Gemäß dem Stand der Technik werden zur Leistungssteigerung von Moto- ren Turbolader zur Verdichtung der Luft verwendet. Hierbei erfolgt jedoch eine Erwärmung der Luft, im Folgenden als Ladeluft bezeichnet, in Folge der Kompression im Turbolader auf Temperaturen von über 100°C. Um eine derartige Lufterwärmung zu vermindern, werden Luftkühler verwendet, die vorne im Kühlmodul angeordnet sind und zur Kühlung der Ladeluft dienen.

Die Ladeluft strömt dabei durch einen Wärmetauscher, der von Umge- bungsiuft durchströmt und damit gekühlt wird. Dadurch ist eine Abkühlung der Ladeluft auf eine Temperatur möglich, die etwa 15-50 K über der Tempe- ratur der Umgebungsluft liegt. Bei Teillast ist eine Abkühlung bis nahezu auf die Umgebungstemperatur möglich, jedoch verlässt das rückgeführte Abgas den Abgasrückführungs-Kühler je nach Betriebspunkt mit 150 bis 200°C.

Dadurch ergibt sich insbesondere bei hohen Abgasrückführraten eine relativ hohe Mischtemperatur im Saugrohr. Ursache hierfür ist, dass als Rückkühl- medium für den Abgas-Kühler das heiße Motorkühlmittel dient, wodurch eine

Abkühlung des Abgases auf unter 100°C auch bei einem sehr guten Aus- tauschgrad des Abgas-Kühlers nicht möglich erscheint.

In der nachveröffentlichten DE 103 51 546 A1 wird vorgeschlagen, die hohe Temperatur des rückgeführten Abgases dadurch zu senken, dass ein weite- rer Abgasrückführungs-Kühler verwendet wird, der mit Niedertemperatur- Kühlmittel oder Umgebungsluft gekühlt sein kann und dem ersten, mit Mo- torkühlmittel gekühlten Abgas-Kühler nachgeschaltet ist. Hierbei kann die Temperatur nach dem Mischen von Abgas und Ladeluft auf Grund der Küh- lung des rückgeführten Abgasstroms durch das Motorkühlmittel nicht weit genug gesenkt werden, so dass dies sich nachteilig auf die Emissionen und den Verbrauch eines Dieselmotors auswirkt.

Wenn ein zusätzlicher Kühler für den Abgasstrom vorgesehen ist, der mit Niedertemperatur-Kühlmittel oder Umgebungsluft gekühlt wird, so erhöhen sich die Herstellungskosten der Anordnung deutlich.

Wird nach dem Zusammenführen des Abgases und der Ladeluft der Gasstrom über einen Kühler geführt, so wird die Anordnung kostengünstiger, jedoch gibt es bei dieser Variante ein Verschmutzungsproblem auf Grund der Partikel im Abgasstrom, das bei der gewünschten Wärmeübertragungs- leistung nicht geklärt ist.

In Fig. 3 ist eine Anordnung mit direkter Ladeluftkühlung und in Fig. 4 mit indirekter Ladeluftkühlung gemäß dem Stand der Technik beispielhaft dar- gestellt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu verbessern, wobei bei möglichst geringen Herstellungskosten eine opti- mierte Abkühlung des Gasgemisches aus rückgeführtem Abgas und Ladeluft ermöglicht werden soll.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist eine Anordnung zur Kühlung von rückgeführtem Abgas und Ladeluft bei einem Kraftfahrzeug mit einem Turbolader mit mindestens je einem Wärmetauscher für den Abgasstrom und einem Wärmetauscher für den Ladeluftstrom, vorgesehen, wobei mindestens jeweils ein Wärmetau- scher für den Abgasstrom und ein Wärmetauscher für den Ladeluftstrom Teil eines gemeinsamen Niedertemperaturkühlmittel-Kreislaufs sind.

Vorzugsweise sind die beiden Wärmetauscher im Niedertemperaturkühimit- tel-Kreislauf parallelgeschaltet, wobei die Kühlmittelverteilung bedarfsorien- tiert erfolgt, d. h. bei geringer Motorlast/Drehzahl wird insbesondere der Ab- gas-Kühler und bei hoher Motorlast/Drehzahl wird insbesondere der Lade- luft-Kühler von Kühlmittel durchströmt. Im Falle maximaler Motor- last/Drehzahl wird bevorzugt ausschließlich der Ladeluft-Kühler durchströmt.

Zum Umwälzen des Kühlmittels ist im Niedertemperaturkühlmittel-Kreislauf eine Pumpe angeordnet, wobei es sich bevorzugt um eine schältbare, gege- benenfalls auch regelbare Pumpe handelt.

Die Pumpe ist bevorzugt vor der Verzweigung des Niedertemperaturkühl- mittel-Kreislaufs angeordnet, so dass beide Zweige des Niedertemperatur- kühlmittel-Kreislaufs optimal mit Kühlmittel versorgt werden können.

Zur Regelung des Kühimittelstroms im Niedertemperaturkühlmittel-Kreislauf ist bevorzugt in einem der beiden parallelgeschalteten Bereiche des Nieder- temperaturkühlmittel-Kreislaufs ein Drosselorgan, vorzugsweise ein Drossel- ventil, angeordnet. Dieses ist bevorzugt im Teil nach dem Ladeluft-Kühler am Kühlmittelaustritt angeordnet, da die Austrittstemperatur des Kühlmittels aus

dem Ladeluft-Kühler in Zusammenhang mit der Belastung des Motors steht, so dass eine einfache temperaturabhängige Regelung möglich ist, bevorzugt über ein Dehnstoffelement. im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Varianten unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen An- ordnung zur Kühlung von Abgas und Ladeluft bei einem Kraft- fahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verlaufs der abzuführenden Wärmemenge im Ladeluft-Kühler und Abgas-Kühler über der Motorlast, wobei die maximale Kühlleistung bei einer herkömm- lichen Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Anordnung verglichen wird, Fig. 3 eine Anordnung mit direkter Ladeluftkühlung gemäß dem Stand der Technik, und Fig. 4 eine Anordnung mit indirekter Ladeluftkühlung gemäß dem Stand der Technik.

Eine Anordnung A zur Kühlung von Abgas AG und Ladeluft LL bei einem Kraftfahrzeug mit einem (Abgas-) Turbolader ATL weist einen Hauptkühlmit- tel-Kreislauf HK und einen Nebenkühlmittel-Kreislauf NK auf, auf die an späterer Stelle näher eingegangen wird.

Vom Turbolader ATL wird Frischluft FL (angedeutet in Fig. 1 durch einen Pfeil) aus der Umgebung angesaugt, diese verdichtet, in einem Ladeluft-

Kühler LLK gekühlt und einem Motor M zugeführt. Gemeinsam und ver- mischt mit der verdichteten, gekühlten Ladeluft LL wird dem Motor M über eine Abgasrückführung AGR zurückgeführtes und mittels eines Abgas- Kühler AGK gekühltes Abgas AG zugeführt, welches je nach Bedarf dem Abgasstrom nach Verlassen des Motors M abgezweigt, rückgeführt und der Ladeluft LL beigemischt wird oder abgeführt (angedeutet durch einen Pfeil in Fig. 1) wird.

Die Motorkühlung erfolgt mittels eines im Hauptkühlmittel-Kreislauf HK zirku- lierenden Kühlmittels, welches über eine Hauptwasser-Pumpe HWP umge- wälzt wird. Je nach Temperatur nach Durchströmen des Motors M wird das Kühlmittel, geregelt durch einen Thermostaten T, durch einen unterstützt von einem Lüfter L luftgekühlten Hauptkühlmittel-Kühler HKK oder vorbei an die- sem durch einen Motorbypass MB und wieder zur Pumpe HWP geleitet.

Die Kühlung der Ladeluft LL sowie des Abgases AG erfolgt mittels eines im Niedertemperaturkühlmittel-Kreislauf NK zirkulierenden Kühlmittels, das von einer schaltbaren Zusatzwasser-Pumpe ZWP umgewälzt wird. Kurz nach der Pumpe ZWP ist eine Verzweigung vorgesehen, wobei ein Weg über den Ab- gas-Kühler AGK und der zweite Weg über den Ladeluft-Kühler LLK und ein hiernach angeordnetes und der Regelung der Kühlmittelverteilung dienen- des, temperaturgesteuertes Drosselventil DV führt. Die beiden Kühlmittel- ströme werden anschließend wieder zusammengeführt und durchströmen einen parallel in Luftströmungsrichtung gesehen vor dem Hauptkühlmittel- Kühler HKK angeordneten Niedertemperaturkühlmittel-Kühler NKK und ge- langen wiederum zur Pumpe ZWP.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, steigt der Kühlbedarf, d. h. die abzuführende Wärmemenge, im Ladeluft-Kühler LLK mit zunehmender Motorlast an, wäh- rend der Kühlbedarf des Abgas-Kühlers AGK im mittleren Motorlastbereich maximal ist und bei weiter steigender Motorlast wieder auf etwa Null abfällt,

so dass sich ein Gesamtkühlbedarf ergibt, der bis zu etwa 50%-iger Motor- last stetig ansteigt und annähernd auf dem Maximalwert verbleibt.

Da die Kühimitteltemperatur am Kühlmittelaustritt des Ladeluft-Kühlers LLK in Zusammenhang mit der Motorlast steht, ermöglicht das Drosselventil DV, vorliegend ein Dehnstoffelement, auf einfache und kostengünstige Weise eine weitgehend optimierte Verteilung des Kühlmittelstroms auf die beiden Kühler AGK und LLK, so dass bei niedrigen bis mittleren Motorlasten und Drehzahlen hauptsächlich der Abgas-Kühler AGK durchströmt wird, während im Bereich der Volliast und bei hohen Drehzahlen hauptsächlich der Lade- luft-Kühler LLK durchströmt wird, und sich insgesamt die Mischtemperatur aus rückgeführtem Abgas AG und Ladeluft LL dem erreichbaren Minimum sehr stark annähert.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist ein Drosselorgan in der Ab- gasrückführung AGR oder an einer anderen Stelle der Ladeluftführung an- geordnet. Dabei wird beispielsweise die Kühlmitteltemperatur am Austritt des Abgas-Kühlers AGK und des Ladeluft-Kühlers LLK jeweils mittels eines Sen- sors ermittelt und das Drosselorgan über eine entsprechend definierte Logik angesteuert.

Ferner kann eine regelbare Zusatzkühlmittel-Pumpe anstelle der gemäß dem Ausführungsbeispiel vorgesehenen schaltbaren Zusatzkühlmittel-Pumpe ZKP vorgesehen sein. Diese ermöglicht eine genauere Anpassung des Kühlmittelvolumenstroms an den aktuellen Bedarf, jedoch sind die Kosten für eine regelbare Pumpe und die entsprechende Steuerung unter Umständen höher als die Kosten einer einfacheren Pumpe.

Als dritte Variante ist auch eine serielle Anordnung der Wärmetauscher im Niedertemperaturkühlmittel-Kreislauf möglich, diese bedingt jedoch eine Vorerwärmung des Kühlmittels beim Eintritt in den stromabwärts angeord-

neten zweiten Wärmetauscher durch die Wärmelast des ersten Wärmetau- schers, was gegenüber der parallelen Anordnung der Wärmetauscher unter Umständen. zu einer erhöhten Temperatur des Gasgemisches führt. Dabei kann beispielsweise am ersten Wärmetauscher ein bevorzugt über ein Dros- selorgan regelbarer Kühlmittel-Bypass vorgesehen sein.

Die Abgasrückführung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf der Hochdruckseite oder auf der Niederdruckseite des Ladeluft-bzw. Abgasfüh- rungssystems, jeweils von einem Turbolader aus gesehen, erfolgen.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem das Abgas auf der Hochdruckseite des Abgasturboladers 1 rückgeführt wird.

Frischluft 2 wird von der Pumpe 5 des Abgasturboladers 1 angesaugt und komprimiert. Wärme, die dabei entsteht, wird in einem Ladeluftkühler 3 ab- gegeben, so dass die Ladeluft in gekühltem Zustand über die Ladeluftleitung 6 dem Motor 4 zugeführt wird. Das Abgas 7 des Motors 4 wird über eine Ab- gasleitung 8 aus dem Motor 4 abgeführt und treibt eine Turbine 9 des Abga- sturboladers 1 an.

Zumindest in einigen Betriebszuständen des Motors 4 wird ein Teil des Ab- gases 7 über eine Abgasrückführleitung 10 der Ladeluft in der Ladeluftlei- tung 6 zugeführt. In der Abgasrückführleitung 10 befinden sich für eine zwei- stufige Abgasrückführkühlung zwei Abgaskühler 11,12, die über eine By- passleitung 13 umgehbar sind. Beispielsweise während einer Aufwärmphase des Motors 4 ist eine verminderte Kühlung des rückgeführten Abgases er- wünscht, so dass in diesem Fall ein Ventil 14, vorzugsweise als Bypassklap- pe ausgebildet, das rückzuführende Abgas in den Bypasskanal 13 lenkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ventil 14 als Dreiwege- ventil ausgebildet und regelt auch die rückgeführte Abgasmenge.

Ein Hauptkühlkreislauf 15 für die Kühlung des Motors 4 wird von einem Kühlmittel durchströmt, das von einer Hauptkühlmittelpumpe 16 umgewälzt und von einem Hauptkühlmittelkühler 17 gekühlt wird, wobei der Hauptkühl- mittelkühler 17 mittels eines Ventils 18, vorzugsweise als Thermostat ausge- bildet, über eine Bypassleitung 19 umgehbar ist.

Ein Niedertemperaturkühlkreislauf 20 für die Kühlung des Ladeluftkühlers 3 wird von einem Kühlmittel durchströmt, das von einer Zusatzkühlmittelpumpe 21 umgewälzt und von einem Niedertemperaturkühlmittelkühler 22 gekühlt wird, wobei der Niedertemperaturkühler 22 und der Hauptkühlmittelkühler 17 nacheinander von Kühlluft 23 durchströmt werden, die wiederum in einigen Betriebszuständen von einem Lüfter 24 angesaugt wird.

Die erste Stufe der zweistufigen Abgasrückführkühlung wird durch den Ab- gaskühler 11 gebildet, der parallel zum Motor 4 in den Hauptkühlkreislauf 15 eingebunden ist und einem Wärmeübertrag von dem rückzuführenden Ab- gas auf das Kühlmittel in dem Hauptkühlkreislauf 15 dient.

Die zweite Stufe der zweistufigen Abgasrückführkühlung wird durch den Ab- gaskühler 12 gebildet, der parallel zum Ladeluftkühler 3 in den Niedertempe- raturkühlkreislauf 20 eingebunden ist und einem Wärmeübertrag von dem rückzuführenden Abgas auf das Kühlmittel in dem Niedertemperaturkühl- kreislauf 20 dient. Somit ist eine effektivere Kühlung des rückzuführenden Abgases möglich.

Ähnlich wie in Fig. 1 kann ein regelbares Drosselventil nach dem Abgasküh- ler 12 oder nach dem Ladeluftkühler 3 angeordnet sein. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Drosselventil als Dreiwegeventil 27 ausgebildet, das entweder nur für Kühlmittel aus dem Abgaskühler 12 oder nur für Kühl- mittel aus dem Ladeluftkühler 3 durchlässig ist oder vorzugsweise stufenlos ein Mengenverhältnis der beiden Kühlmittelströme reguliert, beispielsweise

in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur, insbesondere mit Hilfe eines Dehnstoffelements. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist stattdessen oder zusätzlich eine feste Drossel nach zumindest einem der beiden Wärmeüber- trager vorgesehen, die unter Umständen auch entfällt, wenn beispielsweise ein kühlmittelseitiger Druckabfall über den Abgaskühler 12 in einem vorge- gebenen Verhältnis zu einem kühlmittelseitigen Druckabfall über den Lade- luftkühler 3 steht. In diesem Fall wird das oben genannte Mengenverhältnis auf einen zweckmäßigen Wert eingestellt.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem das Abgas auf der Niederdruckseite des Abgasturboladers 101 rückgeführt wird.

Frischluft 102 wird zumindest in einigen Betriebszuständen eines Motors 104 mit rückgeführtem Abgas gemischt und von der Pumpe 105 des Abgastur- boladers 101 angesaugt und komprimiert. Wärme, die dabei entsteht, wird in einem Ladeluftkühler 103 an ein Kühlmittel abgegeben, so dass die Ladeluft in gekühltem Zustand über die Ladeluftleitung 106 dem Motor 104 zugeführt wird. Das Abgas 107 des Motors 104 wird über eine Abgasleitung 108 aus dem Motor 104 abgeführt und treibt eine Turbine 109 des Abgasturboladers 101 an.

Zumindest in einigen Betriebszuständen des Motors 104 wird ein Teil des Abgases 107 mittels eines Abgasrückführventils 125 über eine Abgasrück- führleitung 110 der Ansaugluft 102 zugemischt. In der Abgasrückführleitung 110 befinden sich für eine zweistufige Abgasrückführkühlung zwei Abgas- kühler 111,112. Auf der Hochdruckseite ist eine Bypassleitung 113 vorge- sehen, über die mittels eines Bypassventils 126 ein Teil des Abgases ohne speziell vorgesehene Kühlung der Ladeluftleitung 106 zuführbar ist. Bei- spielsweise während einer Aufwärmphase des Motors 104 ist eine vermin- derte Kühlung des rückgeführten Abgases erwünscht, so dass in diesem Fall das Bypassventil 126 das rückzuführende Abgas in die Ladeluftleitung 106 lenkt. Das Abgas wird dabei auf der Hochdruckseite, auf der die Abgastem-

peratur höher als auf der Niederdruckseite ist, rückgeführt, damit in dem be- treffenden Betriebszustand des Motors 104 möglichst wenig Wärme verloren geht.

Ein Hauptkühlkreislauf 115 für die Kühlung des Motors 104 wird von einem Kühlmittel durchströmt, das von einer Hauptkühlmittelpumpe 116 umgewälzt und von einem Hauptkühlmittelkühler 117 gekühlt wird, wobei der Haupt- kühlmittelkühler 117 mittels eines Ventils 118, vorzugsweise als Thermostat ausgebildet, über eine Bypassleitung 119 umgehbar ist.

Ein Niedertemperaturkühikreislauf 120 für die Kühlung des Ladeluftkühlers 103 wird von einem Kühlmittel durchströmt, das von einer Zusatzkühlmittel- pumpe 121 umgewälzt und von einem Niedertemperaturkühlmittelkühler 122 gekühlt wird, wobei der Niedertemperaturkühler 122 und der Hauptkühlmit- telkühler 117 nacheinander von Kühlluft 123 durchströmt werden, die wie- derum in einigen Betriebszuständen von einem Lüfter 124 angesaugt wird.

Die erste Stufe der zweistufigen Abgasrückführkühlung wird durch den Ab- gaskühler 111 gebildet, der parallel zum Motor 104 in den Hauptkühlkreislauf 115 eingebunden ist und einem Wärmeübertrag von dem rückzuführenden Abgas auf das Kühlmittel in dem Hauptkühlkreislauf 115 dient.

Die zweite Stufe der zweistufigen Abgasrückführkühlung wird durch den Ab- gaskühler 112 gebildet, der parallel zum Ladeluftkühler 103 in den Nieder- temperaturkühlkreislauf 120 eingebunden ist und einem Wärmeübertrag von dem rückzuführenden Abgas auf das Kühlmittel in dem Niedertemperatur- kühlkreislauf 120 dient. Somit ist auch hier eine effektivere Kühlung des rückzuführenden Abgases möglich.

Ähnlich wie in Fig. 1 kann ein regelbares Drosselventil nach dem Abgasküh- ler 112 oder nach dem Ladeluftkühler 103 angeordnet sein. Bei dem ge-

zeigten Ausführungsbeispiel ist das Drosselventil als Dreiwegeventil 127 ausgebildet, das entweder nur für Kühlmittel aus dem Abgaskühler 112 oder nur für Kühlmittel aus dem Ladeluftkühler 103 durchlässig ist oder vorzugs- weise stufenlos ein Mengenverhältnis der beiden Kühlmittelströme reguliert, beispielsweise in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur, insbesondere mit Hilfe eines Dehnstoffelements. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist statt- dessen oder zusätzlich eine feste Drossel nach zumindest einem der beiden Wärmeübertrager vorgesehen, die unter Umständen auch entfällt, wenn bei- spielsweise ein kühlmittelseitiger Druckabfall über den Abgaskühler 112 in einem vorgegebenen Verhältnis zu einem kühlmittelseitigen Druckabfall über den Ladeluftkühler 103 steht. In diesem Fall wird das oben genannte Men- genverhältnis auf einen zweckmäßigen Wert eingestellt.

Bezugszeichenliste A Anordnung zur Kühlung von rückgeführtem Abgas und Ladeluft AG Abgas AGK Abgas-Kühler AGR Abgasrückführung ATL Abgasturbolader DV Drosselventil FL Frischluft HK Hauptkühlmittel-Kreislauf.

HKK Hauptkühlmittel-Kühler HWP Hauptwasser-Pumpe L Lüfter LL Ladeluft LLK Ladeluft-Kühler M Motor MB Motorbypass NK Niedertemperaturkühlmittel-Kreislauf NKK Niedertemperaturkühlmittel-Kühler T Thermostat ZWP Zusatzkühlmittel-Pumpe