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 CaCI ₂ 2H ₂ O.

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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