DE19849619B4 - Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkreislauf, der einen Kühlmittelkühler (1), einen Ladeluftkühler (2) und einen Kühllüfter (6), der hinter dem Kühlmittelkühler (1) angeordnet ist, aufweist, wobei ein Zusatzkühler (10) zusätzlich zu dem Kühlmittelkühler (1) im Hauptkreislauf des Kühlmittelkreislaufes liegt, jedoch räumlich getrennt von dem Hauptsystem, das den Ladeluftkühler (2) und den Kühlmittelkühler (1) beinhaltet, im Frontbereich des Fahrzeuges angeordnet ist, und wobei die Kühlluftführung vom Zusatzkühler (10) an dem Hauptkühlsystem vorbei direkt dem Kühllüfter (6) auf der Saugseite zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Verbrennungmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkreislauf.
  • In der DE 42 20 672 C2 ist ein Kühlsystem beschrieben, bei dem zwei Kühler in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Nachteilig dabei ist jedoch, daß bei dieser sogenannten „Doppel-Sandwich"-Kühlanlage durch die Luftaufwärmung im ersten Kühler vor Durchgang durch den zweiten Kühler das System beeinflußt wird. Gleichzeitig entstehen dabei auch Druckverluste, aus denen ein negatives Kühlleistungsprofil resultiert.
  • Die DE 41 04 093 A1 bezieht sich auf eine Kühlanlage für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungmotor, wobei parallel zu einem Kühlmittelkühler unter anderem ein Ölkühler für den Ölkreislauf angeordnet ist.
  • Die DE 40 09 726 A1 betrifft ein Wärmetauscher/Lüftersystem, wobei unter Bildung eines Parallelsystemes zwei Wärmetauscher in einer Ebene und lückenlos aneinanderstoßend angeordnet sind.
  • Aus der EP 0 325 972 A2 ist ein Kühler bekannt, der verschwenkbar ist und einen Teil einer Abdeckung eines Fahrzeuges bildet.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das einen hohen Wirkungsgrad bei einfachem Aufbau und begrenzten Bauraumverhältnissen besitzt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Erfindungsgemäß liegt nun der Zusatzkühler zusätzlich zu dem Kühlmittelkühler im Hauptkreislauf des Kühlmittelstromes, jedoch räumlich getrennt davon. Da jeder Kühler mit Frischluft versorgt wird, kann auch jeder Kühler seine maximale Wirkung entfalten. Durch die gemeinsame Verwendung des Kühllüfters wird jedoch Sekundärenergie eingespart, da kein Zusatzgebläse erforderlich ist. Gleichzeitig wird dabei auch eine raumsparende Lösung geschaffen, da der Zusatzkühler nicht im Bereich des Hauptkühlers angeordnet ist und z.B. bei einem Nutzfahrzeug mit der Vorbauklappe des Kraftfahrzeuges verbunden sein kann.
  • Durch eine Anordnung des Zusatzkühlers im Fahrzeug-Frontgitter erfolgt eine kühlluftseitige Beaufschla gung durch Staudruck (Fahrgeschwindigkeit), z.B. auch bei abgeschaltetem Kühllüfter (Leerlaufdrehzahl bzw. Schleppdrehzahl) oder alternativ additiv, insbesondere bei niedriger Fahrgeschwindigkeit, wie z.B. Betriebszustand unter Vollast, unter Einbeziehung des Kühllüfters und dessen betriebszustandabhängigen, über die Motortemperatur gesteuertem Regel- bzw. Zuschalt- und Abschaltverhalten.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine deutliche Steigerung der Kühlkapazität, insbesondere für Motoren mit erhöhten Immissionsanforderungen, erreicht.
  • Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr eine kühlluftseitige zusätzliche Zwangsbeaufschlagung über den Kühllüfter bei einer kühlmittelseitigen Parallelschaltung mit einer Hauptkühlanlage bzw. eines Hauptkühlsystem oder auch über eine kühlmitteltemperaturabhängige thermostatische Zusteuerung.
  • In einer alternativen Lösung kann der Zusatzkühler auch zur Kühlung der Ladeluft durch einen entsprechenden Wärmetauscher verwendet werden. Vorzugsweise wird dabei eine Niedertemperaturkreislaufkühlung erreicht. Für diesen Zweck kann der Zusatzkühler mit entsprechend reduzierter Kühlmediummenge beaufschlagt für die Abgasrückführung bzw. für eine Ladeluft/Kühlmittelkühlung eingesetzt werden.
    •
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigt:
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausgestaltung der Erfindung, wobei der Zusatzkühler parallel zu einem Hauptkühlsystem mit einem Hauptkühler betrieben wird;
  • 2 eine schematische Frontansicht der Ausführungsform nach 1;
  • 3 eine Ausgestaltung der Erfindung, wobei der Zusatzkühler für einen integrierten Niedertemperatur-Kühlmedium-Kreislauf zur Kühlung der Ladeluft vorgesehen ist;
  • 4 einen Kühlmittelkreislauf, wobei der Zusatzkühler in den Heizungskreislauf integriert ist;
  • 5 einen Kühlmittelkreislauf, wobei der Zusatzkühler einen separaten Rücklauf in eine Auffülleitung besitzt, und
  • 6 einen Kühlmittelkreislauf gem. Ausgestaltung der Erfindung nach 3.
  • Vor einem Kühlmittelkühler 1 ist ein Ladeluftkühler 2 und gegebenenfalls ein Kondensator 3 einer Klimaanlage angeordnet. Durch ein Frontgitter 4 eines Kraftfahrzeuges tritt Kühlluft in Pfeilrichtung A ein und durchströmt nacheinander den Kondensator 3, den Ladeluftkühler 2 und den Kühlmittelkühler 1.
  • In Strömungsrichtung hinter dem Kühlmittelkühler 1 ist ein von einem Luftleitblech 5 umgebener Kühllüfter 6 angeordnet, der bekannterweise zu- und abschaltbar ist.
  • In einer Aussparung eines oberen Wasserkastens 7 oder auch über dem Wasserkasten 7 ist eine Luftführungsleitung 8 angeordnet, die eingangsseitig über einen Faltenbalg 9 mit einem Zusatzkühler 10 und ausgangsseitig über einen weiteren Faltenbalg 11 mit einem Luftführungskanal 12 verbunden ist. Der Luftführungskanal 12 ist als Luftleitblech an das Luftleitblech 5 des Kühllüfters 6 angeformt. Der Zusatzkühler 10 ist an dem Frontgitter 4 bzw. im Falle eines Nutzfahrzeuges an einer Vorbauklappe 13 befestigt, welche in bekannter Weise nach oben bzw. unten geschwenkt werden kann.
  • Wie ersichtlich, wird der Zusatzkühler 10 ebenfalls aus Pfeilrichtung B mit Frischluft versorgt, wobei die Luft nach einem Wärmeaustausch in den Zusatzkühler 10 unter Umgehung des Kühlluftkühlers 1 über den Luftführungskanal 12 direkt dem Kühllüfter 6 zugeführt wird.
  • Aus der 2 ist die raumsparende Anordnung der Luftführung zum Zusatzkühler 10 ersichtlich. Diese befindet sich an einer Stelle, die als freier Bauraum vorhanden ist, wenn die Verbrennungsluft für einen nicht dargestellten Verbrennungsmotor vom rückwärtigen Bereich des Fahrzeuges aus zugeführt wird.
  • Aus der 2 ist mit „14" auch die Fahrerhauskontur bezeichnet. Ein Ausgleichsbehälter 15, der jedoch für die erfindungsgemäße Funktion nicht von Bedeutung ist, wird darin ebenfalls dargestellt.
  • 3 zeigt eine Ausgestaltung, wobei der Zusatzkühler 10 für einen Niedertemperatur-Kühlmedium-Kreislauf zur Kühlung der Ladeluft für einen Verbrennungsmotor 21 vorgesehen ist. Zu diesem Zweck ist ein Wärmetauscher 16 an der Stelle vorgesehen, an der sich beispielsweise ein Plattenfilter für die Verbrennungsluft befindet. Im Bauraum des Plattenfilters kann dann der Wärmetauscher 16 untergebracht werden, der über eine Kühlmittelkreislaufleitung mit dem Zusatzkühler 10 in Verbindung steht. Der Luftfilter, der für den Verbrennungsmotor erforderlich ist, wird in diesem Falle an einer anderen Stelle, vorzugsweise bei einem Nutzfahrzeug hinter dem Fahrerhaus, in bekannter Weise angeordnet, wobei z.B. eine Ansaugung von oben her über das Dach erfolgen kann.
  • Der Zusatzkühler 10 kann dabei alternativ zu einer Ladeluftkühlung oder auch additiv hierfür verwendet werden. Auf diese Weise läßt sich eine stufenweise Abkühlung der Ladeluft für den Verbrennungsmotor erreichen. Die Zuleitung von Kühlmedium zu dem Wärmetauscher 16 kann über eine Zulaufleitung 17 und der Rücklauf über eine Leitung 18 erfolgen. Die zu kühlende Ladeluft tritt über einen mit einer dargestellten Abgasturbine 19 verbundenen Eintrittstutzen ein und gelangt über eine Prozeßluftleitung 20 in den Wärmetauscher 16. Nach Kühlung der Ladeluft, d.h. nach Durchgang durch den Wärmetauscher 16 wird die Ladeluft in einer zweiten Stufe über den Ladeluftkühler 2 geführt.
  • In vorteilhafter Weise kann man mit dem Zusatzkühler 10 weitere Verbesserungen des Gesamtwirkungsgrades erreichen. Anstelle des für die Kabinenheizung bzw. Innenraumheizung zur Verfügung gestellten Kühlmittel stromes kann dieser als zusätzliche Energie einem Wärmetauscher, z.B. dem Wärmetauscher 16, zugeführt werden. Dies bedeutet, das Kühlmedium, im allgemeinen Wasser, welches für die Heizung benötigt wird, kann nunmehr zur Beaufschlagung des Zusatzkühlers verwendet werden. Zu diesem Zweck kann der gleiche Kreislauf verwendet werden.
  • In den 4 und 5 sind beispielsweise zwei Alternativen für die Integration des Zusatzkühlers 10 in einen Kühlkreislauf, der im allgemeinen ein Wasserkreislauf ist, eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Gemäß 4 ist der Zusatzkühler 10 in einen Heizungsrücklauf 22 integriert. Der Heizungsrücklauf 22 ist über ein Taktventil 23 mit der Ausgangsseite eines Heizungswärmetauschers 24 verbunden. In den Heizungswärmetauscher 24 mündet ein Heizungsvorlauf 25. Der Heizungsrücklauf 22 mündet in eine Kühlwassermotoreintrittsleitung 26, in der eine Wasserpumpe 27 mit einem Kühlwasserregler angeordnet ist. Von dem Verbrennungsmotor 21 aus führt eine Kühlwassermotoraustrittsleitung 28 zu dem Kühlmittelkühler 1. Über eine von der Kühlwassermotoraustrittsleitung 28 abzweigende Zusatzkühlerzweigleitung 29 ist der Zusatzkühler 10 in den Kühlkreislauf integriert.
  • Eine Motordauerentlüftungsleitung 30 führt zusammen mit einer Kühlerentlüftungsleitung 31 zu dem Ausgleichsbehälter 15. Die beiden Leitungen 30 und 31 sind über einen Einlaufstutzen in den Ausgleichsbehälter 15 auch mit dem Heizungsvorlauf verbunden.
  • Von dem Ausgleichsbehälter 15 aus führt eine Auffülleitung 32 zur Kühlwassermotoreintrittsleitung 26.
  • Der Kühlkreislauf nach dem Ausführungsbeispiel der 5 ist grundsätzlich von gleicher Art, weshalb auch die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden sind wie in der 4. Der einzige wesentliche Unterschied besteht darin, daß die Ausgangsleitung des Zusatzkühlers 10 nicht wie beim Ausführungsbeispiel nach der 4 direkt in die Heizungsrücklaufleitung 22 mündet, sondern als separate Rücklaufleitung 33 in die Auffülleitung 32 und damit vor der Wasserpumpe 27 in den Kühlkreislauf einmündet.
  • In beiden Ausführungsbeispielen nach den 4 und 5 ist jeweils durch Pfeile die Strömungsrichtung des Kühlmittels, im allgemeinen Wasser, eingezeichnet.
  • In der 6 ist der Kühlmittelkreislauf gemäß Ausgestaltung nach der 3 dargestellt. Dabei dient der Zusatzkühler 10 zur Kühlung der Ladeluft. Hierzu ist als wassergekühlter Ladeluftkühler der Wärmertauscher 16 auf dem Verbrennungsmotor 21 angeordnet. Die Turbine des Turboladers fördert über den Eintrittstutzen 19 die Ladeluft in den Wärmetauscher 16 und wird anschließend entsprechend vorgekühlt über eine Leitung 34 dem luftgekühlten Ladeluftkühler 2 zugeführt, von wo aus über eine Leitung 35 eine Einleitung in den Verbrennungsmotor 21 erfolgt. Auf diese Weise wird die stufenweise bzw. additive Kühlung der Ladeluft erreicht.

Claims (8)

  1. Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlmittelkreislauf, der einen Kühlmittelkühler (1), einen Ladeluftkühler (2) und einen Kühllüfter (6), der hinter dem Kühlmittelkühler (1) angeordnet ist, aufweist, wobei ein Zusatzkühler (10) zusätzlich zu dem Kühlmittelkühler (1) im Hauptkreislauf des Kühlmittelkreislaufes liegt, jedoch räumlich getrennt von dem Hauptsystem, das den Ladeluftkühler (2) und den Kühlmittelkühler (1) beinhaltet, im Frontbereich des Fahrzeuges angeordnet ist, und wobei die Kühlluftführung vom Zusatzkühler (10) an dem Hauptkühlsystem vorbei direkt dem Kühllüfter (6) auf der Saugseite zugeführt wird.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkühler (10) an einer Vorbauklappe (13) des Kraftfahrzeuges befestigt ist.
  3. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzluftleitblech (12) für die Zusatzkühl luft an einem Luftleitblech (5) des Kühllüfters (6) angeformt ist.
  4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkühler (10) für einen Wärmetauscher (16) zur Ladeluftkühlung des Verbrennungsmotores (21) vorgesehen ist.
  5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher als Niedertemperaturladeluftkühler (16) ausgebildet ist.
  6. Kühlsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (16) anstelle eines Plattenfilters über dem Verbrennungsmotor (21) angeordnet ist.
  7. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelausgangsleitung des Zusatzkühlers (10) in eine Heizungsrücklaufleitung (22) mündet.
  8. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelausgangsleitung (33) in eine Auffülleitung (32) des Kühlmittelkreislaufs mündet.
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