DE19525541A1 - Kühlvorrichtung, insbesondere an einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung an einem Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bei Schwerlastfahrzeugen wie Lastwagen und Bussen wird für das Bremsen, für die Fahrzeugaufhängung und für andere Zwecke Druckluft verwendet. Normalerweise wird die Luft von einem Lufteinlaß durch einen Kompressor und dann über einen Lufttrockner oder einen Spriteinspritzer zu den Luftkesseln geführt. Beim Bremsen wird das Bremspedal niedergedrückt, wodurch sich ein Ventil öffnet und Bremskammern drucklos und die Bremsen aktiviert werden.

Beim Durchlauf durch den Kompressor wird die Luft erwärmt. Damit der Lufttrockner, in dem die gesamte Feuchtigkeit ent­ fernt wird, effektiver arbeiten kann, muß die Luft gekühlt werden. Es ist jedoch schwierig, für einen derartigen Kühler eine geeignete Stelle zu finden, da er Platz benötigt, und unabhängig davon, welches Kühlmedium für den Kühler verwen­ det wird, ist es wahrscheinlich, daß es den Wirkungsgrad der gesamten Kühlleistung des Kühlsystems des Fahrzeugtrieb­ werks, das weitere Kühleinheiten wie den Motorkühler und den (zum Kühlen der durch den Turbokompressor erwärmten Ein­ gangsluft vor ihrem Eintritt in die Zylinder) verwendeten Ladeluftkühler umfaßt, beeinträchtigt und dadurch reduziert. Dies wäre äußerst bedauerlich, da-die Kühlleistung des Triebwerks bereits ein kritischer Faktor beim Entwurf eines Schwerlast­ kraftfahrzeuges ist.

Die Verwendung von Luft als Kühlmedium für den Druckluftküh­ ler ist zwar weniger nachteilig für die Leistung des Kühl­ systems als Wasser, das die andere naheliegende Alternative darstellt. Dennoch ist es schwierig, bei der Entwicklung des Kühlsystems des Triebwerks Platz für sämtliche luftgekühlte Wärmetauscherkomponenten mit ausreichendem Luftstrom zu finden.

Ähnliche Probleme können selbst dann bestehend wenn die Ver­ brennungsmotoren nicht zum Antrieb von Fahrzeugen verwendet werden, sondern auch, wenn Motoren stationär zum Betreiben von Generatoren oder dergleichen benutzt werden.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, bei der die vorgenannten Probleme vermieden werden können, bei der eine Kühleinheit für ein Fluid wie z. B. Druckluft, vorgesehen sein kann, ohne zuviel Platz zu beanspruchen und ohne die Gesamtkühlleistung des Kühlsystems des Verbren­ nungsmotors zu beeinträchtigen.

Dies wird dadurch erreicht, daß eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den Merkmalen im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs ausgestattet wird.

Demzufolge ist ein Lüfter vorgesehen, der von einem Lüfter­ ring mit wenigstens einem vorzugsweise am Umfang angeordne­ ten Luftkanal umgeben ist. Der Lüfter ist ein bereits be­ kannter Lüfter, vorzugsweise einer, der zum Erzeugen eines ausreichenden Luftstroms durch den Motorkühler verwendet wird. Der Lüfterring wird natürlich auch wie ein gewöhnli­ cher Lüfterring verwendet, der die Leistungsfähigkeit des Lüfters erhöhen soll. Der Lüfter erzeugt einen radial zum Kanal im Lüfterring hin gerichteten Luftstrom, der einen großen Wärmetausch bewirkt.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor ist es vorteilhaft, die Vorrichtung mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 zu versehen, wobei sich der Kanal innerhalb des Rings des Kühlerventilators befindet und ein Fluid, das sich vom Kühlmittel des Motors unterscheidet, kühlt. Dieses Fluid ist vorzugsweise Druckluft, die für den Bremsversor­ gungskreis und die Luftfederung oder andere Einheiten ver­ wendet werden kann. Mit dieser Anordnung kann das Fluid an Ort und Stelle mit großem Wärmetausch mittels einer Vorrich­ tung gekühlt werden, die nur wenig Platz beansprucht.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Kanal endlos und um den gesamten Umfang des Lüfterringes angeord­ net. Ein Einlaß und ein Auslaß befinden sich ungefähr 180° voneinander entfernt, damit eine maximale Kühlleistung er­ reicht werden kann.

Es kann auch ein Ablaßventil an der tiefsten Stelle des Kanals vorgesehen sein, damit durch feuchte Luft entstehen­ des Kondenswasser abfließen kann.

Der Lüfterring kann mehrere Kanäle zum Kühlen verschiedener Fluide aufweisen, die selbstverständlich aus einem anderen Medium als Luft bestehen können, sowie mehrere Ein- und Aus­ lässe. Die Fluide können gasförmig oder flüssig sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungs­ form.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht von Bauteilen des Kühlsystems und des Bremsversorgungskreises eines Lastwagens.

Fig. 2 ist eine Ansicht der Anordnung des Kühlers und des Lüfters.

Fig. 3 ist ein Schnitt III-III des Lüfterrings von Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Schnitt IV-IV des Lüfterrings von Fig. 2.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Kühlsystems und des Luftzufuhrkreises zu den Bremsen.

Das Kühlsystem umfaßt einen Kühler 2, in dem das Kühlmittel, vorzugsweise ein auf Wasser basierendes Fluid, gekühlt wird. Ein Einlaßschlauch 4 leitet das Kühlmittel zu einem Verbren­ nungsmotor 6, und ein Auslaßschlauch 8 führt das erwärmte Wasser zum Kühler 2 zurück, in dem es mittels durch den Kühler 2 strömender Luft gekühlt wird.

Die eintretende Luft wird erwärmt, während sie durch den Turboverdichter 10 strömt. Deshalb befindet sich ein Lade­ luftkühler 12 an einem Lufteinlaßkanal 14, damit die Luft gekühlt wird, ehe sie in die Zylinder 15 (von denen nur einer in Fig. 1 gezeigt ist) eintritt, was für die Leistung des Motors vorteilhaft ist. Im allgemeinen ist der Ladeluft­ kühler 12 vor dem Kühler 2 angeordnet.

Am Motor 6 ist ein mechanisch oder elektrisch betriebener Lüfter 16 befestigt, der benutzt wird, wenn der Luftstrom durch den Kühler 2 und den Ladeluftkühler 12 aufgrund feh­ lenden Fahrtwindes nicht ausreicht. Damit der Lüfter 16 eine maximale Wirkung ausüben kann, ist am Kühler 2 eine Lüfter­ verkleidung 18 befestigt, und der Lüfter 16 ist von einem Lüfterring 20 umgeben, wodurch der Luftstrom durch den Kühler 2 gepreßt wird. Zwischen der Lüfterverkleidung 18 und dem Lüfterring 20 muß eine bestimmte Relativbewegung möglich sein, da die Verkleidung 18 am Kühler 2 und der Ring 20 am Motor 6 befestigt ist. Damit zwischen dem Ring 20 und der Verkleidung 18 kein Spalt entsteht, ist eine elastische Dichtung 22 vorgesehen.

Der Luftzufuhrkreis zu den Bremsen, der Luftfederung und anderen Einheiten umfaßt einen Einlaß und einen (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Filter sowie einen zu einem Kompressor 26 führenden Kanal 24. Erfindungsgemäß wird die Luft vom Kompressor 26 durch einen ersten Schlauch bzw. ein Rohr 28 zu einem Einlaß 30 und in einen Kühlkanal 32 im Lüf­ terring 20 verteilt. Der Lüfterring 20 ist einem Luftstrom ausgesetzt und wird dadurch gekühlt. Die Kühlleistung erhöht sich, wenn der Lüfter 16 läuft. Da der Kanal 32 ein Teil des Lüfterrings 20 ist, wird das innerhalb des Kanals 32 strö­ mende Medium ebenfalls gekühlt. Der Kanal 32 wird zu einem späteren Zeitpunkt genauer beschrieben. Vom Kanal 32 aus wird die Luft durch einen Auslaß 36 und einen zweiten Schlauch 38 an einen Lufttrockner 34 verteilt. Ein dritter Schlauch 39 verbindet den Lufttrockner 34 mit einer Anzahl Luftkessel 40. Beim Bremsen wird, wie beim Stand der Technik, das (nicht dargestellte) Bremspedal vom Fahrer des Fahrzeugs niedergedrückt, wodurch sich ein Ventil öffnet und die Bremskammern drucklos und die Bremsen betätigt werden.

Um ein Austreten von Luft zu verhindern, sind am zweiten und dritten Schlauch 38, 39 Rückschlagventile 51, 52 vorgesehen.

Die Luft wird vor dem Eintreten in den Lufttrockner 34 ge­ kühlt, weil die maximale Leistung des Lufttrockners 34 bei einer Lufttemperatur nahe der Außentemperatur zu erreichen ist.

Nach Fig. 2 ist der erste Schlauch 28 vom Kompressor 26 mit dem Kühlkanal 32 im Lüfterring 20 über einen Einlaß 30 ver­ bunden. Der Lüfterring 20 ist vorzugsweise aus Aluminium oder dergleichen stranggepreßt, wobei der Kanal 32 mit ihm einstückig ist. Der Kanal 32 ist endlos und verläuft entlang dem gesamten Umfang des Lüfterrings 20. Der Einlaß 30 ist vorzugsweise ein geeignetes Verbindungsteil nach dem Stand der Technik und befindet sich nahe des höchsten Punktes des Lüfterringes 20.

Der Auslaß 36 ist vorzugsweise von der gleichen Art wie der Einlaß 30 und befindet sich nahe des tiefsten Punktes des Lüfterringes 20. Der Auslaß 36 verbindet den Kanal 32 mit dem zum Lufttrockner 34 führenden zweiten Schlauch 38.

Da die Luft feucht ist, besteht die Gefahr, daß an den tief­ sten Punkten des Kühlkanals 32 bzw. der Schläuche 28, 28 Kondenswasser auftritt. Die vorstehend beschriebene Ausfüh­ rungsform ist geeignet, wenn der Lufttrockner 34 unter dem tiefsten Teil des Lüfterringes 20 angeordnet ist, da die Schläuche 28, 38 und der Kanal 32 so befestigt werden kön­ nen, daß sie kontinuierlich abwärts in die Richtung des Luftstromes führen.

Wenn andererseits sowohl der Kompressor 26 als auch der Lufttrockner 34 über dem tiefsten Teil des Lüfterringes 20 angeordnet sind, können der Einlaß und der Auslaß 30, 36 in im wesentlichen gleicher Höhe, jedoch 180° voneinander getrennt angeordnet sein. Folglich verläuft der erste Schlauch 28 abwärts und der zweite Schlauch 38 aufwärts. Die Gefahr einer Kondenswasseransammlung im tiefsten Teil des Kanals 32 ist dann recht groß. Da jedoch der obere Teil des Kanals 32 offen ist, besteht zwischen dem Einlaß und dem Auslaß 30, 36 noch ein offener Durchlaß. Ferner ist am tief­ sten Punkt wenigstens ein (in den Zeichnungen nicht darge­ stelltes) Entleerungsventil vorgesehen, das bei der Wartung des Fahrzeugs geöffnet werden kann, um den Kanal 32 von Flüssigkeit zu befreien. Wenn erwünscht, kann das Entlee­ rungsventil auch automatisch gesteuert werden, um sich z. B. zu öffnen, wenn der Kompressor 26 oder der Motor 6 ausge­ schaltet wird.

Da der Einlaß und der Auslaß 30, 36 nach den beschriebenen Ausführungsformen so weit voneinander wie möglich angeordnet sind, durchströmt der Luftstrom eine möglichst lange Kühl­ strecke.

Sollten Nachteile beim Anordnen von Einlaß und Auslaß 30, 36 wie vorstehend beschrieben auftreten, z. B. aufgrund von An­ ordnungsproblemen, können sie selbstverständlich an anderen Stellen um den Lüfterring angeordnet werden.

Schnitte des Lüfterrings 20 sind in Fig. 3 und 4 darge­ stellt. Der Kühlkanal 32 ist Teil des Lüfterrings 20, da sie einstückig stranggepreßt oder gegossen sind. Der Lüfterring 20 ist an am Motor 6 fixierten Klammern 41 durch eine Anzahl von (nicht dargestellten) Schrauben bzw. Bolzen, die durch einen Flanschabschnitt 42 gehen, befestigt. Im Falle eines dünnen Flanschabschnitts 42 kann eine dicke Unterlegscheibe 43 verwendet werden, um die Befestigung zu erleichtern. Die elastische Dichtung 22 wird zwischen einer hinteren Halte­ rung 44, die auch die vordere Wand des Kanals 32 ist, und einer vorderen Halterung 46, die ein gebogenes Teil des Rings 20 ist und einen Flansch 48 der Dichtung 22 umgreift und dadurch die Dichtung 22 am Lüfterring 20 sichert, an den Lüfterring 20 gedrückt. Der vordere Teil 50 der Dichtung 22 wird nur um die hintere Kante der Lüfterverkleidung 18 ge­ preßt. Die Ausdrücke vordere und hintere beziehen sich auf die normale Fahrtrichtung des Fahrzeuges.

Nach den beschriebenen Ausführungsformen werden ein erstes und ein zweites Fluid für das Motorkühlsystem durch den Kanal geleitet, wobei das erste Fluid Druckluft und das zweite Fluid ein auf Wasser basierendes Fluid ist. Selbst­ verständlich können die Fluide durch andere Medien ersetzt werden, oder es können beide Fluide aus dem gleichen Medium bestehen.

Der Kühlkanal 32 benötigt keinen zusätzlichen Platz und be­ einträchtigt die Gesamtkühlleistung einschließlich Kühler 2 und Ladeluftkühler 12 nicht. Die Ausführung ist recht gün­ stig, da nur zwei Anschlußteile und eine im Vergleich zu bekannten Lösungen geänderte Konstruktion eines Lüfterringes erforderlich sind. Darüberhinaus ist kein gesonderter Kühl­ kreislauf erforderlich.

Es gibt eine Anzahl weiterer Ausführungsformen der Erfin­ dung. Zum Beispiel können mehrere Kanäle verwendet werden, wenn die Kühlung von mehr als einem Fluid erforderlich ist. Die Fluide können aus unterschiedlichen Medien wie zum Bei­ spiel Wasser und Luft bestehen. Es können auch mehr als ein Einlaß und ein Auslaß zu jedem Kanal vorgesehen sein. Ebenso kann auch die Form des Kanals geändert werden. Es muß nicht unbedingt ein gerader, endloser Kanal sein. Der Kanal kann auf nur einem Teil des Lüfterrings verlaufen und kann eine unterschiedliche Form, z. B. eine gewellte, aufweisen, um einen größeren Kühlbereich zu erhalten.

Der Lüfter muß nicht unbedingt der sein, der für den Kühler verwendet wird. Es kann ein anderer bekannter Lüfter mit einem Kanal innerhalb des Lüfterringes verwendet werden. Die Erfindung kann auch auf stationäre Motoren, die nicht in Fahrzeuge eingebaut sind, angewendet werden.

Der Kanal kann auch Teil einer getrennt hergestellten Ein­ heit sein und bei der Montage des Fahrzeugs am Lüfterring befestigt werden.

Claims (10)

1. Kühlvorrichtung, insbesondere an einem Verbrennungsmotor (6), mit einem Lüfter (16) zum Erzeugen eines Luftstroms und einem Lüfterring (20) zum Hindurchleiten des Luftstroms durch den Lüfter (16), dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter­ ring (20) wenigstens einen Kanal (32) zum Kühlen eines durch den Kanal (32) geleiteten Fluids umfaßt, der vorzugsweise längs des Umfangs des Lüfterringes (20) verläuft, mit wenig­ stens einem Einlaß (30) und wenigstens einem Auslaß (36).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (32) für die Kühlung eines ersten Fluids vorgesehen ist und der Verbrennungsmotor (6) Teil eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühler (2) zum Kühlen eines zweiten Fluids ist, wobei der Lüfter (16) zum Erzeugen eines Luftstroms durch den Kühler (2) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüf­ terring (20) und der Kanal (32) ein stranggepreßtes bzw. ge­ gossenes Teil bilden.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (32) endlos und längs des gesamten Umfangs des Lüfterringes (20) angeordnet ist, wobei der Kanal über seine Gesamtlänge im wesentlichen den gleichen Querschnitt aufweist sowie einen Einlaß (30) und einen Auslaß (36), die längs des Um­ fangs des Lüfterrings (20) im wesentlichen 180° voneinander entfernt angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einlaß (30) nahe der höchsten Stelle des Kanals (32) und der Auslaß (36) nahe der tiefsten Stelle des Kanals (32) befin­ det.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (32) einen Einlaß und einen Auslaß (30, 36) aufweist, die im wesentlichen in gleicher Höhe angeordnet sind, und daß ein (nicht dargestelltes) Entleerungsventil nahe der tiefsten Stelle des Kanals (32) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid Luft, vorzugsweise Druckluft, ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (30) an einen Luftkompressor (26) und daß der Auslaß (36) an Luftkessel (40) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luft­ trockner (34) zwischen dem Auslaß (36) und den Luftkesseln (40) angeordnet ist und daß der Kanal (32) Teil eines Fahr­ zeugbremskreises und der Kühler (2) Teil des Motorkühl­ systems des Fahrzeugs ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (32) innerhalb einer separaten, am Lüfterring (20) befe­ stigten Einheit angeordnet ist.