DE4341207A1 - Brennkraftmaschine mit einem von einer Turbine angetriebenen Kühler-Lüfter - Google Patents
Brennkraftmaschine mit einem von einer Turbine angetriebenen Kühler-LüfterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem
Kühler-Lüfter, der von einer in der Abgasleitung der
Brennkraftmaschine angeordneten Turbine angetrieben und
luftseitig stromab des Kühlers in einem vom Kühler zum
Lüfter verlaufenden Kanal angeordnet ist.
Neben üblichen mechanischen oder elektromotorischen An
triebsvorrichtungen für Kühler-Lüfter ist ein Antrieb
mittels einer Abgasturbine nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1 aus der DE-OS 19 10 254 bekannt geworden. Bei
diesem bekannten Stand der Technik ist der Kühler-Lüfter
als Lüfterwalze ausgebildet und wirkt als sog. Tangen
tial-Gebläse. Da diese bekannte Lösung jedoch unbefriedi
gend ist, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen verbesserten von einer Abgasturbine angetriebenen
Kühler-Lüfter aufzuzeigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Kühler-
Lüfter als Axialgebläse oder Halbaxialgebläse oder
Radialgebläse ausgebildet ist. Strömungsdynamisch beson
ders vorteilhaft ist dabei die Ausbildung als Halbaxial
gebläse oder Radialgebläse. Vorteilhafte Aus- und Weiter
bildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Kühler-Lüfter, der abluftseitig
des Kühlers angeordnet ist und von einer Abgasturbine an
getrieben wird, im Gegensatz zu Abgasturboladern, die
rein prinzipiell ein vergleichbares Bauteil darstellen,
für einen hohen Massenstrom zu konzipieren. Unter Wir
kungsgradaspekten ist dabei ein Halbaxialgebläse oder
auch ein Radialgebläse, aber auch ein Axialgebläse deut
lich vorteilhafter als das vom Stand der Technik bekannte
walzenartige Tangentialgebläse. Ob im Einzelfall nun ein
(Halb)-Axialgebläse oder ein Radialgebläse gewählt wird,
ist unter Berücksichtigung weiterer Randbedingungen indi
viduell festlegbar. Bei dieser Auswahl kann die mögliche
weitere Nutzung der Abluftexergie am Gebläseaustritt des
Kühler-Lüfters von entscheidender Bedeutung sein. Bei
spielsweise kann die Abluftexergie am Gebläseaustritt zur
Kühlung von weiteren Bauteilen verwendet werden oder auch
die Vortriebsleistung eines Fahrzeuges steigern, das mit
einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ausgestattet
ist.
Den jeweiligen Anforderungen entsprechend gestaltet wer
den kann auch ein sog. Kühlerabluftsammler, der stromab
des Kühlers vorgesehen ist und an den sich der zum Küh
ler-Lüfter führende Kanal, in dem im übrigen ein Drossel
element und/oder ein Bypass zum Kühler-Lüfter vorgesehen
sein kann, anschließt. So kann sich der Kühlerabluftsamm
ler lediglich über einen Teilbereich der Kühleroberfläche
erstrecken, wie auch aus dem im folgenden erläuterten
Prinzipskizzen zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der
Erfindung hervorgeht.
In den Fig. 1, 2 gezeigt ist jeweils ein Prinzipschnitt
durch den Vorderbau eines Kraftfahrzeuges, in dem eine
Brennkraftmaschine 12 eingebaut ist. Es handelt sich um
eine wassergekühlte Brennkraftmaschine 12, wobei die
Kühlflüssigkeit wie üblich in einem Kühler 1 rückgekühlt
wird. Diesem Kühler 1, dem ein Kondensator 2 einer Fahr
zeug-Klimaanlage vorgeschaltet sein kann, wird ein am
Frontende des Fahrzeuges eintretender Luftstrom 3 über
einen Zuströmdiffusor 4 zugeführt. Stromab des Kühlers 1
ist ein Abluftsammler 5 vorgesehen, der in einen
flexiblen Kanal 6 mündet. Dieser Kanal 6 führt zu einem
Kühler-Lüfter 7, der als Radialgebläse - alternativ als
Halbaxialgebläse oder Axialgebläse - ausgebildet ist und
von einer Turbine 8 angetrieben wird. Hierzu sitzt das
Gebläserad des Kühler-Lüfters 7 mit dem Turbinenrad der
Turbine 8 auf einer gemeinsamen Welle 9; die Einheit aus
Kühler-Lüfter 7 und Turbine 8 bildet somit mit der Welle
9 eine Baueinheit, wie sie an sich von Abgasturboladern
von Brennkraftmaschinen her bekannt ist. Jedoch unter
scheidet sich die erfindungsgemäße Einheit von Kühler-
Lüfter 7 und Turbine 8 von Abgasturboladern durch die
Auslegung des Gebläserades des Kühler-Lüfters 7, da es
nämlich, wie bereits erwähnt, als (Halb)-Axialgebläse
oder Radialgebläse ausgebildet ist, um anders als im
Anwendungsfall eines Abgasturboladers einen hohen Massen
strom durch den Kühler 1 fördern zu können.
Identisch einem Abgasturbolader ausgelegt ist jedoch die
Turbine 8. Analog einem Abgasturbolader wird über diese
Turbine 8 das Abgas der nicht gezeigten Brennkraftma
schine geführt. Hierzu ist die Turbine 8 über eine Zulei
tung 10a sowie eine Ableitung 10b in die Abgasanlage der
Brennkraftmaschine eingebunden (nicht gezeigt).
In einer ersten Ausführungsform erstreckt sich der Ab
luftsammler 5 über die gesamte Oberfläche des Kühlers 1.
In einer alternativen Ausführungsform kann sich der Ab
luftsammler 5′ jedoch lediglich über einen Teilbereich
der Kühleroberfläche erstrecken. Über den freibleibenden,
nicht vom Abluftsammler 5′ überdeckten Kühlerabschnitt
kann dabei insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsfahrt des
Fahrzeuges ein relativ großer Kühlluftstrom gelangen, der
nicht in aufwendiger Weise durch das sog. Abgas-Turboge
bläse, d. h. durch die Baueinheit von Kühler-Lüfter 7 und
Turbine 8 gefördert werden muß. Steht jedoch vor dem
Fahrzeug kein ausreichender Staudruck zur Verfügung, so
ist die Förderung des Kühlluftstromes mittels dieses Ab
gas-Turbogebläses äußerst vorteilhaft. Dies u. a. des
halb, da kein separater mechanischer oder elektromotori
scher Antrieb für den Kühler-Lüfter erforderlich ist.
Dies aber auch deshalb, weil die Förderleistung zur För
derung des Kühlluftmassenstromes durch den Kühler-Lüfter
7 für alle Lastbereiche der Brennkraftmaschine durch Aus
nutzung der Abgasexergie dieser Brennkraftmaschine in
ausreichendem Maße quasi kostenlos zur Verfügung gestellt
wird. Durch den damit möglichen Entfall von mechanisch
oder elektromotorisch angetriebenen Lüftern wird die Pri
märenergie für deren Antrieb eingespart. Auch führt der
Entfall von nahe des Kühlers 1 angeordneten Lüftern und
zugehörigen Zargen zu einer Verringerung des Luftwider
standes, was ebenfalls zu einer Treibstoffeinsparung
führt. Darüber hinaus erlaubt ein erfindungsgemäßes Kühl
system die Verwendung eines aerodynamisch optimierten Zu
strömdiffusors 4 sowie eines ebenfalls optimal gestalte
ten Abluftsammlers 5 sowie Kanales 6.
Im einzelnen können die Begrenzungswände des Zuströmdif
fusors 4 im oberen und unteren Teil des Fahrzeugbugs ae
rodynamisch geglättet werden. Ferner bietet eine trompe
tenförmige Erweiterung die Möglichkeit, Strömungsverluste
in diesem Bereich weiter zu verringern. Diese beiden Maß
nahmen zeigen bei konventionellen Kühlsystemen mit bei
spielsweise mechanisch angetriebenen, nahe des Kühlers 1
angeordneten Kühler-Lüftern keine Wirkung, da der Einbau
von Lüftern und Zargen im Kühllufttrakt so große Störun
gen an den Diffusorwänden hervorruft, daß die Strömung
sich ablöst, was eine extreme Widerstandszunahme zur
Folge hat. Auch stromab des Kühlers 1 schafft die Mög
lichkeit der Verwendung des Abluftsammlers 5 ideale Vor
aussetzungen, den Durchströmungswiderstand zu reduzieren.
Da dieser Abluftsammler 5 bevorzugt die Gestalt einer
Düse hat, wird die Strömungsgrenzschicht in dessen Aus
trittsquerschnitt sehr dünn und läßt somit die Wahr
scheinlichkeit einer Strömungsablösung sehr gering wer
den.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann zusätz
lich die Abluftexergie am Gebläseaustritt, d. h. am Aus
tritt aus dem Kühler-Lüfter 7 genutzt werden, und zwar
zum einen zur Kühlung von Bauteilen, so beispielsweise
von Getriebe, Lagern, Bremsen, Katalysator etc. und zum
anderen zur Vortriebssteigerung des Fahrzeuges, in dem
diese Brennkraftmaschine mit dem beschriebenen Kühlsystem
eingebaut ist. Die Abluft des Kühler-Lüfters 7 wird dabei
mittels eines Stutzens 11 gezielt geführt, wobei die Aus
trittsöffnung dieses Stutzens 11 prinzipiell mittels
einer Rohrleitung an jeden beliebigen Ort des Fahrzeuges
plaziert werden kann. Auf diese Weise kann der Abluft
strom entweder zielgerichtet zur Kühlung von wärmetech
nisch hochbelasteten Bauteilen oder bei einer Ausformung
des Stutzens als Düse zur Vortriebssteigerung des Fahr
zeuges gebraucht werden.
Ferner führt die Verwendung des Abluftsammlers 5 grund
sätzlich zu einer Absenkung des Temperaturniveaus im Mo
torraum 12 des gezeigten Fahrzeuges, da die heiße Küh
lerabluft nicht - wie sonst üblich - den Motorraum 12
durchströmt. Trotzdem können, insbesondere bei Verwendung
einer Motorraumvollkapsel durch Wärmestrahlung der nicht
gezeigten Brennkraftmaschine oder deren Abgaskrümmer ört
lich einige Bauteile überhitzt werden. Als Abhilfemaß
nahme kann der Abluftsammler 5 wie gezeigt mit Schlitzen
13 versehen werden. Hierdurch kann der Motorraum gezielt
kalt belüftet und warm entlüftet werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühler-Lüfter-
Systemes besteht darin, daß die Abgastemperatur der
Brennkraftmaschine durch Expansion des Abgases in der
Turbine 8 des Abgasturbogebläses reduziert wird. Dies ist
von besonderer Bedeutung bei einer u. a. unter Akustik
aspekten vorteilhaften Vollkapselung des Motorraumes, da
die Wärmestrahlung des Abgaskrümmers deutlich reduziert
wird, was ferner auch von Bedeutung für die Reduzierung
der Schadstoffemission ist. Aufgrund einer funktionsbe
dingten Kühlung des Abgases in der Turbine 8 kann somit
ohne Rücksichtnahme auf die Abgastemperatur im gesamten
Betriebsbereich ein hinsichtlich Abgasemissionen optima
les Gemisch der Brennkraftmaschine eingestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung mit einem vom Zuströmdiffu
sor 4 abzweigenden Kaltluftkanal 14, in dem ein zu küh
lendes Aggregat, beispielsweise der Generator 15, zu Kühl
zwecken angeordnet ist. Dieser Kaltluftkanal 14 mündet
stromauf des Kühler-Lüfters 7 im (flexiblen) Kanal 6. Im
Rahmen weiterer Abwandlungen können im Kanal 6 geeignet
ansteuerbare Drosselelemente vorgesehen sein, ebenso kann
ein schaltbarer Bypass zum Kühler-Lüfter 7 vorgesehen
sein, um den Kühlluftstrom wie gewünscht zu dosieren.
Ein weiterer Vorteil des beschriebenen, im wesentlichen
aus dem Kühler-Lüfter 7, der als (Halb)-Axialgebläse oder
Radialgebläse ausgebildet ist, sowie der Turbine 8 beste
henden Abgasturbogebläses für die Förderung des Kühlluft
stromes einer Brennkraftmaschine liegt in der Reduktion
des Auspuffschalles durch die dämpfende Wirkung der Ab
gas-Turbine 8. Dabei können durchaus eine Vielzahl von
Details insbesondere konstruktiver Art abweichend vom ge
zeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den In
halt der Patentansprüche zu verlassen.
Claims (3)
1. Brennkraftmaschine mit einem Kühler-Lüfter (7), der
von einer in der Abgasleitung (10a, 10b) der Brenn
kraftmaschine angeordneten Turbine (8) angetrieben
und stromab des Kühlers (1) in einer vom Kühler (1)
zum Lüfter (7) verlaufenden Kanal (6) angeordnet
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler-Lüfter (7)
als Axialgebläse oder Halbaxialgebläse oder Radial
gebläse ausgebildet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (6) von einem
Kühler-Abluftsammler (5, 5′) abzweigt, der sich le
diglich über einen Teilbereich der Kühleroberfläche
erstreckt.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abluftexergie am Ge
bläseaustritt des Kühler-Lüfters (7) zur Kühlung von
Bauteilen und/oder zur Vortriebssteigerung eines
Fahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine nach einem
der vorangegangenen Ansprüche verwendet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934341207 DE4341207A1 (de) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Brennkraftmaschine mit einem von einer Turbine angetriebenen Kühler-Lüfter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934341207 DE4341207A1 (de) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Brennkraftmaschine mit einem von einer Turbine angetriebenen Kühler-Lüfter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4341207A1 true DE4341207A1 (de) | 1995-06-08 |
Family
ID=6504081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934341207 Withdrawn DE4341207A1 (de) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | Brennkraftmaschine mit einem von einer Turbine angetriebenen Kühler-Lüfter |
Country Status (1)
Country | Link |
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Legal Events
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---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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