DE102018124160A1

DE102018124160A1 - Verbrennungskraftmaschine mit Ladeluftkühler

Info

Publication number: DE102018124160A1
Application number: DE102018124160.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Thewes
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2018-11-22
Also published as: DE102017123064A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ladeluftkühler.Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Ladeluftkühler (2) zum Kühlen von Ladeluft, einen Niedertemperaturkreislauf (3), der mit dem Ladeluftkühler (2) zum Kühlen der Ladeluft verbunden ist, und einen Hochtemperaturkreislauf (4), der mit dem Ladeluftkühler (2) zum Wärmen der Ladeluft verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ladeluftkühler.
Die DE 10 2014 215 630 offenbart eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ladeluftkühler zum Kühlen von für eine Verbrennung bestimmte Ladeluft. Der Ladeluftkühler ist mit einem ersten Kühlkreislauf zum Kühlen der Ladeluft verbunden. Des Weiteren weist die Verbrennungskraftmaschine einen elektrischen Heizkörper auf. Der Heizkörper ist mit dem ersten Kühlkreislauf verbunden, um das sich in diesem befindende Kühlmittel zu heizen.
Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Ladeluftkühler zum Kühlen von Ladeluft, einen Niedertemperaturkreislauf, der mit dem Ladeluftkühler zum Kühlen der Ladeluft verbunden ist, und einen Hochtemperaturkreislauf, der mit dem Ladeluftkühler zum Wärmen der Ladeluft verbunden ist.
Auf diese Weise ist es möglich, die Ladeluft nicht nur zu kühlen, sondern auch zu wärmen. Letzteres ist insbesondere vorteilhaft, um bei kalten Umgebungstemperaturen die Ladeluft auf eine Temperatur zu bringen und/oder in einem Temperaturbereich zu halten, der günstig ist im Hinblick auf geringe Emissionen der Verbrennung. Dies spielt insbesondere für die Einhaltung von gesetzlichen Vorgaben eine Rolle. Ein weiterer möglicher Vorteil der Erfindung ist, dass im Gegensatz zu beispielsweise einer elektrischen Heizung ein durch diese benötigter zusätzlicher Energiebedarf nicht nötig ist. Erfindungsgemäß kann die Wärme ausgenutzt werden, die durch die Verbrennung im Motor entsteht. Das im Niedertemperaturkreislauf und Hochtemperaturkreislauf verwendete Kühlmittel ist vorzugsweise Wasser.
Vorzugsweise umfasst die Verbrennungskraftmaschine ein Ventil, über das der Hochtemperaturkreislauf mit dem Niedertemperaturkreislauf oder mit dem Ladeluftkühler verbunden ist. Über das Ventil lässt sich der Wärmeintrag und somit die Temperatur der durch den Ladeluftkühler tretenden Luft steuern. Vorzugsweise ist eine Regelung vorgehen, die die Ladeluft auf eine Solltemperatur regelt und entsprechend das Ventil steuert.
Bei der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich vorzugsweise um einen direkteinspritzenden Ottomotor. Für diesen ist die beschriebene Ausbildung besonders wirkungsvoll.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Im Folgenden werden anhand von Figuren mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine,
2 eine zweite Ausführungsform in einem ersten Zustand,
3 die zweite Ausführungsform in einem zweiten Zustand,
4 eine dritte Ausführungsform, und
5 eine vierte Ausführungsform.

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 umfasst einen Ladeluftkühler 2 zum Kühlen von Ladeluft, einen Niedertemperaturkreislauf 3, der mit dem Ladeluftkühler 2 zum Kühlen der Ladeluft verbunden ist, und einen Hochtemperaturkreislauf 4, der mit dem Ladeluftkühler 2 zum Wärmen der Ladeluft verbunden ist. Die Ladeluft gelangt nach der Temperierung durch den Ladeluftkühler 2 über ein Saugrohr 11 in einen Motor mit einem Zylinderkopf 9 und Zylinderblock 8.
Im Niedertemperaturkreislauf ist eine Pumpe 7 für die Zirkulation eines Kühlmittels, hier Wasser, angeordnet. In diesem Falle ist die Pumpe 7 stromaufwärts des Ladeluftkühlers 2 angeordnet. Des Weiteren ist im Niedertemperaturkreislauf ein erster Wärmetauscher 12 angeordnet, hierein in der Fahrzeugfront angeordneter Wärmeaustauscher, der durch Fahrtwind das Kühlmittel im Niedertemperaturkreislauf kühlt.
Der Hochtemperaturkreislauf 4 ist mit einem Kreislauf 10 für die Kühlung des Zylinderblocks 8 und des Zylinderkopfs 9 verbunden. Eine Pumpe 13 sorgt für die Zirkulation des Kühlmittels, hier ebenfalls Wasser. Im Hochtemperaturkreislauf 5 ist ein zweiter Wärmetauscher 6 angeordnet, hier ein in der Fahrzeugfront angeordneter Wärmeaustauscher, der durch Fahrtwind das Kühlmittel im Hochtemperaturkreislauf kühlt. Der erste und zweite Wärmetauscher können auch integriert sein. Zusätzlich ist ein Öl-Wasser-Wärmeaustauscher 14 vorgesehen, der aus dem Zylinderkopf und -block austretendes Kühlmittel, welches über eine Leitung zur Pumpe 13 zurückgeführt wird, kühlt.
Die Flussrichtung des Kühlmittels ist in den Figuren mit Pfeilen gekennzeichnet.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Ventil 5a, über das der Hochtemperaturkreislauf 4 mit dem Niedertemperaturkreislauf 3 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Hochtemperaturkreislauf 4 stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers 6, stromaufwärts der Pumpe 7 und stromabwärts des ersten Wärmetauschers 12 mit dem Niedertemperaturkreislauf 3 über das Ventil 5a verbunden. Dies hat den Vorteil, dass durch den Motor erhitztes Kühlmittel in den Niedertemperaturkreislauf eingespeist werden kann, ohne dass dessen Temperatur durch den zweiten Wärmetauscher 6 gesenkt wurde, wodurch eine schnellere Temperatureinstellung und/oder höhere Temperaturen am Ladeluftkühler 2 erreichbar sind. Auch wird die Temperatur des Kühlmittels, welches zu einem Innenraumwärmetauscher 16 geleitet wird, nicht beeinträchtigt und somit eine mögliche Komforteinschränkung von Fahrzeuginsassen vermieden.
Das Ventil 5a wird vorzugsweise durch ein nicht näher gezeigtes Steuergerät gesteuert. Das Steuergerät ist derart eingerichtet, bei Unterschreiten einer Umgebungsschwellentemperatur, beispielsweise bei 0° Celsius, das Ventil zum Aufheizen der Ladeluft durch den Ladeluftkühler zu öffnen, wenn auch die Kühlmitteltemperatur im Hochtemperaturkreislauf oberhalb einer Kühlmitteltemperaturschwelle, beispielsweise 70°Celsius, liegt. Dies hat den Vorteil, nur dann wärmeres Kühlmittel zuzuführen, wenn damit auch ein Effekt erreicht werden kann. Die Sensorik zu Messung der Temperaturen, sei es direkt oder indirekt, ist dem Fachmann bekannt und in der Figur nicht näher dargestellt. Die Steuerung des Ventils 5a ist erfolgt vorteilhafterweise über eine Regelung, wobei die Sollgröße die gewünschte Temperatur der Ladeluft ist, die durch Mischen von Kühlmittel aus dem Niedertemperaturkreis 3 und Hochtemperaturkreis 4 am Ladeluftkühler 2 eingestellt werden soll. Dabei können neben der Umgebungsluft weitere Parameter, insbesondere Betriebsparameter des Motors, berücksichtigt werden.
Stromabwärts des Ladeluftkühlers ist der Niedertemperaturkreislauf mit dem Hochtemperaturkreislauf über ein zweites Ventil 15 verbunden, um Kühlmittel aus dem Niedertemperaturkreis 3 in den Hochtemperaturkreislauf zurückführen zu können.
Die 2 und 3 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. In dieser Ausführungsform ist das Ventil 5a durch ein Ventil 5b ersetzt. In der in 2 gezeigten Stellung des Ventils 5b sind der Hochtemperatur- und Niedertemperaturkreislauf voneinander getrennt. In der in 3 gezeigten Stellung des Ventils 5b sind der Hochtemperatur- und Niedertemperaturkreislauf miteinander verbunden: Nach dem Austritt aus dem ersten Wärmetauscher 12 wird das Kühlmittel über das Ventil 5b dem zweiten Wärmetauscher 6 zugeführt, anstatt direkt zum Ladeluftkühler zu gelangen. Auf der anderen Seite ist der Hochtemperaturkreislauf 4 nach dem Austritt des Kühlmittels aus dem Zylinderkopf 9 und/oder Zylinderblocks 8 über das Ventil 5b mit dem Ladeluftkühler 2 verbunden, hier über die Pumpe 7. Durch Änderung der Stellung des Ventils 5b kann die Temperatur des Kühlmittels am Ladeluftkühler 2 variiert werden. Das Ventil 15 der ersten Ausführungsform kann entfallen.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. Es handelt sich um eine Variante des zweiten Ausführungsbeispiels. Anstatt mit dem zweiten Wärmetauscher 6 verbindet das Ventil 5b den Niedertemperaturkreislauf mit dem Öl-Wasser-Wärmetauscher 14.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. Der Hochtemperaturkreislauf 4 ist über ein Ventil 5a direkt mit dem Ladeluftkühler verbunden, d.h., das Kühlmittel aus dem Hochtemperaturkreislauf 4 wird nicht mit dem Kühlmittel aus dem Niedertemperaturkreislauf 3 gemischt. Das Ventil 5a verbindet den Hochtemperaturkreislauf mit dem Ladeluftkühler 2 an einer Stelle zwischen einem Innenraumwärmetauscher 16 und dem Austritt des Kühlmittels aus dem aus dem Zylinderkopf 9 und/oder Zylinderblocks 8. Dies hat den Vorteil, dass das Kühlmittel noch eine hohe Temperatur hat.
Betreffs der Steuerung der Ventile und den übrigen Komponenten wird auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.
Bei der Verbrennungskraftmaschine handelt es sich um einen direkteinspritzenden Ottomotor. Hier kann durch eine geeignete Temperierung der Ladeluft mit der beschriebenen Anordnung und dem beschriebenen Verfahren auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen eine energieeffiziente Reduzierung von Abgasemissionen umgesetzt werden.
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

DE 102014215630 [0002]

Claims

Verbrennungskraftmaschine (1), umfassend einen Ladeluftkühler (2) zum Kühlen von Ladeluft, einen Niedertemperaturkreislauf (3), der mit dem Ladeluftkühler (2) zum Kühlen der Ladeluft verbunden ist, und einen Hochtemperaturkreislauf (4), der mit dem Ladeluftkühler (2) zum Wärmen der Ladeluft verbunden ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, umfassend ein Ventil (5a, 5b), über das der Hochtemperaturkreislauf (4) mit dem Niedertemperaturkreislauf (3) oder dem Ladeluftkühler (2) verbunden ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Wärmetauscher (6), der im Hochtemperaturkreislauf (4) angeordnet ist, wobei der Hochtemperaturkreislauf (4) stromaufwärts des Wärmetauschers (6) mit dem Niedertemperaturkreislauf (3) verbunden ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Pumpe (7), die im Niedertemperaturkreislauf (3) vor dem Ladeluftkühler (2) angeordnet ist, wobei der Hochtemperaturkreislauf (4) stromaufwärts der Pumpe (7) mit dem Niedertemperaturkreislauf (3) verbunden ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hochtemperaturkreislauf (4) mit dem Kreislauf (10) für die Kühlung eines Zylinderblocks (8) und/oder Zylinderkopfs (9) der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, umfassend ein Steuergerät zum Steuern des Ventils (5a, 5b), wobei das Steuergerät derart eingerichtet ist, bei Unterschreiten einer Umgebungsschwellentemperatur das Ventil zum Aufheizen der Ladeluft durch den Ladeluftkühler (2) zu öffnen.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät derart eingerichtet ist, das Ventil (5a, 5b) zum Aufheizen der Ladeluft nur zu öffnen, wenn die Kühlmitteltemperatur im Hochtemperaturkreislauf (4) oberhalb einer Kühlmitteltemperaturschwelle liegt.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet für ein direkteinspritzendes Brennverfahren, vorzugsweise ein Ottomotor.