WO2017097635A1 - Ladeluftkühlvorrichtung für eine frischluftanlage einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Ladeluftkühlvorrichtung für eine frischluftanlage einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs Download PDF

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a charge air cooling device for a fresh air system of an internal combustion engine of a motor vehicle and a fresh air system with such a charge air cooling device.
  • the power density of internal combustion engines correlates with the air mass introduced into the displacement.
  • charging technologies typically in the form of exhaust gas turbochargers, are used, which compress the intake air to the so-called charge air and thereby increase the pressure.
  • a further increase in the charge air density is achieved by cooling the temperature of the charge air to near ambient temperature.
  • a further increase in the power density of the internal combustion engine due to supercharging is limited by excessively high peak temperatures in the combustion process, which can result in a harmful knocking combustion in the gasoline engine. Therefore, excessive fuel gas temperatures must be avoided at all costs in order to avoid damaging the internal combustion engine. This can be achieved by retarded ignition and mixture enrichment, which, however, can negatively affect power density and noxious gas emissions.
  • the sensible heat absorbed by the cooling circuit can then be recooled to near ambient temperature over a longer period of time via a low-temperature cooler.
  • the indirect passive charge-air cooling concept still has the disadvantage that the charge air inlet temperatures in the internal combustion engine still comes to lie significantly above the ambient temperature. To avoid correspondingly high compression or combustion peak temperatures, power, consumption and / or emission-damaging measures of mixture formation and combustion management must therefore be taken.
  • DE 10 2010 062 714 A1 discloses a method for controlling a high-temperature intercooler, which cooperates with an engine cooling circuit of an internal combustion engine. In the course of the process, the flow of a high temperature coolant through the high temperature charge air cooler is controlled in response to at least one predetermined parameter.
  • DE 10 201 1 003 664 A1 deals with a hollow element for a heat pump with two regions between which a working fluid can be displaced.
  • a sorbent for adsorption and desorption of the working fluid is arranged in the first area.
  • a receiving means for condensation and evaporation of the working fluid is arranged in the second area.
  • At least one of the two areas is in heat exchange with a plurality of exchanger tubes. It is therefore an object of the present invention to provide an improved charge air cooling device, which is characterized with an indirect intercooler by improved cooling performance and in particular is able to realize temporarily required high charge air peak cooling performance well below ambient temperature without additional fuel consumption.
  • An intercooler according to the invention for a fresh air system of an internal combustion engine comprises a heat exchanger, which can be integrated or integrated into an actively cooled first cooling circuit and / or into a passively cooled second cooling circuit by means of a (first) valve device.
  • a heat exchanger which can be integrated or integrated into an actively cooled first cooling circuit and / or into a passively cooled second cooling circuit by means of a (first) valve device.
  • the cooling power to be provided by the charge air cooling device can be individually adapted to external requirements. If the cooling power provided by the passive cooling circuit is insufficient to reduce the temperature of the coolant to the required extent, additional cooling power can be provided by incorporating the actively cooled, second cooling circuit.
  • a low-temperature radiator is arranged in the second cooling circuit.
  • the low-temperature radiator is designed to cool the circulating coolant in the second cooling circuit by heat exchange with the surroundings of the charge air device.
  • an active refrigeration system for reducing the temperature of the coolant is arranged in the first cooling circuit. In this way, depending on the required cooling capacity for cooling the coolant, after this in the indirect intercooler heat from the to be cooled. Lenden intercooled has to be switched between the two cooling circuits.
  • the first cooling circuit to a cold storage, which is designed as a buffer for the circulating through the first cooling circuit coolant. In this way, the coolant can be cooled even at high cooling power to be provided.
  • the cold storage is essentially formed by the thermal mass of the first cooling circuit including the thermal mass of the coolant flowing through the first cooling circuit.
  • the memory referred to as a buffer memory therefore does not have to be an additional component in this variant, but characterizes a thermal storage function of the first cooling circuit with the coolant contained therein, however this may be. In the simplest and preferred case, this can therefore be the sensitively stored refrigeration capacity of the thermal mass comprising the entire first refrigeration cycle.
  • a cooling process is carried out in the active refrigeration system, by means of which the coolant can be cooled or cooled using waste heat or braking energy of a motor vehicle.
  • the coolant can be cooled or cooled using waste heat or braking energy of a motor vehicle.
  • the desired high charge air cooling capacity is provided by the sensitive storage effect of the entire refrigeration capacity of the first cooling circuit, whereby it heats up.
  • a large part of the thermal mass lies in the coolant which can be circulated in the first cooling circuit, since the cooling capacity contained therein is transferred very rapidly via the pumps to the indirect cooling system.
  • th intercooler can be transmitted to achieve high cooling capacities. By absorbing heat from the charge air to be cooled, the coolant heats up.
  • the active refrigeration system is arranged in a first coolant path of the first cooling circuit.
  • the cold storage is arranged in a fluidically parallel to the first coolant path, the second coolant path of the first cooling circuit.
  • the active coolant system through which coolant flows in parallel counteracts too rapid heating of the coolant, but does not have to be able to supply the entire required cooling capacity.
  • Pumping device arranged to circulate the coolant. In this way, it is ensured that for receiving heat from the indirect charge air cooler, the amount of coolant required for this purpose is circulated in the first or second cooling circuit.
  • the charge air cooling device comprises a sorption device.
  • the sorption device is set up to cool the coolant.
  • the sorption device comprises a sorption agent for adsorption and / or desorption of the coolant.
  • the sorption device comprises a receiving means for condensation and / or evaporation of the working fluid.
  • the sorption device proposed here in combination with the provision according to the invention of a first and second cooling circuit with active or passive cooling enables a particularly high variability with regard to the cooling power to be provided.
  • the sorbent comprises activated carbon and the working fluid methanol.
  • the sorbent may comprise zeolite and the working fluid may be water.
  • chemisorptive material systems or thermochemical reaction systems whose transformation temperatures and pressures are in the range of application according to their van't Hoff correlation.
  • a reversible gas-solid reaction is used, which has a greater reaction enthalpy and possibly also reaches a greater specific mass conversion.
  • An example of such reaction systems are salt hydrates, such as CaCl 2 2H 2 O.
  • the charge air cooling device has a high-temperature cooling circuit in which a high-temperature charge air cooler cooperating with the low-temperature radiator is arranged.
  • the sorption device has a sorption region and a phase change region, in which a working medium which can be displaced between the two regions is present.
  • the sorbent is arranged in the sorption region.
  • the receiving means is arranged in the phase change region.
  • the sorption region is in thermal operative connection with at least one first fluid path which is present in the sorption device and can be flowed through by the coolant.
  • the phase change region is in thermal operative connection with at least one second fluid path present in the sorption device and permeable by the coolant.
  • the second fluid path is fluidically connected to the second coolant path, in which the cold accumulator is arranged.
  • the charge air cooling device has a second valve device.
  • the intercooler between a first and at least a second operating state is switchable.
  • the first operating state corresponds to an activation phase in which the sorption region of the sorption device is flown with the coolant circulating in the high-temperature cooler.
  • the first fluid path is integrated into the high-temperature cooling circuit, while the second fluid path is integrated into the second cooling circuit.
  • the first fluid path is integrated into the second cooling circuit, and the second fluid path is fluidically separated from the heat exchanger.
  • the second operating state corresponds to a useful phase of the intercooler device.
  • the sorption area is thus flowed with coolant of the second cooling circuit and cooled in this way substantially to the ambient temperature of the environment.
  • the phase change region is flown with the coolant of the first cooling circuit.
  • the vapor pressure of the working medium in the sorption device is lowered so much that the liquid working medium present in the phase change region evaporates, thereby extracting heat from the cryogenic cycle and cooling it as a result.
  • the vaporized working fluid is sucked in by the sorption region maintained at a near ambient temperature and adsorbed with the release of adsorption heat.
  • the heat of adsorption is in turn discharged to the environment via the second cooling circuit and the low-temperature radiator arranged therein.
  • the charge air cooling device for temporary cooling of the charge air to be cooled below the temperature of the environment to a third operating state.
  • the heat exchanger is fluidly connected to the phase change region of the sorption device by means of the first and second valve device.
  • the heat exchanger is additionally fluidly connected to the cold storage in the third operating state. This causes a temporary cooling of the charge air below the ambient temperature of the environment of the intercooler.
  • the charge air cooling device has a fourth operating state.
  • the heat exchanger In the fourth operating state, the heat exchanger is fluidly connected to the cold storage of the first cooling circuit by means of the two valve devices.
  • a fluid connection of the phase change region with the heat exchanger in the fourth operating state is interrupted by the valve devices. In this way, the heat exchanger can be supplied via the cold stored in the cold storage.
  • the sorption region of the sorption device is integrated into the second cooling circuit in the fourth operating state by means of the second valve device.
  • the heat exchanger on two fluidly separate cooling units.
  • the two radiator units are designed in such a way that the second radiator unit can be attached or attached downstream of the first radiator unit and upstream of the internal combustion engine to be supplied with intercooler when flowing through with intercooler air.
  • the first cooler unit is integrated into the second cooling circuit. In this way causes not the entire cooling load for the charge air to be cooled is transferred to the second cooling circuit, but is first cooled by the low-temperature radiator.
  • the second cooler unit can be integrated by means of the first valve device optionally in the first or second cooling circuit. This measure allows, depending on the requirement, a variation of the required cooling capacity.
  • the first valve device is designed as a 4-2-way valve, which is adjustable between a first and a second adjustment position. In the first adjustment position, the first valve device connects the first cooling circuit with an input connection of the heat exchanger and the first cooling circuit with the second cooling circuit. In the second adjustment position, the first valve device connects the second cooling circuit to the input connection of the heat exchanger and separates the first cooling circuit fluidically from the second cooling circuit and from the high-temperature cooling circuit.
  • the two cooler units are fluidly connected in series with each other. This allows an extension of the provided by the indirect intercooler cooling path.
  • the second cooling circuit merges fluidly into the high-temperature cooling circuit at a branch point.
  • Fig. 1 shows the structure of a charge air cooling device according to the invention in one
  • FIG. 2 shows a detailed representation of the block diagram of FIG. 1, FIG.
  • FIG. 8 a second variant of the charge air cooling device of Figures 2 to 5 with a 4-2-way valve.
  • Figure 1 shows a block diagram of the structure of an intercooler 1 according to the invention for a fresh air system of an internal combustion engine.
  • the charge air cooling device 1 comprises a heat exchanger 2 which has a plurality of coolant paths 3 not shown in greater detail in FIG.
  • the coolant paths 3 of the heat exchanger 2 are connected by means of a valve device 4 optionally in an actively cooled first cooling circuit 5a or in a passively cooled second cooling circuit 5b.
  • the charge air cooling device 1 further has a high-temperature cooling circuit 13, in which circulates a coolant whose temperature is higher than the temperature of the coolant in the first and second cooling circuit 5a, 5b.
  • a pump device 1 1 For circulating the coolant in the first cooling circuit 5a is a pump device 1 1, which is preferably arranged downstream of the heat exchanger 2 in the first cooling circuit 5a.
  • the pumping device 1 1 can be realized as a centrifugal pump.
  • the cold storage 9 may be formed substantially by the thermal mass of the first cooling circuit 5a including the thermal mass of the coolant flowing through the first cooling circuit.
  • a low-temperature cooler 6 is arranged in the second cooling circuit 5b, which is designed to cool the circulating coolant in the second cooling circuit 5b by heat exchange with the environment 7 of the low-temperature cooler 6.
  • the heat exchange with the environment 7 can be supported by a fan 19, which is indicated only schematically in FIG.
  • an active cooling system 8 for cooling the coolant is arranged in the first cooling circuit 5a.
  • a cold storage 9 is also provided, which is set up as a buffer for the circulating through the first cooling circuit 5a coolant.
  • the active refrigeration system 8 is arranged in a first coolant path 10a of the first cooling circuit 5a and the cold reservoir 9 is arranged in a second coolant path 10b of the first cooling circuit 5a that is fluidically connected in parallel to the first coolant path 10a.
  • a refrigeration process is performed, by means of which the refrigerant is cooled using waste heat or braking energy of a motor vehicle.
  • the valve device 4 is set such that the heat exchanger 2 is integrated into the first cooling circuit 5a.
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of the block diagram of FIG. 1.
  • the valve device 4 is set such that the heat exchanger 2 is integrated into the second cooling circuit 5b.
  • the charge air cooling device 1 comprises a sorption device 12.
  • the sorption device 12 is used for cooling the coolant and for this purpose comprises a sorbent for adsorption and / or desorption of the coolant and a receiving means for condensation and / or evaporation of the working fluid.
  • the sorbent is disposed in the sorbent region 16 and the receiving means is disposed in the phase change region 17.
  • the sorbent may consist of or comprise activated carbon or zeolite.
  • the receiving means may have a good thermal conductivity capillary structure for condensation, absorption and local fixation and a re-evaporation of working fluid such. For example, methanol and / or water.
  • the sorption device comprises a sorption housing 14 which delimits a housing interior 15.
  • the housing interior 15 is subdivided into a sorption region 16 and a phase change region 17.
  • a working medium 18 is also present, which is cyclically displaced between the two areas 16, 17.
  • the sorption region 16 is in thermal operative connection with at least one first fluid path 18a present in the sorption device 12 and permeable by the coolant.
  • the phase change region 17 is in thermal operative connection with at least one second fluid path 18b present in the sorption device 12 and permeable by the coolant.
  • the heat exchanger 2 of the intercooler 1 is connected via the valve device 4, which is designed as a 3/2-way switching valve, alternatively with the first cooling circuit 5a or the second cooling circuit 5b connectable.
  • the valve device 4 which is designed as a 3/2-way switching valve, alternatively with the first cooling circuit 5a or the second cooling circuit 5b connectable.
  • the sorption 12 is used for cyclical cooling of the first cooling circuit 5a, the thermal mass is dimensioned so that the stored therein sensitive "cooling energy" sufficient to provide the heat exchanger 2 for at least one full load acceleration process with sufficiently cool coolant.
  • the charge air cooling device 1 has a further, second valve device 20, by means of which the sorption device 12 of the charge air cooling device 1 can be switched between a first and a second operating state.
  • the first fluid path 18a is connected in the high-temperature cooling circuit 13
  • the second fluid path 18b is connected in the second cooling circuit 5b.
  • the valve device 20 has two inlet-side valve elements 21a, 21b and two outlet-side valve elements 22a, 22b for switching between the two operating states.
  • the first inlet-side valve element 21 a and the first outlet-side valve element 22 a ensure a fluid connection between the valve element 21 a
  • the valve elements 21 a, 22 a interrupt a fluid connection of the first fluid idfads 18 a with the second cooling circuit 5 b, in which the low-temperature cooler 6 is arranged.
  • the second inlet-side valve element 21b and the second outlet-side valve element 22b provide fluid communication between the second fluid path 18b and the second cooling circuit 5b, in which the low-temperature cooler 6 is arranged.
  • the first operating state of the active cooling system 8 corresponds to an activation phase in which the sorption region 16 is flown with the coolant circulating in the high-temperature cooler 12 (compare arrows 50 in FIG.
  • the phase change region is flown with the coolant circulating in the second cooling circuit 5b with the low-temperature cooler 6 (arrows 51).
  • the working medium of the sorption device is desorbed from the sorption area while absorbing heat and condensed in the phase change region 17.
  • the resulting condensation heat is removed via the second cooling circuit 5b with the low-temperature cooler 6.
  • the first fluid path 18a is connected in the second cooling circuit 5b, in which the low-temperature radiator 6 is arranged.
  • the second fluid path 18 b is fluidly separated from the heat exchanger and instead connected to the second coolant path 10 b, in which the cold accumulator 9 is arranged.
  • This operating state is switched when the passive intercooling via the second cooling circuit 5b is sufficient, so no full-load acceleration phase is required by the internal combustion engine.
  • the first inlet-side valve element 21a and the first outlet-side valve element 22a provide fluid communication between the first fluid path 18a and the second cooling circuit 5b with the low-temperature radiator 6.
  • the valve elements 21b, 22b provide for a fluid connection of the second fluid path 18b with the cold storage 9 and a circulation of the coolant by means of the pumping device 1 1st
  • the sorption region 16 is thus flowed with coolant of the second cooling circuit 5 b and cooled in this way substantially to the temperature of the environment 7.
  • the phase change region 17 is flown with the coolant of the first cooling circuit 5a.
  • the fluid pressure of the working fluid in the sorption device 12 is lowered so much that the liquid working fluid present in the phase change region 17 evaporates, thereby removing heat from the cryogenic cycle and cooling it.
  • the vaporized working fluid is sucked by the sorption region 16 maintained at a near ambient temperature and adsorbed with the release of adsorption heat.
  • the heat of adsorption is in turn discharged to the environment 7 via the second cooling circuit 5b and the low-temperature cooler 6 arranged therein.
  • FIG. 3 so a switching position of the valve device 4 is shown, in which the heat exchanger 2 is flowed through in a classic manner with the cooled to near ambient temperature of the environment 7 coolant of the second cooling circuit 5b and at the same time the first temperature circuit 5a with the cold storage 9 to a temperature below the ambient temperature of the environment 7 is cooled.
  • the first valve device 4 is in the same position as in the useful phase of FIG. 3.
  • a temporary cooling of the charge air below the temperature of the environment 7 of the intercooler 1 is carried out in a third operating state of the intercooler 1 according to Figures 4 and 5 by adjusting the first valve means 4 such that the heat exchanger 2 is connected directly to the first cooling circuit 5a.
  • the sorption device 12 of the first cooling circuit 5a which is still cyclically uninfluenced, is in the useful process.
  • the pump device 1 1 conveys the coolant heated by the indirect charge air cooler 2, both through the phase change region 17 of the sorption device and via the cold storage 9.
  • the charge air cooling device 1 is operated in a fourth operating state in the switching position of the two valve devices 4, 20 according to FIG.
  • the sorption region 16 of the sorption device 12 is integrated in the high-temperature cooling circuit 13 by means of the second valve device.
  • FIG. 6 shows a variant of the example of FIGS. 2 to 5. It differs from the system proposed above in that the heat exchanger 2 has two fluidly separate cooling units 2a, 2b with separate coolant connections.
  • the second radiator unit 2b In operation as part of a fresh air system of the internal combustion engine 23, the second radiator unit 2b when flowing with charge air downstream of the first radiator unit 2a and upstream of the engine 23 is arranged, which is shown in Figure 6 by the charge air denoting arrows 52.
  • the first cooler unit 2 a of the heat exchanger 2 is stationary, ie permanently integrated into the second cooling circuit 5 b.
  • the second cooler unit 2b can be optionally incorporated into the first or second cooling circuit 5a, 5b with the aid of the first valve device 4.
  • an integration of the second cooler unit into the second cooling circuit 5b is illustrated.
  • FIG. 7 shows a switching position of the first valve device 4, in which the second cooler unit 2 b is integrated into the first cooling circuit 5 a.
  • the division of the heat exchanger 2 into two radiator units 2 a, 2 b causes not all of the cooling load of the charge air to be cooled to be transferred to the first cooling circuit 5 a, but the cooling load occurring at a still high temperature, first from the low-temperature radiator 6 arranged in the second cooling circuit 5 b to the first Environment 7 is discharged.
  • a cooling unit through which the charging air first flows is cooled by the coolant cooled from the high-temperature cooling circuit 13, the second cooling unit by the cooling unit.
  • the second cooling circuit 5b and the third cooling unit, if necessary, are flowed through by the coolant of the first cooling circuit 5a.
  • the heat loads of the two cooling circuits 5a, 5b are minimized.
  • a proposal variant with less Verschaltungsetzwand is shown in the figure 8.
  • the heat exchanger 2 is designed as a so-called countercurrent or cross-countercurrent heat exchanger and thereby requires only one input connection 25a and one output connection 25b.
  • the first valve device 4 is designed as a 4-2-way valve 26, with which depending on the cooling requirement of the internal combustion engine 23 between a normal charge air cooling mode and a charge air freezer mode can be adjusted.
  • the first valve device is designed as a 4-2-way valve 26, which is adjustable between a first and a second adjustment position.
  • Fig. 8 the charge air-freezing mode is shown, in which the 4-2-way valve 26 is in its first adjustment position.
  • the first valve device 4 connects in the first adjustment position the first cooling circuit 5a with an input port 25a of the heat exchanger 2 and the first cooling circuit 5a with the second cooling circuit 5b.
  • the pumping device 1 conveys cooled coolant of the first cooling circuit 5 a into a charge-air outlet-side region 28 of the heat exchanger 2, which heats up increasingly in countercurrent to the charge air to the charge-air exit-side region 27.
  • the coolant On the outlet side, the coolant has such a high temperature that the heat can first be dissipated via the high-temperature radiator 30 arranged in the high-temperature cooling circuit 13, which is arranged behind the low-temperature radiator 6 on the air side in the cooling module of the vehicle, as indicated in FIG.
  • a partial flow of the pre-cooled by the high-temperature cooler 30 coolant is diverted in a branch point 29 in the second cooling circuit 5b and cooled in the low-temperature cooler 6 as close as possible to the temperature of the environment 7.
  • the second cooling circuit 5 b is thus fluidly connected to the high-temperature cooling circuit 13 in a branch point 29.
  • the coolant and finally again via the 4-2-way valve 26 is returned to the first cooling circuit 5a.
  • FIG. 9 shows the switching position of the valve device 4 realized as a 4-2-way valve 26 in the normal charge-air cooling mode.
  • the 4-2-way valve 26 is in a second adjustment position.
  • the first valve device 4 connects the second cooling circuit 5 b to the input connection 25 a of the heat exchanger 2 and fluidly separates the first cooling circuit 5 a from the second cooling circuit 5 b and the high-temperature cooling circuit 13.
  • the heat exchanger 2 is supplied via the 4-2-way valve 26 and the second cooling circuit 5b with coolant from the low-temperature cooler 6 and allows a conventional cooling of the charge air to a temperature level above the temperature of the environment 7.
  • the first Cooling circuit 5a is decoupled from the other circuits 5b, 13 and can be cooled down significantly below the ambient temperature for the next freezing phase by the refrigeration process again.
  • the coolant side of the heat exchanger 2 can be designed for relatively small volume flows. So that there are no large temperature gradients transverse to the charge air flow direction, a ne countercurrent construction with great depth in the direction of the charge air flow and a small end face perpendicular particularly advantageous.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeluftkühlvorrichtung (1) für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Ladeluftkühlvorrichtung (1) umfasst einen Wärmetauscher (2), der mittels einer (ersten) Ventileinrichtung (4) in einen aktiv gekühlten ersten Kühlkreislauf (5a) und/oder in einen passiv gekühlten zweiten Kühlkreislauf (5b) einbindbar oder eingebunden ist.

Description

Ladeluftkühlvorrichtung für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Ladeluftkühlvorrichtung für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie eine Frischluftanlage mit einer solchen Ladeluftkühlvorrichtung.
Die Leistungsdichte von Brennkraftmaschinen korreliert mit der in den Hubraum eingebrachten Luftmasse. Um diese zu erhöhen, werden Aufladungstechnologien, typischerweise in Form von Abgasturboladern, eingesetzt, die die Ansaugluft zur sogenannten Ladeluft komprimieren und dabei deren Druck erhöhen. Eine weitere Steigerung der Ladeluftdichte wird durch eine Kühlung der Temperatur der Ladeluft auf nahe Umgebungstemperatur erreicht.
Eine weitere Erhöhung der Leistungsdichte von Brennkraftmaschine durch Hochaufladung wird limitiert durch zu hohe Spitzentemperaturen beim Verbrennungs- prozess, die beim Ottomotor eine schädliche klopfende Verbrennung zur Folge haben kann. Daher müssen zu hohe Brenngastemperaturen unbedingt vermieden werden, um eine Schädigung der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Dies kann durch Spätzündung und Gemisch-Anfettung erreicht werden, was sich jedoch negativ auf Leistungsdichte und Schadgas-Emissionen auswirken kann.
Bei Dieselmotoren liegt die Limitierung der Hochaufladung hingegen hauptsächlich in der ansteigenden NOx-Bildungsrate durch zu hohe Verbrennungstemperaturen. Aus dem Stand der Technik sind daher direkte und zunehmend auch indirekte Ladeluft-Kühlsysteme bekannt. Bei den indirekten Ladeluft-Kühlsystemen wird Ladeluft in der Frischluftanlage durch ein Kühlmittel gekühlt, das seinerseits mittels eines im Kühlmodul angeordneten Niedertemperaturkühlers auf nahe Umgebungstemperatur gehalten wird. Durch die thermische Speicherwirkung dieses Kühlkreislaufes können auf die Ladeluft kurzzeitig hohe Kühlleistungen übertragen werden.
Die vom Kühlkreislauf dabei aufgenommene sensible Wärme kann dann über einen längeren Zeitraum hinweg wieder über einen Niedertemperatur-Kühler auf nahe Umgebungstemperatur zurückgekühlt werden.
Das indirekte passive Ladeluft-Kühlkonzept weist jedoch noch den Nachteil auf, dass die Ladeluft-Eintrittstemperaturen in die Brennkraftmaschine immer noch deutlich oberhalb der Umgebungstemperatur zu liegen kommt. Zur Vermeidung entsprechend hoher Verdichtungs- bzw. Verbrennungs-Spitzentemperaturen müssen daher Leistungs-, Verbrauchs- und/oder Emissions-schädliche Maßnahmen der Gemischbildung und Verbrennungsführung ergriffen werden.
Vor diesem Hintergrund offenbart die DE 10 2010 062 714 A1 ein Verfahren zum Steuern eines Hochtemperatur-Ladeluftkühlers, der mit einem Motorkühlkreislauf einer Brennkraftmaschine zusammenwirkt. Im Zuge des Verfahrens wird der Fluss eines Hochtemperatur-Kühlmittels durch den Hochtemperatur-Ladeluftkühler in Abhängigkeit von wenigstens einem vorbestimmten Parameters gesteuert.
Die DE 10 201 1 003 664 A1 behandelt ein Hohlelement für eine Wärmepumpe mit zwei Bereichen, zwischen welchen ein Arbeitsmittel verlagerbar ist. Im ersten Bereich ist ein Sorptionsmittel zur Adsorption und Desorption des Arbeitsmittels angeordnet. Im zweiten Bereich ist ein Aufnahmemittel zur Kondensation und Verdampfung des Arbeitsmittels angeordnet. Wenigstens einer der beiden Bereiche steht mit einer Mehrzahl von Tauscherrohren in Wärmeaustausch. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladeluftkühlvorrichtung zu schaffen, die sich mit einem indirekten Ladeluftkühler durch eine verbesserte Kühlleistung auszeichnet und insbesondere in der Lage ist, temporär erforderliche hohe Ladeluft-Spitzenkühlleistungen auch deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch zu realisieren.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Eine erfindungsgemäße Ladeluftkühlvorrichtung für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine umfasst einen Wärmetauscher, der mittels einer (ersten) Ventileinrichtung in einen aktiv gekühlten ersten Kühlkreislauf und/oder in einen passiv gekühlten zweiten Kühlkreislauf einbindbar oder eingebunden ist. Auf diese Weise kann die von der Ladeluftkühlvorrichtung bereitzustellende Kühlleistung individuell an externe Erfordernisse angepasst werden. Ist die vom passiven Kühlkreislauf bereitgestellte Kühlleistung nicht ausreichend, um die Temperatur des Kühlmittels im erforderlichen Maße zu verringern, so kann durch Einbinden des aktiv gekühlten, zweiten Kühlkreislaufs zusätzliche Kühlleistung bereitgestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist im zweiten Kühlkreislauf ein Niedertemperaturkühler angeordnet. Der Niedertemperaturkühler ist zum Kühlen des im zweiten Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit der Umgebung der Ladeluftvorrichtung ausgebildet. Weiterhin ist im ersten Kühlkreislauf ein aktives Kältesystem zum Verringern der Temperatur des Kühlmittels angeordnet. Auf diese Weise kann, je nach benötigter Kühlleistung zum Kühlen des Kühlmittels, nachdem dieses im indirekten Ladeluftkühler Wärme von der zu küh- lenden Ladeluft aufgenommen hat, zwischen den beiden Kühlkreisläufen umgeschaltet werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist der erste Kühlkreislauf einen Kältespeicher auf, der als Pufferspeicher für das durch den ersten Kühlkreislauf zirkulierende Kühlmittel ausgebildet ist. Auf diese Weise kann das Kühlmittel auch bei hoher bereitzustellender Kühlleistung abgekühlt werden.
Besonders zweckmäßig ist der Kältespeicher im Wesentlichen durch die thermische Masse des ersten Kühlkreislaufs einschließlich der thermischen Masse des durch den ersten Kühlkreislauf strömenden Kühlmittels ausgebildet. Der als Pufferspeicher bezeichnete Speicher muss also bei dieser Variante keine zusätzliche Komponente sein, sondern kennzeichnet eine wie auch immer ausgeführte thermische Speicherfunktion des ersten Kühlkreislaufs mit dem darin enthaltenen Kühlmittel. Im einfachsten und bevorzugten Fall kann es sich dabei also um die sensibel gespeicherte Kältekapazität der den gesamten ersten Kühlkreislauf umfassenden thermischen Massen handeln.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das in dem aktiven Kältesystem ein Kälteprozess ausgeführt, mittels welchem das Kühlmittel unter Verwendung von Abwärme oder Bremsenergie eines Kraftfahrzeugs kühlbar oder gekühlt ist. Auf diese Weise kann eine schnell entladbare Kältekapazität für eine kurzeitig abrufbare hohe Entladeleistung bereitgestellt werden.
Die gewünschte hohe Ladeluft-Kühlleistung wird durch die sensible Speicherwirkung der gesamten Kältekapazität des ersten Kühlkreislaufs zur Verfügung gestellt, wodurch sich dieser aufheizt. Besonders bevorzugt liegt ein Großteil der thermischen Masse in dem im ersten Kühlkreislauf zirkulierbaren Kühlmittel, da die darin enthaltene Kältekapazität sehr schnell über die Pumpen auf den indirek- ten Ladeluftkühler zur Erzielung hoher Kälteleistungen übertragen werden kann. Durch die Aufnahme von Wärme aus der abzukühlenden Ladeluft wärmt sich das Kühlmittel auf.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das aktive Kältesystem in einem ersten Kühlmittelpfad des ersten Kühlkreislaufs angeordnet. Bei dieser Variante ist der Kältespeicher in einem fluidisch parallel zum ersten Kühlmittelpfad geschalteten, zweiten Kühlmittelpfad des ersten Kühlkreislaufs angeordnet. Das parallel mit Kühlmittel durchströmte aktive Kältesystem wirkt einer zu schnellen Aufheizung des Kühlmittels entgegen, muss aber nicht die gesamte erforderliche Kälteleistung liefern können.
Besonders bevorzugt ist im ersten und/oder im zweiten Kühlkreislauf eine
Pumpvorrichtung zum Zirkulieren des Kühlmittels angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass zur Aufnahme von Wärme aus dem indirekten Ladeluftkühler die hierzu erforderliche Menge an Kühlmittel im ersten bzw. zweiten Kühlkreislauf zirkuliert wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ladeluftkühlvorrichtung eine Sorptionseinrichtung. Die Sorptionseinrichtung ist zum Kühlen des Kühlmittels eingerichtet. Hierzu umfasst die Sorptionseinrichtung ein Sorptionsmittel zur Adsorption und/oder Desorption des Kühlmittels. Weiterhin umfasst die Sorptionseinrichtung ein Aufnahmemittel zur Kondensation und/oder Verdampfung des Arbeitsmittels. Die hier vorgeschlagene Sorptionseinrichtung in Kombination mit der erfindungsgemäßen Bereitstellung eines ersten und zweiten Kühlkreislaufs mit aktiver bzw. passiver Kühlung ermöglicht hinsichtlich der bereitzustellenden Kühlleistung eine besonders hohe Variabilität. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung, die mit einem besonders einfachen konstruktiven Aufbau der Sorptionseinrichtung verbunden ist, umfasst das Sorptionsmittel Aktivkohle und das Arbeitsmittel Methanol. Alternativ dazu kann das Sorptionsmittel Zeolith und das Arbeitsmittel Wasser umfassen.
Weitere Ausbildungen sind auch mit chemisorptiven Stoffsystemen oder thermo- chemischen Reaktionssystemen möglich, deren Umwandungstemperaturen und Drücke entsprechend ihrer van't Hoff-Korrelation im Bereich der Anwendung liegen. Bei derlei Ausbildungen wird im Allgemeinen eine reversible Gas- Feststoff reaktion eingesetzt, die eine größere Reaktionsenthalpie aufweist und möglichst auch einen größeren spezifischen Massenumsatz erreicht. Ein Beispiel für derlei Reaktionssysteme sind Salzhydrate, wie beispielsweise CaCI2 2H2O.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladeluftkühlvorrichtung einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf auf, in welchem ein mit dem Niedertemperatur- Kühler zusammenwirkender Hochtemperatur-Ladeluftkühler angeordnet ist. Somit kann die Abführung von Wärme aus dem Kühlmittel sichergestellt werden, wenn dieses bereits eine hohe Wärmemenge aufgenommen hat. Die Sorptionseinrichtung weist bei dieser Variante einen Sorptionsbereich und einen Phasenwechselbereich auf, in welchen ein zwischen den beiden Bereichen verlagerbares Arbeitsmedium vorhanden ist. In dem Sorptionsbereich ist das Sorptionsmittel angeordnet. In dem Phasenwechselbereich ist das Aufnahmemittel angeordnet. Der Sorptionsbereich steht mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren ersten Fluidpfad in thermischer Wirkverbindung. In analoger Weise steht und der Phasenwechselbereich mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren zweiten Fluidpfad in thermischer Wirkverbindung. Besonders bevorzugt ist der zweite Fluidpfad fluidisch mit dem zweiten Kühlmittelpfad verbunden, in welchem der Kältespeicher angeordnet.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Ladeluftkühlvorrichtung eine zweite Ventileinrichtung auf. Mittels der zweiten Ventileinrichtung ist die Ladeluftkühlvorrichtung zwischen einem ersten und wenigstens einem zweiten Betriebszustand umschaltbar. Der erste Betriebszustand entspricht einer Aktivierungsphase, bei welcher der Sorptionsbereich der Sorptionseinrichtung mit dem im Hochtemperatur-Kühler zirkulierenden Kühlmittel beströmt wird. In dem ersten Betriebszustand ist der erste Fluidpfad in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf eingebunden, der zweite Fluidpfad ist hingegen in den zweiten Kühlkreislauf eingebunden. In dem wenigstens einen zweiten Betriebszustand ist der erste Fluidpfad in den zweiten Kühlkreislauf eingebunden, und der zweite Fluidpfad ist fluidisch vom Wärmetauscher getrennt. Der zweite Betriebszustand entspricht einer Nutzphase der Ladeluftkühlervorrichtung. Der Sorptionsbereich wird auf diese Weise mit Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs beströmt und auf diese Weise im Wesentlichen auf die Umgebungstemperatur der Umgebung abgekühlt. Gleichzeitig wird der Phasenwechselbereich mit dem Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs beströmt. Durch den Temperaturwechsel und die dadurch einsetzende Adsorption wird der Dampfdruck des Arbeitsmittels in der Sorptionseinrichtung so stark abgesenkt, dass das in dem Phasenwechselbereich vorliegende flüssige Arbeitsmittel verdampft und dabei dem Tieftemperaturkreislauf Wärme entzieht und diesen dadurch abkühlt. Das verdampfte Arbeitsmittel wird von dem auf nahe Umgebungstemperatur gehaltenen Sorptionsbereich angesaugt und unter Freisetzung von Adsorptionswärme adsorbiert. Die Adsorptionswärme wird wiederum über den zweiten Kühlkreislauf und den darin angeordneten Niedertemperaturkühler an die Umgebung abgeführt. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladeluftkühlvorrichtung zur temporären Abkühlung der zu kühlenden Ladeluft unter die Temperatur der Umgebung einen dritten Betriebszustand auf. In dem dritten Betriebszustand ist der Wärmetauscher mittels der ersten und zweiten Ventileinrichtung fluidisch mit dem Pha- senwechselbereich der Sorptionseinrichtung verbunden.
Zweckmäßig ist der Wärmetauscher in dem dritten Betriebszustand zusätzlich fluidisch mit dem Kältespeicher verbunden. Dies bewirkt eine temporäre Abkühlung der Ladeluft unter die Umgebungstemperatur der Umgebung der Ladeluftkühlvorrichtung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Ladeluftkühlvorrichtung einen vierten Betriebszustand auf. In dem vierten Betriebszustand ist der Wärmetauscher mittels der beiden Ventileinrichtungen fluidisch mit dem Kältespeicher des ersten Kühlkreislaufs verbunden. Hingegen ist eine Fluidverbindung des Phasenwechselbereichs mit dem Wärmetauscher in dem vierten Betriebszustand durch die Ventileinrichtungen unterbrochen. Auf diese Weise kann der Wärmetauscher über die im Kältespeicher gespeicherte Kälte versorgt werden.
Besonders zweckmäßig ist der Sorptionsbereich der Sorptionseinrichtung in dem vierten Betriebszustand mittels der zweiten Ventileinrichtung in den zweiten Kühlkreislauf eingebunden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Wärmetauscher zwei fluidisch voneinander getrennte Kühlereinheiten auf. Die beiden Kühlereinheiten sind derart ausgebildet, dass die zweite Kühlereinheit beim Durchströmen mit Ladeluft stromab der ersten Kühlereinheit und stromauf der mit Ladeluft zu versorgenden Brennkraftmaschine anbringbar oder angebracht ist. Bei dieser Variante ist die erste Kühlereinheit in den zweiten Kühlkreislauf eingebunden. Auf diese Weise wird bewirkt, dass nicht die gesamte Kühl-Last für die zu kühlende Ladeluft auf den zweiten Kühlkreislauf übertragen wird, sondern zunächst von dem Niedertemperaturkühler gekühlt wird.
Besonders bevorzugt kann die zweite Kühlereinheit mittels der ersten Ventileinrichtung wahlweise in den ersten oder zweiten Kühlkreislauf eingebunden werden. Diese Maßnahme erlaubt, je nach Anforderung, eine Variation der benötigten Kühlleistung.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ventileinrichtung als 4-2-Weg-Ventil ausgebildet, welches zwischen einer ersten und einer zweiten Verstellposition verstellbar ist. In der ersten Verstellposition verbindet die erste Ventileinrichtung den ersten Kühlkreislauf mit einem Eingangsanschluss des Wärmetauschers und den ersten Kühlkreislauf mit dem zweiten Kühlkreislauf. In der zweiten Verstellposition verbindet die erste Ventileinrichtung den zweiten Kühlkreislauf mit dem Eingangsanschluss des Wärmetauscher und trennt den ersten Kühlkreislauf fluidisch vom zweiten Kühlkreislauf und von dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf.
Besonders zweckmäßig sind die beiden Kühlereinheiten fluidisch in Serie zueinander geschaltet. Dies erlaubt eine Verlängerung des vom indirekten Ladeluftkühler bereitgestellten Kühlpfads.
Vorzugsweise geht der zweite Kühlkreislauf in einem Abzweigpunkt fluidisch in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf über.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung. 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, jeweils schematisch:
Fig. 1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Ladeluftkühlvorrichtung in einem
Blockdiagramm,
Fig. 2 eine Detaildarstellung des Blockdiagramms der Figur 1 ,
Fig. 3 die Ladeluftkühlvorrichtung der Figur 2 in einem Aktivierungszustand,
Fig. 4, 5 die Ladeluftkühlvorrichtung in weiteren Betriebszuständen,
Fig. 6, 7 eine erste Variante der Ladeluftkühlvorrichtung der Figuren 2 bis 5, bei welcher der indirekte Ladeluftkühler zwei getrennte Kühlereinheiten aufweist.
Fig. 8, 9 eine zweite Variante der Ladeluftkühlvorrichtung der Figuren 2 bis 5 mit einem 4-2-Wegeventil. Figur 1 zeigt in einem Blockdiagramm den Aufbau einer erfindungsgemäßen Ladeluftkühlvorrichtung 1 für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine.
Die Ladeluftkühlvorrichtung 1 umfasst einen Wärmetauscher 2, der eine Mehrzahl von in Figur 1 nicht genauer dargestellten Kühlmittel-Pfaden 3 aufweist. Die Kühlmittel-Pfade 3 des Wärmetauschers 2 sind mittels einer Ventileinrichtung 4 wahlweise in einen aktiv gekühlten ersten Kühlkreislauf 5a oder in einen passiv gekühlten zweiten Kühlkreislauf 5b eingebunden.
Die Ladeluftkühlvorrichtung 1 weist weiterhin einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf 13 auf, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert, dessen Temperatur höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im ersten bzw. zweiten Kühlkreislauf 5a, 5b.
Zum Zirkulieren des Kühlmittels im ersten Kühlkreislauf 5a dient eine Pumpvorrichtung 1 1 , die vorzugsweise stromab des Wärmetauschers 2 im ersten Kühlkreislauf 5a angeordnet ist. Die Pumpvorrichtung 1 1 kann als Kreiselpumpe realisiert sein. Der Kältespeicher 9 kann im Wesentlichen durch die thermische Masse des ersten Kühlkreislaufs 5a einschließlich der thermischen Masse des durch den ersten Kühlkreislauf strömenden Kühlmittels ausgebildet sein.
Entsprechend Figur 1 ist im zweiten Kühlkreislauf 5b ein Niedertemperaturkühler 6 angeordnet, welcher zum Kühlen des im zweiten Kühlkreislauf 5b zirkulierenden Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit der Umgebung 7 des Niedertemperaturkühlers 6 ausgebildet ist. Der Wärmeaustausch mit der Umgebung 7 kann von einem in Figur 1 nur schematisch angedeuteten Lüfter 19 unterstützt werden. Im ersten Kühlkreislauf 5a ist demgegenüber ein aktives Kältesystem 8 zum Kühlen des Kühlmittels angeordnet. Im ersten Kühlkreislauf 5a ist ferner ein Kältespeicher 9 vorhanden, der als Pufferspeicher für das durch den ersten Kühlkreislauf 5a zirkulierende Kühlmittel eingerichtet ist. Wie das Blockdiagramm der Figur 1 anschaulich belegt, ist das aktive Kältesys- tem 8 in einem ersten Kühlmittelpfad 10a des ersten Kühlkreislaufs 5a und der Kältespeicher 9 in einem fluidisch parallel zum ersten Kühlmittelpfad 10a geschalteten zweiten Kühlmittelpfad 10b des ersten Kühlkreislaufs 5a angeordnet. In dem aktiven Kältesystem 8 wird ein Kälteprozess ausgeführt, mittels welchem das Kühlmittel unter Verwendung von Abwärme oder Bremsenergie eines Kraftfahrzeugs gekühlt wird. Im Beispiel der Figur 1 ist die Ventileinrichtung 4 derart eingestellt, dass der Wärmetauscher 2 in den ersten Kühlkreislauf 5a integriert ist.
Figur 2 zeigt eine detailliertere Darstellung des Blockdiagramms der Figur 1 . Im Beispiel der Figur 2 ist die Ventileinrichtung 4 derart eingestellt, dass der Wärmetauscher 2 in den zweiten Kühlkreislauf 5b integriert ist. Man erkennt außerdem, dass die Ladeluftkühlvorrichtung 1 eine Sorptionseinrichtung 12 umfasst. Die Sorptionseinrichtung 12 dient zum Kühlen des Kühlmittels und umfasst hierzu ein Sorptionsmittel zur Adsorption und/oder Desorption des Kühlmittels sowie ein Aufnahmemittel zur Kondensation und/oder Verdampfung des Arbeitsmittels. Das Sorptionsmittel ist in dem Sorptionsbereich 16 angeordnet und das Aufnahmemittel ist in dem Phasenwechselbereich 17 angeordnet. Das Sorptionsmittel kann aus Aktivkohle oder Zeolith bestehen oder eines davon umfassen. Das Aufnahmemittel kann eine gut wärmeleitende Kapillarstruktur zur Kondensation, Aufnahme und örtlichen Fixierung sowie einer Wiederverdampfung von Arbeitsmittels wie z. B. Methanol und/oder Wasser umfassen.
Die Sorptionseinrichtung umfasst ein Sorptionsgehäuse 14, welches einen Gehäuseinnenraum 15 begrenzt. Der Gehäuseinnenraum 15 ist in einen Sorptionsbereich 16 und einen Phasenwechselbereich 17 unterteilt. Im Gehäuseinnenraum 15 ist ferner ein Arbeitsmedium 18 vorhanden, das zwischen den beiden Bereichen 16, 17 zyklisch verlagert wird. Der Sorptionsbereich 16 steht mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung 12 vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren ersten Fluidpfad 18a in thermischer Wirkverbindung. Entsprechend steht der Phasenwechselbereich 17 mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung 12 vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren zweiten Fluidpfad 18b in thermischer Wirkverbindung.
Der Wärmetauscher 2 der Ladeluftkühlvorrichtung 1 ist über die Ventileinrichtung 4, die als 3/2-Wege-Umschaltventil ausgeführt ist, alternativ mit dem ersten Kühlkreislauf 5a oder dem zweiten Kühlkreislauf 5b verbindbar. Auf diese Weise kann bei voller Motorleistung einer den Wärmetauscher 2 verwendeten Brennkraftmaschine 23 eine Ladeluft-Tiefkühlung bis vorzugsweise deutlich unter die Temperatur der Umgebung 7 zu ermöglichen. Dabei dient die Sorptionseinrichtung 12 zur zyklischen Abkühlung des ersten Kühlkreislaufs 5a, dessen thermische Masse so dimensioniert ist, dass die darin gespeicherte sensible„Kälteenergie" ausreicht, um den Wärmetauscher 2 für mindestens einen Volllast-Beschleunigungsvorgang mit ausreichend kühlem Kühlmittel zu versorgen.
Entsprechend Figur 2 weist die Ladeluftkühlvorrichtung 1 eine weitere, zweite Ventileinrichtung 20 auf, mittels welcher die Sorptionseinrichtung 12 der Ladeluftkühlvorrichtung 1 zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand umschaltbar ist. In dem ersten Betriebszustand ist der erste Fluidpfad 18a in den Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 13 geschaltet, und der zweite Fluidpfad 18b ist in den zweiten Kühlkreislauf 5b geschaltet. Dieses Szenario ist in Figur 2 gezeigt. Wie Figur 2 erkennen lässt, besitzt die Ventileinrichtung 20 zum Umschalten zwischen den beiden Betriebszuständen zwei einlassseitige Ventilelemente 21 a, 21 b und zwei auslassseitige Ventilelemente 22a, 22b. In dem in Figur 2 gezeigten ersten Betriebszustand sorgen das erste einlassseitige Ventilelement 21 a und das erste auslassseitige Ventilelement 22a für eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidpfad 18a und dem Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 13. Demgegenüber unterbrechen die Ventilelemente 21 a, 22a eine Fluidverbindung des ersten Flu- idpfads 18a mit dem zweiten Kühlkreislauf 5b, in welchem der Niedertemperaturkühler 6 angeordnet ist.
Das zweite einlassseitige Ventilelement 21 b und das zweite auslassseitige Ventilelement 22b sorgen für eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Fluidpfad 18b und dem zweiten Kühlkreislauf 5b, in welchem der Niedertemperaturkühler 6 angeordnet ist. Der erste Betriebszustand des aktiven Kühlsystems 8 entspricht einer Aktivierungsphase, bei welcher der Sorptionsbereich 16 mit dem im Hochtemperatur-Kühler 12 zirkulierenden Kühlmittel (vgl. Pfeile 50 in Figur 2) beströmt wird. Gleichzeitig wird der Phasenwechselbereich mit dem im zweiten Kühlkreislauf 5b mit dem Niedertemperatur-Kühler 6 zirkulierenden Kühlmittel beströmt (Pfeile 51 ). Auf diese Weise wird das Arbeitsmittel der Sorptionseinrichtung unter Aufnahme von Wärme aus dem Sorptionsbereich desorbiert und in dem Phasenwechselbereich 17 kondensiert. Die entstehende Kondensationswärme wird über den zweiten Kühlkreislauf 5b mit dem Niedertemperaturkühler 6 abgeführt.
In dem zweiten Betriebszustand, welcher einer Nutzphase der Ladeluftkühlervorrichtung 1 entspricht und in Figur 3 dargestellt ist, ist der erste Fluidpfad 18a in den zweiten Kühlkreislauf 5b geschaltet, in welchem der Niedertemperaturkühler 6 angeordnet ist. Der zweite Fluidpfad 18b ist fluidisch vom Wärmetauscher getrennt und stattdessen mit dem zweiten Kühlmittelpfad 10b verbunden, in welchem der Kältespeicher 9 angeordnet ist. Dieser Betriebszustand ist geschaltet, wenn die passive Ladeluftkühlung über den zweiten Kühlkreislauf 5b ausreicht, also keine Volllast-Beschleunigungsphase von der Brennkraftmaschine gefordert wird. In dem in Figur 3 gezeigten zweiten Betriebszustand sorgen das erste einlasssei- tige Ventilelement 21 a und das erste auslassseitige Ventilelement 22a für eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Fluidpfad 18a und dem zweiten Kühlkreislauf 5b mit dem Niedertemperaturkühler 6. Demgegenüber sorgen die Ventilelemente 21 b, 22b für eine Fluidverbindung des zweiten Fluidpfads 18b mit dem Kältespeicher 9 und eine Zirkulation des Kühlmittels mittels der Pumpvorrichtung 1 1
Der Sorptionsbereich 16 wird auf diese Weise mit Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs 5b beströmt und auf diese Weise im Wesentlichen auf die Temperatur der Umgebung 7 abgekühlt. Gleichzeitig wird der Phasenwechselbereich 17 mit dem Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 5a beströmt. Durch den Temperaturwechsel und die dadurch einsetzende Adsorption wird der Fluiddruck des Arbeitsmittels in der Sorptionseinrichtung 12 so stark abgesenkt, dass das in dem Phasenwechselbereich 17 vorliegende flüssige Arbeitsmittel verdampft und dabei dem Tieftemperaturkreislauf Wärme entzieht und diesen dadurch abkühlt. Das verdampfte Arbeitsmittel wird von dem auf nahe Umgebungstemperatur gehaltenen Sorptionsbereich 16 angesaugt und unter Freisetzung von Adsorptionswärme adsorbiert. Die Adsorptionswärme wird wiederum über den zweiten Kühlkreislauf 5b und den darin angeordneten Niedertemperaturkühler 6 an die Umgebung 7 abgeführt.
In Figur 3 ist also eine Schaltstellung der Ventileinrichtung 4 dargestellt, bei der der Wärmetauscher 2 in klassischer Weise mit dem auf nahe Umgebungstemperatur der Umgebung 7 abgekühlten Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs 5b durchströmt wird und gleichzeitig der erste Temperaturkreislauf 5a mit dem Kältespeicher 9 auf eine Temperatur unter die Umgebungstemperatur der Umgebung 7 abgekühlt wird. Auch bei der in Figur 2 gezeigten Aktivierungsphase ist die erste Ventileinrichtung 4 in derselben Position wie in der Nutzphase der Figur 3. Eine temporäre Abkühlung der Ladeluft unter die Temperatur der Umgebung 7 der Ladeluftkühlvorrichtung 1 erfolgt in einem dritten Betriebszustand der Ladeluftkühlvorrichtung 1 entsprechend der Figuren 4 und 5 durch eine Einstellung der ersten Ventileinrichtung 4 derart, dass der Wärmetauscher 2 direkt mit dem ersten Kühlkreislauf 5a verbunden wird.
In der Schaltstellung der beiden Ventileinrichtungen 4, 20 entsprechend Figur 4 befindet sich die weiterhin unbeeinflusst zyklierte Sorptionseinrichtung 12 des ersten Kühlkreislaufs 5a im Nutzprozess. Die Pumpvorrichtung 1 1 fördert das durch den indirekten Ladeluftkühler 2 erwärmte Kühlmittel sowohl durch den Pha- senwechselbereich 17 der Sorptionseinrichtung als auch über den Kältespeicher 9.
Für den Fall, dass sich die Sorptionseinrichtung 12 gerade im Aktivierungspro- zess gemäß Figur 2 befindet, wird die Ladeluftkühlvorrichtung 1 in einem vierten Betriebszustand in Schaltstellung der beiden Ventileinrichtungen 4, 20 nach Figur 5 betrieben. Diese unterscheidet sich von der Schaltstellung entsprechend Figur 4 dadurch, dass die Fluidverbindung des Phasenwechselbereichs 17 mit dem Wärmetauscher 2 durch die Ventile 21 a, 21 b, 22a, 22b unterbrochen ist und der Wärmetauscher 2 fluidisch mit dem Kältespeicher 9 des ersten Kühlkreislauf 5a verbunden ist. Dies bedeutet, dass der Wärmetauscher 2 ausschließlich von der im Kältespeicher 9 sensibel gespeicherten Kälte versorgt wird. Wie Figur 5 weiter erkennen lässt, ist in dem vierten Betriebszustand der Sorptionsbereich 16 der Sorptionseinrichtung 12 mittels der zweiten Ventileinrichtung in den Hochtemperatur-Kühlkreislaufs 13 eingebunden.
In Figur 6 ist eine Variante des Beispiels der Figuren 2 bis 5 dargestellt. Es unterscheidet sich von dem oben vorgeschlagene System dadurch, dass der Wärme- tauscher 2 zwei fluidisch voneinander getrennte Kühlereinheiten 2a, 2b mit separaten Kühlmittelanschlüssen aufweist.
Im Betrieb als Teil einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine 23 ist die zweite Kühlereinheit 2b beim Durchströmen mit Ladeluft stromab der ersten Kühlereinheit 2a und stromauf der Brennkraftmaschine 23 angeordnet, was in Figur 6 durch die Ladeluft bezeichnende Pfeile 52 wiedergegeben ist.
Entsprechend Figur 6 ist die erste Kühlereinheit 2a des Wärmetauschers 2 stationär, also permanent in den zweiten Kühlkreislauf 5b eingebunden. Die zweite Kühlereinheit 2b ist hingegen mit Hilfe der ersten Ventileinrichtung 4 wahlweise in den ersten oder zweiten Kühlkreislauf 5a, 5b einbindbar. Im Szenario der Figur 6 ist eine Einbindung der zweiten Kühlereinheit in den zweiten Kühlkreislauf 5b dargestellt.
Die Figur 7 zeigt eine Schaltstellung der ersten Ventileinrichtung 4, bei welcher die zweite Kühlereinheit 2b in den ersten Kühlkreislauf 5a eingebunden ist.
Die Zweiteilung des Wärmetauschers 2 in zwei Kühlereinheiten 2a, 2b bewirkt, dass nicht die gesamte Kühllast der zu kühlenden Ladeluft auf den ersten Kühlkreislauf 5a übertragen wird, sondern die bei noch hoher Temperatur anfallende Kühllast zunächst von dem im zweiten Kühlkreislauf 5b angeordneten Niedertemperaturkühler 6 an die Umgebung 7 abgeführt wird.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass als weitere Ausführungsvariante auch eine im Beispiel der Figuren nicht näher dargestellte Dreiteilung des Wärmetauschers 2 mit drei Kühlereinheiten vorsehen sein kann. Bei dieser Variante wird eine La- deluft-seitig zuerst durchströmte Kühlereinheit von dem aus dem Hochtempera- turkühlkreislauf 13 gekühlten Kühlmittel, die zweite Kühlereinheit von dem Kühl- mittel des zweiten Kühlkreislaufs 5b und die dritte Kühlereinheit bedarfsweise von dem Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 5a durchströmt. Damit werden die Wärmelasten der beiden Kühlkreisläufe 5a, 5b minimiert.
Eine Vorschlagsvariante mit geringerem Verschaltungsaufwand ist in der Figur 8 dargestellt. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass der Wärmetauscher 2 als sogenannter- Gegenstrom- oder Kreuz-Gegenstrom-Wärmeübertrager ausgeführt ist und dadurch nur einen Eingangsanschluss 25a und einen Ausgangsanschluss 25b benötigt. In diesem Falle ist die erste Ventileinrichtung 4 als 4-2-Wegeventil 26 ausgeführt, mit der je nach Kühlungsanforderung der Brennkraftmaschine 23 zwischen einem normalen Ladeluft-Kühlmodus und einem Ladeluft-Tiefkühlmodus verstellt werden kann. Hierzu ist die erste Ventileinrichtung ist als 4-2-Weg-Ventil 26 ausgebildet, welches zwischen einer ersten und einer zweiten Verstellposition verstellbar ist.
In Fig. 8 ist der Ladeluft-Tiefkühlmodus dargestellt, in welchem sich das 4-2-Weg- Ventil 26 in seiner ersten Verstellposition befindet. Die erste Ventileinrichtung 4 verbindet in der ersten Verstellposition den ersten Kühlkreislauf 5a mit einem Eingangsanschluss 25a des Wärmetauscher 2 und den ersten Kühlkreislauf 5a mit dem zweiten Kühlkreislauf 5b. In diesem Modus fördert die Pumpvorrichtung 1 1 entsprechend Figur 8 gekühltes Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 5a in einen Ladeluft-austrittsseitigen Bereich 28 des Wärmetauschers 2, der sich im Gegenstrom zur Ladeluft zum Ladeluft-austrittsseitigen Bereich 27 zunehmend erwärmt. Austrittsseitig besitzt das Kühlmittel eine so hohe Temperatur, dass die Wärme zunächst über den im Hochtemperatur-Kühlkreislauf 13 angeordneten Hochtemperaturkühler 30 abgeführt werden kann, der wie in Figur 8 angedeutet luftseitig im Kühlmodul des Fahrzeugs hinter dem Niedertemperaturkühler 6 angeordnet ist. Ein Teilstrom des vom Hochtemperaturkühler 30 vorgekühlten Kühlmittels wird in einem Abzweigpunkt 29 in den im zweiten Kühlkreislauf 5b abgezweigt und im Niedertemperaturkühler 6 möglichst nahe an die Temperatur der Umgebung 7 herangekühlt. Der zweite Kühlkreislauf 5b ist also in einem Abzweigpunkt 29 fluidisch mit dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf 13 verbunden. Schließlich wird das Kühlmittel und schließlich wiederum über das 4-2-Wegeventil 26 wieder in den ersten Kühlkreislauf 5a zurückgeführt.
Die Fig. 9 zeigt die Schaltstellung der als 4-2-Wegeventil 26 realisierten Ventileinrichtung 4 im normalen Ladeluft-Kühlmodus. In diesem Modus befindet sich das 4-2-Wegeventil 26 in einer zweiten Verstellposition. In der zweiten Verstellposition verbindet die erste Ventileinrichtung 4 den zweiten Kühlkreislauf 5b mit dem Eingangsanschluss 25a des Wärmetauscher 2 und trennt den ersten Kühlkreislauf 5a fluidisch vom zweiten Kühlkreislauf 5b und vom Hochtemperatur- Kühlkreislauf 13.
In diesem Modus wird der Wärmetauscher 2 über das 4-2-Wegeventil 26 und den zweiten Kühlkreislauf 5b mit Kühlmittel aus dem Niedertemperaturkühler 6 beaufschlagt und ermöglicht eine konventionelle Abkühlung der Ladeluft auf ein Temperaturniveau oberhalb der Temperatur der Umgebung 7. In diesem Modus ist der erste Kühlkreislauf 5a von den übrigen Kreisläufen 5b, 13 entkoppelt und kann für die nächste Tiefkühlphase durch den Kälteprozess wieder deutlich unter die Umgebungstemperatur heruntergekühlt werden.
Da bei der Variante der Figuren 8 und 9 eine hohe Aufwärmung des Kühlmittels im Wärmetauscher 2 zulässig ist, kann die Kühlmittelseite des Wärmetauschers 2 für relativ kleine Volumenströme ausgelegt sein. Damit es zu keinen großen Temperaturgradienten quer zur Ladeluft-Durchströmungsrichtung kommt, ist eine rei- ne Gegenstrombauweise mit großer Tiefe in Richtung der Ladeluftströmung und einer geringen Stirnfläche senkrecht besonders vorteilhaft.
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Claims

Ansprüche
1 . Ladeluftkühlvorrichtung (1 ) für eine Frischluftanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs,
mit einem Wärmetauscher (2), der mittels einer (ersten) Ventileinrichtung (4) in einen aktiv gekühlten ersten Kühlkreislauf (5a) und/oder in einen passiv gekühlten zweiten Kühlkreislauf (5b) einbindbar oder eingebunden ist.
2. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Kühlkreislauf (5a) ein aktives Kältesystem (8) zum Verringern der Temperatur des Kühlmittels angeordnet ist, und dass
im zweiten Kühlkreislauf (5b) ein Niedertemperaturkühler (6) angeordnet ist, welcher zum Kühlen des im zweiten Kühlkreislauf (5b) zirkulierenden Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit der Umgebung (7) der Ladeluftkühlvorrichtung (1 ) ausgebildet ist.
3. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Kühlkreislauf (5a) einen Kältespeicher (9) aufweist, der als Pufferspeicher für das durch den ersten Kühlkreislauf (5a) zirkulierende Kühlmittel ausgebildet ist.
4. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Kältesystem (8) in einem ersten Kühlmittelpfad (10a) des ersten Kühlkreislaufs (5a) angeordnet ist und der Kältespeicher (9) in einem fluidisch parallel zum ersten Kühlmittelpfad (10a) geschalteten zweiten Kühlmittelpfad (10b) des ersten Kühlkreislaufs (5a) angeordnet ist.
5. Ladeluftkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten und/oder im zweiten Kühlkreislauf (5a, 5b) eine Pumpvorrichtung zum Zirkulieren des Kühlmittels (1 1 ) angeordnet ist.
6. Ladeluftkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kältespeicher (9) im Wesentlichen durch die thermische Masse des ersten Kühlkreislaufs (5a) einschließlich der thermischen Masse des durch den ersten Kühlkreislauf (5a) strömenden Kühlmittels ausgebildet ist.
7. Ladeluftkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem aktiven Kältesystem (8) ein Kälteprozess ausgeführt wird, mittels welchem das Kühlmittel unter Verwendung von Abwärme oder Bremsenergie eines Kraftfahrzeugs kühlbar oder gekühlt ist.
8. Ladeluftkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ladeluftkühlvorrichtung (1 ) eine Sorptionseinrichtung (12) umfasst, die zum Kühlen des Kühlmittels eingerichtet ist und hierzu ein Sorptionsmittel zur Adsorption und/oder Desorption des Kühlmittels und ein Aufnahmemittel zur Kondensation und/oder Verdampfung des Kühlmittels umfasst.
9. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sorptionsmittel Aktivkohle und das Arbeitsmittel Methanol umfasst, oder dass
das Sorptionsmittel Zeolith und das Arbeitsmittel Wasser umfasst.
10. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ladeluftkühlvorrichtung (1 ) einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf (13) aufweist, in welchem ein mit dem Niedertemperatur-Kühler (6) zusammenwirkender Hochtemperatur-Ladeluftkühler (30) angeordnet ist, wobei in dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf (13) ein Kühlmittel zirkuliert, dessen Temperatur höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im Niedertemperatur-Kühler (6), die Sorptionseinrichtung (12) einen Sorptionsbereich und einen Phasenwech- selbereich umfasst, in welchen ein zwischen den beiden Bereichen (16, 17) verlagerbares Arbeitsmedium vorhanden ist, wobei in dem Sorptionsbereich (16) das Sorptionsmittel und im Phasenwechselbereich (17) das Aufnahmemittel angeordnet ist,
wobei der Sorptionsbereich (16) mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung (12) vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren ersten Fluidpfad (18a) in thermischer Wirkverbindung steht und der Phasenwechselbereich (17) mit wenigstens einem in der Sorptionseinrichtung (12) vorhandenen und von dem Kühlmittel durchströmbaren zweiten Fluidpfad (18b) in thermischer Wirkverbindung steht.
1 1 . Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Fluidpfad (18b) fluidisch mit dem zweiten Kühlmittelpfad (10b) verbunden ist, in welchem der Kältespeicher (9) angeordnet ist.
12. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ladeluftkühlvorrichtung eine (zweite) Ventileinrichtung aufweist, mittels welcher die Ladeluftkühlvorrichtung (1 ) zwischen einem ersten und wenigstens einem zweiten Betriebszustand umschaltbar ist,
wobei in dem ersten Betriebszustand der erste Fluidpfad (18a) in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf (13) eingebunden ist und der zweite Fluidpfad (18b) in den zweiten Kühlkreislauf (5b) eingebunden ist,
wobei in dem wenigstens einen zweiten Betriebszustand der erste Fluidpfad (18a) in den zweiten Kühlkreislauf (5b) eingebunden ist und der zweite Fluidpfad (18b) fluidisch vom Wärmetauscher (2) getrennt ist.
13. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ladeluftkühlvorrichtung (1 ) zur temporären Abkühlung der zu kühlenden Ladeluft unter die Temperatur der Umgebung einen dritten Betriebszustand aufweist, in welchem der Wärmetauscher (2) mittels der ersten und zweiten Ventileinrichtung (4, 20) fluidisch mit dem Phasenwechselbereich (17) der Sorptionseinrichtung (12) verbunden ist.
14. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmetauscher (2) in dem dritten Betriebszustand zusätzlich fluidisch mit dem Kältespeicher (9) verbunden ist.
15. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeluftkühlvorrichtung (1 ) einen vierten Betriebszustand aufweist, in welchem der Wärmetauscher (2) mittels der beiden Ventileinrichtungen (4, 20) fluidisch mit dem Kältespeicher (9) des ersten Kühlkreislauf (5a) verbunden ist und eine Fluidverbindung des Phasenwechselbereichs (17) mit dem Wärmetauscher (2) durch die Ventileinrichtungen (4, 20) unterbrochen ist.
16. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem vierten Betriebszustand der Sorptionsbereich (16) der Sorptionseinrichtung (12) mittels der zweiten Ventileinrichtung (20) in den zweiten Kühlkreislauf (5b) eingebunden ist.
17. Ladeluftkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmetauscher (2) zwei fluidisch voneinander getrennte Kühlereinheiten (2a, 2b) aufweist, derart ausgebildet, dass die zweite Kühlereinheit (2b) beim Durchströmen mit Ladeluft stromab der ersten Kühlereinheit (2a) und stromauf der mit Ladeluft zu versorgenden Brennkraftmaschine (23) anbringbar o- der angebracht ist,
wobei die erste Kühlereinheit (2a) in den zweiten Kühlkreislauf (5b) eingebunden ist.
18. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Kühlereinheit (5b) mittels der ersten Ventileinrichtung (4) wahlweise in den ersten oder zweiten Kühlkreislauf (5a, 5b) einbindbar ist.
19. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung als 4-2-Weg-Ventil (26) ausgebildet ist, welches zwischen einer ersten und einer zweiten Verstellposition verstellbar ist, wobei die erste Ventileinrichtung (4) in der ersten Verstellposition den ersten Kühlkreislauf (5a) mit einem Eingangsanschluss 25a des Wärmetauscher (2) verbindet und den ersten Kühlkreislauf (5a) mit dem zweiten Kühlkreislauf (5b) verbindet,
wobei die erste Ventileinrichtung (4) in der zweiten Verstellposition den zweiten Kühlkreislauf (5b) mit dem Eingangsanschluss (25a) des Wärmetauschers (2) verbindet und den ersten Kühlkreislauf (5a) fluidisch vom zweiten Kühlkreislauf (5b) und von dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf (13) trennt.
20. Ladeluftkühlvorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Kühlereinheiten (5a, 5b) fluidisch in Serie zueinander geschaltet sind.
21 . Ladeluftkühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Kühlkreislauf (5b) in einem Abzweigpunkt 29 fluidisch in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf (13) übergeht.
22. Frischluftanlage mit einer Ladeluftkühlvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) der Ladeluftkühlvorrichtung (1 ) in eine Frischluftleitung der Frischluftanlage integriert ist.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2610989A1 (fr) * 1987-02-18 1988-08-19 Valeo Circuit de refroidissement auxiliaire pour vehicule automobile
EP1342893A2 (de) * 2002-03-08 2003-09-10 Behr GmbH & Co. Vorrichtung zur Kühlung von Ladeluft und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung
DE102010015331A1 (de) * 2010-04-17 2010-12-09 Daimler Ag Kühleranordnung für ein Fahrzeug und Verfahen zum Betreiben einer Kühleranordnung
DE102010040088A1 (de) * 2010-09-01 2012-03-01 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Klimatisierungsgerät mit zwei Kältemaschinen
DE102010062714A1 (de) 2010-12-09 2012-06-14 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Hochtemperatur-Ladeluftkühlers und Ladeluftkühlsystem zum Kühlen von Ladeluft
DE102011003664A1 (de) 2011-02-04 2012-08-09 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmepumpe
DE102012218191A1 (de) * 2012-10-05 2014-04-10 Robert Bosch Gmbh Wärmetransportanordnung und Verfahren zum Wärmeaustausch in einem Kraftfahrzeug mittels der Wärmetransportanordnung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10333219A1 (de) * 2003-07-22 2005-02-24 Deere & Company, Moline Kühlanordnung
DE102006048485A1 (de) * 2006-10-11 2008-04-17 Behr Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Ladeluftkühlung für einen Verbrennungsmotor, System mit einer Vorrichtung zur Ladeluftkühlung
DE102013205318A1 (de) * 2013-03-26 2014-10-02 Mahle International Gmbh Saugmodul für eine aufgeladene Brennkraftmaschine
DE102013215608A1 (de) * 2013-08-07 2015-02-12 Behr Gmbh & Co. Kg Kühlsystem und zugehöriges Betriebsverfahren
US9783025B2 (en) * 2013-11-13 2017-10-10 Mahle International Gmbh Method for cooling and/or heating media, preferably in a motor vehicle, and a sorptive heat and cold storage system
DE102014219952A1 (de) * 2014-10-01 2016-04-07 Mahle International Gmbh Aufgeladene Brennkraftmaschine sowie Fahrzeug
DE102014219955A1 (de) * 2014-10-01 2016-04-07 Mahle International Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Anordnung und Anordnung
DE102014019098A1 (de) * 2014-12-18 2015-06-25 Daimler Ag Vorrichtung und Verfahren zur Ladeluftkühlung und Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2610989A1 (fr) * 1987-02-18 1988-08-19 Valeo Circuit de refroidissement auxiliaire pour vehicule automobile
EP1342893A2 (de) * 2002-03-08 2003-09-10 Behr GmbH & Co. Vorrichtung zur Kühlung von Ladeluft und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung
DE102010015331A1 (de) * 2010-04-17 2010-12-09 Daimler Ag Kühleranordnung für ein Fahrzeug und Verfahen zum Betreiben einer Kühleranordnung
DE102010040088A1 (de) * 2010-09-01 2012-03-01 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Klimatisierungsgerät mit zwei Kältemaschinen
DE102010062714A1 (de) 2010-12-09 2012-06-14 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Hochtemperatur-Ladeluftkühlers und Ladeluftkühlsystem zum Kühlen von Ladeluft
DE102011003664A1 (de) 2011-02-04 2012-08-09 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmepumpe
DE102012218191A1 (de) * 2012-10-05 2014-04-10 Robert Bosch Gmbh Wärmetransportanordnung und Verfahren zum Wärmeaustausch in einem Kraftfahrzeug mittels der Wärmetransportanordnung

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