 and the intermediate circuit delivery device 19 can each be configured as a compressor 24.
  • the charge air cooling circuit 22 further includes a second charge air cooler 25 for cooling the charge air and a coolant cooler 26 for cooling the coolant.
  • the charge air cooling circuit 22 is fluidly separated from the refrigerant circuit 9 and the intermediate circuit 18.
  • the second charge air cooler 25 is arranged in the fresh air system 3 downstream of the compressor 5 and upstream of the first charge air cooler 17.
  • the charge air cooling circuit 22 is further configured such that it allows permanent cooling of the charge air.
  • the fresh air system 3 has a bypass 27 or fresh air system bypass 27, which bypasses the first charge air cooler 17. This makes it possible to pass the charge air at least partially past the first charge air cooler 17.
  • the fresh air system 3 has a fresh air valve device 28, which allows a division of the flow of the charge air through the first charge air cooler 17 and the first charge air cooler 17 over.
  • a regulation of the temperature of the charge air can be achieved that with increasing proportion of by the first intercooler 17 flowing charge air, a lower temperature of the charge air reaching the internal combustion engine 2 is achieved.
  • a throttle device 29 is further provided, which is arranged downstream of the first charge air cooler 17 in the fresh air system 3.
  • the vehicle 1 also has an engine cooling circuit 30 for cooling the internal combustion engine 2.
  • an engine coolant circulates through a heat exchanger 31 for cooling the engine and through an engine coolant cooler 32 for cooling the engine coolant.
  • the engine cooling circuit 30 has an engine cooling circuit bypass 33 bypassing the engine coolant radiator 32, so that the circulation of the engine coolant can be conducted past the engine coolant radiator 32 by means of an engine cooling circuit valve device 34.
  • a cooling of the internal combustion engine 2 for example, in a warm-up phase of the internal combustion engine 2, suspended or at least reduced.
  • Embodiments in which the charge air is cooled to a lower temperature by means of the first charge air cooler 17 than by means of the second charge air cooler 25 are preferred.
  • the refrigeration cycle compressor 10 is connected to the engine 2 through a drive connection 35.
  • the refrigeration cycle compressor 10 is driven by the engine 2.
  • the drive connection 35 between the internal combustion engine 2 and the refrigerant circuit compressor 10 is disconnected, so that the entire power of the internal combustion engine 2 is available for the required load or acceleration.
  • the cooling of the charge air takes place with the aid of the first charge air cooler
  • the vehicle 1 has a blower 36 which generates a cooling air flow 37 which can be amplified by a wind of the vehicle 1.
  • the condenser 1 1 of the refrigerant circuit 9, the coolant cooler 26 of the charge air cooling circuit 22 and the engine coolant cooler 32 of the engine cooling circuit 30 are adjacent and arranged in parallel, such that the cooling air flow 37, the condenser 1 1, the coolant radiator 26 and the engine coolant radiator 32 successively flows and / or flows past them and thus cools.
  • the cooling circuit 9 can also be used to achieve a different cooling within the vehicle 1.
  • the refrigeration circuit 9 can be used for a not shown air conditioning.
  • the second evaporator 16 is used, which, for example, cools an air flow 48 into an interior 49 of the vehicle 1, which is not shown here in greater detail.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the vehicle 1.
  • the engine cooling circuit 30 is not shown.
  • the refrigeration circuit valve device 20 has two valves 21, wherein in each case such a valve 21 in the first branch 13 and the second branch 14 is arranged.
  • the intermediate circuit 18 has a thermal mass that is able to exchange heat.
  • the thermal mass thus includes the first evaporator 15, the first charge air cooler 17, the intermediate medium, the intermediate circuit delivery device 19 and the connections between these components.
  • the thermal mass has an influence on how long the charge air through the first intercooler 17 in the event of interruption of the cooling of the intercooler 17 rule medium by the first evaporator 15, can be further cooled. Accordingly, a vote of the intermediate circuit 18, in particular by an appropriate choice of the volume, the thermal conductivity and the thermal storage capacity influence on said duration are taken, which corresponds to a predetermined time.
  • a thermal storage device 38 which serves for the at least partial storage or storage of intermediate medium and / or an additional thermal storage 39.
  • the additional thermal storage 39 or, briefly, additional storage 39 can be configured as latent heat storage 39 'or have latent heat storage 39'.
  • the memory device 38 and thus the additional thermal storage 39 and the latent heat storage 39 ' are continuously integrated into the intermediate circuit 18. This leads to an increase in the thermal mass of the intermediate circuit 18, so that the cooling of the charge air through the first charge air cooler 17 without cooling the DC link 18 for a long time and / or can be done more efficiently. Said thermal mass is thus increased by the additional thermal storage 39 in order to achieve these advantages.
  • the storage device 38 can be fluidically and / or thermally connected to the intermediate circuit 18 with the aid of a DC-circuit valve device 42.
  • the memory device 38 is arranged in a DC link bypass 43 of the DC link 18.
  • the intermediate circuit valve device 42 has two valves 21, one of the valves 21 being arranged upstream of the storage device 38 and the other valve 21 downstream of the storage device 38 in the intermediate circuit bypass 43. This makes it possible to arbitrarily introduce the additional thermal storage 39 by means of a corresponding actuation of the valves 21 into the intermediate circuit 18 or to discharge it from the intermediate circuit 18.
  • the thermal additive Memory 39 has intermediate medium or corresponds to the intermediate medium.
  • additional thermal storage 39 is introduced into the intermediate circuit 18. If both valves 21 close the intermediate circuit valve device 42, then the storage device 38 and the additional storage 39 are fluidically and essentially thermally separated from the intermediate circuit 18.
  • additional thermal storage 39 in particular intermediate medium, is removed from the intermediate circuit 18 and stored in the storage device 38.
  • the intermediate circuit valve device 42 is advantageously connected in a suitable manner, for example by an electrical line, to the control device 40 so that it can communicate with the control device 40 and be controlled by the control device 40.
  • the control device 40 is configured in such a way that it permits the fluidic and / or thermal connection between the storage device 38 and the intermediate circuit 18 as required, for example if no cooling of the intermediate circuit 18 and / or insufficient cooling of the charge air by the first charge air cooler 17 and / or the exceeding of a predetermined temperature of the intermediate medium is present releases.
  • the additional thermal storage 39 in particular the latent heat storage 39 ', at least partially disposed on the first intercooler 17 and integrated therewith.
  • the additional thermal storage 39 in particular the latent heat storage 39 ', can be at least partially connected to the first evaporator 15. ordered or integrated. As a result, in particular effective cooling of the first evaporator 15 and thus of the intermediate medium is possible if necessary.
  • An activation of the additional thermal storage 39 in which the additional storage receives or cools heat, can be done in any way.
  • Such activation may be, as mentioned above, connecting the thermal storage device 38 to the DC link 18.
  • the activation can bring about a phase transition. This activation can be done for example by an external operation.
  • the activation can be triggered automatically when exceeding a predetermined temperature of the intermediate circuit 18, in particular of the intermediate medium.
  • a charging of the additional thermal storage 39, in which the additional memory 39 in particular emits heat or stores cold, is preferably carried out when sufficient power is available for this purpose.
  • the vehicle 1 has the control device 40, which controls the vehicle 1, in particular the cooling system 8 or the internal combustion engine 2.
  • the control device 40 is connected in a suitable manner, for example via electrical lines, communicating with the valve devices 20, 28, 34, 42.
  • the control device 40 is connected in a suitable manner, in particular by electrical lines, communicating with the drive connection 35 between the internal combustion engine 2 and the refrigerant circuit compressor 10.
  • the control device 40 is also connected to measuring devices 41 of the vehicle 1 or of the cooling system 2, which determine operating states or associated operating parameters of the vehicle 1 and of the cooling system 8. These include, in particular, temperatures of the vehicle, the charge air, the internal combustion engine 2 and the cooling system 8.
  • the vehicle 1 If the vehicle 1 is in a coasting phase, no power is transmitted the internal combustion engine 2 for driving the vehicle 1 is required.
  • a boost phase an associated thrust output of the vehicle is used to cool the intermediate circuit 18, so that in subsequent phases improved heat absorption of the intermediate circuit 18, in particular of the intermediate medium and / or the additional thermal storage 39, is possible.
  • the charging or cooling of the auxiliary reservoir 39 can take place in such a boost phase.
  • the cooling of the intermediate circuit 18 in such deceleration phases preferably takes place in that the refrigerant circuit compressor 10 is driven in such a deceleration phase of the vehicle 1 by the thrust of the vehicle 1.
  • the cooling of the intermediate circuit 18 takes place without additional fuel consumption of the internal combustion engine 2.
  • an output of the refrigerant compressor 10 or a compressor output in such a coasting phase of the vehicle 1 can be increased.
  • the thrust of the vehicle 1 can be used in addition to the drive by the internal combustion engine 2 to increase the circulation or conversion of the refrigerant in the refrigerant circuit 9, whereby an increased cooling capacity of the first evaporator 15 is achieved.
  • the drive connection 35 between the refrigerant circuit compressor 10 and the internal combustion engine 2 can be interrupted if an increased power of the internal combustion engine 2 or a higher load of the internal combustion engine 2 is required. This is especially in an acceleration phase of the vehicle 1, in which then a greater power of the internal combustion engine 2 is available for acceleration.
  • a first cooling of the intermediate circuit 18, which is a prerequisite for cooling the charge air through the first charge air cooler 17, is dependent on operating parameters of the vehicle 1, the cooling system 8 and the internal combustion engine 2. These operating parameters are determined by the measuring devices 41. It can be provided in particular that the intermediate circuit 18 is cooled for the first time when the internal combustion engine 2 is operated for a predetermined time in a load operation.
  • the intermediate circuit 18 is cooled for the first time when the internal combustion engine 2 is in such a load operation, or is operated for a predetermined time.
  • a first-time cooling of the charge air by the first charge air cooler 17 when the internal combustion engine 2 is first in a load operation or is operated for a predetermined time in such a load operation.
  • a first-time cooling of the intermediate circuit 18 can take place when a load operation of the internal combustion engine 2 is to be expected. This may for example be the case when a speed of the internal combustion engine 2 has a positive gradient. This is a sign that higher powers and thus loads of the internal combustion engine 2 are to be expected or required, so that a stronger cooling of the charge air is needed.
  • This stronger cooling is provided by the first charge air cooler 17 and the intermediate circuit 18, which is cooled by the refrigerant circuit 9. Accordingly, the intermediate circuit 18 is cooled for the first time when the rotational speed has such a positive gradient.
  • the first cooling of the intermediate circuit 18 takes place after an operating start of the internal combustion engine 2 when a load operation of the internal combustion engine is signaled.
  • a load operation of the internal combustion engine is signaled.
  • Such signaling can in particular by the setting of an associated operating mode, for example a sports mode of the vehicle 1, take place.
  • an associated operating mode for example a sports mode of the vehicle 1
  • the first cooling of the intermediate circuit 18 by the refrigeration circuit 9 takes place in the selection or setting of such an operating mode.
  • the operating mode can also be set before the start of operation of the internal combustion engine 2, so that a first cooling of the intermediate circuit 18 takes place immediately after the start of operation or after a predetermined time after the start of operation.
  • the first branch 13 is flowed through by the refrigerant.
  • the refrigeration circuit valve device 20 can be used, which is correspondingly controlled by the refrigerant for the first time flow through the first evaporator 15.
  • the refrigeration circuit valve device 20 is connected in any manner, for example by electrical conductors, communicating with the control device 40, which makes a corresponding adjustment to the refrigeration circuit valve device 20.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the vehicle 1. This embodiment differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 2 in particular in that no storage device 38 and in the fresh air system 3 and no bypass 27 for bypassing the first charge air cooler 17 are provided.
  • the first charge air cooler 17 has a first cooling stage 44 and a second cooling stage 45.
  • the first cooling stage 44 is arranged in the fresh air system 3 in front of the second cooling stage 45, ie upstream of the second cooling stage 45.
  • the second cooling stage 45 is arranged upstream of the first cooling stage 44.
  • the charge air is in the first charge air cooler 17 thus first of the first cooling stage 44 and then of the second Cooling stage 45 cooled, which is cooled by the arrangement of the cooling stages 44, 45 in the intermediate circuit 18, the charge air in the second cooling stage 45 to a lower temperature than in the first cooling stage 44th
  • the first intercooler 17 also has a separator 46, which is arranged in the fresh air system 3 between the first cooling stage 44 and the second cooling stage 45.
  • the separator 46 serves the purpose of condensate from the fresh air system 3, in particular the charge air, deposit, which can be caused by the cooling of the charge air. As a result, it is thus prevented that condensate, which in particular may have water and / or oil, gets into the internal combustion engine 2 and causes damage there.
  • the cooling system 8 is preferably operated such that the first cooling stage 44, the charge air is cooled to a first temperature, which is above 0 ° C. This ensures in particular that no crystallization or icing of the condensate occurs. Subsequently, the deposition of the condensate in the separator 46, followed by the cooling of the charge air in the second cooling stage 45 to a second temperature, which is lower than that achieved by the cooling in the first cooling stage 44, first temperature. Preferably, the cooling of the charge air and the deposition of the condensate takes place such that the charge air after cooling in the first cooling stage 44 has a maximum relative humidity, ie 100% relative humidity. This ensures the most efficient cooling of the charge air without the formation of condensate.
  • the charge air is cooled in the second cooling stage 45 to a temperature below 0 ° C.
  • the second temperature is below 0 ° C.
  • the operation of the internal combustion engine 2 is preferably carried out by means of the control device 40, which is designed such that it can control and operate the components of the vehicle 1.
  • the integration of the first cooling stage 44 and the second cooling stage 45 in the first charge air cooler 17 leads to a reduction of the required installation space.
  • the number of components required for the production of the cooling system 8 can be reduced.
  • the efficiency of cooling the charge air and the removal of condensate is increased because energy losses are reduced.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine (2), vorzugsweise eines Fahrzeugs (1), die einen Kältekreis (9) sowie eine Frischluftanlage (3) zur Versorgung der Brennkraftmaschine (2) mit Frischluft aufweist. Eine erhöhte Sicherheit ergibt sich dadurch, dass ein Zwischenkreis (18) vorgesehen ist, in dem ein Zwischenmedium zirkuliert und in dem ein erster Verdampfer (15) des Kältekreises (9) sowie ein erster Ladeluftkühler (17) der Frischluftanlage (3) eingebunden sind, wobei der Zwischenkreis (18) fluidisch von der Frischluftanlage (3) sowie von dem Kältekreis (9) getrennt ist. Ein unabhängigerer Betrieb des Zwischenkreises (18) ergibt sich dadurch, dass das Kühlsystem einen thermischen Zusatzspeicher (39) zur Wärmeaufnahme aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug (1) mit einem derartigen Kühlsystem (8).

Description

Aufgeladene Brennkraftmaschine und Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aufgeladene Brenn kraftmasch ine, vorzugsweise in einem Fahrzeug, sowie ein solches Fahrzeug.
Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sind ein Brennstoff und Luft notwendig, die in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine verbrannt werden. Zur Leistungssteigerung bzw. Bereitstellung höherer Lasten der Brennkraftmaschine ist es bekannt, die Brennkraftmaschine aufzuladen. Hierbei wird in einer Frischluftanlage zum Zuführen von Luft zur Brennkraftmaschine ein Verdichter vorgesehen, der Bestandteil eines Abgasturboladers sein kann. Der Verdichter verdichtet die der Brennkraftmaschine zuzuführende Luft und stellt der Brennkraftmaschine somit Ladeluft zur Verfügung. In Folge thermodynamischer Gesetzmäßigkeiten führt das Aufladen bzw. Verdichten zu einer Erwärmung der Ladeluft, die wiederum zu einer niedrigen Dichte der Luft führt.
Zur Erhöhung der Dichte der Luft bzw. zur Erhöhung eines Luftmassenstroms ist es wünschenswert, die Ladeluft vor dem Zuführen zur Brennkraftmaschine zu kühlen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen Ladeluftkühlkreis vorzusehen, in dem ein Kühlmittel zirkuliert und der einen Ladeluftkühler zum Kühlen der Ladeluft sowie einen Kühlmittelkühler zum Kühlen des Kühlmittels aufweist. Insbesondere bei höheren Lasten bzw. Leistungen oder Leistungsanforderungen an die Brennkraftmaschine, beispielsweise in einer Beschleunigungsphase eines zugehörigen Fahrzeugs, führt eine möglichst starke Kühlung der Ladeluft zu einer weiteren Verbesserung der Leistung der Brennkraftmaschine sowie zur reduzierten Entstehung von Schadstoffen in den Abgasen der Brennkraftmaschine. Um diese Verbesserungen zu erreichen, ist also eine möglichst starke Kühlung der Ladeluft verlangt. Zur Realisierung einer weiteren Kühlung der Ladeluft kann ein Kältekreis ei- nes Kühlsystems herangezogen werden. Im Kältekreis zirkuliert ein Kältemittel, das von einem Kältekreiskompressor angetrieben wird und einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels und einen Kondensator zum kondensieren des Kältemittels durchströmt. Zur Nutzung der Kälteleistung des Kältekreises ist es grundsächlich möglich, den Verdampfer des Kältekreises fluidisch mit dem Lade- luftkühlkreis zu koppeln.
Hierbei besteht insbesondere die Gefahr der Vermischung des Kältemittels mit der Ladeluft bzw. mit dem Kühlmittel, insbesondere bei Beschädigungen des Kältekreises bzw. des Kühlkreises. Die Vermischung des Kältemittels mit dem Kühlmittel bzw. der Luft kann zu Betriebsstörungen der Brennkraftmaschine und/oder des Kühlsystems führen. Kommt im Kältekreis oder im Ladeluftkühlkreis ein brennbares bzw. entzündbares Kühlmittel bzw. Kältemittel zum Einsatz, so besteht ferner die Gefahr einer Verbrennung bzw. Zündung, die einen erheblichen Sicherheitsnachteil darstellt. Zudem können bei der Vermischung des Kältemittels mit der Ladeluft bzw. dem Kühlmittel Reaktionsprodukte entstehen, die ebenfalls eine Gefahr darstellen.
Problematisch ist ferner, dass eine Kühlung der Ladeluft mittels des Kältekreises in starkem Maße vom Betrieb des Kältekreises abhängt. Insbesondere führt eine Trennung des Ladeluftkühlkreises vom Kältekreis bzw. eine Abschaltung des Kältekreises zu einem raschen Nachlassen der Kühlung der Ladeluft mittels des Kältekreises bis hin zur Unterbrechung dieser Kühlung.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine aufgeladene Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem Fahrzeug, sowie für ein solches Fahrzeug alternative oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, die sich durch eine erhöhte Sicherheit und/oder eine unabhängigere Kühlung von Ladeluft auszeichnen. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, bei einer Brennkraftmaschine mit einem Kältekreis, in dem ein Kältemittel zirkuliert, und einer Frischluftanlage zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Luft, eine wärmeübertragende Kopplung zwischen dem Kältekreis und der Frischluftanlage mit Hilfe eines eigens hierfür vorgesehenen Zwischenkreises zu realisieren, in dem im Vergleich zum im Kältekreis zirkulierenden Kältemittel ein Zwischenmedium zirkuliert. Hierdurch sind der Kältekreis und die Frischluftanlage wärmeübertragend miteinander gekoppelt. Ferner sind die Frischluftanlage und der Kältekreis fluidisch gänzlich separiert. In der Folge wird eine Vermischung des Kältemittels mit Luft, insbesondere Ladeluft, der Frischluftanlage verhindert oder eine entsprechende Gefahr zumindest erheblich reduziert. Somit ist die Sicherheit des Kühlsystems bzw. der Brennkraftmaschine oder eines zugehörigen Fahrzeugs erhöht. Dem Erfindungsgedanken entsprechend, weist der Kältekreis einen Kältekreiskompressor zum Antreiben des Kältemittels und einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels auf. Zum Verdichten bzw. Aufladen der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft ist in der Frischluftanlage ein Verdichter vorgesehen, wobei die vom Verdichter verdichtete Luft oder Ladeluft durch einen ersten Ladeluftkühler in der Frischluftanlage gekühlt wird. Der Wärmeaustausch zwischen dem Kältekreis und der Frischluftanlage erfolgt über den ersten Verdampfer und den ersten Ladeluftkühler. Das heißt, dass der erste Verdampfer und der erste Ladeluftkühler im Zwischenkreis eingebunden sind, wobei der Zwischenkreis fluidisch vom Kältekreis und der Frischluftanlage getrennt ist. In anderen Worten, die Wärmeübertragung zwischen dem Kältekreis und der Frischluftanlage läuft über den Zwischenkreis bzw. über das Zwischenmedium. Der Kältekreis kühlt über den ersten Verdampfer den Zwischenkreis bzw. das Zwischenmedium, während der Zwischenkreis bzw. das Zwischenmedium über den ersten Ladeluftkühler die Ladeluft kühlt. Zudem ist im Zwischen kreis ein thermischer Zusatzspeicher vorgesehen, der Wärme aufnehmen kann. Der thermische Zusatzspeicher oder kurz Zusatzspeicher dient dem Zweck, Kälte zu speichern und bei Bedarf Wärme aufzunehmen. Diese Wärmeaufnahme wird dafür eingesetzt, die Kühlung der Ladeluft über den Zwischenkreis von der Kühlung des Zwischenkreises, insbesondere durch den Kältekreis, unabhängiger zu machen. Insbesondere wird der Zusatzspeicher dafür eingesetzt, bei einer unterbrochenen und/oder reduzierten Kühlung des Zwischenkreises durch den Kältekreis eine Kühlung der Ladeluft für eine längere Dauer aufrechtzuerhalten.
Der Zusatzspeicher ist vorzugsweise zusätzlich zu einer thermischen Masse des Zwischenkreises vorgesehen, die in einem Regelbetrieb des Zwischenkreises bzw. des Kältekreises notwendig ist. Ein solcher Regelbetrieb liegt regelmäßig vor, wenn der Kältekreis den Zwischenkreis in ausreichendem Maß kühlt, sodass eine ausreichende Kühlung der Ladeluft über den Zwischenkreis gewährleistet ist. Ist eine solche Kühlung nicht mehr gewährleistet, so kommt der thermische Zusatzspeicher zum Einsatz, der in der Lage ist, Wärme aufzunehmen. Diese Wärmeaufnahme kühlt dabei den Zwischenkreis bzw. einzelne Bestandteile des Zwischenkreises und trägt somit zur Kühlung der Ladeluft bei. Vorteilhaft ist dieser Beitrag derart ausgelegt, dass eine ausreichende Kühlung der Ladeluft für eine vorgegebene Zeit gewährleistet ist.
Die Fähigkeit des Zusatzspeichers Wärme aufzunehmen, kann dadurch erreicht sein, dass der Zusatzspeicher zuvor gekühlt wird. Dabei ist der Zusatzspeicher vorteilhaft derart ausgestaltet, dass er diese Kälte speichern kann. Diese vorherige Speicherung der Kälte bzw. Kühlung wird nachfolgend als laden oder aufladen des Zusatzspeichers bezeichnet. Der Kältekreis weist gewöhnlich zusätzlich zum ersten Verdampfer und dem Kältekreiskompressor einen Kondensator auf, der stromab des Kältemittelkompressors und stromauf des ersten Verdampfers angeordnet ist. Dabei dient der Kondensator dem Kondensieren des Kältemittels.
Gewöhnlich dient der Kältekreis auch der Kühlung eines anderen Systems. In einem Fahrzeug kann der Kältekreis beispielsweise dazu dienen, einen Innenraum des Fahrzeugs zu kühlen. Der Kältekreis kann also Bestandteil einer Klimaanlage des Fahrzeugs sein.
Zum Kühlen des anderen Systems kann prinzipiell der erste Verdampfer zum Einsatz kommen. Das heißt, dass der erste Verdampfer zum Kühlen der Ladeluft über den Zwischenkreis bzw. über den ersten Ladeluftkühler und zum Kühlen des anderen Systems, insbesondere in der Klimaanlage, eingesetzt werden kann. Vorstellbar ist es auch, für die Kühlung des anderen Systems im Kältekreis einen anderen Verdampfer, also einen zweiten Verdampfer vorzusehen. Somit ist es möglich, den ersten Verdampfer ausschließlich für die Kühlung der Ladeluft einzusetzen, was eine effizientere und/oder unabhängigere Kühlung der Ladeluft erlaubt.
Bevorzugt sind der erste Verdampfer und der zweite Verdampfer in unterschiedlichen Zweigen des Kältekreises angeordnet. Dementsprechend weist der Kältekreis einen ersten Zweig sowie einen vom ersten Zweig unterschiedlichen zweiten Zweig auf. Die Zweige können an einer gemeinsamen Abzweigstelle vom Kältekreis abzweigen. Bevorzugt zweigt der Kältekreis stromab des Kondensators in die beiden Zweige auf, die dann stromauf des Kondensators wieder zum Kältekreis ineinander münden. Dabei ist der erste Verdampfer im ersten Zweig angeordnet, während der zweite Verdampfer im zweiten Zweig angeordnet ist. In einer äquivalenten Betrachtungsweise kann der erste Zweig als den zweiten Zweig umgehender bezeichnet werden. Hierdurch ist es möglich, den ersten Verdampfer im ersten Zweig zum Kühlen der Ladeluft, insbesondere ausschließlich hierfür, einzu- setzen, während der zweite Verdampfer für den anderen Verwendungszweck des Kältekreises, also beispielsweise dem Betrieb der Klimaanlage, zum Einsatz kommt. Dementsprechend kann der zweite Verdampfer als Hauptverdampfer bezeichnet werden, während der erste Verdampfer als Nebenverdampfer bezeichnet werden kann. Entsprechendes gilt für den ersten Zweig und den zweiten Zweig: Der erste Zweig kann als Nebenzweig des Kältekreises bezeichnet werden, während der zweite Zweig als Hauptzweig des Kältekreises bezeichnet werden kann. Das Versehen des Kältekreises mit zwei Zweigen und der Anordnung jeweils eines der Verdampfer in einem solchen zugehörigen Zweig erlaubt ein flexibles Betreiben des Kältekreises. Zudem sind die Kühlung der Ladeluft über den Zwischenkreis und die Kühlung des anderen Systems quasi voneinander getrennt, was weitere Betriebsvorteile zur Folge hat.
Vorteilhaft ist eine Aufteilung der Strömung des Kältemittels zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig möglich. Dies ist bevorzugt mit Hilfe einer Kältekreisventileinrichtung realisiert, die derart ausgestaltet bzw. angeordnet ist, dass sie die Strömung des Kältemittels zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig des Kältekreises aufteilt. Dabei ist die Kältekreisventileinrichtung insbesondere derart ausgestaltet, dass sie eine Strömung des Kältemittels ausschließlich durch den zweiten Zweig erlaubt. Dadurch ist es möglich, keine Kühlleistung des Kältekreises an den Zwischenkreis bzw. den ersten Ladeluftkühler abzugeben. Ferner ist es vorstellbar die Kältekreisventileinrichtung derart auszugestalten, dass eine ausschließliche Durchströmung des ersten Zweigs des Kältekreises möglich ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die an den Zwischenkreis abgegebene Kühlleistung des Kältekreises zu erhöhen.
Die Kältekreisventileinrichtung ist vorteilhalft derart ausgestaltet, dass eine beliebige Aufteilung der Strömung des Kältemittels zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig möglich ist. Dabei ist die Aufteilung der Strömung zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig bevorzugt stufenartig und/oder kontinuierlich einstellbar.
Die Kältekreisventileinrichtung kann ein Ventil oder mehrere Ventile aufweisen, die an beliebiger Stelle im Kältekreis angeordnet sein können. Insbesondere kann die Kältekreisventileinrichtung wenigstens ein solches Ventil im ersten Zweig, im zweiten Zweig bzw. einer Abzweigstelle des Kältekreises, an dem der erste Zweig und der zweite Zweig abzweigen, aufweisen.
Zum Kühlen der Ladeluft ist vorteilhaft ferner ein Ladeluftkühlkreis vorgesehen, in dem ein Kühlmittel zirkuliert. Der Ladeluftkühlkreis weist einen zweiten Ladeluftkühler zum Kühlen der Ladeluft sowie einen Kühlmittelkühler zum Kühlen des Kühlmittels auf. Dabei ist der zweite Ladeluftkühler vorzugsweise stromauf des ersten Ladeluftkühlers in der Frischluftanlage angeordnet. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Ladeluft unabhängig und/oder zusätzlich vom ersten Ladeluftkühler zu kühlen. Stellt der Kältekreis keine Kühlleistung zum Kühlen der Ladeluft zur Verfügung, so ist es durch den Ladeluftkühlkreis möglich, trotzdem eine Kühlung der Ladeluft zu erreichen. Der Ladeluftkühlkreis kann zum Antreiben des Kühlmittels einen zugehörigen Kompressor aufweisen, der nachfolgend als Kühlkreiskompressor bezeichnet wird. Hierbei sind der Zwischenkreis, der Ladeluftkreis sowie der Kältekreis jeweils fluidisch voneinander getrennt.
Das Kühlmittel, das Kältemittel und das Zwischenmedium können jeweils unterschiedlich sein. Insbesondere kann das Kältemittel ein phasenwechselndes Kältemittel sein. Das Kühlmittel kann ein Niedertemperaturkühlmittel sein. Das Zwischenmedium kann ein Wasser-Glykol-Gemisch sein bzw. ein solches Gemisch aufweisen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Kühlmittel, das Kältemittel und das Zwischenmedium wenigstens teilweise identisch sind. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind der Kondensator des Kältekreises und der Kühlmittelkühler benachbart angeordnet. Die benachbarte Anordnung des Kondensators und des Kühlmittelkühlers ist dabei vorteilhaft derart ausgestaltet, dass der Kondensator und der Kühlmittelkühler gemeinsam durch eine Luftströmung gekühlt werden können. Insbesondere in einem zugehörigen Fahrzeug ist es somit möglich, den Kondensator und den Kühlmittelkühler durch einen Kühlluftstrom zu kühlen, der zumindest teilweise durch den Fahrtwind und/oder durch ein Gebläse erzeugt und/oder verstärkt wird. Dabei sind der Kondensator und der Kühlmittelkühler bevorzugt derart angeordnet, dass sie nacheinander vom Kühlluftstrom gekühlt werden. Dies kann beispielsweise durch eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Kondensators und des Kühlmittelkühlers erreicht werden. Ferner ist die Anordnung vorteilhaft derart ausgestaltet, dass der Kondensator vor dem Kühlmittelkühler vom Kühlluftstrom gekühlt wird.
In bestimmten Situationen, insbesondere bei bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine und/oder des zugehörigen Fahrzeugs, ist es wünschenswert, die Ladeluft nicht oder möglichst wenig zu kühlen oder eine Kühlung der Ladeluft durch den Zwischenkreis und somit durch den ersten Ladeluftkühler zu reduzieren, insbesondere zu unterbinden. Hierzu weist die Frischluftanlage einen den ersten Ladeluftkühler umgehenden Bypass auf, sodass die Ladeluft bei Bedarf am ersten Ladeluftkühler vorbeigeführt werden kann. Zu diesen Situationen gehören beispielsweise Phasen mit geringer Last bzw. mit einer Grundlast der Brennkraftmaschine, in denen eine übermäßige Kühlung der Ladeluft dem Gesamtwirkungsgrad bzw. der Schadstoffemission der Brennkraftmaschine entgegenwirkt.
Bevorzugt weist die Frischluftanlage eine Frischluftventileinrichtung auf, welche die Strömung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler umgehenden Bypass und/oder durch den ersten Ladeluftkühler steuert. Somit kann der Ladeluftkühler bei Bedarf gänzlich umgangen werden. In diesen Situationen kann eine Kühlung der Ladeluft ausschließlich durch den zweiten Ladeluftkühler erfolgen, der dem- entsprechend als Hauptladeluftkühler bezeichnet werden kann Im Umkehrschluss kann der erste Ladeluftkühler als Nebenladeluftkühler bezeichnet werden.
Bevorzugt sind diejenigen Ausgestaltungen, bei denen die Frischluftventileinrichtung eine Dosierung der Strömung der Ladeluft zwischen dem Bypass und dem ersten Ladeluftkühler erlaubt. Besonderes vorteilhaft ist eine beliebige Dosierung bzw. Aufteilung möglich. Somit ist es möglich, die durch die Frischluftanlage strömende Ladeluft in beliebigen Teilmengen durch den Bypass strömen zu lassen. Insbesondere ist es hierdurch auch möglich, eine Strömung der Ladeluft durch den Bypass zu verhindern, so dass die Ladeluft gänzlich durch den ersten Ladeluftkühler strömt. Durch eine entsprechende Regelung der Frischluftventileinrichtung kann somit eine Kühlung der zur Brennkraftmaschine gelangenden Ladeluft variiert werden, da die durch den Bypass strömende Ladeluft nicht durch den ersten Ladeluftkühler gekühlt wird und stromab des ersten Ladeluftkühlers der gegebenenfalls vom ersten Ladeluftkühler gekühlten Ladeluft beigemischt wird.
Zum Zirkulieren des Zwischenmediums im Zwischenkreis kann eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Zwischenkreiskompressor, vorgesehen sein. Besagte Fördereinrichtung kann dabei beliebig betrieben werden. Insbesondere ist vorstellbar, die Zwischenkreisfördereinrichtung konstant zu betreiben. Zur Variation des Wärmeaustausches zwischen dem ersten Ladeluftkühler und dem ersten Verdampfer kann jedoch die Leistung der Fördereinrichtung variiert werden. So kann eine stärkere Zirkulation des Zwischenmediums im Zwischenkreis zu einem stärkeren Wärmeaustausch zwischen dem ersten Ladeluftkühler und dem ersten Verdampfer führen. Auch hierdurch kann die Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler beeinflusst werden.
Grundsätzlich ist vorstellbar, die jeweiligen Kompressoren bzw. Fördereinrichtungen des Kühlsystems durch die Brennkraftmaschine anzutreiben. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kältekreiskompressor mit der Brennkraftmaschine antnebsverbunden ist. Die Antriebsverbindung zwischen der Brenn kraftmasch ine und dem Kältekreiskompressor kann dabei regelbar und insbesondere lösbar ausgestaltet sein. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, bei bestimmten Betriebsphasen der Brennkraftmaschine bzw. des zugehörigen Fahrzeugs, die Antriebsverbindung zwischen dem Kältekreiskompressor und der Brennkraftmaschine zu unterbrechen, um die gesamte Leistung der Brenn kraftmasch ine anderweitig zur Verfügung zu stellen. Eine solche Phase kann beispielsweise vorliegen, wenn eine Beschleunigung des zugehörigen Fahrzeugs erfolgen soll bzw. wenn die Last der Brennkraftmaschine erhöht wird. Dabei wird durch die Reduzierung bzw. Unterbrechung des Antriebs des Kältekreiskompressors die Strömung des Kältemittels im Kältekreis reduziert, insbesondere unterbrochen. Dementsprechend erfolgt eine Kühlung der Ladeluft mit Hilfe des ersten Ladeluftkühlers vorrangig durch die zuvor im Zwischenkreis bzw. Zwischenmedium gespeicherte Kälteleistung. Die Kälteleistung ist also insbesondere durch die Wärmeaufnahmeleistung des Zwischenkreises gegeben. Hier dienen also der Zwischenkreis bzw. das Zwischenmedium als Kältespeicher zum Kühlen der Ladeluft mittels des ersten Ladeluftkühlers.
Selbstverständlich können die jeweiligen Kompressoren bzw. Fördereinrichtungen auch anderweitig, insbesondere elektrisch, angetrieben sein.
Die thermische Masse zeichnet sich dadurch aus, dass sie Wärme aufnehmen und Wärme abgeben kann. Die Kälteleistung ist also insbesondere von der thermischen Masse des Zwischenkreises bestimmt. Durch die Wärmeaufnahme der thermischen Masse ist es möglich, den Zwischenkreis und/oder die Ladeluft zu kühlen. Durch die Wärmeabgabe ist es möglich, die thermische Masse zu kühlen. Zur thermischen Masse des Zwischenkreises gehören sämtliche Bestandteile, die Wärme aufnehmen bzw. abgeben können. Es gehören also insbesondere das Zwischenmedium, der erste Ladeluftkühler, der Verdampfer sowie Verbindungen zwischen dem ersten Ladeluftkühler und dem ersten Verdampfer, etwa Verroh- rungen zur thermischen Masse des Zwischenkreises. Auch andere Bestandteile des Zwischenkreises gehören zu der thermischen Masse des Zwischenkreises. Hierzu gehört beispielsweise die Zwischenkreisfördereinrichtung.
Der thermische Zusatzspeicher zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass er zusätzlich zu einem im Regelbetrieb des Zwischenkreises erforderlichen thermischen Masse vorgesehen ist. In einer äquivalenten Ausdrucksform könnte also gesagt werden, dass der Zwischenkreis zusätzlich zu seiner thermischen Masse den thermischen Zusatzspeicher aufweist, wobei der thermische Zusatzspeicher wiederrum Teil der thermischen Masse des Zwischenkreises ist oder bei Bedarf werden kann. Dabei dient der Zusatzspeicher insbesondere dem Zweck, eine Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler auch dann zu gewährleisten, wenn der Zwischenkreis nicht gekühlt wird. Eine solche Situation kann beispielsweise dann vorliegen, wenn keine Kühlung des Zwischenkreises durch den Kältekreis erfolgt. Der Zusatzspeicher ist also insbesondere für Fälle vorgesehen, bei denen keine Leistung der Brennkraftmaschine zur Kühlung des Zwischenkreises verbraucht werden soll oder kann, also insbesondere bei einem Lastbetrieb der Brennkraftmaschine bzw. einer Beschleunigung des zugehörigen Fahrzeuges.
Bevorzugt ist der thermische Zusatzspeicher derart vorgesehen und/oder ausgestaltet, dass er in Situationen zum Einsatz kommt, in denen eine ausreichende Kühlung der Ladeluft durch die im Regelbetrieb ausreichende thermische Masse des Zwischenkreises nicht gewährleistet ist. Hier wird der Zusatzspeicher thermisch und/oder fluidisch in den Zwischenkreis eingebunden um eine längere Kühlung und/oder bessere Kühlung der Ladeluft zu ermöglichen. In diesen Situationen gehört der Zusatzspeicher, wie vorstehend erwähnt, ebenfalls zur thermischen Masse des Zwischenkreises.
Der thermische Zusatzspeicher kann beliebig ausgestaltet sein, sofern er Wärme aufnehmen kann und zusätzlich zur im Regelbetrieb notwendigen thermischen Masse vorgesehen ist. Insbesondere ist es vorstellbar, dass der Zusatzspeicher dem Zwischenmedium entspricht oder zusätzliches Zwischenmedium aufweist. Als Zwischenmedium kann beispielsweise ein Wasserglykolgemisch zum Einsatz kommen. Dementsprechend kann auch der Zusatzspeicher ein Wasserglykolgemisch sein oder ein Wasserglykolgemisch aufweisen.
Eine Aktivierung des thermischen Zusatzspeichers, die eine Wärmeaufnahme des Zusatzspeichers bzw. eine Kühlung durch den Zusatzspeicher zur Folge hat, kann auf beliebige Weise erfolgen. Bei einer Möglichkeit erfolgt die Aktivierung durch die Betätigung eines hierfür vorgesehenen Mittels. Das Mittel kann beispielsweise von der Steuereinrichtung betätigt werden, wenn der Bedarf einer Kühlung durch den Zusatzspeicher besteht. Insbesondere ist es vorstellbar, den Zusatzspeicher mechanisch zu aktivieren.
Bei einer weiteren Möglichkeit ist der thermische Zusatzspeicher derart ausgestaltet, dass er thermisch aktivierbar ist. Das heißt, dass der Zusatzspeicher bei der Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur aktiviert wird und somit den Zwischenkreis bzw. die Ladeluft kühlt. Hierbei kann der Zwischenspeicher derart im Zwischenkreis eingebunden sein, dass er bei der Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur des Zwischenkreises insbesondere des Zwischenmediums, aktiviert wird.
Vorteilhaft weist der Zusatzspeicher einen Latentwärmespeicher auf. Hierdurch ist es möglich, den Zwischenkreis bei Bedarf, insbesondere bei den vorstehend erwähnten Situationen, kurzfristig und effektiv zu kühlen.
Der Latentwärmespeicher weist bevorzugt wenigstens ein phasenwechselndes Material auf. Dabei ist das Material vorteilhaft derart ausgestaltet und/oder zusammengesetzt, dass eine Phasenübergangstemperatur des Materials im Wesentlichen einer kritischen Temperatur entspricht, oberhalb derer die Wärmeauf- nähme bzw. Kühlung durch den Zusatzspeicher erforderlich und/oder erwünscht ist.
Das Kühlen oder Aufladen des thermischen Zusatzspeichers erfolgt vorteilhaft dann, wenn genügend Kälteleistung zur Verfügung steht. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Aufladen des Zusatzspeichers ohne oder mit geringem Einfluss auf die Kühlung der Ladeluft möglich ist. Beispielsweise kann der Zusatzspeicher aufgeladen werden, wenn der Zwischenkreis ausreichend gekühlt wird, sodass eine ausreichende Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler gewährleistet ist. Hierbei kann die überschüssige Kälteleistung dazu verwendet werden, den thermischen Zusatzspeicher wieder aufzuladen.
Eine andere Möglichkeit zum Aufladen des Zusatzspeichers ist die Nutzung der Schubleistung des zugehörigen Fahrzeugs. Hier kann in einer Schubphase des Fahrzeugs das Aufladen ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine erfolgen.
Prinzipiell kann der thermische Zusatzspeicher auf beliebige Weise im Zwischenkreis eingebunden sein. Bei einer bevorzugten Variante ist der Zusatzspeicher, insbesondere der Latentwärmespeicher, wenigstens teilweise am ersten Ladeluftkühler angeordnet. Somit ist ein effizienter, insbesondere verlustarmer, Wärmeaustausch zwischen dem ersten Ladeluftkühler und dem Zusatzspeicher möglich, die bei einer Aktivierung des thermischen Zusatzspeichers zu einer erhöhten Effizienz der Kühlung der Ladeluft führt.
Vorstellbar ist es auch, den Zusatzspeicher, insbesondere den Latentwärmespeicher, zumindest teilweise am ersten Verdampfer vorzusehen. Hierbei wird der Zusatzspeicher also vorrangig dafür eingesetzt, das Zwischenmedium zu kühlen. Das kann insbesondere sinnvoll sein, wenn das Zwischenmedium eine vorgegebene Temperatur nicht überschreiten darf. Eine solche Schranke der Temperatur- Überschreitung kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass das Zwischen- medium bei der Überschreitung der Schranke beschädigt werden würde. Die Schranke kann sich auch dadurch ergeben, dass andere Bestandteile des Zwischenkreises eine vorgegebene Temperatur nicht überschreiten dürfen, insbesondere um Beschädigungen dieser Bestandteile zu vermeiden. Durch die Anordnung des Zusatzspeichers am ersten Verdampfer erfolgt also bei Bedarf eine Kühlung des ersten Verdampfers, die wiederrum eine Kühlung des Zwischenmediums zur Folge hat. Das gekühlte Zwischenmedium kühlt in der Folge über den ersten Ladeluftkühler die Ladeluft.
Die Anordnung des Zusatzspeichers am ersten Verdampfer hat ferner den Vorteil, dass das Aufladen des Zusatzspeichers effizient und/oder verlustarm über den ersten Verdampfer erfolgen kann.
Bei weiteren vorteilhaften Varianten ist im Zwischenkreis eine thermische Speichereinrichtung zum zumindest teilweisen Speichern des thermischen Zusatzspeichers und/oder zum zumindest teilweisen Speichern von Zwischenmedium vorgesehen. Somit ist es möglich, den thermischen Zusatzspeicher bei Bedarf thermisch und/oder fluidisch mit dem Zwischenkreis zu verbinden. Weist der Zusatzspeicher beispielsweise zusätzliches Zwischenmedium auf, so ist es möglich, bei Bedarf zusätzliches Zwischenmedium in den Zwischenkreis einzubringen, um eine Kühlleistung des Zwischenkreises bzw. eine Kühldauer zu verbessern.
Die thermische Speichereinrichtung kann auch dazu verwendet werden, die an sich für einen Regelbetrieb ausreichende thermische Masse des Zwischenkreises zu vergrößern. Dies führt dazu, dass der Zwischenkreis ohne aktive Kühlung, insbesondere durch den Kältekreis, die Ladeluft für eine längere Zeit und/oder mit einer höheren Kühlleistung kühlen kann. Bevorzugt sind auch Varianten, bei denen die Speichereinrichtung für eine langzeitige Speicherung des gekühlten des thernnischen Zusatzspeichers und/oder des Zwischenmediums ausgelegt ist, derart, dass der gespeichert thermische Zusatzspeicher bzw. das gespeicherte Zwischenmediunn über längere Zeit gekühlt gespeichert werden kann. Insbesondere ist die Speichereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie den thermischen Zusatzspeicher bzw. das Zwischenmedium auch bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine speichert, bevorzugt gekühlt speichert. Hierdurch ist es insbesondere möglich, gekühlten thermischen Zusatzspeicher bzw. gekühltes Zwischenmediums dem Zwischenkreis unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine zu speichern.
Insbesondere ist somit möglich, gekühltes Zwischenmedium bzw. gekühlten thermischen Zusatzspeicher nach einem entsprechenden langzeitigen Stillstand der Brennkraftmaschine dem Zwischenkreis unmittelbar zur Verfügung zu stellen. Es ist also möglich, dem Zwischenkreis beim Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere unabhängig vom Betrieb der Brennkraftmaschine, unmittelbar gekühltes Zwischenmedium bzw. gekühlten thermischen Zusatzspeicher zur Verfügung zu stellen. Hierdurch lässt sich die Kühlung der Ladeluft mittels des ersten Ladeluftkühlers und/oder die Kühlung des Kältemittels mittels des ersten Verdampfers nach dem Start der Brennkraftmaschine schneller realisieren.
In einer Ausführungsform wird im Betrieb der Brennkraftmaschine gekühlter thermischer Zusatzspeicher bzw. gekühltes Zwischenmedium in der Speichereinrichtung gespeichert und über einen Stilltand der Brennkraftmaschine hindurch, beispielsweise über Nacht, gekühlt in der Speichereinrichtung gespeichert behalten. Wird die Brennkraftmaschine gestartet, so kann der in der Speichereinrichtung gespeicherte thermische Zusatzspeicher bzw. das in der Speichereinrichtung gespeicherte gekühlte Zwischenmedium unmittelbar dem Zwischenkreis zugeführt werden. Somit kann insbesondere die Reaktionszeit des ersten Ladeluftkühlers und/oder des ersten Verdampfers verkürzt werden und/oder die Dauer, bis zu der der erste Ladeluftkühler die Ladeluft kühlt bzw. der erste Verdampfer mit dem Kältekreis Wärme austauscht reduziert werden.
Bevorzugt ist es, wenn die Speichereinrichtung eine thermische Isolierung zum Isolieren des in der Speichereinrichtung gespeicherten Zwischenmediums bzw. thermischen Zusatzspeichers aufweist.
Zur Regelung der fluidischen und/oder thermischen Verbindung des thermischen Speichers mit dem Zwischenkreis weist der Zwischenkreis bei vorteilhaften Varianten eine Zwischenkreisventileinrichtung auf. Dabei ist die Zwischenkreisventi- leinrichtung derart ausgestaltet, dass sie die thermische Speichereinrichtung thermisch und/oder fluidisch mit dem Zwischenkreis verbinden kann. Durch die Zwischenkreisventileinrichtung ist es also insbesondere möglich, den Zusatzspeicher und/oder zusätzliches Zwischenmedium in den Zwischenkreis einzubringen.
Die thermische Masse des Zwischenkreises, zu der auch der thermische Zusatzspeicher sowie die thermische Speichereinrichtung gehören können, wird vorteilhaft derart ausgestaltet, dass eine Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler bei einer ausfallenden bzw. unterbrochenen Kühlung des Zwischenkreises, insbesondere durch den Kältekreis, für eine vorgegebene Zeit gewährleistet ist. Das heißt, dass durch die thermische Masse Einfluss auf eine Kältespeiche- rung des Zwischenkreises genommen wird, derart, dass die Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler auch dann für eine vorgegebene Zeit gekühlt werden kann, wenn der Zwischenkreis nicht gekühlt wird.
Alternativ oder zusätzlich wird die thermische Masse derart ausgestaltet, dass die Ladeluft ohne Kühlung des Zwischenkreises für eine vorgegebene Zeit gekühlt wird, ohne dass das Zwischenmedium eine vorgegebene Temperatur überschreitet. Zur Anpassung und/oder Ausgestaltung der thermischen Masse des Zwischenkreises kann das Volumen des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises, die thermische Speicherfähigkeit des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises, die Masse des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises, die Wärmeleitfähigkeit des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises variiert werden. Das heißt, dass der Zwischenkreis derart ausgestaltet sein kann, dass er durch die entsprechende Wahl der thermischen Masse ohne aktive Kühlung für eine vorgegebene Zeit die Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler gewährleistet und/oder die Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur des Zwischenmediums verhindert.
Die vorgegebene Zeit hängt hierbei von thermodynamischen Gegebenheiten auf. Hierzu zählen insbesondere die Umgebungstemperatur sowie die Ausgangstemperatur der thermischen Masse, die erwünschte Temperatur der Ladeluft sowie der Wärmeleitfähigkeit der beteiligten Bestandteile, das Volumen des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises und die thermische Speicherfähigkeit des jeweiligen Bestandteiles des Zwischenkreises. Dementsprechend kann insbesondere durch eine Variation dieser Eigenschaften Einfluss auf die vorgegebene Zeit und/oder einer nicht zu überschreitenden Temperatur des Zwischenkreises, insbesondere des Zwischenmediums, genommen werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen,
Fig. 1 bis 5 jeweils eine schematisch, stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Fahrzeugs, bei unterschiedlichen Ausführungsformen.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1 dargestellt, das eine Brennkraftmaschine 2 aufweist. Die Brennkraftmaschine 2 dient dem Antrieb des Fahrzeugs 1 , wobei das Fahrzeug 1 zum Antrieb auch weitere, hier nicht gezeigte, Antriebsvorrichtungen aufweisen kann. Zum Betreiben der Brennkraftmaschine 2 ist Luft notwendig, die der Brennkraftmaschine 2 mit Hilfe einer Frischluftanlage 3 zugeführt wird. Dabei weist das Fahrzeug 1 einen Abgasturbolader 4 auf, dessen Verdichter 5 in der Frischluftanlage 3 angeordnet ist und die der Brennkraftmaschine 2 zuzuführende Luft verdichtet. Somit wird der Brennkraftmaschine 2 Ladeluft zugeführt. Das Fahrzeug 1 weist ferner eine Abgasanlage 6 auf, die das in der Brennkraftmaschine 2 entstandene Abgas abführt. In der Abgasanlage 6 ist eine Turbine 7 des Abgasturboladers 4 angeordnet, die den Verdichter 5 antreibt.
Durch das Verdichten der Luft erhöht sich die Temperatur der verdichteten Luft bzw. der Ladeluft. Dies wirkt jedoch einer Effizienz der Brennkraftmaschine 2, insbesondere in Leistungsphasen bzw. Lastphasen der Brennkraftmaschine 2, negativ entgegen.
Das Fahrzeug 1 weist ein Kühlsystem 8 auf, das die Frischluftanlage 3 sowie einen Kältekreis 9 umfasst. Im Kältekreis 9 zirkuliert ein Kältemittel, das von einem Kältekreiskompressor 10 des Kältekreises 9 angetrieben ist. Zudem weist der Käl- tekreis 9 stromab des Kältekreiskompressors 10 einen Kondensator 1 1 zum Kondensieren des Kältemittels auf. Stromab des Kondensators 1 1 weist der Kältekreis 9 eine Abzweigstelle 12 auf, von der ein erster Zweig 13 und ein zweiter Zweig 14 des Kältekreises 9 abzweigen. Der erste Zweig 13 und der zweite Zweig 14 münden stromauf des Kältemittelkompressors 10 und somit stromauf des Kondensators 1 1 in einer Einmündungssteile 47zum Kältekreis 9 ineinander. Dabei ist im ersten Zweig 13 ein erster Verdampfer 15 des Kältekreises 9 angeordnet, während im zweiten Zweig 14 ein zweiter Verdampfer 16 des Kältekreises 9 angeordnet ist. Demnach fungiert der erste Zweig 13 als ein den zweiten Verdampfer 16 umgehender Bypass des Kältekreises 9.
Zum Kühlen der Ladeluft weist die Frischluftanlage 3 einen ersten Ladeluftkühler 17 auf, der stromab des Verdichters 5 in der Frischluftanlage 3 angeordnet ist. Das Kühlsystem 8 weist zudem einen Zwischenkreis 18 auf, in dem ein Zwischenmedium zirkuliert und der fluidisch vom Kältekreis 9 und der Frischluftanlage 3 getrennt ist. Der erste Verdampfer 15 sowie der erste Ladeluftkühler 17 sind ferner wärmeübertragend im Zwischenkreis 18 eingebunden. Das heißt, dass eine Wärmeübertragung zwischen dem ersten Ladeluftkühler 17 und dem ersten Verdampfer 15 mittels des Zwischenmediums erfolgt. Folglich werden jeweils fluidisch getrennt der erste Ladeluftkühler 17 vom Zwischenmedium und von der Ladeluft durchströmt, während und der erste Verdampfer 15 vom Kältemittel und von dem Zwischenmedium fluidisch getrennt durchströmt wird. Folglich sind auch der Kältekreis 9 und die Frischluftanlage 3 fluidisch gänzlich voneinander getrennt, derart dass eine Vermischung von Ladeluft und Kältemittel sowie zwischen Zwischenmedium und Kältemittel bzw. Kühlmittel unterbleibt. Zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Verdampfer 15 und dem ersten Ladeluftkühler 17 ist somit der Zwischenkreis 18 zwischengeschaltet, in dem das Zwischenmedium strömt. Zum Zirkulieren des Zwischenmediums im Zwischenkreis 18 ist eine Zwischenkreisför- dereinrichtung 19 vorgesehen, die das Zwischenmedium antreibt. Der Kältekreis 9 weist zum Aufteilen der Strömung des Kältemittels zwischen dem ersten Zweig 13 und dem zweiten Zweig 14 eine Ventileinrichtung 20 auf, die nachfolgend als Kältekreisventileinrichtung 20 bezeichnet wird. Die Kältekreisventileinrichtung 20 weist ein Ventil 21 auf, das im ersten Zweig 13 angeordnet ist. Durch Öffnen und Schließen des Ventils 21 kann somit die Strömung des Kältemittels durch den ersten Zweig 13 und folglich auch durch den zweiten Zweig 14 gesteuert werden. Insbesondere ist es somit möglich, eine Strömung des Kältemittels durch den ersten Zweig 13 zu unterbrechen. In diesem Fall erfolgt also keine aktive Kühlung des Zwischenmediums durch den ersten Verdampfer 15.
Das Kühlsystem 8 weist ferner einen Ladeluftkühlkreis 22 auf, in dem ein Kühlmittel zirkuliert. Zum Antreiben des Kühlmittels im Ladeluftkühlkreis 22 weist der Ladeluftkühlkreis 22 eine Fördereinrichtung 23 auf. Die Ladeluftkühlkreisförderein- richtung 23 und die Zwischenkreisfördereinrichtung 19 können dabei jeweils als ein Kompressor 24 ausgestaltet sein. Der Ladeluftkühlkreis 22 weist des Weiteren einen zweiten Ladeluftkühler 25 zum Kühlen der Ladeluft sowie einen Kühlmittelkühler 26 zum Kühlen des Kühlmittels auf. Hierbei ist der Ladeluftkühlkreis 22 fluidisch vom Kältekreis 9 und vom Zwischenkreis 18 getrennt. Der zweite Ladeluftkühler 25 ist in der Frischluftanlage 3 stromab des Verdichters 5 und stromauf des ersten Ladeluftkühlers 17 angeordnet. Im gezeigten Beispiel ist der Ladeluftkühlkreis 22 ferner derart ausgestaltet, dass er eine permanente Kühlung der Ladeluft ermöglicht.
Die Frischluftanlage 3 weist einen Bypass 27 oder Frischluftanlagen-Bypass 27 auf, der den ersten Ladeluftkühler 17 umgeht. Hierdurch ist es möglich, die Ladeluft zumindest teilweise am ersten Ladeluftkühler 17 vorbeizuführen. Hierzu weist die Frischluftanlage 3 eine Frischluftventileinrichtung 28 auf, die eine Aufteilung der Strömung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler 17 und am ersten Ladeluftkühler 17 vorbei erlaubt. In der Folge kann eine Regulierung der Temperatur der Ladeluft dadurch erzielt werden, dass mit zunehmendem Anteil an durch den ersten Ladeluftkühler 17 strömender Ladeluft eine niedrigere Temperatur der zur Brennkraftmaschine 2 gelangenden Ladeluft erreicht wird. Zum Drosseln der zur Brennkraftmaschine 2 gelangenden Ladeluft ist ferner eine Drosseleinrichtung 29 vorgesehen, die stromab des ersten Ladeluftkühlers 17 in der Frischluftanlage 3 angeordnet ist.
Das Fahrzeug 1 weist ferner einen Motorkühlkreis 30 zum Kühlen der Brennkraftmaschine 2 auf. Im Motorkühl kreis 30 zirkuliert ein Motorkühlmittel durch einen Wärmetauscher 31 zum Kühlen des Motors und durch einen Motorkühlmittelkühler 32 zum Kühlen des Motorkühlmittels. Zudem weist der Motorkühlkreis 30 einen den Motorkühlmittelkühler 32 umgehenden Motorkühlkreisbypass 33 auf, sodass die Zirkulation des Motorkühlmittels mit Hilfe einer Motorkühlkreisventileinrichtung 34 am Motorkühlmittelkühler 32 vorbeigeführt werden kann. Somit kann eine Kühlung der Brennkraftmaschine 2, beispielsweise in einer Aufwärmphase der Brennkraftmaschine 2, ausgesetzt oder zumindest reduziert werden.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Ladeluft mittels des ersten Ladeluftkühlers 17 auf eine niedrigere Temperatur gekühlt wird als mittels des zweiten Ladeluftkühlers 25.
Der Kältekreiskompressor 10 ist durch eine Antriebsverbindung 35 mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden. Somit wird der Kältekreiskompressor 10 durch die Brennkraftmaschine 2 angetrieben. Bei bestimmten Anforderungen, insbesondere bei erhöhten Lasten bzw. einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs 1 , wird die Antriebsverbindung 35 zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Kältekreiskompressor 10 getrennt, sodass die gesamte Leistung der Brennkraftmaschine 2 für die erforderliche Last bzw. Beschleunigung zur Verfügung steht. In einer solchen Phase erfolgt die Kühlung der Ladeluft mit Hilfe des ersten Ladeluftkühlers
17 lediglich durch die Wärmeaufnahme des Zwischenmediums im Zwischenkreis
18 bzw. der im Zwischenkreis gespeicherten Kälte. Dabei ist eine Kühlung des Zwischenmediums durch den ersten Verdampfer 15 durch eine reduzierte oder unterbrochene Zirkulation des Kältemittels im Kältekreis 9 zumindest reduziert.
Das Fahrzeug 1 weist ein Gebläse 36 auf, das einen Kühlluftstrom 37 erzeugt, der durch einen Fahrtwind des Fahrzeugs 1 verstärkt werden kann. Der Kondensator 1 1 des Kältekreises 9, der Kühlmittelkühler 26 des Ladeluftkühlkreises 22 sowie der Motorkühlmittelkühler 32 des Motorkühl kreises 30 sind benachbart und parallel angeordnet, derart dass der Kühlluftstrom 37 den Kondensator 1 1 , den Kühlmittelkühler 26 und den Motorkühlmittelkühler 32 nacheinander anströmt und/oder an diesen vorbeiströmt und somit kühlt.
Der Kältekreis 9 kann auch dazu eingesetzt werden, innerhalb des Fahrzeugs 1 eine andere Kühlung zu erreichen. Insbesondere kann der Kältekreis 9 für eine nicht weiter gezeigte Klimaanlage eingesetzt werden. Hierzu kommt der zweite Verdampfer 16 zum Einsatz, die beispielsweise eine Luftströmung 48 in einen hier nicht näher gezeigten Innenraum 49 des Fahrzeugs 1 kühlt.
Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Fahrzeugs 1 . Dabei ist der Motorkühlkreis 30 nicht dargestellt. Im Gegensatz zum in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Kältekreisventileinrichtung 20 zwei Ventile 21 auf, wobei jeweils ein solches Ventil 21 im ersten Zweig 13 und im zweiten Zweig 14 angeordnet ist.
Der Zwischenkreis 18 weist eine thermische Masse auf, die in der Lage ist, Wärme auszutauschen. Zur thermischen Masse gehören also der erste Verdampfer 15, der erste Ladeluftkühler 17, das Zwischenmedium, die Zwischenkreisförderein- richtung 19 sowie die Verbindungen zwischen diesen Bestandteilen.
Die thermische Masse hat einen Einfluss darauf, wie lange die Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler 17 im Falle einer Unterbrechung der Kühlung des Zwi- schenmediums durch den ersten Verdampfer 15, weiter gekühlt werden kann. Dementsprechend kann eine Abstimmung des Zwischenkreises 18, insbesondere durch eine entsprechende Wahl des Volumens, der Wärmeleitfähigkeit sowie der thermischen Speicherfähigkeit Einfluss auf besagte Dauer genommen werden, die eine vorgegebenen Zeit entspricht.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist eine thermische Speichereinrichtung 38 vorgesehen, die der zumindest teilweisen Bevorratung bzw. Speicherung von Zwischenmedium und/oder eines thermischen Zusatzspeichers 39 dient. Dabei kann der thermische Zusatzspeicher 39 oder kurz Zusatzspeicher 39 als Latentwärmespeicher 39' ausgestaltet sein oder Latentwärmespeicher 39' aufweisen. In diesem Beispiel sind der Speichereinrichtung 38 und somit der thermische Zusatzspeicher 39 bzw. der Latentwärmespeicher 39' kontinuierlich in den Zwischenkreis 18 eingebunden. Dies führt zu einer Vergrößerung der thermischen Masse des Zwischenkreises 18, sodass die Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler 17 ohne eine Kühlung des Zwischenkreises 18 für längere Zeit und/oder effizienter erfolgen kann. Besagte thermische Masse wird also durch den thermische Zusatzspeicher 39 vergrößert, um diese Vorteile zu erzielen.
Vorstellbar ist es gemäß Fig. 3 auch, die Speichereinrichtung 38 nicht kontinuierlich in den Zwischenkreis 18 einzubinden. Hierzu ist die Speichereinrichtung 38 mit Hilfe einer Zwischenkreisventileinrichtung 42 fluidisch und/oder thermisch mit dem Zwischenkreis 18 verbindbar. Dabei ist die Speichereinrichtung 38 in einem Zwischenkreisbypass 43 des Zwischenkreises 18 angeordnet. Die Zwischenkreisventileinrichtung 42 weist zwei Ventile 21 auf, wobei eines der Ventile 21 stromauf der Speichereinrichtung 38 und das andere Ventil 21 stromab der Speichereinrichtung 38 im Zwischenkreisbypass 43 angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, den thermischen Zusatzspeicher 39 durch eine entsprechende Betätigung der Ventile 21 beliebig in den Zwischenkreis 18 einzubringen bzw. aus dem Zwischenkreis 18 abzuführen. In diesem Beispiel ist ferner vorgesehen das der thermische Zusatz- Speicher 39 Zwischenmedium aufweist oder dem Zwischenmedium entspricht. Durch das Einbringen des Zusatzspeichers 39 wird also die thernnische Masse des Zwischenkreises 18 vergrößert. Werden beide Ventile 21 der Zwischenkreisventi- leinrichtung 42 eröffnet, so wird thermischer Zusatzspeicher 39 in den Zwischenkreis 18 eingeführt. Werden beide Ventilen 21 die Zwischenkreisventileinrichtung 42 geschlossen, so sind die Speichereinrichtung 38 sowie der Zusatzspeicher 39 fluidisch und im Wesentlichen thermisch vom Zwischenkreis 18 getrennt. Beim Öffnen des stromauf angeordneten Ventils 21 der Zwischenkreisventileinrichtung 42 und schließen des stromab angeordneten Ventils 21 der Zwischenkreisventileinrichtung 42 wird thermischer Zusatzspeicher 39, insbesondere Zwischenmedium, aus dem Zwischenkreis 18 abgeführt und der Speichereinrichtung 38 gespeichert. Hierbei ist die Zwischenkreisventileinrichtung 42 vorteilhaft in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine elektrische Leitung, mit der Steuereinrichtung 40 verbunden, sodass sie mit der Steuereinrichtung 40 kommunizieren und von der Steuereinrichtung 40 gesteuert werden kann. Die Steuereinrichtung 40 ist derart ausgestaltet, dass sie die fluidische und/oder thermische Verbindung zwischen der Speichereinrichtung 38 und dem Zwischenkreis 18 bei Bedarf, also beispielsweise wenn keine Kühlung des Zwischenkreises 18 und/oder eine unzureichende Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler 17 und/oder die Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur des Zwischenmediums vorliegt, freigibt.
Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der keine thermische Speichereinrichtung 38 vorgesehen ist. Bei dieser Variante ist der thermische Zusatzspeicher 39, insbesondere der Latentwärmespeicher 39', wenigstens teilweise am ersten Ladeluftkühler 17 angeordnet bzw. daran integriert. Hierdurch erfolgt bei Bedarf eine effektive Kühlung des ersten Ladeluftkühlers 17 und damit eine entsprechende effektive Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler 17.
Alternativ oder zusätzlich kann der thermische Zusatzspeicher 39, insbesondere der Latentwärmespeicher 39', zumindest teilweise am ersten Verdampfer 15 an- geordnet bzw. daran integriert sein. Hierdurch ist insbesondere eine effektive Kühlung des ersten Verdampfers 15 und somit des Zwischenmediums bei Bedarf möglich.
Eine Aktivierung des thermischen Zusatzspeichers 39, bei der der Zusatzspeicher Wärme aufnimmt bzw. kühlt, kann auf beliebige Weise erfolgen. Eine solche Aktivierung kann, wie vorstehend erwähnt, das Verbinden der thermischen Speichereinrichtung 38 mit dem Zwischenkreis 18 sein. Beim Latentwärmespeicher 39' kann die Aktivierung einen Phasenübergang bewirken. Diese Aktivierung kann beispielsweise durch eine externe Betätigung erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Aktivierung bei der Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur des Zwischenkreises 18, insbesondere des Zwischenmediums, automatisch ausgelöst werden.
Ein Aufladen des thermischen Zusatzspeichers 39, bei der der Zusatzspeicher 39 insbesondere Wärme abgibt bzw. Kälte speichert, erfolgt bevorzugt dann, wenn genügend Leistung hierfür zur Verfügung steht.
Das Fahrzeug 1 weist die Steuereinrichtung 40 auf, die das Fahrzeug 1 , insbesondere das Kühlsystem 8 bzw. die Brennkraftmaschine 2 steuert. Hierzu ist die Steuereinrichtung 40 auf geeignete Weise, z.B. über elektrischen Leitungen, kommunizierend mit den Ventileinrichtungen 20, 28, 34, 42 verbunden. Zudem ist die Steuereinrichtung 40 auf geeignete Weise, insbesondere durch elektrische Leitungen, kommunizierend mit der Antriebsverbindung 35 zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Kältekreiskompressor 10 verbunden. Die Steuereinrichtung 40 ist ferner mit Messeinrichtungen 41 des Fahrzeugs 1 bzw. des Kühlsystems 2 verbunden, die Betriebszustände bzw. zugehörige Betriebsparameter des Fahrzeugs 1 sowie des Kühlsystems 8 ermitteln. Hierzu gehören insbesondere Temperaturen des Fahrzeugs, der Ladeluft, der Brennkraftmaschine 2 sowie des Kühlsystems 8. Ist das Fahrzeug 1 in einer Schubphase, so wird keine Leistung durch die Brennkraftmaschine 2 zum Antrieb des Fahrzeugs 1 benötigt. In einer solchen Schubphase wird eine zugehörige Schubleistung des Fahrzeugs dazu verwendet, den Zwischenkreis 18 zu kühlen, sodass in anschließenden Phasen eine verbesserte Wärmeaufnahme des Zwischenkreises 18, insbesondere des Zwischenmediums und/oder des thermischen Zusatzspeichers 39, möglich ist. Insbesondere kann das Aufladen bzw. Kühlen des Zusatzspeichers 39 in einer solchen Schubphase erfolgen. Durch die Nutzung der Schubleistung kann also die Dauer verlängert werden, in der die Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler 17 gekühlt werden kann, ohne dass eine Kühlung des Zwischenkreises 18 bzw. des Zwischenmediums erfolgt. Die Kühlung des Zwischenkreises 18 in solchen Schubphasen erfolgt vorzugsweise dadurch, dass der Kältekreiskompressor 10 in einer solchen Schubphase des Fahrzeugs 1 durch die Schubleistung des Fahrzeugs 1 angetrieben wird. Hierdurch erfolgt das Kühlen des Zwischenkreises 18 ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 2. Dabei kann eine Leistung des Kältemittelkompressors 10 bzw. eine Kompressorleistung in einer solchen Schubphase des Fahrzeugs 1 erhöht werden. Hierzu ist es vorstellbar, die Antriebsverbindung 35 zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Kältekreiskompressor 10 zu verstärken. Auch kann die Schubleistung des Fahrzeugs 1 zusätzlich zum Antrieb durch die Brennkraftmaschine 2 herangezogen werden, um die Zirkulation bzw. einen Umsatz des Kältemittels im Kältemittel kreis 9 zu erhöhen, wodurch eine erhöhte Kühlleistung des ersten Verdampfers 15 erreicht wird.
Umgekehrt kann die Antriebsverbindung 35 zwischen dem Kältekreiskompressor 10 und der Brennkraftmaschine 2 unterbrochen werden, wenn eine erhöhte Leistung der Brennkraftmaschine 2 bzw. eine höhere Last der Brennkraftmaschine 2 erforderlich ist. Dies liegt insbesondere in einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs 1 vor, in der dann eine größere Leistung der Brennkraftmaschine 2 zur Beschleunigung zur Verfügung steht. Ein erstmaliges Kühlen des Zwischenkreises 18, die eine Voraussetzung zur Kühlung der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler 17 ist, erfolgt abhängig von Betriebsparametern des Fahrzeugs 1 , des Kühlsystems 8 sowie der Brennkraftmaschine 2. Diese Betriebsparameter werden hierbei durch die Messeinrichtungen 41 ermittelt. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Zwischenkreis 18 erstmalig gekühlt wird, wenn die Brennkraftmaschine 2 für eine vorgegebene Zeit in einem Lastbetrieb betrieben wird. Bei einem solchen Lastbetrieb sind höhere Leistungen der Brennkraftmaschine 2 erforderlich, die ihrerseits eine stärke Kühlung der Ladeluft benötigen. Dementsprechend wird der Zwischenkreis 18 erstmalig gekühlt, wenn die Brennkraftmaschine 2 in einem solchen Lastbetrieb ist, bzw. für eine vorgegebene Zeit betrieben wird. Somit erfolgt also auch ein erstmaliges Kühlen der Ladeluft durch den ersten Ladeluftkühler 17, wenn die Brennkraftmaschine 2 erstmals in einem Lastbetrieb ist bzw. für eine vorgegebene Zeit in einem solchen Lastbetrieb betrieben wird.
Alternativ kann eine erstmalige Kühlung des Zwischenkreises 18 dann erfolgen, wenn ein Lastbetrieb der Brennkraftmaschine 2 zu erwarten ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 einen positiven Gradienten aufweist. Dies ist ein Zeichen dafür, dass höhere Leistungen und somit Lasten der Brennkraftmaschine 2 zu erwarten sind bzw. gefordert werden, sodass eine stärkere Kühlung der Ladeluft benötigt wird. Diese stärkere Kühlung wird dabei durch den ersten Ladeluftkühler 17 bzw. den Zwischenkreis 18 zur Verfügung gestellt, der vom Kältekreis 9 gekühlt wird. Dementsprechend wird der Zwischenkreis 18 erstmalig gekühlt, wenn die Drehzahl einen solchen positiven Gradienten aufweist.
Bei einer weiteren Alternative erfolgt die erstmalige Kühlung des Zwischenkreises 18 nach einem Betriebsstart der Brennkraftmaschine 2 dann, wenn ein Lastbetrieb der Brennkraftmaschine signalisiert wird. Eine solche Signalisierung kann insbesondere durch die Einstellung eines zugehörigen Betriebsmodus, beispielsweise eines Sportmodus des Fahrzeugs 1 , erfolgen. In diesem Fall ist also ein schnelles Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine 2 auch unmittelbar nach dem Betriebsstart erwünscht, um insbesondere bessere Beschleunigungen des Fahrzeugs 1 zu erreichen. Dies erfordert eine ausreichende Kühlung der Ladeluft, die durch den ersten Ladeluftkühler 17 realisiert wird. Demnach erfolgt das erstmalige Kühlen des Zwischenkreises 18 durch den Kältekreis 9 bei der Auswahl bzw. Einstellung eines solchen Betriebsmodus. Dabei kann der Betriebsmodus auch vor dem Betriebsstart der Brennkraftmaschine 2 eingestellt sein, sodass eine erstmalige Kühlung des Zwischenkreises 18 unmittelbar nach dem Betriebsstart bzw. nach einer vorgegebenen Zeit nach dem Betriebsstart erfolgt.
Zur erstmaligen Kühlung des Zwischenkreises 18 wird der erste Zweig 13 vom Kältemittel durchströmt. Zur erstmaligen Kühlung des Zwischenkreises 18 kann demnach die Kältekreisventileinrichtung 20 zum Einsatz kommen, die zur erstmaligen Durchströmung des ersten Verdampfers 15 vom Kältemittel entsprechend gesteuert wird. Hierzu ist die Kältekreisventileinrichtung 20 auf beliebige Weise, beispielsweise durch elektrische Leiter, kommunizierend mit der Steuereinrichtung 40 verbunden, die an der Kältekreisventileinrichtung 20 eine entsprechende Einstellung vornimmt.
Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Fahrzeugs 1 . Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass keine Speichereinrichtung 38 und in der Frischluftanlage 3 und kein Bypass 27 zur Umgehung des ersten Ladeluftkühlers 17 vorgesehen sind. Zudem weist der erste Ladeluftkühler 17 eine erste Kühlstufe 44 und eine zweite Kühlstufe 45 auf. Die erste Kühlstufe 44 ist in der Frischluftanlage 3 vor der zweiten Kühlstufe 45, also stromauf der zweiten Kühlstufe 45 angeordnet. Im Zwischenkreis 18 ist die Anordnung umgekehrt: Die zweite Kühlstufe 45 ist stromauf der ersten Kühlstufe 44 angeordnet. Die Ladeluft wird im ersten Ladeluftkühler 17 also zunächst von der ersten Kühlstufe 44 und anschließend von der zweiten Kühlstufe 45 gekühlt, wobei durch die Anordnung der Kühlstufen 44, 45 im Zwischenkreis 18 die Ladeluft in der zweiten Kühlstufe 45 auf eine niedrigere Temperatur gekühlt wird als in der ersten Kühlstufe 44.
Der erste Ladeluftkühler 17 weist ferner einen Abscheider 46 auf, der in der Frischluftanlage 3 zwischen der ersten Kühlstufe 44 und der zweiten Kühlstufe 45 angeordnet ist. Der Abscheider 46 dient dem Zweck, Kondensat aus der Frischluftanlage 3, insbesondere der Ladeluft, abzuscheiden, das durch die Kühlung der Ladeluft entstehen kann. Hierdurch wird also verhindert, dass Kondensat, das insbesondere Wasser und/oder Öl aufweisen kann, in die Brennkraftmaschine 2 gelangt und dort Schäden verursacht.
Dabei wird das Kühlsystem 8 bevorzugt derart betrieben, dass durch die erste Kühlstufe 44 eine Kühlung der Ladeluft auf eine erste Temperatur erfolgt, die oberhalb von 0° C liegt. Damit ist insbesondere gewährleistet, dass keine Kristallisierung bzw. Vereisung des Kondensats eintritt. Anschließend erfolgt das Abscheiden des Kondensats im Abscheider 46, gefolgt von der Kühlung der Ladeluft in der zweiten Kühlstufe 45 auf eine zweite Temperatur, die geringer ist als die durch die Kühlung in der ersten Kühlstufe 44 erreichte, erste Temperatur. Bevorzugt erfolgt die Kühlung der Ladeluft sowie das Abscheiden des Kondensats derart, dass die Ladeluft nach der Kühlung in der ersten Kühlstufe 44 eine maximale relative Luftfeuchtigkeit, also 100 % relative Luftfeuchtigkeit, aufweist. Hierdurch ist eine möglichst effiziente Kühlung der Ladeluft ohne Bildung von Kondensat gewährleistet.
Vorzugsweise wird dabei die Ladeluft in der zweiten Kühlstufe 45 auf eine Temperatur unterhalb von 0° C gekühlt. Das heißt, dass die zweite Temperatur unterhalb von 0° C liegt. Hierdurch können Kraftstoffersparnisse oder Schadstoffemissionsreduzierungen der Brennkraftmaschine 2 erzielt werden. Das Betreiben der Brennkraftmaschine 2 erfolgt vorzugsweise mittels der Steuereinrichtung 40, die derart ausgestaltet ist, dass sie die Bestandteile des Fahrzeugs 1 steuern und betreiben kann.
Die Integration der ersten Kühlstufe 44 und der zweiten Kühlstufe 45 im ersten Ladeluftkühler 17 führt zu einer Verringerung des benötigten Bauraums. Entsprechendes gilt für die Integration des Abscheiders 46 im ersten Ladeluftkühler 17. Hierdurch können ferner die Anzahl der benötigten Bauteile zur Herstellung des Kühlsystems 8 reduziert werden. Des Weiteren wird die Effizienz der Kühlung der Ladeluft und des Abscheidens von Kondensat erhöht, da Energieverluste verringert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Aufgeladene Brenn kraftmasch ine (2), vorzugsweise in einem Fahrzeug (1 ),
- mit einem Kältekreis (9), in dem ein Kältemittel zirkuliert und der einen Kältekreiskompressor (10) zum Antreiben des Kältemittels und einen ersten Verdampfer (15) zum Verdampfen des Kältemittels aufweist,
- mit einer Frischluftanlage (3) zum Zuführen von Frischluft zur Brennkraftmaschine (2), in der ein Verdichter (5) angeordnet ist,
- wobei die Frischluftanlage (3) einen ersten Ladeluftkühler (17) zum Kühlen der von dem Verdichter (5) verdichteten Ladeluft aufweist,
- mit einem Zwischenkreis (18), in dem ein Zwischenmedium zirkuliert und in dem der erste Verdampfer (15) und der erste Ladeluftkühler (17) wärmeübertragend eingebunden sind,
- wobei der Zwischenkreis (18) fluidisch vom Kältekreis (9) und der Frischluftanlage (3) getrennt ist,
- wobei im Zwischenkreis (18) ein thermischer Zusatzspeicher (39) zur Aufnahme von Wärme vorgesehen ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der thermische Zusatzspeicher (39) einen Latentwärmespeicher (39') aufweist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Zusatzspeicher (39) wenigstens teilweise am ersten Verdampfer (15) angeordnet ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der thermische Zusatzspeicher (39) wenigstens teilweise am ersten Ladeluftkühler (17) angeordnet ist
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch,
eine im Zwischenkreis (18) vorgesehene thermische Speichereinrichtung
(38) zum zumindest teilweisen Speichern des thermischen Zusatzspeichers
(39) und/oder von zumindest teilweisen Speichern des Zwischenmediums.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch,
eine im Zwischenkreis (18) vorgesehene Zwischenkreisventileinrichtung (42) zum fluidischen und/oder thermischen Verbinden des Zwischenkreises (18) mit der thermischen Speichereinrichtung (38).
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Speichereinrichtung (38) eine thermische Isolierung zum thermischen Isolieren des in der Speichereinrichtung (38) gespeicherten thermischen Zusatzspeichers (39) und/oder des Zwischenmediums aufweist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennkraftmaschine (2) derart ausgestaltet ist, dass die Speichereinrichtung (38) den thermischen Zusatzspeichers (39) und/oder das Zwi- schenmedium über einen Stillstand der Brennkraftmaschine (2) hinaus speichert.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die die Brennkraftmaschine (2) derart ausgestaltet ist, dass die Speichereinrichtung (38) den thermischen Zusatzspeichers (39) und/oder das Zwischenmedium bei einem Start der Brennkraftmaschine (2) dem Zwischenkreis zur Verfügung stellt.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
gekennzeichnet durch,
eine thermische Masse des Zwischenkreises (18), die derart ausgestaltet ist,
- dass die Ladeluft ohne Kühlung des Zwischenkreises (18) für eine vorgegebene Zeit gekühlt wird, und/oder
- dass die Ladeluft ohne Kühlung des Zwischenkreises (18) gekühlt wird, ohne dass das Zwischenmedium eine vorgegebene Temperatur überschreitet.
1 1 . Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zwischenkreis (18) eine Fördereinrichtung (19), insbesondere einen Zwischenkreiskompressor (24), zum Antreiben des Zwischenmediums aufweist
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennkraftmaschine (2) zum Antreiben des Kältekreiskompressors (10) durch eine Antriebsverbindung (35) mit dem Kältekreiskompressor (10) verbunden ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
gekennzeichnet durch
einen fluidisch vom Kältekreis (9) und der Frischluftanlage (3) sowie dem Zwischenkreis (18) getrennten Ladeluftkuhlkreis (22), in dem ein Kühlmittel zirkuliert und der einen in der Frischluftanlage (3) stromauf des ersten Ladeluftkühlers (17) angeordneten zweiten Ladeluftkühler (25) zum Kühlen der Ladeluft und einen Kühlmittelkühler (26) zum Kühlen des Kühlmittels aufweist.
14. Fahrzeug (1 ) mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
*****
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