-
Diese Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, das einen Motor und ein Heizungs- und Klimasystem auf Kühlmittelbasis aufweist, und insbesondere die Verwendung von Kühlmittel aus dem Heizungs- und Klimasystem zur Kühlung von Ladeluft, die in den Motor einströmt.
-
Es ist bekannt, dass die Dichte von Luft oder eines Luft/Kraftstoffgemisches eines Motors durch Erhöhung des Drucks des Ansaugluftstroms vor Eintritt in einen Zylinder eines Motors erhöht werden kann. Die Nutzung dieser Aufladung kann durch „Turboladung” oder „Motoraufladung” des Motors erzielt werden und wird vorwiegend zur Erhöhung der Leistungsdichte (Watt pro Kubikmeter) eines Motors angewendet.
-
Da Druck direkt mit Wärme in Zusammenhang steht, versteht es sich, dass der Kompressor auch die Temperatur des Ansaugluftstroms erhöht, wenn er den Druck des Ansaugluftstroms erhöht. Im Fall eines Turboladers kann die Temperatur der Luft darüber hinaus auch durch den Wärmeaustausch zwischen den heißen und kalten Seiten des Turboladers erhöht werden.
-
In modernen Motoren ist es ferner allgemein üblich, einen Teil des aus dem Motor austretenden Abgases zur Ansaugseite des Motors zurückzuführen. Dieses Verfahren wird häufig als Abgasrückführung (AGR) bezeichnet. Dieses zurückgeführte Abgas weist eine relativ hohe Temperatur auf und neigt deshalb dazu, die Temperatur der dem Motor zugeführten Ladeluft zu erhöhen.
-
Es gibt mehrere Gründe, warum es wünschenswert ist, die Temperatur der Ladeluft so niedrig wie möglich zu halten. Erstens ist kühlere Luft dichter und deshalb wird durch die Kühlung des Ansaugluftstroms die in den Motor eingeführte Luftmasse erhöht, was zu einer potentiell höheren Leistung des Motors führt.
-
Zweitens ist die Produktion von NOx-Emissionen eines Motors stark von der Verbrennungstemperatur in den Zylindern des Motors abhängig. Deshalb ist es wünschenswert, die Ladeluft zu kühlen (ob es sich ausschließlich um Umgebungsluft handelt oder um ein Gemisch aus Umgebungsluft und zurückgeführtem Abgas), um die Spitzenverbrennungstemperaturen möglichst niedrig zu halten und die Produktion von übermäßigem NOx aus dem Motor zu verhindern.
-
Es ist bekannt, Ladeluft zur Reduzierung der Temperatur der Ladeluft durch Verwendung eines Luft-zu-Luft-Zwischenkühlers zu kühlen. Ein Zwischenkühler ist ein Wärmeaustauscher, der in dem Luftstrom zwischen dem Kompressor und dem Ansaugkrümmer des Motors platziert wird. Der Wärmeaustauscher verwendet Umgebungsluft, die zum Kühlen der Ladeluft in den Zwischenkühler geführt wird, und er kann Lamellen verwenden, um die Rate zu erhöhen, mit der Wärme von der Ladeluft aufgenommen und in die Umgebung zurückgestrahlt wird.
-
Mit bekannten Zwischenkühlern sind zahlreiche Probleme verbunden, unter anderem die relativ große Größe, die aufgrund der relativ geringen Kühleffizienz einer solchen Vorrichtung erforderlich ist. Die große Größe eines herkömmlichen luftgekühlten Zwischenkühlers macht es häufig schwierig, den Zwischenkühler im Motorraum eines modernen Kraftfahrzeugs in einer idealen Position zur Aufnahme von zugeführter Umgebungsluft unterzubringen. Dieses Problem trifft insbesondere im Fall eines kleinen Kraftfahrzeugs zu, und kleine Kraftfahrzeuge verwenden immer häufiger Aufladung, um die Verkleinerung des Motors zu erleichtern.
-
Ein weiteres Problem besteht darin, dass selbst bei optimierter Platzierung des Wärmeaustauschers in dem Kraftfahrzeug die Temperatur der in den Zwischenkühler eintretenden Umgebungsluft eine unkontrollierbare Variable ist. Es versteht sich, dass die Wärmeaustauschrate zwischen der Ladeluft und der Umgebungsluft mit dem Temperaturunterschied zwischen der in den Zwischenkühler eintretenden Umgebungsluft und der Temperatur der zu kühlenden Ladeluft in Beziehung steht. Deshalb wird für dieselbe Ladelufttemperatur die Wärmeaustauschrate bei hoher Temperatur der Umgebungsluft erheblich niedriger sein als bei niedriger Temperatur der Umgebungsluft.
-
Darüber hinaus muss die niedrigste Temperatur, die von einem Luft-zu-Luft-Zwischenkühler für die Ladeluft erhalten werden kann, immer höher als die Temperatur der Umgebungsluft sein. Wenn die Temperatur der Umgebungsluft hoch ist, existiert daher eine physikalische Begrenzung für die Temperatur der Ladeluft, die von einem herkömmlichen Zwischenkühler bereitgestellt werden kann. In dem Bemühen, diese Einschränkung zu überwinden, ist es aus der
deutschen Patentveröffentlichung 10 2011 056 616 bekannt, einen Zwischenkühler für einen Motor bereitzustellen, der zum Kühlen der in den Zwischenkühler eintretenden Luft einen Verdampfer eines Kühlkreislaufes verwendet. Mit einer solchen Anordnung kann die Temperatur der zum Kühlen der Ladeluft verwendeten Luft unter die Umgebungstemperatur gesenkt werden.
-
Es besteht aber nach wie vor ein Bedarf nach einem Ladeluftkühler, der kompakt und preiswert herzustellen ist und unabhängig von seiner Befestigungsstelle in dem Motorraum effizient arbeiten kann.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Ladeluftkühler für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, der kompakt ist, nicht von dem Umgebungsluftstrom zur Kühlung der Ladeluft abhängig ist und auf wirtschaftliche Weise bereitgestellt werden kann.
-
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das einen Motor und einen Ladeluftkühler stromaufwärts von dem Motor zur Kühlung der zum Motor fließenden Ladeluft aufweist, wobei der Ladeluftkühler mit kaltem Kühlmittel von einem Kühlsystem, das auf dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, versorgt wird, und das kalte Kühlmittel zum Kühlen der Ladeluft durch Wärmeaustausch dazwischen verwendet wird, wobei das Kühlsystem ein Heizungs- und Klimasystem auf Kältemittelbasis des Kraftfahrzeugs ist, das einen primären Verdampfer zur Bereitstellung eines kalten Luftstroms zu einem Kraftfahrzeuginnenraum, einen sekundären Verdampfer, der den mit dem primären Verdampfer parallel geschalteten Ladeluftkühler bildet, eine elektronische Steuereinheit und ein elektronisch geregeltes Ventil zur Kontrolle der Kühlmittelströmung durch die primären und sekundären Verdampfer umfasst, wobei die elektronische Steuereinheit zur Steuerung der Kühlmittelströmung durch die primären und sekundären Verdampfer unter Verwendung des elektronisch geregelten Ventils auf Basis eines Vergleichs des jeweiligen Bedarfs nach Ladeluftkühlung mit einem Bedarf nach Innenraumkühlung bedient werden kann.
-
Ein Zwischenkühler kann stromaufwärts von dem Ladeluftkühler angeordnet sein.
-
Der Motor kann ein Zwangsinduktionsmotor sein und ein Ladeluftverdichter ist stromaufwärts von dem Ladeluftkühler angeordnet.
-
Der Ladeluftverdichter kann stromaufwärts von dem Zwischenkühler angeordnet sein.
-
Das Kühlsystem kann ein auf einem Kühlmittel basierendes Heizungs- und Klimasystem des Kraftfahrzeugs sein.
-
Wenn die Temperatur des Kraftfahrzeuginnenraums innerhalb annehmbarer Grenzen liegt und die Höhe der NOx-Emissionen des Motors des Kraftfahrzeugs oberhalb einer vordefinierten Grenze liegt, kann das elektronisch gesteuerte Ventil zur Beeinflussung der Kühlmittelströmung bedient werden, um die Kühlung der in den Motor eintretenden Ladeluft bevorzugt vor der Innenraumkühlung zu erhöhen.
-
Wenn die Temperatur des Kraftfahrzeuginnenraums innerhalb annehmbarer Grenzen liegt und die Temperatur der in den Motor eintretenden Ladeluft oberhalb einer bevorzugten Temperatur liegt, kann das elektronisch gesteuerte Ventil zur Beeinflussung der Kühlmittelströmung bedient werden, um die Kühlung der in den Motor eintretenden Ladeluft bevorzugt vor der Innenraumkühlung zu erhöhen.
-
Wenn die Temperatur im Kraftfahrzeuginnenraum oberhalb einer erforderlichen Temperatur liegt, kann das elektronisch gesteuerte Ventil zur Beeinflussung der Kühlmittelströmung bedient werden, um die Innenraumkühlung zu erhöhen.
-
Der Ladeluftkühler kann die Ladeluft auf eine Temperatur kühlen, die niedriger als die Temperatur der Umgebungsluft ist, in der das Kraftfahrzeug betrieben wird.
-
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen der einem Motor eines Kraftfahrzeugs zugeführten Ladeluft bereitgestellt, umfassend die Anordnung eines Ladeluftkühlers in einem Ladeluft-Strömungsweg zum Motor und Zuführung von kaltem Kühlmittel von einem Heizungs- und Klimasystem auf Kühlmittelbasis für einen Kraftfahrzeuginnenraum zur Bereitstellung des kalten Kühlmittels an den Ladeluftkühler zum Kühlen der Ladeluft vor ihrer Einführung in den Motor, worin das Verfahren ferner den Vergleich eines Bedarf nach Ladeluftkühlung mit einem Bedarf nach Innenraumkühlung und die Steuerung der Kühlmittelströmung auf Basis des Vergleichs umfasst.
-
Das Verfahren kann ferner die Befestigung eines Zwischenkühlers stromaufwärts von dem Ladeluftkühler umfassen, um die Ladeluft teilweise zu kühlen, bevor sie durch den Ladeluftkühler strömt.
-
Das Verfahren kann ferner die Steuerung der Kühlmittelströmung umfassen, damit die Ladeluft bevorzugt gekühlt wird, wenn die NOx-Emissionen des Motors eine vorbestimmte NOx-Grenze überschreiten und die Innenraumtemperatur innerhalb eines annehmbaren Temperaturbereichs liegt.
-
Das Verfahren kann ferner die Steuerung der Kühlmittelströmung umfassen, damit die Ladeluft bevorzugt gekühlt wird, wenn die Temperatur der in den Motor eintretenden Ladeluft oberhalb einer bevorzugten Temperatur liegt und die Innenraumtemperatur innerhalb eines annehmbaren Temperaturbereichs liegt.
-
Das Verfahren kann ferner die Steuerung der Kühlmittelströmung umfassen, damit der Innenraum bevorzugt gekühlt wird, wenn die Innenraumtemperatur eine vorbestimmte Temperaturgrenze überschreitet.
-
Das Verfahren kann ferner die Steuerung der Kühlmittelströmung umfassen, damit der Innenraum bevorzugt gekühlt wird, wenn eine vom Anwender geforderte Innenraumtemperatur nicht erreicht ist.
-
Die Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Kraftfahrzeugs nach einer ersten Ausführungsform eines ersten Aspekts der Erfindung;
-
2 ein schematisches Blockdiagramm eines Kraftfahrzeugs nach einer zweiten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung; und
-
3 ein schematisches Blockdiagramm eines Kraftfahrzeugs nach einer dritten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung.
-
Bezugnehmend auf 1 ist eine erste oder bevorzugte Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs MV gezeigt, das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung konstruiert ist.
-
Das Kraftfahrzeug MV weist einen Motor 6 und ein Heizungs- und Klimasystem (HLK) 30 auf Kühlmittelbasis auf.
-
Eine mit dem Pfeil „A” angezeigte Umgebungsluftzufuhr wird über einen Luftfilter 1 in ein Induktionssystem des Motors 6 eingeführt und fließt durch einen Kanal zu einem Einlass eines Kompressors 3. Rückgeführtes Abgas (AGR) wird mit der Umgebungsluft stromaufwärts von dem Kompressor 3 vermischt. Die AGR-Strömung wird durch ein elektronisch steuerbares AGR-Ventil 8 geregelt, wie es im Stand der Technik wohl bekannt ist.
-
Der Kompressor 3 verdichtet das Gemisch aus Umgebungsluft und AGR und führt die resultierende, unter hohem Druck stehende Ladeluft einem herkömmlichen Luft-zu-Luft-Zwischenkühler 4 zu, wo sie durch Interaktion mit von der Außenseite des Kraftfahrzeugs MV zugeführter Umgebungsluft gekühlt wird, wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist. Die gekühlte Ladeluft fließt von dem Zwischenkühler 4 zu einem Wärmeaustauscher in Form eines Ladeluftkühlers 5 stromabwärts des Zwischenkühlers 4, wo eine weitere Kühlung der Ladeluft stattfindet, bevor die Ladeluft über einen Ansaugkrümmer 9 in in den Motor 6 eindringt. Abgas von dem Motor 6 verlässt den Motor 6 über einen Abgasrohrkrümmer 9 out und fließt durch eine Abgasanlage 7, die eine oder mehrere Nachbehandlungsvorrichtungen aufweisen kann, bevor es in die Atmosphäre austritt, wie durch den Pfeil „E” angezeigt wird.
-
Es versteht sich, dass wenn der Kompressor 3 Teil eines Turboladers ist, eine Turbine des Turboladers auf der Abgasseite des Motors 6 angeordnet ist, um den Kompressor 3 anzutreiben.
-
Das Heizungs- und Klimasystem (HLK) 30 ist ein Zweiphasen-Kühlmittelkreislauf, der in diesem Fall einen Verdampfer 10, ein elektronisch gesteuertes Ventil 11, eine Kühlmittelpumpe 12, einen Kondensator 13, ein Expansionsventil 14 und eine elektronische Steuereinheit 20 umfasst.
-
Der Verdampfer 10 ist ein Wärmeaustauscher, der zum Abziehen von Wärme aus durch ihn hindurch fließender Luft und zur Übertragung der Wärme zu durch den Verdampfer 10 fließendem Kühlgas verwendet wird. Die durch den Verdampfer 10 fließende Luft kann selektiv zur Kühlung eines Kraftfahrzeuginnenraums oder einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs MV verwendet werden, und ein (nicht gezeigtes) Gebläse bzw. ein Ventilator wird zur Anpassung des Luftstroms durch den Verdampfer 10 verwendet.
-
Der Kondensator 13 ist ein Wärmeaustauscher, der zum Abziehen von Wärme aus durch den Kondensator 13 fließendem flüssigem Kühlmittel und zu dessen Übertragung auf durch den Kondensator 13 fließende Luft verwendet wird. Die durch den Kondensator 13 fließende Luft kann selektiv zur Erwärmung des Innenraums des Kraftfahrzeugs MV verwendet werden. Es versteht sich, dass ein Gebläse oder Ventilator normalerweise zur Anpassung des Luftstroms durch den Kondensator 13 verwendet wird, um die Strömungsrate der in den Fahrzeuginnenraum eindringenden erwärmten Luft zu variieren.
-
Es versteht sich auch, dass in einigen Heizungs- und Klimasystemen die gekühlte Luft von dem Verdampfer 10 und die erwärmte Luft von dem Kondensator 13 in einer Mischeinheit zusammen mit eingeführter Umgebungsluft vermischt werden, bevor sie dem Fahrzeuginnenraum zugeführt werden.
-
Die Kühlmittelpumpe 12 wird von der elektronischen Steuereinheit 20 so gesteuert, dass die Kühlmittelströmung im Kühlmittelkreislauf des HLK 30 reguliert wird, wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist. Die Kühlmittelpumpe 12 kann über einen abtrennbaren Antrieb von dem Motor 6 oder von einem Elektromotor angetrieben werden. Das Kühlmittel verlässt die Kühlmittelpumpe 12 als ein heißes Hochdruckgas und fließt in den Kondensator 13. Aufgrund des Wärmeaustauschs mit der durch den Kondensator 13 fließenden Luft ist die Temperatur des Kühlmittels beim Verlassen des Kondensators 13 viel niedriger und sein Zustand hat sich von einem Gas zu einer Flüssigkeit verändert.
-
Das flüssige Kühlmittel fließt dann zu dem Expansionsventil 14, wo es sich ausdehnt, wenn es durch das Expansionsventil 14 strömt. Dies hängt damit zusammen, dass sich stromabwärts von dem Expansionsventil 14 ein Niederdruckbereich befindet, der von der Kühlmittelpumpe 12 erzeugt wird und Kühlmittel durch das Expansionsventil 14 zu der stromabwärts gelegenen Seite des Expansionsventils 14 zieht, und mit der Tatsache, dass das Expansionsventil die Kühlmittelströmung dort hindurch erheblich einschränkt. Durch diese Ausdehnung des Kühlmittels fängt es an zu kochen und durchläuft einen Zustandswandel, bei dem es zu kaltem Gas verdampft. Das kalte gasförmige Kühlmittel fließt dann von der stromabwärts gelegenen Seite des Expansionsventils 14 durch den Verdampfer 10 und das Steuerventil 11 zurück zur Kühlmittelpumpe 12, und der Prozess wird dann wiederholt.
-
Stromaufwärts von dem Verdampfer 10 befindet sich ein Einlass zu einem sekundären Kühlkreislauf, der mit einer Leitung verbunden ist, die das Expansionsventil 14 mit dem Verdampfer 10 verbindet. Der sekundäre Kühlkreislauf weist den Ladeluftkühler 5 und eine Auslassleitung auf, die mit dem elektronisch gesteuerten Ventil 11 verbunden ist.
-
Eines der Hauptmerkmale der Erfindung ist, dass die durch den Ladeluftkühler 5 fließende Ladeluft nicht durch die Umgebungsluft sondern durch kaltes Kühlmittel gekühlt wird, das aus dem HLK 30 abgezogen wurde.
-
Der Ladeluftkühler 5 ist ein Wärmeaustauscher und kann viele verschiedene Konstruktionen aufweisen, aber er arbeitet in allen Fällen als sekundärer Verdampfer, der mit dem HLK 30 verbunden ist und einen oder mehrere Durchgänge aufweist, durch die das aus dem HLK 30 abgezogene Kühlmittel fließt. Wenn die Ladeluft durch den Ladeluftkühler 5 in den Motor 6 fließt, wird sie durch den Wärmeaustausch von dem durch die Durchgänge fließenden Kühlmittel gekühlt.
-
Es versteht sich, dass nur die Hauptbestandteile des HLK 30 gezeigt und beschrieben sind und dass die Erfindung nicht auf die Verwendung eines HLK beschränkt ist, das exakt wie gezeigt und beschrieben konstruiert ist.
-
Das elektronisch gesteuerte Ventil 11 wird von der elektronischen Steuereinheit 20 so gesteuert, dass die Kühlmittelströmung durch den Ladeluftkühler 5 und den Verdampfer 10 auf Basis vorbestimmter Regeln, die als ausführbares Programm in der elektronischen Steuereinheit 20 gespeichert sind, variiert werden kann.
-
Die elektronische Steuereinheit 20 erhält Eingaben, die allgemein durch die Bezugsziffer 21 angezeigt werden. Die Eingaben 21 sind normalerweise Ausgaben von Sensoren und werden von der elektronischen Steuereinheit 20 zur Steuerung des Betriebs des HLK 30 und insbesondere zur Bedienung der Kühlmittelpumpe 12 und des elektronisch gesteuerten Ventils 11 verwendet.
-
Die Eingaben 21 umfassen beispielsweise und ohne Einschränkung eine Ausgabe des Umgebungsluft-Temperatursensors, eine Ausgabe eines Fahrzeuginnenraum-Temperatursensors, Ausgaben von einem oder mehreren Ladeluftsensoren, eine Ausgabe eines Abgas-Temperatursensors, eine Ausgabe eines Kühlmittel-Temperatursensors, eine Ausgabe eines Abgas-NOx-Sensors, und eine Eingabe, die auf eine vom Fahrzeugbediener geforderte Klimasteuerung hinweist.
-
Die elektronische Steuereinheit 20 verwendet die Eingaben 21 zur Herstellung eines optimalen Gleichgewichts zwischen Innenraumkühlung und Ladeluftkühlung.
-
Wenn die Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeugs MV beispielsweise oberhalb einer erforderlichen Temperatur liegt, beeinflusst das elektronisch gesteuerte Ventil 11 normalerweise die Kühlmittelströmung so, dass die Innenraumkühlung des Kraftfahrzeugs MV erhöht wird. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Höhe der NOx-Emissionen des Motors 6 innerhalb annehmbarer Grenzen liegt oder wenn die Temperatur der in den Motor 6 eintretenden Ladeluft innerhalb annehmbarer Grenzen liegt.
-
Wenn dagegen der Kraftfahrzeuginnenraum MV innerhalb eines annehmbaren Temperaturbereichs liegt, aber entweder die Höhe der NOx-Emissionen des Motors 6 oberhalb einer vorbestimmten Grenze liegt oder die Temperatur der in den Motor 6 eintretenden Ladeluft oberhalb einer bevorzugten Temperatur liegt, steuert die elektronische Steuereinheit 20 das elektronisch gesteuerte Ventil 11 zum Beeinflussen der Kühlmittelströmung so, dass die Kühlung der in den Motor 6 eintretenden Ladeluft vorzugsweise vor der Innenraumkühlung des Kraftfahrzeugs MV erfolgt.
-
Deshalb kann die elektronische Steuereinheit 20 zur Steuerung des HLK 30 und insbesondere des elektronisch gesteuerten Ventils 11 auf Basis eines Vergleichs der Forderung nach Ladeluftkühlung mit der Forderung nach Innenraumkühlung, die durch eine oder mehrere Eingaben 21 angezeigt werden, bedient werden.
-
Das elektronisch gesteuerte Ventil 11 ist vorzugweise ein Steuerventil, bei dem der durch den Ladeluftkühler 5 und den Verdampfer 10 fließende Kühlmittelanteil variiert werden kann. In einigen Ausführungsformen ist das elektronisch gesteuerte Ventil 11 aber ein Absperrventil, das eine Kühlmittelströmung durch den Ladeluftkühler 5 entweder gestattet oder nicht.
-
Im Gebrauch dringt Umgebungsluft in das Luftansaugsystem des Motors über den Luftfilter 1 ein, wird mit zurückgeführtem Abgas vermischt und dann in dem Kompressor 3 verdichtet. Die Temperatur der Ladeluft, die den Kompressor 3 verlässt, liegt normalerweise im Bereich von 200°C und diese heiße Ladeluft dringt in den Zwischenkühler 4 ein, wo sie durch die Übertragung von Wärme auf die durch den Zwischenkühler 4 fließende Umgebungsluft gekühlt wird. Die kühlere Ladeluft fließt dann durch den Ladeluftkühler 5, wo aufgrund des Wärmeaustauschs mit dem durch den Ladeluftkühler 5 fließenden Kühlmittel weitere Kühlung stattfindet. Diese gekühlte Ladeluft fließt dann über den Ansaugkrümmer 9 in in den Motor 6, und der Ladeluft wird Kraftstoff hinzugefügt und im Zylinder oder den Zylindern des Motors 6 verbrannt. Es versteht sich, dass im Fall der meisten modernen Motoren der Kraftstoff normalerweise durch direkte Kraftstoffeinspritzung in jeden Zylinder des Motors 6 hinzugefügt wird, aber die Erfindung nicht auf das zum Zufügen von Kraftstoff verwendete Verfahren bzw. die Vorrichtung beschränkt ist.
-
Es hat sich gezeigt, dass eine sehr kleine Verringerung der Temperatur der in den Motor 6 eintretenden Ladeluft, beispielsweise um 5°C, eine erhebliche Reduzierung der NOx-Emissionen eines Testmotors, der als Dieselmotor arbeitet, bewirkt.
-
Durch alleinige Verwendung eines konventionellen Zwischenkühlers kann die Temperatur der Ladeluft durch den Zwischenkühler beispielsweise von 180°C auf 40°C verringert werden. Durch Hinzufügen eines Ladeluftkühlers auf Kühlmittelbasis, der stromabwärts von dem Zwischenkühler angeordnet wird, wie es in dieser Erfindung vorgeschlagen wird, ist jedoch eine weitere Reduzierung der Ladelufttemperatur möglich.
-
Beispielsweise kann die Ladelufttemperatur von 40°C wie oben beschrieben auf 30°C verringert werden, indem die Kombination eines Zwischenkühlers 4 und eines stromabwärts angeordneten Ladeluftkühlers 5 verwendet wird. Eine solche Reduzierung der Ladelufttemperatur hat eine signifikante Wirkung auf die Senkung der NOx-Emissionen des Motors 6.
-
Einer der Vorteile der Anordnung des Ladeluftkühlers 5 stromabwärts von dem Zwischenkühler 4 ist die Tatsache, dass die Temperatur der Ladeluft auf eine Temperatur abgesenkt werden kann, die unter der Temperatur der Umgebungsluft, in der das Kraftfahrzeug MV betrieben wird, liegt. Wenn dagegen der Ladeluftkühler 5 stromaufwärts von dem Zwischenkühler 4 angeordnet werden würde, wäre es aufgrund der anschließenden Interaktion der Ladeluft mit der Umgebungsluft, beim Durchfließen durch den Zwischenkühler, nicht möglich, eine Ladeluftzufuhr mit einer Temperatur unter der Temperatur der Umgebungsluft zu erzeugen.
-
Bezugnehmend auf 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs MV gezeigt, das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung konstruiert ist.
-
Die zweite Ausführungsform ist größtenteils mit dem Kraftfahrzeug MV der oben beschriebenen ersten Ausführungsform identisch, funktioniert auf ähnliche Weise und gleiche Bezugsziffern beziehen sich auf Teile mit derselben Konstruktion und derselben Bedienung.
-
Der einzige bedeutende Unterschied zwischen der ersten, in 1 gezeigten Ausführungsform und dieser zweiten Ausführungsform ist, dass im Fall dieser zweiten Ausführungsform kein konventioneller Zwischenkühler zwischen dem Ladeluftkühler 5 und dem Kompressor 3 angeordnet ist. Deshalb erfolgt die einzige Kühlung der zu dem Motor 6 fließenden Ladeluft durch den Ladeluftkühler 5. Eine solche Anordnung ist im Fall eines Kraftfahrzeugs nützlich, wenn es in dem Kraftfahrzeug keinen Platz zur Unterbringung eines konventionellen Zwischenkühlers gibt, aber die Höhe der NOx-Emissionen des Motors des Kraftfahrzeugs reduziert werden muss. Einige Beispiele eines solchen Kraftfahrzeugs sind ein Kraftfahrzeug mit sehr kleinen Abmessungen und/oder ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, der unter dem Boden des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
-
Wie zuvor kühlt der Ladeluftkühler 5 die Ladeluft direkt durch Wärmeaustausch mit dem kalten Kühlmittel, das durch den Ladeluftkühler fließt. Im Fall dieser Ausführungsform wird die Ladeluft aber nicht auf oder unter die Umgebungstemperatur gekühlt, sondern sie wird lediglich auf eine Temperatur gekühlt, die niedriger als die Temperatur ist, mit der sie den Kompressor 3 verlässt. Dies hängt damit zusammen, dass die große Temperatursenkung, die zur Kühlung der heißen Ladeluft von einem Kompressor auf die Umgebungstemperatur erforderlich ist, einen sehr großen Ladeluftkühler benötigen würde und die notwendige Zuführung von Kühlmittel, die von einem Standard-Heizungs- und Klimasystem zur Verfügung stehen würde, die verfügbare Kühlung für den Kraftfahrzeuginnenraum potenziell auf ein unannehmbares Niveau senken würde. Wie oben erwähnt kann jedoch schon eine relativ geringe Senkung der Temperatur der in einen Motor eintretenden Ladeluft eine bedeutende Auswirkung auf die Reduzierung der NOx-Emissionen des Motors haben.
-
Bezugnehmend auf 3 ist eine dritte Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs MV gezeigt, das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung konstruiert ist.
-
Die dritte Ausführungsform ist größtenteils mit dem Kraftfahrzeug MV der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform identisch, funktioniert auf ähnliche Weise und gleiche Bezugsziffern beziehen sich auf Teile mit derselben Konstruktion und derselben Bedienung.
-
Der einzige bedeutende Unterschied zwischen der zweiten, in 2 gezeigten Ausführungsform und dieser dritten Ausführungsform ist, dass im Fall dieser dritten Ausführungsform der Motor kein Zwangsinduktionsmotor sondern ein normaler Saugmotor ist, so dass kein Kompressor stromaufwärts von dem Ladeluftkühler 5 angeordnet ist.
-
Obwohl die Anwendung von Ladeluftkühlung besonders für Zwangsinduktionsmotoren mit einem Kompressor zum Verdichten der Ladeluft relevant ist, hat der Erfinder erkannt, dass die Verwendung von Ladeluftkühlung auch für einen normalen Saugmotor relevant ist, der in einer Umgebung mit hoher Umgebungstemperatur arbeitet. Die vorgeschlagenen künftigen Anforderungen an die Abgasemission bedeuten, dass es insbesondere in Ländern mit hoher Umgebungstemperatur immer schwieriger werden wird, die vorgeschlagenen NOx-Ziele zu erreichen.
-
Durch Verwendung eines Ladeluftkühlers der in dieser Erfindung verwendeten Art zum Kühlen der Ladeluft kann die Temperatur der Ladeluft auf eine Temperatur unter der Umgebungstemperatur gekühlt werden, was zu verringerten NOx-Emissionen des Motors führt.
-
Deshalb ist es bei Verwendung eines Ladeluftkühlers auf Kühlmittelbasis bei einem normalen Saugmotor potenziell einfacher, diese vorgeschlagenen strengen NOx-Ziele in Gebieten mit hohen Umgebungstemperaturen zu erreichen. Wenn die Umgebungstemperatur beispielsweise 40°C beträgt, kann eine erhebliche Verringerung der NOx-Emissionen des Motors durch Reduzierung der Ladelufttemperatur um 10°C bis 30°C erreicht werden.
-
Obwohl in den drei oben beschriebenen Ausführungsformen eine Abgasrückführungsströmung zu einer Stelle stromaufwärts von dem Ladeluftkühler vorliegt, versteht es sich, dass die Erfindung für Motoren ohne Abgasrückführung gleichermaßen vorteilhaft ist.
-
Einer der Vorteile der Erfindung ist, dass die zur Erleichterung der Anwendung der Erfindung erforderliche Hardware größtenteils in jedem Fahrzeug mit einem Heizungs- und Klimasystem auf Kühlmittelbasis bereits vorhanden ist. Deshalb sind die Zusatzkosten durch Hinzufügen des Ladeluftkühlers im Vergleich zu den potenziellen Vorteilen im Hinblick auf die NOx-Emission relativ niedrig.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Ladeluftkühler entweder in dem Ansaugkanal zum Motor angebracht ist oder als Teil des Ansaugkanals geformt ist. Deshalb wird nur sehr wenig zusätzlicher Platz für den Ladeluftkühler benötigt und er kann leichter im Motorraum untergebracht werden.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Kühlung der Ladeluft nicht von der Temperatur der Umgebungsluft abhängt, so dass NOx-Emissionen selbst in Gebieten mit heißer Umgebungsluft bedeutend verringert werden können.
-
Obwohl es aus Kostengründen und vom Standpunkt des Bauraums extrem vorteilhaft ist, das Kühlmittel aus einem existierenden Heizungs- und Klimasystem abzuziehen, versteht es sich, dass ein separates Kühlsystem ausschließlich zum Zwecke der Bereitstellung von kaltem Kühlmittel für den Ladeluftkühler bereitgestellt werden könnte.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung der Kühlung von Ladeluft für einen Motor eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt.
-
Das Verfahren umfasst die Anordnung eines Ladeluftkühlers in einem Ladeluft-Strömungsweg zu einem Motor und die Zuführung von kaltem Kühlmittel zu dem Ladeluftkühler zur direkten Kühlung der Ladeluft vor ihrer Einführung in den Motor.
-
Vorzugsweise wird das Kühlmittel von einem Heizungs- und Klimasystem auf Kühlmittelbasis abgezogen, das zumindest zur Innenraumkühlung eines Kraftfahrzeugs verwendet wird.
-
Das Verfahren umfasst vorteilhafterweise ferner die Befestigung eines Zwischenkühlers stromaufwärts von dem Ladeluftkühler, um die Ladeluft teilweise zu kühlen oder vorzukühlen, bevor sie durch den Ladeluftkühler strömt.
-
Das Verfahren umfasst ferner die Schaffung eines Gleichgewichts zwischen dem Bedarf nach Ladeluftkühlung und dem Bedarf nach Innenraumkühlung und die Steuerung der Kühlmittelströmung durch den Ladeluftkühler, um diesen Bedarf zu erfüllen.
-
Die Schaffung eines Gleichgewichts zwischen dem Bedarf nach Ladeluftkühlung und dem Bedarf nach Innenraumkühlung kann den Vergleich eines Bedarfs nach Ladeluftkühlung mit dem Bedarf nach Innenraumkühlung und die Steuerung der Kühlmittelströmung auf Basis des Vergleichs umfassen.
-
Die Schaffung eines Gleichgewichts zwischen dem Bedarf nach Ladeluftkühlung und dem Bedarf nach Innenraumkühlung und die Steuerung der Kühlmittelströmung durch den Ladeluftkühler kann umfassen, dass der Ladeluftkühlung Vorrang eingeräumt wird, wenn die NOx-Emissionen des Motors eine vorbestimmte NOx-Grenze überschreiten.
-
Die Schaffung eines Gleichgewichts zwischen dem Bedarf nach Ladeluftkühlung und dem Bedarf nach Innenraumkühlung und die Steuerung der Kühlmittelströmung durch den Ladeluftkühler kann auch umfassen, dass der Innenraumkühlung Vorrang eingeräumt wird, wenn die Innenraumtemperatur eine vorbestimmte Temperaturgrenze überschreitet oder eine vom Insassen geforderte Innenraumtemperatur nicht erreicht wird.
-
Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es offensichtlich, dass obwohl die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben wurde, sie nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und dass alternative Ausführungsformen konstruiert werden könnten, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den anhängenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
