DE102007036409A1

DE102007036409A1 - Fahrzeugkühlsystem

Info

Publication number: DE102007036409A1
Application number: DE102007036409A
Authority: DE
Inventors: Mattias Lang; Christopher A. Dike Bering
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2008-02-21
Also published as: US7383905B2; US20060266309A1

Abstract

Es wird ein Kühlsystem (10) für ein Fahrzeug mit einem Motor (12) bereitgestellt. Das Kühlsystem (10) enthält eine vor dem Motor (12) angeordnete Motorkühleinrichtung (16), einen Kühleinrichtungslüfter (18, 60) zum Bewegen von Luft durch die Kühleinrichtung (16), einen Kanal (20) zum Leiten von durch die Kühleinrichtung (16) geblasener Luft und mindestens einen Wärmetauscher (40, 42), der jeweils einen elektromotorgetriebenen Lüfter (44, 46) aufweist. Der Kanal (20) weist einen vorderen Einlass (24), der erwärmte Luft von der Kühleinrichtung (16) empfängt, und ein sich von dem Einlass (24) im Wesentlichen nach oben zu einem sich nach oben öffnenden Auslass (26) erstreckendes Gehäuse auf. Die Wärmetauscher (40, 42) sind höher als die Kühleinrichtung (16) und neben und vor dem Auslass (26) des Kanals (20) angeordnet. Der Kühleinrichtungslüfter (18, 60) kann vor der Kühleinrichtung (16) angebracht sein oder er kann in dem Kanalauslass (26) angebracht sein. Eine Luftfiltereinheit (50) kann höher als die und vor der Kühleinrichtung (16) und niedriger als der mindestens eine Wärmetauscher (40, 42) angebracht sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein geländegängiges Arbeitsfahrzeug, das durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, wie zum Beispiel einen Ackerschlepper.
Bei herkömmlichen Fahrzeugkühlsystemen sind Wärmetauscher in Reihe angeordnet. Dies erfordert, dass Luft durch alle Wärmetauscher hindurchströmt, um die Bedürfnisse eines einzigen Kühlers zu erfüllen. Diese Anordnung, die in der Regel einen mechanisch angetriebenen Lüfter zum Ziehen der Luft durch die Wärmetauscher verwendet, begrenzt auch den Bereich, durch den die Luft hindurchströmen muss. Dies ist ineffizient.
Ein fortschrittliches Fahrzeugkühlsystem, wie zum Beispiel ein Ackerschlepper mit einem Motor mit einer horizontal ausgerichteten Drehachse und einer den Motor bedeckenden Haube, wird in der US 2005/0006048 A1 beschrieben. Dieses Kühlsystem enthält eine Motorkühleinrichtung, die über dem Motor und zwischen dem Motor und der Haube angeordnet ist, und eine Lüftereinheit mit elektromotorangetriebenen Lüftern, die Luft nach oben durch die Kühleinrichtung blasen. Die Lüftereinheit ist über dem Motor und zwischen dem Motor und der Kühleinrichtung angeordnet. Des Weiteren ist ein Motorladeluftkühler über dem Motor und zwischen dem Motor und der Haube angeordnet, und eine Ladeluftkühleinrichtungslüftereinheit weist elektromotorangetriebene Lüfter auf, die Luft nach oben durch den Kühler bläst. In der Oberseite der Haube sind Öffnungen ausgebildet, durch die durch die Kühleinrichtungslüftereinheit und die Ladeluftkühleinrichtungslüftereinheit geblasene Luft hindurchströmt. Dieses Kühlsystem bläst erwärmte Kühlluft vertikal nach oben, wodurch verhindert wird, dass erwärmte Kühlluft in die Einlässe des Kühlsystem zurückgesaugt und erwärmte Luft auf die Außenseite der Schlepperkabine geblasen wird.
Bei diesem System sind die Lufteinlässe und -auslässe jedoch so eng zusammen, dass sie um gemeinsame Luft konkurrieren können. Kühlluft für die vorderen Kühlkomponenten kann über Flächen strömen, wo sie möglicherweise vor Eintritt in den Wärmetauscher erwärmt wird. Des Weiteren wird nicht sämtliche erwärmte Luft vertikal entlüftet, weil der Ölkühler und der Klimaanlagen-Kondensator hinter dem Motor angebracht sind, so dass die erwärmte Luft aus diesen Einheiten lateral abgeführt wird.
Ein anderes fortschrittliches Fahrzeugkühlsystem wird in der DE 10 2006 040 429 A1 bzw. der US 2007/0051326 A1 beschrieben. Diese Ausführung erfordert, dass der Luftfilter bezüglich der Kühleinrichtung und der Wärmetauscher rückwärtig angeordnet ist und dass der Luftfilter zwischen dem linken und dem rechten Teil des Kanals, der Luft von den Wärmetauschern empfängt, teilweise eingeschlossen ist.
Es ist erwünscht, flexiblere Fahrzeugkühlsysteme bereitzustellen, die effizient und kostengünstig sind. Solche Systeme verringern die Rückführung, verringern den Lüfterenergieverbrauch, verringern oder beseitigen mechanische Verbindungen mit dem Motor und bieten verbessertes Steuervermögen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, durch welches die vorgenannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll ein flexibles Fahrzeugkühlsystem bereitgestellt werden, bei dem die Lufteinlässe und -auslässe nicht um gemeinsame Luft konkurrieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß ist ein Kühlsystem für ein Fahrzeug mit einem Motor vorgesehen. Das Kühlsystem enthält eine Motorkühleinrichtung, die vor dem Motor angeordnet ist, einen Kühleinrichtungslüfter zum Bewegen von Luft durch die Kühleinrichtung, einen Kanal und mindestens einen Wärmetauscher zum Kühlen eines Teilsystems des Fahrzeugs. Der Kanal weist einen vorderen Öffnungseinlass bzw. Einlass, der erwärmte Luft von der Kühleinrichtung empfängt, und ein sich vom Einlass im Wesentlichen nach oben zu einem sich nach oben öffnenden Auslass erstreckendes Gehäuse auf. Der Auslass ist rückwärtig des Einlasses angeordnet und befindet sich vor dem und höher als der Motor. Der mindestens eine Wärmetauscher ist höher als die Kühleinrichtung und neben und vor dem Auslass des Kanals angeordnet.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem ermöglicht die Anordnung eines Luftfiltereinlasses in der Nähe der Fahrzeugfront. Nahezu sämtliche erwärmte Luft wird vertikal entlüftet.
Vorzugsweise ist der Kühleinrichtungslüfter in einem Teil des Kanals oder im Auslass des Kanals aufgenommen.
Der Kühleinrichtungslüfter könnte vor der Kühleinrichtung angebracht sein und Luft nach hinten durch die Kühleinrichtung blasen.
Eine Luftfiltereinheit könnte mit einem Lufteinlass des Motors verbunden und die Luftfiltereinheit höher als die Kühleinrichtung und niedriger als der mindestens eine Wärmetauscher angeordnet sein.
Die Luftfiltereinheit könnte ein vorderes Ende aufweisen, das vor dem Einlass des Kanals angeordnet ist.
Es könnte eine Luftbewegungseinheit zum Blasen von Luft nach oben durch den Wärmetauscher vorgesehen sein.
Bevorzugt ist ein weiterer Wärmetauscher zum Kühlen eines weiteren Teilsystems des Fahrzeugs vorgesehen, wobei der weitere Wärmetauscher neben und vor dem Wärmetauscher angeordnet sein könnte.
Es könnte eine weitere Luftbewegungseinheit zum Blasen von Luft durch den weiteren Wärmetauscher vorgesehen sein.
Vorzugsweise bläst die mindestens eine Luftbewegungseinheit Luft nach oben durch den mindestens eine Wärmetauscher.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Luftfiltereinheit mit einem Lufteinlass des Motors verbunden und die Luftfiltereinheit ist höher als die Kühleinrichtung und niedriger als der mindestens eine Wärmetauscher angeordnet. Der Kühleinrichtungslüfter ist vor der Kühleinrichtung angebracht und bläst Luft nach hinten durch die Kühleinrichtung. Die Luftfiltereinheit weist ein vorderes Ende auf, das vor einem vorderen Ende des Kühleinrichtungslüfters angeordnet ist.
Der Wärmetauscher könnte einen Ladeluftkühler oder einen Ölkühler umfassen.
Ein Paar Teilsystem-Wärmetauscher ist über der Kühleinrichtung und neben und vor dem Auslass des Kanals angeordnet. Einer der Wärmetauscher ist neben und vor dem anderen Wärmetauscher angeordnet. Der Kühleinrichtungslüfter kann vor der Kühleinrichtung angeordnet sein oder er kann im Auslass des Kanals aufgenommen sein. Eine Motorluftfiltereinheit ist höher als die Kühleinrichtung, niedriger als der Wärmetauscher und vor der Kühleinrichtung angeordnet. Eine Luftbewegungseinheit bläst Luft durch die Wärmetauscher nach oben.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Komponentenanordnung eines Fahrzeugkühlsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Komponentenanordnung eines Fahrzeugkühlsystems gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Kanalkomponente der 1 und 2.
Auf 1 Bezug nehmend, wird ein Kühlsystem 10 für ein (nicht gezeigtes) Fahrzeug bereitgestellt, das einen an einem Rahmen 14 angebrachten frontausgerichteten Motor 12 aufweist. Das Kühlsystem 10 enthält eine vertikal ausgerichtete Hauptmotorkühleinrichtung 16, die vor dem Motor 12 und von ihm beabstandet am Rahmen 14 angebracht ist. Ein Kühleinrichtungslüfter 18 ist vor der Kühleinrichtung 16 angebracht und bläst Luft nach hinten durch die Kühleinrichtung 16. Eine Verkleidung 19 erstreckt sich zwischen dem Lüfter 18 und der Kühleinrichtung 16.
Der Zusammenbau bzw. das System 10 enthält des Weiteren eine Kanaleinheit bzw. einen Kanal 20. Der Kanal 20 wird durch Halterungen 30 gestützt, die sich von den Seiten des Rahmens 14 nach oben erstrecken. Wie am besten in 3 zu sehen, enthält der Kanal 20 ein hohles Gehäuse 22 mit einem vorderen unteren Ende, das eine nach vorne weisende Frontöffnung 24 bildet. Das Gehäuse erstreckt sich im Wesentlichen nach oben zu einem nach oben weisenden Auslass 26.
Des Weiteren enthält das Kühlsystem 10 ein Paar Wärmetauscher zum Kühlen von Fahrzeugteilsystemen, wie zum Beispiel einen Ladeluftkühler 40 und einen Ölkühler 42. Die Kühler 40 und 42 befinden sich nebeneinander, einer vor dem anderen, sind allgemein über dem Lüfter 18 und der Kühleinrichtung 16 angeordnet und werden durch Halterungen 30 und 31 gestützt, die einen Kühlerrahmen 32 stützen.
Eine elektromotorangetriebene Luftbewegungseinheit 44 bläst Kühlluft nach oben durch den Kühler 40. Eine elektromotorangetriebene Luftbewegungseinheit 46 bläst Kühlluft nach oben durch den Kühler 42. Die Luftbewegungseinheiten 44 und 46 sind unter den Kühlern 40 bzw. 42 angebracht. Die Luftbewegungseinheiten 44 und 46 können Gebläse, Lüfter oder Mischstromeinheiten sein. Ein herkömmlicher Kühleinrichtungsentlüftungsbehälter 48 kann hinter der linken Seite des Kühlers 40 und neben einem vorderen Teil des Auslasses 26 des Kanals 20 angeordnet sein.
Vorzugsweise ist ein Motorluftfilter 50 bzw. eine Luftfiltereinheit höher und vor der Kühleinrichtung 16 (und/oder Lüfter bzw. Kühleinrichtungslüfter 18) und niedriger als die Wärmetauscher 40 und 42 angeordnet. Infolgedessen kann Motoransaugluft in den Luftfilter 50 und dann in andere (nicht gezeigte) Motorluftansaugkomponenten gesaugt werden.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird eine andere Ausführungsform gezeigt, bei der sich weder ein Lüfter noch eine Verkleidung vor der Kühleinrichtung 16 befinden. Stattdessen ist ein Kühleinrichtungslüfter 60 in dem Auslass 26 des Kanals 20 angebracht und wird von ihm aufgenommen. Der Lüfter 60 wird vorzugsweise von einem (nicht gezeigten) Elektromotor angetrieben und bläst Luft nach oben und zieht infolgedessen Kühlluft nach hinten durch die Kühleinrichtung 16 und nach oben durch den Kanal 20. Der Motorluftfilter befindet sich über und vor der Kühleinrichtung 16 und unter den Wärmetauschern 40 und 42. Der Lüfter 60 kann von dem Auslass 26 aufgenommen werden, wie in 2 gezeigt, oder ein Teil des Lüfters 60 oder der ganze Lüfter können über einem oberen Rand 27 des Kanals 20 angeordnet sein.
Bei beiden Ausführungsformen sind die gezeigten und beschriebenen Elemente vorzugsweise von einer herkömmlichen (nicht gezeigten) Haube mit Kanälen oder Öffnungen, die auf die Kühleinrichtung 16, den Motorluftfilter 50, die Kühler 40 und 42 und auf den Auslass 26 des Kanals 20 ausgerichtet sind, bedeckt. Die Kühleinrichtungslüfter 18 und 60 werden vorzugsweise von (nicht gezeigten) Elektromotoren angetrieben. Jeder der einzelnen großen Kühleinrichtungslüfter 18 und 60 könnte durch zwei kleinere (nicht gezeigte) Lüfter ersetzt werden.
Somit kann der Kühleinrichtungslüfter an einem der beiden Enden des Kanals 20 angeordnet sein. Bei beiden Ausführungsformen ist die Hauptmotorkühleinrichtung 16 zum Kühlen des Motors 12 vor dem vorderen Teil des Kanals 20 angeordnet. Die Kühleinrichtung 16 ist unter und vor dem Auslass 26 des Kanals 20 angeordnet. Der Auslass 26 weist eine vertikale Position auf, die höher liegt als eine Oberseite des Motors 12.
Im Betrieb tritt erwärmte Kühlluft von der Kühleinrichtung 16 in den Einlass 24 des Kanals 20 ein, strömt durch den Kanal 20 und wird durch den Auslass 26 nach oben abgeführt. Erwärmte Kühlluft von den Kühlern 40 und 42 strömt nach oben und von dem Kühlsystem 10 der Kühlsystemkomponenten weg.
Infolgedessen strömt Kühlluft für die Kühler 40 und 42 nicht über irgendeine Fläche, wo sie vor dem Eintritt in die Kühler 40 und 42 erwärmt werden könnte. Des Weiteren wird sämtliche erwärmte Luft vertikal aus den Kühlern 40, 42 und der Hauptmotorkühleinrichtung bzw. Kühleinrichtung 16 entlüftet. Infolgedessen wird Luft von einem getrennten Bereich in jeden getrennten Wärmetauscher oder Kühler gesaugt, und dort erfolgt wenig gegenseitige störende Beeinflussung oder Vermischung zwischen abgeführter erwärmter Luft und Kühlluft, die in die verschiedenen Kühler und Wärmetauscher geblasen wird.
Bei elektrisch angetriebenen Lüftern statt mechanischen motorangetriebenen Lüftern können die Lüfter und Kühler optimal bzw. flexibel angeordnet sein, um den Einbau von Nachbehandlungs(abgas)-Komponenten zu gestatten, die von zukünftigen Vorschriften erforderlich sein können, und um den Wärmetauscher nahe den Wärmequellen anzuordnen, wodurch Rohrleitungsverluste verringert werden und die Effizienz verbessert wird. Des Weiteren kann bei diesem System Kühlluft nun auf Grundlage des bestimmten Bedarfs der Einheit gesteuert und durch jeden getrennten Wärmetauscher bewegt werden.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Kühlsystem für ein Fahrzeug mit einem Motor, wobei das Kühlsystem (10) Folgendes umfasst: eine vor dem Motor (12) angeordnete Motorkühleinrichtung (16); einen Kühleinrichtungslüfter (18, 60) zum Bewegen von Luft durch die Kühleinrichtung (16); einen Kanal (20) mit einem vorderen Einlass (24), der erwärmte Luft von der Kühleinrichtung (16) empfängt, und einem sich von dem Einlass (24) zu einem sich nach oben öffnenden Auslass (26) im Wesentlichen nach oben erstreckenden Gehäuse (22), wobei der Auslass (26) rückwärtig des Einlasses (24), vor dem Motor (12) und höher als der Motor (12) angeordnet ist; und mindestens einen Wärmetauscher (40, 42) zum Kühlen eines Teilsystems des Fahrzeugs, wobei der mindestens eine Wärmetauscher (40, 42) höher als die Kühleinrichtung (16) und neben und vor dem Auslass (26) des Kanals (20) angeordnet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei der Kühleinrichtungslüfter (60) in einem Teil des Kanals (20) aufgenommen ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kühleinrichtungslüfter (60) im Auslass (26) des Kanals (20) aufgenommen ist.
Kühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Kühleinrichtungslüfter (18) vor der Kühleinrichtung (16) angebracht ist und Luft nach hinten durch die Kühleinrichtung (16) bläst.
Kühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Luftfiltereinheit (50) mit einem Lufteinlass des Motors (12) verbunden und die Luftfiltereinheit (50) höher als die Kühleinrichtung (16) und niedriger als der mindestens eine Wärmetauscher (40) angeordnet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei die Luftfiltereinheit (50) ein vorderes Ende aufweist, das vor dem Einlass (24) des Kanals (20) angeordnet ist.
Kühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin mit einer Luftbewegungseinheit (44) zum Blasen von Luft nach oben durch den Wärmetauscher (44).
Kühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin mit einem weiteren Wärmetauscher (42) zum Kühlen eines weiteren Teilsystems des Fahrzeugs, wobei der weitere Wärmetauscher (42) neben und vor dem Wärmetauscher (40) angeordnet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 8, wobei eine weitere Luftbewegungseinheit (46) zum Blasen von Luft durch den weiteren Wärmetauscher (42) vorgesehen ist.
Kühlsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die mindestens eine Luftbewegungseinheit (44, 46) Luft nach oben durch den mindestens eine Wärmetauscher (40, 42) blasen.
Kühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Luftfiltereinheit (50) mit einem Lufteinlass des Motors (12) verbunden und die Luftfiltereinheit (50) höher als die Kühleinrichtung (16) und niedriger als der mindestens eine Wärmetauscher (40, 42) angeordnet ist; der Kühleinrichtungslüfter (18) vor der Kühleinrichtung (16) angebracht ist und Luft nach hinten durch die Kühleinrichtung (16) bläst; und die Luftfiltereinheit (50) ein vorderes Ende aufweist, das vor einem vorderen Ende des Kühleinrichtungslüfters (18) angeordnet ist.
Kühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Wärmetauscher einen Ladeluftkühler (40) umfasst.
Kühlsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Wärmetauscher einen Ölkühler (42) umfasst.