WO2009036889A1 - Vorrichtung für die ladeluftkühlung sowie verfahren zur ladeluftkühlung - Google Patents

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WO2009036889A1
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air cooler
coolant
internal combustion
heat exchanger
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PCT/EP2008/007224
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Jürgen Friedrich
Thorsten HERGEMÖLLER
Malte Langen
Hans-Georg Lehmann
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Daimler Ag
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for the charge air cooling of internal combustion engines, in particular in motor vehicles, wherein a first charge air cooler and a second charge air cooler and a coolant circuit are provided with coolant and at least one heat exchanger of the second charge air cooler for the cooling of the internal combustion engine supplied charge air flow at least a portion of the coolant of the coolant circuit can be acted upon.
  • the invention also relates to a method for charge air cooling for internal combustion engines.
  • a charge air flow is fed to a first intercooler. Starting from the first charge air cooler, this charge air flow is then fed to a second charge air cooler, in which the charge air is cooled by means of a coolant which circulates in an air conditioning cooling circuit. Starting from the second charge air cooler, the charge air is then fed to an internal combustion engine.
  • the object of the invention is to provide a device for the charge air cooling of internal combustion engines and a method for the charge air cooling of internal combustion engines, in which avoided by a charge air cooling condensation effect is avoided, but at least reduced.
  • a device for the intercooler of internal combustion engines is provided, in particular in motor vehicles, wherein at least one intercooler and a coolant circuit are provided with coolant and wherein at least one heat exchanger of the intercooler for the cooling of the internal combustion engine supplied charge air stream at least a part of the coolant of the coolant circuit acted upon is, wherein the heat exchanger of the charge air cooler is provided with respect to the charge air flow downstream of a throttle valve of the internal combustion engine.
  • the charge air to be cooled by means of the device according to the invention is compressed, for example, by means of an exhaust-gas turbocharger and / or by means of a mechanical supercharger, for example by means of a compressor.
  • These loaders compress sucked air, thus increasing their total pressure, so that therefore also increase the partial pressures of the individual gases contained in the intake air. For example, significantly more oxygen is available for the combustion of a fuel fes in a combustion chamber of the internal combustion engine at your disposal.
  • Positioning the charge air cooler downstream of the throttle reduces the volume between the charger unit and the throttle flap. The shortening of the charging path improves the response of the motor.
  • an internal combustion engine for example, a gasoline engine or a diesel engine, but also any other fuel-burning engine understood. If appropriate, these internal combustion engines can be used in essentially any vehicles in which internal combustion engines are provided for the drive.
  • the invention is applicable to all types of internal combustion engines, in particular mono exhaust turbocharged internal combustion engines, in-line 2-stage exhaust gas charging, mechanical charge supercharging, in-line 2-stage turbocharger pre-turbocharger turbocharging, or vice versa, or parallel register turbocharging ,
  • a first charge air cooler and a second charge air cooler are provided.
  • the first and the second charge air cooler follow one another in series with respect to the charge air flow.
  • a pre-cooling of the charge air can be made before the charge air is cooled by means of the second charge air cooler to the final, desired temperature.
  • the first charge air cooler may be an air-air or an air-water cooler.
  • the first charge air cooler may be connected to the coolant circuit for the second charge air cooler or another, separate coolant circuit.
  • the charge air coolers can be commissioned and used as needed. The demand depends, for example, on the temperature of the internal combustion engine, the load on the internal combustion engine and / or other boundary conditions, for example the quality of the fuel used for the internal combustion engine.
  • the first charge air cooler is arranged upstream of the throttle flap and the second charge air cooler is arranged downstream of the throttle flap.
  • the device is provided for a motor vehicle and the coolant circuit is connected to an air conditioning circuit for a vehicle interior in connection.
  • the air conditioning circuit for the air conditioning of a vehicle interior still be assigned a further task, namely the cooling of the charge air.
  • the use of the air conditioning circuit provides improved charge air cooling since the air conditioning circuit can produce consistently low and substantially independent ambient temperatures.
  • the air-conditioning circuit for pressurizing the heat exchanger of the second charge air cooler starts from at least one control valve of the interior air-conditioning circuit, via at least one supply line, in particular a high-pressure line, to at least one expansion valve to which the at least one heat exchanger is connected , And runs from the expansion valve via at least one further supply line, in particular a low pressure line, back to the interior air conditioning circuit.
  • the device for intercooling with only a very few components to an existing interior air-conditioning circuit. Retrofitting the device according to the invention in existing vehicles is thus possible.
  • a motor controller controls the at least one control valve in response to an allocation algorithm.
  • the control valve distributes the entire available power of the interior air-conditioning circuit so that the interior of the motor vehicle and / or charge-air flow is cooled as required or specified.
  • the total available power of the interior air conditioning circuit is thus divided, for example, into a power component for the cooling of the interior and a power component for the cooling of the charge air flow.
  • the power component for the interior of the motor vehicle can be, for example, between 0% and 100% of the total power of the interior air-conditioning circuit.
  • the power component for the cooling of the charge air flow can also be between 0% and 100% of the total capacity of the indoor air conditioning circuit.
  • At least one data transmission system is provided for data transmission between the engine control unit of the internal combustion engine, the control valve and a climate control unit for a vehicle interior, in particular a CAN bus.
  • the motor control can be realized in this case for example by means of a microprocessor ( ⁇ P) or the like. This then evaluates available data and then controls the control valve accordingly.
  • ⁇ P microprocessor
  • the charge air cooling device according to the invention can be implemented in an existing system of a motor vehicle.
  • the second intercooler on at least one radiator module which is formed at least from the at least one heat exchanger of the second intercooler and at least one Saugrohrabrough the internal combustion engine.
  • a module can be made available, which can be installed in the intake manifold with little effort.
  • a suction pipe section of an internal combustion engine of an existing motor vehicle could be exchanged for the inventive cooling module with included suction pipe section.
  • the object underlying the invention is also achieved by a method for charge air cooling for internal combustion engines, wherein a first charge air cooler and a second charge air cooler and a Kuhlkarniklauf are provided with Kuhlkar and wherein at least one heat exchanger of the second charge air cooler for the cooling of the internal combustion engine zugeschreibten charge air flow at least a part of the coolant of the air conditioning circuit can be acted upon, wherein the charge air is cooled in the charge air stream by means of the heat exchanger of the second charge air cooler downstream of a throttle valve of the internal combustion engine.
  • the charge air flow is cooled by means of the first charge air cooler and subsequently by means of the second charge air cooler, with the first and the second charge air cooler being able to follow each other in series with respect to the charge air flow.
  • the cooling power to be applied is applied exclusively by the first charge air cooler or by the second charge air cooler.
  • the coolant circuit can be connected to an air conditioning circuit for a vehicle interior, so that at least part of the coolant can be supplied from this interior air conditioning circuit by means of a control valve to at least one supply line in at least one expansion valve, this supply line in particular High pressure line is, and wherein the coolant starting from the at least one expansion valve is led to the heat exchanger of the second charge air cooler.
  • the coolant is returned by the heat exchanger by means of at least one further supply line, in particular a low-pressure line, to the interior air-conditioning circuit.
  • the at least one control valve can be controlled by means of an engine control unit of the internal combustion engine as a function of an allocation algorithm.
  • An interior climate control by means of the air conditioning circuit may be prioritized to an admission of the heat exchanger of the second intercooler.
  • an interior climate control by means of the air-conditioning circuit or the charging of the heat exchanger of the second intercooler with coolant can be optionally prioritized as a function of adjustable travel programs. In this way, the charge air flow can be cooled as needed, for example, performance-optimized, consumption-optimized or the like.
  • a total of between 0% and 100% of a total cooling capacity of the interior air conditioning circuit for the cooling of a vehicle interior assigned and at least part of the remaining part of the total cooling capacity of the interior air conditioning circuit is associated with the cooling of the charge air in the charge air flow.
  • the control valve and a climate control unit data transmission can be carried out by means of a data transmission system, in particular a CAN bus. This data transmission allows for an optimized setting of the control valve depending on the cooling power requirement.
  • further parameters of the internal combustion engine can be determined, for example, by calculation, such as, for example, the instantaneous fuel consumption or the like.
  • an internal combustion engine 10 with attached thereto intake manifold 12 and attached exhaust manifold 14 is shown.
  • the internal combustion engine 10 is provided, for example, for driving a motor vehicle, not shown in detail in the figure or the like.
  • the exhaust manifold 14 is connected by means of a connecting line 16 with the turbine of an exhaust gas turbocharger 18, so that exhaust gases of the internal combustion engine 10 are used for driving a compressor of the exhaust gas turbocharger 18.
  • the exhaust gas turbocharger 18 compresses air in a known manner, which is then supplied as a charge air flow to the internal combustion engine 10 for the combustion process.
  • This exhaust gas turbocharger 18 is shown here only by way of example.
  • any other system or any other combination of systems for the so-called supercharging of the internal combustion engine 10 is possible.
  • the exhaust gases supplied to the exhaust-gas turbocharger 18 are supplied by means of a connecting line 16 to an exhaust system 20 with a catalytic converter, particle filter or the like, and then ejected.
  • the intake air is sucked in via an air filter 22 and fed by means of a connecting line 16 to the compressor of the exhaust gas turbocharger 18.
  • the compressed air is supplied by means of a connecting line 16 as a charge air flow to a first charge air cooler 24.
  • a charge air cooler is necessary dig, because the intake air is heated due to the compression, whereby the partial pressures of the individual contained in the intake air gases fall. As a result, only a smaller proportion of oxygen is available for the combustion of a fuel in the internal combustion engine 10.
  • too high temperatures in a combustion chamber of the internal combustion engine 10 can lead to premature ignition of the fuel and thus to so-called knocking combustion.
  • this first charge air cooler 24 which may be designed, for example, as an air / air or air / water cooler
  • the sucked and now compressed air is supplied by means of a connecting line 16 of an arrangement with a throttle valve 26.
  • An output side of the arrangement with the throttle valve 26 opens in the intake manifold 12.
  • a further, second intercooler is provided in the intake manifold 12.
  • a section 34 of the intake manifold 12 and the second charge air cooler 28 form a cooler module 30.
  • the second charge air cooler 28 has a heat exchanger 32, which is arranged in the suction pipe section 34.
  • the heat exchanger 32 is arranged in the Saugrohrabêt 34 with respect to the charge air flow so downstream of the throttle valve 26.
  • a supply line 38 which is designed as a high-pressure line.
  • This supply line is connected by means of a control valve 40 to a high-pressure side of a coolant circuit 42 of the interior air-conditioning circuit 36.
  • the supply line 38 opens into an expansion valve 44 to which the heat exchanger 32 is connected.
  • another supply line 38 which is designed as a low-pressure line and which leads back to the coolant circuit 42.
  • An engine control unit 48 is connected by means of data transmission lines 50 with various components of the entire, but not completely shown in the figure vehicle.
  • These data transmission lines 50 are, for example, part of a bus system, for example a CAN bus system.
  • the engine controller 48 controls and / or specifically regulates the control valve 40, thereby determining what proportion of the coolant of the coolant circuit 42 of the indoor air conditioning circuit 36 is branched into the coolant circuit 46 of the second charge air cooler 28.
  • the engine control unit 48 is connected to an unillustrated air conditioning control unit, which transmits information about what proportion of the total air conditioning capacity is required for the vehicle interior.
  • the diverted quantity of coolant, and thus also the power of the interior climate control circuit 36 available for cooling the charge air flow in the suction pipe section 34, can be adjusted for different conditions and / or driving programs. An adjustment is, for example, a consumption-optimized setting, with the fuel consumption of the internal combustion engine 10 can be kept as low as possible.
  • Another possibility for the power distribution of the interior air conditioning circuit 36 is selected so that the interior of the vehicle is prioritized cooled at any time.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen (10), insbesondere in Kraftfahrzeugen, wobei wenigstens ein Ladeluftkühler (24, 28) und ein Kühlmittelkreislauf (42, 46) mit Kühlmittel vorgesehen sind und wobei wenigstens ein Wärmetauscher (32) des Ladeluftkühlers (28) für die Kühlung eines der Verbrennungskraftmaschine (10) zugeführten Ladeluftstroms zumindest mit einem Teil des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs (42, 46) beaufschlagbar ist, wobei der Wärmetauscher (32) des Ladeluftkühlers (28) bezüglich des Ladeluftstroms stromabwärts einer Drosselklappe (26) der Verbrennungskraftmaschine (10) vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung für die Ladeluftkühlung sowie Verfahren zur Ladeluftkühlung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wobei ein erster Ladeluftkühler und ein zweiter Ladeluftkühler sowie ein Kühlmittelkreislauf mit Kühlmittel vorgesehen sind und wobei wenigstens ein Wärmetauscher des zweiten Ladeluftkühlers für die Kühlung eines der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Ladeluftstroms zumindest mit einem Teil des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs beaufschlagbar ist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Ladeluftkühlung für Verbrennungskraftmaschinen .
Vorrichtungen für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen sind beispielsweise aus der US 6,796,134 Bl bekannt. Darin ist ein Ladeluftkühler beschrieben, in dem ein einer Verbrennungskraftmaschine zugeführter Ladeluftstrom mittels eines Kühlmittels gekühlt wird. Dieses Kühlmittel zirkuliert in einem Ladeluftkühlungskreislauf. Das Kühlmittel wird seinerseits mittels einer Klimaanlage des Fahrzeugs gekühlt.
Eine weitere Vorrichtung für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen ist beispielsweise aus der US 6,748,934 B2 bekannt. Darin wird ein Ladeluftstrom einem ersten Ladeluftkühler zugeführt. Ausgehend von dem ersten Ladeluftkühler wird dieser Ladeluftstrom dann einem zweiten Ladeluftkühler zugeführt, in dem die Ladeluft mittels eines Kühlmittels gekühlt wird, das in einem Klimaanlagenkühlkreis- lauf zirkuliert. Ausgehend vom zweiten Ladeluftkühler wird die Ladeluft dann einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt.
Bei den vorbekannten Vorrichtungen für die Ladeluftkühlung kann es vorkommen, insbesondere bei noch kalten Verbrennungskraftmaschinen, dass beispielsweise in dem Ladeluftstrom enthaltener Wasserdampf oder dergleichen in dem Bereich zwischen dem zweiten Ladeluftkühler und der Verbrennungskraftmaschine auskondensiert und sich insbesondere tropfenartig absetzt. Gelangt das Kondensat in einen Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine, resultiert hieraus unter anderem eine Verringerung des Wirkungsgrades.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen und ein Verfahren für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen zu schaffen, bei denen ein durch eine Ladeluftkühlung hervorgerufener Kondensationseffekt vermieden zumindest aber verringert wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Manche der nachfolgenden, jedoch nicht erschöpfend aufgezählten Merkmale und Eigenschaften treffen sowohl auf die Vorrichtung als auch auf das Verfahren zu. Sie werden teilweise nur einmal beschrieben, gelten jedoch unabhängig voneinander sowohl für die Vorrichtung als auch für das Verfahren. Weiterhin ist die Reihenfolge der aufgelisteten Merkmale nicht bindend, sondern kann vielmehr entsprechend einer optimierten Vorrichtung bzw. eines optimierten Verfahrens geändert werden.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen vorgesehen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wobei wenigstens ein Ladeluftkühler und ein Kühlmittelkreislauf mit Kühlmittel vorgesehen sind und wobei wenigstens ein Wärmetauscher des Ladeluftkühlers für die Kühlung eines der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Ladeluftstroms zumindest mit einem Teil des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs beaufschlagbar ist, wobei der Wärmetauscher des Ladeluftkühlers bezüglich des Ladeluftstroms stromabwärts einer Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist .
Durch das Anordnen des Wärmetauschers des zweiten Ladeluftkühlers stromabwärts der Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine reduzieren sich die Auswirkungen von Auskondensationen aufgrund des hohen Rückkühlungsgrads deutlich. Durch den geringen Abstand des Wärmetauschers von den Verbrennungsräumen der Verbrennungskraftmaschine tritt keine wesentliche Kondensation auf, bevor der Ladeluftstrom dem Verbrennungsraum zugeführt wird.
Die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu kühlende Ladeluft wird beispielsweise mittels eines Abgasturboladers und/oder mittels eines mechanischen Laders verdichtet, beispielsweise mittels eines Kompressors. Diese Lader verdichten angesaugte Luft, erhöhen also deren Gesamtdruck, so dass sich also auch die Partialdrücke der einzelnen in der angesaugten Luft enthaltenen Gase erhöhen. So steht dann beispielsweise deutlich mehr Sauerstoff für die Verbrennung eines Kraftstof- fes in einem Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine zur Verfugung. Durch die Positionierung des Ladeluftkuhlers stromabwärts der Drosselklappe verringert sich das zu beful- lende Volumen zwischen Ladereinheit und Drosselklappe. Die Verkürzung der Ladestrecke verbessert das Ansprechverhalten des Motors. Als Verbrennungskraftmaschine im Sinne der Erfindung wird beispielsweise ein Ottomotor bzw. ein Dieselmotor, aber auch jeder andere einen Kraftstoff verbrennende Motor verstanden. Sofern es zweckmäßig erscheint, können diese Verbrennungskraftmaschinen in im Wesentlichen beliebigen Fahrzeugen Verwendung finden, in denen Verbrennungskraftmaschinen für den Antrieb vorgesehen sind. Die Erfindung ist anwendbar auf alle Arten von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen mit Mono- Abgasturboaufladung, Reihen-2-Stufen-Abgasaufladung, Aufladung mittels mechanischem Lader, Reihen-2-Stufen-Aufladung mit Abgasturbolader vor mechanischem Lader oder umgekehrt oder mit paralleler Register-Abgasturboaufladung .
In Ausgestaltung der Erfindung sind ein erster Ladeluftkuhler und ein zweiter Ladeluftkuhler vorgesehen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung folgen der erste und der zweite Ladeluftkuhler in Bezug auf den Ladeluftstrom in Reihe aufeinander. Auf diese Weise kann beispielsweise mittels des ersten Ladeluftkuhlers ein Vorkuhlen der Ladeluft vorgenommen werden, bevor die Ladeluft mittels des zweiten Ladeluftkuhlers auf die endgültige, gewünschte Temperatur gekühlt wird. Der erste Ladeluftkuhler kann dabei ein Luft- Luft- bzw. ein Luft-Wasser-Kuhler sein. Auch kann der erste Ladeluftkuhler an den Kuhlmittelkreislauf für den zweiten Ladeluftkuhler oder einen weiteren, separaten Kuhlmittel- kreislauf angeschlossen sein. Mittels der Reihenschaltung des ersten und des zweiten Ladeluftkühlers können die Ladeluftkühler bedarfsgerecht in Betrieb genommen und verwendet werden. Der Bedarf richtet sich dabei beispielsweise nach der Temperatur der Verbrennungskraftmaschine, der Belastung der Verbrennungskraftmaschine und/oder anderen Randbedingungen, beispielsweise der Qualität des verwendeten Treibstoffs für die Verbrennungskraftmaschine .
In Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Ladeluftkühler stromaufwärts der Drosselklappe angeordnet und der zweite Ladeluftkühler ist stromabwärts der Drosselklappe angeordnet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und der Kühlmittelkreislauf steht mit einem Klimatisierungskreislauf für einen Fahrzeuginnenraum in Verbindung. Auf diese Weise kann dem Klimatisierungskreislauf für die Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums noch eine weitere Aufgabe zugeteilt werden, nämlich die Kühlung der Ladeluft. Durch die Verwendung des Klimatisierungskreislaufs lässt sich darüber hinaus eine verbesserte Kühlung der Ladeluft erzielen, da der Klimatisierungskreislauf konstant niedrige und von Umgebungsbedingungen im Wesentlichen unabhängige Temperaturen erzeugen kann.
Mit der Erfindung kann somit mit einem geringeren Hubraum der Verbrennungskraftmaschine eine gleiche, wenn nicht sogar verbesserte Leistung der Verbrennungskraftmaschine erzielt werden, als mit einer Verbrennungskraftmaschine, die mit einer konventionellen Ladeluftkühlung versehen ist. Durch den geringeren Hubraum der Verbrennungskraftmaschine kann der Verbrauch und die Menge an ausgestoßenem CO2 verringert werden . In Ausgestaltung der Erfindung geht der Klimatisierungskreis- lauf für das Beaufschlagen des Wärmetauschers des zweiten Ladeluftkühlers von wenigstens einem Regelventil des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs aus, verläuft über wenigstens eine Versorgungsleitung, insbesondere eine Hochdruckleitung, zu wenigstens einem Expansionsventil, an das der wenigstens eine Wärmetauscher angeschlossen ist, und verläuft von dem Expansionsventil über wenigstens eine weitere Versorgungsleitung, insbesondere eine Niederdruckleitung, zurück zu dem Innenraum-Klimatisierungskreislauf. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft die Vorrichtung zur Ladeluftkühlung mit nur sehr wenigen Bauteilen an einen bestehenden Innenraum- Klimatisierungskreislauf anschließen. Ein Nachrüsten der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei bestehenden Fahrzeugen ist somit möglich.
In Ausgestaltung der Erfindung steuert eine Motorsteuerung das wenigstens eine Regelventil in Abhängigkeit eines Zuordnungsalgorithmus an. Das Regelventil verteilt die gesamte zur Verfügung stehende Leistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs so, dass der Innenraum des Kraftfahrzeugs und/oder Ladeluftstrom bedarfs- bzw. vorgabengerecht gekühlt wird. Die gesamte zur Verfügung stehende Leistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs wird also beispielsweise in einen Leistungsanteil für die Kühlung des Innenraums sowie einen Leistungsanteil für die Kühlung des Ladeluftstroms aufgeteilt. Der Leistungsanteil für den Innenraum des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise zwischen 0% und 100% der gesamten Leistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs betragen. Je nach Bedarf kann dann der Leistungsanteil für die Kühlung des Ladeluftstroms ebenfalls zwischen 0% und 100% der gesamten Leistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs betragen. Es besteht die Möglichkeit, dass der Leistungsanteil für die Innenraum- kühlung von der Motorsteuerung priorisiert behandelt wird, so dass von der gesamten Leistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs lediglich noch maximal der verbleibende Rest für die Kühlung des Ladeluftstroms verwendet werden kann. Dies lässt sich beispielsweise mittels folgender Gleichungen darstellen :
•' Klimaanlage ~ ' Innenraumkulilung "*" * 2 Ladeluftkuhlung WODe 1
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In Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Datenübertragungssystem für eine Datenübertragung zwischen Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine, dem Regelventil und einem Klimasteuergerät für einen Fahrzeuginnenraum vorgesehen, insbesondere ein CAN-Bus. Auf diese Weise lässt sich eine zentrale, zumindest jedoch übergeordnete Steuerung der Leistungsverteilung erreichen. Die Motorsteuerung kann hierbei beispielsweise mittels eines Mikroprozessors (μP) oder dergleichen realisiert werden. Dieser wertet dann ihm zur Verfügung stehende Daten aus und steuert darauf hin das Regelventil entsprechend an. Auch hier ist noch zusätzlich vorteilhaft, dass die erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ladeluftkühlung in ein bestehendes System eines Kraftfahrzeugs implementiert werden kann.
In Ausgestaltung der Erfindung der Erfindung weist der zweite Ladeluftkühler wenigstens ein Kühlermodul auf, das zumindest aus dem wenigstens einen Wärmetauscher des zweiten Ladeluftkühlers und wenigstens einem Saugrohrabschnitt der Verbrennungskraftmaschine gebildet ist. Auf diese Weise kann ein Modul zur Verfügung gestellt werden, das mit nur geringem Aufwand in das Saugrohr einbaubar ist. Dies betrifft sowohl die Neumontage eines Kraftfahrzeugs sowie auch die Nachrüs- tung eines bereits bestehenden Kraftfahrzeugs mit der erfin- dungsgemaßen Vorrichtung. So konnte beispielsweise ein Saugrohrabschnitt einer Verbrennungskraftmaschine eines bestehenden Kraftfahrzeugs gegen das erfindungsgemaße Kuhlermodul mit beinhaltetem Saugrohrabschnitt ausgetauscht werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Ladeluftkuhlung für Verbrennungskraftmaschinen gelost, wobei ein erster Ladeluftkuhler und ein zweiter Ladeluftkuhler sowie ein Kuhlmittelkreislauf mit Kuhlmittel vorgesehen sind und wobei wenigstens ein Wärmetauscher des zweiten Ladeluftkuhlers für die Kühlung eines der Verbrennungskraftmaschine zugefuhrten Ladeluftstroms zumindest mit einem Teil des Kuhlmittels des Klimatisierungskreis- laufs beaufschlagbar ist, wobei die Ladeluft im Ladeluftstrom mittels des Wärmetauschers des zweiten Ladeluftkuhlers stromabwärts einer Drosselklappe der Verbrennungskraftmaschine gekühlt wird. Der Ladeluftstrom wird mittels des ersten Lade- luftkuhlers und nachfolgend mittels des zweiten Ladeluftkuh- lers gekühlt, wobei der erste und der zweiten Ladeluftkuhler bezogen auf den Ladeluftstrom in Reihe aufeinanderfolgen können. Es ist aber auch möglich und kann im Rahmen der Erfindung zweckmäßig sein, dass die aufzubringende Kuhlleistung ausschließlich vom ersten Ladeluftkuhler oder vom zweiten Ladeluftkuhler aufgebracht wird.
In Weiterbildung der Erfindung kann der Kuhlmittelkreislauf mit einem Klimatisierungskreislauf für einen Fahrzeuginnenraum in Verbindung stehen, so dass von diesem Innenraum- Klimatisierungskreislauf zumindest ein Teil des Kuhlmittels mittels eines Regelventils zu wenigstens einer in wenigstens ein Expansionsventil mundende Versorgungsleitung zugeführt werden kann, wobei diese Versorgungsleitung insbesondere eine Hochdruckleitung ist, und wobei das Kuhlmittel ausgehend von dem wenigstens einen Expansionsventil zum Wärmetauscher des zweiten Ladeluftkühlers geführt wird. Das Kühlmittel wird vom Wärmetauscher mittels wenigstens einer weiteren Versorgungsleitung, insbesondere einer Niederdruckleitung, zum Innenraum-Klimatisierungskreislauf zurückgeführt. Das wenigstens eine Regelventil kann mittels eines Motorsteuergeräts der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit eines Zuordnungsalgorithmus angesteuert werden. Eine Innenraumklimatisierung mittels des Klimatisierungskreislaufs kann gegenüber einer Beaufschlagung des Wärmetauschers des zweiten Ladeluftkühlers priorisiert sein. Alternativ kann wahlweise eine Innenraumklimatisierung mittels des Klimatisierungskreislaufs oder das Beaufschlagen des Wärmetauschers des zweiten Ladeluftkühlers mit Kühlmittel in Abhängigkeit einstellbarer Fahrprogramme priorisiert sein. Auf diese Weise kann der Ladeluftstrom je nach Bedarf gekühlt werden, beispielsweise leistungsopti- miert, verbrauchsoptimiert oder dergleichen.
Vorteilhafterweise werden insgesamt zwischen 0% und 100% einer gesamten Kühlleistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs für die Kühlung eines Fahrzeuginnenraums zugeordnet und zumindest ein Teil des verbliebenen Rests der gesamten Kühlleistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs wird der Kühlung der Ladeluft im Ladeluftstrom zugeordnet. Zwischen dem Motorsteuergerät, dem Regelventil und einem Klimasteuergerät kann mittels eines Datenübertragungssystems, insbesondere eines CAN-Busses, eine Datenübertragung durchgeführt werden. Diese Datenübertragung erlaubt zum einen eine optimierte Einstellung des Regelventils je nach Kühlleistungsbedarf. Außerdem lassen sich auf diese Weise weitere Parameter der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise rechnerisch ermitteln, so wie beispielsweise der momentane Kraftstoffverbrauch oder dergleichen. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Aus¬ führungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnung dargestellt ist. In der einzigen, schematischen Figur ist eine Vorrichtung für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen mit einem Innenraum-Klimatisierungskreislauf beschrieben .
Im Einzelnen ist in der Figur eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit daran angeschlossenem Saugrohr 12 sowie daran angeschlossenen Abgaskrümmer 14 gezeigt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist beispielsweise für den Antrieb eines in der Figur nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs oder dergleichen vorgesehen. Der Abgaskrümmer 14 ist mittels einer Verbindungsleitung 16 mit der Turbine eines Abgasturboladers 18 verbunden, so dass Abgase der Verbrennungskraftmaschine 10 für den Antrieb eines Verdichters des Abgasturboladers 18 verwendet werden. Der Abgasturbolader 18 verdichtet in bekannter Weise Luft, die dann als Ladeluftstrom der Verbrennungskraftmaschine 10 für den Verbrennungsvorgang zugeführt wird. Dieser Abgasturbolader 18 ist hier lediglich beispielhaft dargestellt. Alternativ zu diesem einen Abgasturbolader ist jedes andere System beziehungsweise jede andere Kombination von Systemen für die sogenannte Aufladung der Verbrennungskraftmaschine 10 möglich. Die dem Abgasturbolader 18 zugeführten Abgase werden mittels einer Verbindungsleitung 16 einer Abgasanlage 20 mit Katalysator, Partikelfilter oder dergleichen zugeführt und anschließend ausgestoßen.
Die Ansaugluft wird über einen Luftfilter 22 angesaugt und mittels einer Verbindungsleitung 16 dem Verdichter des Abgasturboladers 18 zugeführt. Die verdichtete Luft wird mittels einer Verbindungsleitung 16 als Ladeluftstrom einem ersten Ladeluftkühler 24 zugeführt. Ein Ladeluftkühler ist notwen- dig, da die angesaugte Luft aufgrund der Verdichtung erwärmt ist, wodurch die Partialdrücke der einzelnen in der angesaugten Luft enthaltenen Gase sinken. Dadurch steht für die Verbrennung eines Kraftstoffes in der Verbrennungskraftmaschine 10 nur ein geringerer Anteil an Sauerstoff zur Verfügung. Außerdem kann es bei zu hohen Temperaturen in einem Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine 10 zu einer verfrühten Zündung des Kraftstoffs und damit zur so genannten klopfenden Verbrennung kommen. Ausgehend von diesem ersten Ladeluftkühler 24, der beispielsweise als Luft-/Luft- oder als Luft-/Wasser-Kühler ausgebildet sein kann, wird die angesaugte und mittlerweile verdichtete Luft mittels einer Verbindungsleitung 16 einer Anordnung mit einer Drosselklappe 26 zugeführt. Eine Ausgangsseite der Anordnung mit der Drosselklappe 26 mündet im Saugrohr 12. Ein weiterer, zweiter Ladeluftkühler ist in dem Saugrohr 12 vorgesehen. Ein Abschnitt 34 des Saugrohrs 12 sowie der zweite Ladeluftkühler 28 bilden ein Kühlermodul 30. Der zweite Ladeluftkühler 28 weist einen Wärmetauscher 32 auf, der in dem Saugrohrabschnitt 34 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 32 ist in dem Saugrohrabschnitt 34 bezüglich des Ladeluftstroms also stromabwärts der Drosselklappe 26 angeordnet.
Von einem Innenraum-Klimatisierungskreislauf 36 geht eine Versorgungsleitung 38 aus, die als Hochdruckleitung ausgebildet ist. Diese Versorgungsleitung ist mittels eines Regelventils 40 mit einer Hochdruckseite eines Kühlmittelkreislaufs 42 des Innenraum-Klimatisierungskreislaufes 36 verbunden. Die Versorgungsleitung 38 mündet in ein Expansionsventil 44, mit dem der Wärmetauscher 32 verbunden ist. Von diesem Expansionsventil 44 geht eine weitere Versorgungsleitung 38 aus, die als Niederdruckleitung ausgebildet ist und die zu dem Kühlmittelkreislauf 42 zurückführt. Somit bilden der Wärmetauscher 32, die Versorgungsleitungen 38, das Regelventil 40, ein Abschnitt des Kühlmittelkreislaufes 42 des Klimatisierungskreislaufes 36 sowie das Expansionsventil 44 einen Kühlmittelkreislauf 46 für den zweiten Ladeluftkühler 28.
Ein Motorsteuergerät 48 ist mittels Datenübertragungsleitungen 50 mit verschiedenen Bauteilen des gesamten, in der Figur jedoch nicht vollständig dargestellten Fahrzeugs verbunden. Diese Datenübertragungsleitungen 50 sind beispielsweise Teil eines Bussystems, beispielsweise eines CAN-Bussystems .
Die Motorsteuerung 48 steuert und/oder regelt speziell das Regelventil 40, wodurch festgelegt wird, welcher Anteil des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs 42 des Innenraum- Klimatisierungskreislaufs 36 in den Kühlmittelkreislauf 46 des zweiten Ladeluftkühlers 28 abgezweigt wird. Das Motorsteuergerät 48 ist mit einem nicht dargestellten Klimatisierungssteuergerät verbunden, das Informationen weitergibt, welcher Anteil der gesamten Klimatisierungsleistung für den Fahrzeuginnenraum benötigt wird. Die abgezweigte Menge an Kühlmittel, und somit auch die für die Kühlung des Ladeluftstroms im Saugrohrabschnitt 34 zur Verfügung stehende Leistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs 36 kann für unterschiedliche Gegebenheiten und/oder Fahrprogramme eingestellt werden. Eine Einstellmöglichkeit ist beispielsweise eine verbrauchsoptimierte Einstellung, mit der der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 10 möglichst gering gehalten werden kann. Eine weitere Möglichkeit für die Leistungsaufteilung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs 36 ist so gewählt, dass jederzeit der Innenraum des Fahrzeugs priorisiert gekühlt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für die Ladeluftkühlung von Verbrennungskraftmaschinen (10) , insbesondere in Kraftfahrzeugen, wobei wenigstens ein Ladeluftkühler (24, 28) und ein Kühlmittelkreislauf (42, 46) mit Kühlmittel vorgesehen sind und wobei wenigstens ein Wärmetauscher (32) des Ladeluftkühlers (24, 28) für die Kühlung eines der Verbrennungskraftmaschine (10) zugeführten Ladeluftstroms zumindest mit einem Teil des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs (42, 46) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (32) des wenigstens einen Ladeluft¬ kühlers (28) bezüglich des Ladeluftstroms stromabwärts einer Drosselklappe (26) der Verbrennungskraftmaschine (10) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ladeluftkühler (24) und ein zweiter Ladeluftkühler (28) vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ladeluftkühler (24) und der zweite Ladeluft¬ kühler (28) in Bezug auf den Ladeluftstrom in Reihe aufeinander folgen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ladeluftkühler (24) stromaufwärts der Drosselklappe (26) angeordnet ist und der zweite Ladeluftkühler (28) stromabwärts der Drosselklappe (26) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für Kraftfahrzeuge vorgesehen ist und der Kühlmittelkreislauf (46) mit einem Klimatisierungskreislauf (42) für einen Fahrzeuginnenraum in Verbindung steht .
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (46) für das Beaufschlagen des Wärmetauschers (32) des zweiten Ladeluftkühlers (28) von wenigstens einem Regelventil (40) des Innenraum- Klimatisierungskreislaufs (42) ausgeht, über wenigstens eine Versorgungsleitung (38), insbesondere eine Hoch¬ druckleitung, zu wenigstens einem Expansionsventil (44) verläuft, an das der wenigstens eine Wärmetauscher (32) angeschlossen ist, und von dem Wärmetauscher (32) über wenigstens eine weitere Versorgungsleitung (38), insbe¬ sondere eine Niederdruckleitung, zurück zu dem Innen¬ raum-Klimatisierungskreislauf (42) verläuft.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Motorsteuerung (48) das wenigstens eine Regelven¬ til (40) in Abhängigkeit eines Zuordnungsalgorithmus ansteuert .
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Datenübertragungssystem (50) für eine Datenübertragung zwischen einem Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine (10) , dem Regelventil (40) und einem Klimasteuergerät für einen Fahrzeuginnenraum vorgesehen ist, insbesondere ein CAN-Bus.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ladeluftkühler (28) wenigstens ein Kühlermodul (30) aufweist, das zumindest aus dem wenigstens einen Wärmetauscher (32) des zweiten Ladeluftkühlers (28) und wenigstens einem Saugrohrabschnitt (34) der Verbrennungskraftmaschine (10) gebildet ist.
10. Verfahren zur Ladeluftkühlung für Verbrennungskraftmaschinen, wobei wenigstens ein Ladeluftkühler (24, 28) und ein Kühlmittelkreislauf (42, 46) mit Kühlmittel vorgesehen sind und wobei wenigstens ein Wärmetauscher
(32) des Ladeluftkühlers (24, 28) für die Kühlung eines der Verbrennungskraftmaschine (10) zugeführten Ladeluftstroms zumindest mit einem Teil des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs (42, 46) beaufschlagbar ist, gekennzeichnet durch
Kühlen der Ladeluft im Ladeluftstrom mittels des Wärme¬ tauschers (32) des Ladeluftkühlers (24, 28) stromab¬ wärts einer Drosselklappe (26) der Verbrennungskraftmaschine (10) .
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein erster Ladeluft¬ kühler (24) und ein zweiter Ladeluftkühler (28) vorge¬ sehen sind, gekennzeichnet durch
Kühlen des Ladeluftstroms mittels des ersten Ladeluftkühlers (24) und nachfolgend mittels des zweiten Lade- luftkühlers (28) , wobei der erste Ladeluftkühler (24) und der zweite Ladeluftkühler (28) bezogen auf den Ladeluftstrom in Reihe aufeinanderfolgen.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Kühlmittelkreislauf (46) mit einem Klimatisierungskreislauf (42) für einen Fahrzeuginnenraum in Verbindung steht, gekennzeichnet durch
Zuführen zumindest eines Teils des Kühlmittels des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs (42) mittels eines Regelventils (40) zu wenigstens einer in wenigstens ein Expansionsventil (44) mündenden Versorgungsleitung (38), insbesondere eine Hochdruckleitung, und ausgehend von dem wenigstens einen Expansionsventil (44) zum Wärmetauscher (32) des zweiten Ladeluftkühlers (28), sowie durch
Zurückführen von Kühlmittel vom Wärmetauscher (32) mittels wenigstens einer weiteren Versorgungsleitung (38), insbesondere einer Niederdruckleitung, zum Innenraum- Klimatisierungskreislauf (42).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch
Ansteuern des wenigstens einen Regelventils (40) mit¬ tels eines Motorsteuergeräts der Verbrennungskraftma¬ schine (10) in Abhängigkeit eines Zuordnungsalgorith¬ mus .
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch Priorisieren einen Innenraumklimatisierung mittels des Klimatisierungskreislaufs (42) gegenüber einer Beaufschlagung des Wärmetauschers (32) des zweiten Ladeluftkühlers (28) mit Kühlmittel.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch wahlweises Priorisieren einer Innenraumklimatisierung mittels des Klimatisierungskreislaufs (42) oder Priorisieren des Beaufschlagens des Wärmetauschers (32) des zweiten Ladeluftkühlers (28) mit Kühlmittel in Abhängigkeit einstellbarer Fahrprogramme.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch
Zuordnen zwischen 0% und 100% einer gesamten Kühlleistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs (42) für die Kühlung eines Fahrzeuginnenraums, sowie durch Zuordnen zumindest eines Teiles des verbleibenden Rests der gesamten Kühlleistung des Innenraum-Klimatisierungskreislaufs (42) für die Kühlung der Ladeluft im Ladeluftström.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch
Datenübertragung zwischen dem Motorsteuergerät, dem Re¬ gelventil (40) und einem Klimasteuergerät mittels eines Datenübertragungssystems (50), insbesondere eines CAN- Busses .
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