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Die Erfindung betrifft eine Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kreislaufanordnung.
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Es ist bekannt, zur Erhöhung der Effektivität von Brennkraftmaschinen diese mit verdichteter Verbrennungsluft zu versorgen. Durch die Verdichtung der angesaugten Luft mittels eines Verdichters wird diese erwärmt. Um die Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff weiter zu erhöhen, wird die komprimierte Verbrennungsluft vor ihrer Einleitung in die Brennkraftmaschine mittels eines Ladeluftkühlers bzw. Ladeluftwärmetauschers abgekühlt. Bei der direkten Ladeluftkühlung wird die Ladeluft über einen Ladeluft-Luft-Wärmetauscher von der Außenluft des Fahrzeugs gekühlt, während bei indirekter Ladeluftkühlung ein in einem Niedertemperaturkreislauf angeordneter Ladeluft-Kühlmittel-Wärmetauscher eingesetzt wird.
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Ferner ist es bekannt, dass für die Kühlung der Brennkraftmaschine verwendete Kühlmittel auch zum Heizen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu nutzen. Hierzu wird zusätzlich zu einem Kühler ein Heizwärmetauscher in einen Hochtemperaturkreislauf integriert.
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Weiterhin ist es bspw. aus der
DE 10 2013 211 701 A1 bekannt, die mittels des Ladeluftkühlers der Ladeluft entzogene Wärme ebenso zum Heizen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu nutzen. Hierzu ist ein Zusatz-Heizwärmetauscher neben einem Niedertemperaturkühler in dem Niedertemperaturkreislauf angeordnet, welcher zusammen mit einem in dem Hochtemperaturkreislauf integrierten Heizwärmetauscher zum Heizen der Fahrgastzelle dient. Hierbei sind diese beiden Heizwärmetauscher als Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher ausgeführt. Es wird in dieser
DE 10 2013 211 701 A1 auch vorgeschlagen, diese beiden Heizwärmetauscher in einer Komponente zusammenzufassen, wobei jedoch die beiden Temperaturkreisläufe getrennt voneinander sind. Der Zusatz-Heizwärmetauscher kann über eine Bypassleitung in den Niedertemperaturkreislauf eingebunden werden, wobei sowohl bei zugeschaltetem Zusatz-Heizwärmetauscher als auch bei nicht zugeschaltetem Zusatz-Heizwärmetauscher das Kühlmittel im Niedertemperaturkreislauf auch durch den Niedertemperaturkühler geleitet wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Hochtemperaturkreislauf und einem Niedertemperaturkreislauf anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kreislaufanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Eine solche Kreislaufanordnung zur Kühlung von Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Hochtemperaturkreislauf und einem Niedertemperaturkreislauf zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- – der Hochtemperaturkreislauf mit der Brennkraftmaschine thermisch gekoppelt ist,
- – die Brennkraftmaschine einen Ladeluftverdichter zur Kompression der Verbrennungsluft und einen Ladeluftwärmetauscher zur Kühlung der Verbrennungsluft umfasst,
- – der Ladeluftwärmetauscher in dem Niedertemperaturkreislauf angeordnet ist,
- – zur Durchleitung des Kühlmittels des Niedertemperaturkreislaufs durch den Ladeluftwärmetauscher eine erste Ventilanordnung in dem Niedertemperaturkreislauf angeordnet ist, und
- – eine Abzweigleitung des Hochtemperaturkreislaufs mit einer zweiten Ventilanordnung vorgesehen ist, mit welcher Kühlmittel des Hochtemperaturkreislaufs nach Durchleitung durch den Ladeluftwärmetauscher in den Hochtemperaturkreislauf in Abhängigkeit der Ventilstellung der zweiten Ventilanordnung zurückgeführt wird.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Kreislaufanordnung wird der als indirekte Wärmetauscher ausgeführte Ladeluftkühler entweder mit dem Niedertemperaturkreislauf oder über eine Abzweigleitung fluidisch mit dem Hochtemperaturkreis gekoppelt. So kann bedarfsabhängig die aus der komprimierten Ladeluft entzogene Wärme entweder über einen in dem Niedertemperaturkreislauf angeordneten Niedertemperaturkühler an die Außenluft des Fahrzeugs abgegeben werden oder über die zugeschaltete Abzweigleitung auf den Hochtemperaturkreislauf übertragen werden. Damit kann entweder eine schnelle Aufheizung der Fahrgastzelle oder eine schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine im kalten Betriebszustand erreicht werden. Die entsprechende Zu- bzw. Abschaltung des Niedertemperaturkreislaufes bzw. des Hochtemperaturkreislaufes erfolgt über eine erste und zweite Ventilanordnung.
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Ein besonderer Vorteil hinsichtlich des Bauraumbedarfs dieser erfindungsgemäßen Kreislaufanordnung ergibt sich dadurch, dass keine zusätzlichen Wärmetauscher erforderlich sind, sondern ein handelsüblicher Ladeluftkühler eingesetzt werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Saugstrahlpumpe vorgesehen, mit welcher das durch den Ladeluftwärmetauscher geführte Kühlmittel in den Hochtemperaturkreislauf zurückgeführt wird. Aufgrund der Verwendung einer solchen Saugstrahlpumpe ist keine zusätzliche energieverbrauchende Pumpe in der Abzweigleitung erforderlich.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Hochtemperaturkreislauf einen Heizwärmetauscher zur Kühlung des Kühlmittels des Hochtemperaturkreislaufs auf. Ein solcher Heizwärmetauscher dient zum Heizen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs.
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Des Weiteren ist es weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass in der Abzweigleitung ein Rückschlagventil angeordnet ist. Damit wird in allen Betriebszuständen der Kreislaufanordnung ein Rückfluss von Kühlmittel aus der Abzweigleitung in den Hochtemperaturkreislauf verhindert.
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Schließlich ist es besonders vorteilhaft, wenn der Ladeluftwärmetauscher als wärmeisolierender Wärmetauscher aufgebaut ist. Somit kann nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine die in dem Kühlmittel im Bereich des Ladeluftwärmetauschers verbliebene Wärme gespeichert werden und bei Start der Brennkraftmaschine wieder in den Hochtemperaturkreislauf zum Heizen der Fahrgastzelle oder zum Erwärmen der Brennkraftmaschine verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Kreislaufanordnung ist für den Einsatz in allen Fahrzeugtypen geeignet.
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Die Erfindung. wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige beigefügte Figuren ausführlich beschrieben. Diese 1 zeigt ein Schaltbild einer Kreislaufanordnung gemäß der Erfindung.
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Diese 1 zeigt eine Kreislaufanordnung 1 zur Ladeluftkühlung für eine aufgeladene Brennkraftmaschine 2 eines nicht dargestellten Fahrzeugs. Hierzu wird Ladeluft L einem Ladeluftverdichter 3 eines Turboladers zugeführt und die komprimierte und dadurch erwärmte Ladeluft als Verbrennungsluft L1 zur Kühlung über einen Ladeluftwärmetauscher 4 als Ladeluftkühler geleitet, bevor die gekühlte Verbrennungsluft L2 der Brennkraftmaschine 2 zugeführt wird.
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Der Ladeluftwärmetauscher 4 ist als Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher mit einem Zuflussanschluss 4.1 und einem Abflussanschluss 4.2 ausgeführt, wobei über diese Anschlüsse 4.1 und 4.2 Kühlmittel durch den Ladeluftwärmetauscher 4 geführt und dabei die Wärme der Verbrennungsluft L1 von dem Kühlmittel aufgenommen wird.
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Gemäß 1 kann der Ladeluftwärmetauscher 4 sowohl mit einem Niedertemperaturkreislauf NT als auch über eine Abzweigleitung 7 mit einem Hochtemperaturkreislaufes HT jeweils über die Anschlüsse 4.1 und 4.2 wechselweise fluidisch verbunden werden.
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Der Niedertemperaturkreislauf NT umfasst neben dem Ladeluftwärmetauscher 4 einen Niedertemperaturkühler 13, eine erste Ventilanordnung 5 und eine Kühlmittelpumpe 14. Die Kühlmittelpumpe 14 dient zur Umwälzung des Kühlmittels in dem Niedertemperaturkreislauf NT, so dass der Ladeluftwärmetauscher 4 über den Zuflussanschluss 4.1 in Richtung des Abflussanschlusses 4.2 durchströmt wird. Die Kühlmittelpumpe 14 ist an den Zuflussanschluss 4.1 des Ladeluftwärmetauschers 4 angeschlossen, während der Abflussanschluss 4.2 mit der ersten Ventilanordnung 5 verbunden ist. Diese Ventilanordnung 5 ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet und stellt ein stromlos offenes Ventil dar. Im stromlosen Zustand dieser Ventilanordnung 5 kann das Kühlmittel in dem Niedertemperaturkreislauf NT zirkulieren, wodurch die in dem Ladeluftwärmetauscher 4 von dem Kühlmittel aufgenommene Wärme über den Niedertemperaturkühler 13 an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben wird. Falls diese Ventilanordnung 5 mittels eines Steuergerätes (in 1 nicht dargestellt) angesteuert wird, wird dieses Ventil geschlossen, so dass kein Kühlmittel in dem Niedertemperaturkreislauf NT zirkulieren kann.
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Die Brennkraftmaschine 2 ist thermisch mit einem Hochtemperaturkreislauf HT gekoppelt und umfasst einen Heizwärmetauscher 9 sowie eine Kühlmittelpumpe 11. Die Motorwärme der Brennkraftmaschine 2 wird zu deren Kühlung mittels des Hochtemperaturkreislaufes HT in den Heizwärmetauscher 9 transportiert, der zur Heizung der Fahrgastzelle des Fahrzeugs dient und bspw. in einem Klimagerät 12 einer Fahrzeugklimaanlage des Fahrzeugs angeordnet ist. Zusätzlich kann dieser Hochtemperaturkreislauf HT auch mit einem Motorkühlkreislauf gekoppelt werden, wenn zur Kühlung der Brennkraftmaschine 2 die Motorwärme nicht zum Heizen benötigt wird. Das Kühlmittel des Hochtemperaturkreislaufs HT wird mittels einer Kühlmittelpumpe 11 umgewälzt.
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In Strömungsrichtung des Kühlmittels ist nach der Brennkraftmaschine 2 eine Abzweigstelle 7.0 vorgesehen, von der eine Abzweigleitung 7 über ein Rückschlagventil 10 zum Zuflussanschluss 4.1 des Ladeluftwärmetauschers 4 geführt ist. Vom Abflussanschluss 4.2 des Ladeluftwärmetauschers 4 führt die Abzweigleitung 7 als Rückleitung 7.1 über eine zweite Ventilanordnung 6 zurück zum Hochtemperaturkreislauf HT. Die fluidische Verbindung der Rückleitung 7.1 mit dem Hochtemperaturkreislauf HT erfolgt mittels einer Saugstrahlpumpe 8. Diese Saugstrahlpumpe 8 ist so angeordnet, dass das Kühlmittel des Hochtemperaturkreislaufs HT das Treibmedium und das Kühlmittel des Niedertemperaturkreislaufs NT das Saugmedium darstellt, wobei das Kühlmittel des Hochtemperaturkreislaufs HT als Treibmedium durch eine Treibdüse der Saugstrahlpumpe 8 mittels der Kühlmittelpumpe 11 gedrückt wird.
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Die zweite Ventilanordnung 6 ist auch als 2/2-Wegeventil ausgebildet und ist jedoch ein stromlos geschlossenes Ventil dar. Im bestromten Zustand dieser Ventilanordnung 6 kann daher das von dem Hochtemperaturkreislaufs HT in die Abzweigleitung 7 abgezweigte Kühlmittel durch den Ladeluftwärmetauscher 4 und anschließend über den Abflussanschluss 4.2 wieder zurück in den Hochtemperaturkreislaufs HT mittels der Saugstrahlpumpe 8 gepumpt werden. Dabei wird die von dem Kühlmittel aufgenommene Wärme in den Hochtemperaturkreislauf HT eingebracht. Falls diese Ventilanordnung 6 mittels eines Steuergerätes (in 1 nicht dargestellt) nicht mehr angesteuert und damit nicht mehr bestromt wird, wird dieses Ventil geschlossen, so dass kein Kühlmittel über die Abzweigleitung 7 aus dem Hochtemperaturkreislaufs HT abgezweigt werden kann.
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In Abhängigkeit der Ventilstellung der beiden Ventilanordnungen 5 und 6 kann die in dem Ladeluftwärmetauscher 4 von der erhitzten Verbrennungsluft L1 auf das Kühlmittel übertragene Wärme entweder über den Niedertemperaturkühler 13 an die Fahrzeugumgebung abgeführt werden, falls sich die erste Ventilanordnung 5 im offenen Zustand und die zweite Ventilanordnung 6 im geschlossenen Zustand befinden, oder dem Hochtemperaturkreislaufs HT zugeführt werden, falls sich die erste Ventilanordnung 5 im geschlossenen Zustand und die zweite Ventilanordnung 6 im offenen Zustand befinden.
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Die Steuerung der beiden Ventilanordnungenen 5 und 6 erfolgt in Abhängigkeit des Systemzustandes der Kreislaufanordnung 1. Falls das Kühlmittel des Hochtemperaturkreislaufs HT nicht ausreichend Wärme von der Brennkraftmaschine 2 zum Heizwärmetauscher 9 zur Heizung der Fahrzeugkabine transportieren kann, wird die zweite Ventilanordnung 6 in ihren offenen Zustand gesteuert, also bestromt, so dass über die Abzweigleitung 7 Wärme aus dem Ladeluftwärmetauscher 4 in den Hochtemperaturkreislauf HT transportiert wird. Dieser Wärmetransport aus dem Ladeluftwärmetauscher 4 in den Hochtemperaturkreislauf HT erfolgt auch bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 2, damit diese schnell ihre Betriebstemperatur erreicht. In diesem Zustand ist die erste Ventilanordnung 5 bestromt, also geschlossen.
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Falls ausreichend Wärme in dem Hochtemperaturkreislauf HT zur Verfügung steht und somit weder ein Wärmebedarf zur Erwärmung der Brennkraftmaschine 2 noch zum Heizen der Fahrgastzelle vorliegt, wird die zweite Ventilanordnung 6 geschlossen, also nicht mehr bestromt und die erste Ventilanordnung 5 geöffnet, also ebenso nicht mehr bestromt, so dass die Kühlung der Verbrennungsluft L1 über den Niedertemperaturkreislauf NT erfolgt.
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Natürlich ist es auch möglich, die Ventilanordnungen 5 und 6 in anderer Weise zu realisieren, also bspw. beide Ventile als stromlos offene Ventile auszuführen.
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Um bei einem Stopp der Brennkraftmaschine 2 die Wärme des in diesem Zeitpunkt in dem Ladeluftwärmetauscher 4 sich befindenden Kühlmittel möglichst lange zu speichern, ist der Ladeluftwärmetauscher 4 als wärmeisolierender Wärmetauscher ausgebildet. Dies kann mit wärmeisolierten Gehäusewänden realisiert werden.
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Mit einem solchen wärmeisolierten Ladeluftwärmetauscher 4 kann bei Start der Brennkraftmaschine 2 die zweite Ventilanordnung 6 geöffnet und die erste Ventilanordnung 5 geschlossen werden, so dass über die Abzweigleitung 7 Kühlmittel aus dem Hochtemperaturkreislauf HT über diesen Ladeluftwärmetauscher 4 über die Saugstrahlpumpe 8 in den Hochtemperaturkreislauf HT wieder zurückgepumpt wird und dabei die in dem Ladeluftwärmetauscher 4 gespeicherte Wärme in den Hochtemperaturkreislauf HT übertragen wird. Damit kann eine schnelle Aufheizung der Brennkraftmaschine 2 erreicht und/oder der Fahrzeuginnenraum beheizt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kreislaufanordnung
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Ladeluftverdichter
- 4
- Ladeluftwärmetauscher
- 5
- erste Ventilanordnung
- 6
- zweite Ventilanordnung
- 7
- Abzweigleitung
- 7.0
- Abzweigstelle
- 7.1
- Rückleitung der Abzweigleitung 7
- 8
- Saugstrahlpumpe
- 9
- Heizwärmetauscher
- 10
- Rückschlagventil
- 11
- Kühlmittelpumpe
- 12
- Klimagerät
- 13
- Niedertemperaturkühler
- 14
- Kühlmittelpumpe
- HT
- Hochtemperaturkreislauf
- NT
- Niedertemperaturkreislauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013211701 A1 [0004, 0004]
