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Die
Erfindung betrifft ein Kühlsystem
eines Verbrennungsmotors, das einen Kühlkreis mit einem mit dem Verbrennungsmotor
in Wärmeaustausch stehenden
Abschnitt aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lenkhilfeeinrichtung.
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Herkömmlicher
Weise werden Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren
von Kraftfahrzeugen zur Abführung
von überschüssiger Wärme an die
Umgebungsluft verwendet. Im Allgemeinen wird zwischen einer Luftkühlung und
einer Flüssigkeitskühlung als Primärkühlsystem
für einen
Verbrennungsmotor unterschieden. Herkömmliche Luft- und Flüssigkeitskühlsysteme
wie beispielsweise eine Fahrtwindkühlung, Gebläseluftkühlung, Thermoumlaufkühlung, Zwangsumlaufkühlung etc.
sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Flüssigkeitskühlung, insbesondere die Wasserkühlung, findet
bei Kraftfahrzeugen häufiger
Anwendung. Die Wasserkühlung
hat nämlich
gegenüber
der Luftkühlung
den Vorteil, dass sie einen gleichmäßigen Wärmetransport gewährleistet und
eine große
Wärmemenge
abführt.
Die Abfuhr der durch den Verbrennungsvorgang des Motors erzeugten
Wärmemenge
ist notwendig, da sie ansonsten auf Bauteile des Motors wie beispielsweise
die Kolben, Zylinder, den Zylinderkopf, evtl. einen Abgasturbolader,
etc. und das Motorenöl übergeht
und letztlich zum Verzug die ser Bauteile aufgrund der begrenzten
Hitzebeständigkeit
der dafür
verwendeten Werkstoffe führen
kann, wodurch Motorschäden
verursacht werden können.
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Weiterhin
sind Lenkhilfeeinrichtungen, insbesondere Hydraulikpumpen, bekannt,
die bei Umgebungstemperaturen von bis zu beispielsweise 100 °C betreiben
werden können.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Kühlsysteme
derart weiterzubilden, dass ihre Funktionalität erweitert wird. Weiterhin
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lenkhilfeeinrichtung
anzugeben, die bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben werden kann,
beispielsweise bei mehr als 100 °C.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung baut das erfindungsgemäße Kühlsystem
eines Verbrennungsmotors auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch
auf, dass der Kühlkreis
derart ausgebildet ist, dass er weiter zumindest einen mit einer
Lenkhilfeeinrichtung, vorzugsweise einer pneumatischen oder hydraulischen
Lenkhilfepumpe, in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitt aufweist. Lenkhilfeeinrichtungen wie Hydraulikpumpen
für eine hydraulische
Servolenkung sind für
Temperaturen ausgelegt, die etwa bei 100 °C liegen. Zwischenzeitlich ist
jedoch die Einhaltung festgelegter Grenzwerte für den Schadstoffausstoß bei Kraftfahrzeugen
durch die Euro-Vier-Norm zwingend vorgeschrieben, eine weitere Verschärfung durch
die zukünftigen
Euro-Fünf/Sechs-Normen
ist angedacht. Durch die Einhaltung dieser Normen erhöht sich
zwangsweise die Umgebungstemperatur im Motorraum deutlich. Die erfindungsgemäße Erweiterung
der Funktionalität des
Kühlsystems
ermöglicht
es, dass die Lenkhilfeeinrichtungen auch in solchen Fällen betrieben
werden können,
ohne dass ihre zulässige
Temperatur überschritten
wird. Weiterhin können
Temperaturschwankungen infolge unterschiedlicher Leistungsanforderungen
der Servolenkung reduziert werden.
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Das
erfindungsgemäße Kühlsystem
kann in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet werden, dass
der Kühlkreis
derart ausgebildet ist, dass er weiter zumindest ein Element eines
mit einem Kompressor in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitts und/oder eines mit einer Kupplungseinrichtung
in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitts aufweist. Bei dem Kompressor kann es sich beispielsweise
um einen Kompressor handeln, der Druckluft für ein Bremssystem und/oder
für eine
Druckluftfederungsanlage erzeugt. Der Kompressor kann über einen
Antriebsstrang des Verbrennungsmotors angetrieben sein und einen
Durchtrieb aufweisen, über
den die Lenkhilfeeinrichtung angetrieben wird. Dem Kompressor kann
eine Kupplung vor- oder nachgeschaltet sein, um den Kraftfluss ganz
oder teilweise zu unterbrechen. Beispielsweise ist unter bestimmten
Betriebsbedingungen (unbeladener Zustand/schnelle Fahrt) eine geringere
Lenkunterstützung
ausreichend; auch der Druckluftbedarf kann schwanken. Anhand der
in Rede stehenden Weiterbildung wird der Kühlkreis des Verbrennungsmotors
auf weitere Komponenten beziehungsweise Elemente ausgedehnt, die
einer Kühlung
bedürfen,
wodurch im Allgemeinen die Temperatur im Motorraum niedriger gehalten werden
kann, wenn das erfindungsgemäße Kühlsystem
bei modernen Kraftfahrzeugen mit der heutzutage üblichen Anordnung Motor, evtl.
Kupplungseinrichtung, Kompressor und Lenkhilfeeinrichtung Anwendung
findet.
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Darüber hinaus
kann das erfindungsgemäße Kühlsystem
dahingehend weitergebildet werden, dass der Kühlkreis von dem mit dem Verbrennungsmotor
in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitt ausgehend zu dem mit der Lenkhilfeeinrichtung
in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitt über
den mit dem Kompressor in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitt verläuft,
und optional von dem mit dem Verbrennungsmotor in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitt ausgehend zu dem mit dem Kompressor in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitt über
den mit der Kupplungseinrichtung in Wärmeaustausch stehenden Abschnitt
verläuft.
Dieser Verlauf des Kühlkreises
erweist sich als besonders vorteilhaft, da eine herkömmliche
Anordnung von Komponenten im Motorraum in der Abfolge aus Motor,
evtl. Kupplungseinrichtung, Kompressor, Lenkhilfeeinrichtung besteht und
somit der im Kompressor verlaufende Kühlkreis bis zur Lenkhilfeeinrichtung
erweitert wird.
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Ferner
kann das erfindungsgemäße Kühlsystem
derart ausgeführt
werden, dass der mit dem Verbrennungsmotor in Wärmeaustausch stehende Abschnitt
des Kühlkreises
durch ein Motorgehäuse ausgebildet
wird, wobei die verbleibenden in Wärmeaustausch stehenden Abschnitte
des Kühlkreises durch
ein oder mehrere, miteinander gekoppelte Gehäuse ausgebildet werden, das/die
jeweils zumindest ein Element der Kupplungseinrichtung, des Kompressors
und der Lenkhilfeeinrichtung unterbringt/unterbringen. Durch die
Ausbildung der jeweiligen Kühlkreisabschnitte
in gemeinsamen und/oder auch separaten Gehäusen wird ein modularer Aufbau
des Kühlkreises
verwirklicht. Dadurch, dass die unterschiedlichen Gehäuse miteinander
gekoppelt sind bzw. eine entsprechende Schnittstelle zwischen ihnen
besteht, durch welche die unterschiedlichen in Wärmeaustausch stehenden Abschnitte
miteinander verbunden sind, kann der Kühlkreis sehr flexibel gestaltet
werden.
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Weiterhin
kann das erfindungsgemäße Kühlsystem
derart ausgebildet sein, dass der Kompressor und die Lenkhilfeeinrichtung
in einem gemeinsamen Gehäuse
untergebracht sind oder über
separate Gehäuse
miteinander gekoppelt sind. Somit wird bei feststehender Anordnung
von Kompressor und Lenkhilfeeinrichtung Letztere durch das gemeinsame
Gehäuse
oder deren Anbindung an das Gehäuse
des Kompressors mitgekühlt.
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Das
Kühlsystem
kann dadurch weitergebildet sein, dass der Kompressor und/oder die
Lenkhilfeeinrichtung und/oder die Kupplungseinrichtung an einen
Antriebsstrang des Verbrennungsmotors gekoppelt sind. Diese Weiterbildung
ist dahingehend von Vorteil, als der Kühlkreis auf obige Komponenten mittels
der bestehenden Anbindung durch den gemeinsamen Antriebsstrang über Kopplungen
bzw. Kopplungseinrichtungen wie Flanschverbindungen eingegliedert
werden kann. So ist beispielsweise denkbar, dass die jeweiligen
Gehäuse über Kopplungseinrichtungen
miteinander verbunden sind, durch die sowohl der Antriebsstrang
als auch der Kühlkreis
verläuft.
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Weiterhin
kann das Kühlsystem
derart ausgebildet sein, dass der Kühlkreis ein Flüssigkeitskühlkreis,
vorzugsweise ein Kühlwasserkreislauf,
ist. Da sich der Kühlkreis über mehrere
Abschnitte erstreckt, die im Wärmeaustausch
mit diversen Komponenten, wie zum Beispiel dem Kompressor, der Lenkhilfeeinrichtung,
der Kupplungseinrichtung, etc. in Wärmeaustausch stehen, eignet
sich als Kühlkreis insbesondere
ein Flüssigkeitskühlkreis,
vorzugsweise ein Kühlwasserkreislauf,
aufgrund dessen größeren Wärmeaustauschvermögen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Lenkhilfeeinrichtung mit
einer Schnittstelle zum Anschluss des Kühlsystems eines Verbrennungsmotors
bereitgestellt. Eine an das Kühlsystem angeschlossene
Lenkhilfeeinrichtung kann bei deutlich höheren Umgebungstemperaturen
betrieben werden, als ungekühlte
Lenkhilfeeinrichtungen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kühlsystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kühlsystems gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kühlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Ein Kühlsystem eines
Verbrennungsmotors 10 weist einen Kühlkreis 12, vorzugsweise
einen Flüssigkeitskühlkreis
herkömmlicher
Bauart wie z.B. einen Was serkühlkreislauf,
auf, der zumindest über
einen Abschnitt 14 mit dem Verbrennungsmotor 10 in
Wärmeaustausch steht.
Der mit dem Verbrennungsmotor 10 in Wärmeaustausch stehende Abschnitt 14 des
Kühlkreises 12 wird
dabei durch ein Motorgehäuse 28 ausgebildet. Ebenso
kann der Kühlkreis 12,
in 1 nicht gezeigt, weitere Elemente umfassen, die
sich je nach Art der Flüssigkeitskühlung ergeben
(beispielsweise einen Ausgleichsbehälter, Thermostat, etc. bei
Zwangsumlaufkühlung).
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Der
Kühlkreis 12 erstreckt
sich in diesem Ausführungsbeispiel
von dem im Verbrennungsmotor 10 verlaufenden Abschnitt 14 weiter
zu einer Kupplungseinrichtung 24, die dazu vorgesehen ist,
den Kraftfluss zu einem nachgeschalteten Kompressor 20 ganz
oder teilweise zu unterbrechen, wenn die Betriebsbedingungen dies
zulassen. Der Kühlkreis 12 ist
dabei derart ausgebildet, dass er einen mit der Kupplungseinrichtung 24 in
Wärmeaustausch
stehenden Abschnitt 26 aufweist, der durch das Gehäuse 32 der
Kupplungseinrichtung 24 ausgebildet wird.
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Das
Gehäuse 32 der
Kupplungseinrichtung 24 ist mit dem Gehäuse 28 des Verbrennungsmotors 10 über eine
Kopplungseinrichtung 40 verbunden, durch welche die mit
dem Verbrennungsmotor 10 und der Kupplungseinrichtung 24 in
Wärmeaustausch stehenden
Abschnitte 14 und 26 des Kühlkreises 12 miteinander
in Verbindung stehen. Dabei kann die Kopplungseinrichtung 40 eine
Verbindung herkömmlicher
Bauart zwischen den Gehäusen 28 und 32 darstellen,
beispielsweise eine Flanschverbindung.
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Weiter
weist der Kühlkreis 12 einen
mit einem Kompressor 20, beispielsweise zur Druckluftbeschaffung,
in Wärmeaus tausch
stehenden Abschnitt 22 und einen mit einer erfindungsgemäßen Lenkhilfeeinrichtung 16 in
Wärmeaustausch
stehenden Abschnitt 18 auf. Die erfindungsgemäße Lenkhilfeeinrichtung 16 weist
eine Schnittstelle 42 auf, über die der Kühlkreis 12 angeschlossen
ist. Dabei umfasst die Lenkhilfeeinrichtung 16 eine Lenkhilfepumpe (z.B.
eine Hydraulik- oder Pneumatikpumpe einer Servolenkung).
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In
diesem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
werden die in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitte 22 und 18 des Kühlkreises 12 durch
ein gemeinsames Gehäuse 30,
das sich der Kompressors 20 und die Lenkhilfeeinrichtung 16 teilen
bzw. in dem sie gemeinsam unterbracht sind, ausgebildet. Das gemeinsame
Gehäuse 30 ist
wiederum über eine
Kopplungseinrichtung 40 an das Gehäuse 32 der Kupplungseinrichtung 24 gekoppelt. Über diese sind
die mit dem Kompressor 20 und der Lenkhilfeeinrichtung 16 in
Wärmeaustausch
stehenden Abschnitte 22 und 18 des Kühlkreises 12 mit
dem mit der Kupplungseinrichtung 24 in Wärmeaustausch stehenden
Abschnitt 26 verbunden. Obwohl dies nicht gezeigt ist,
kann das Gehäuse 30 zumindest
abschnittsweise doppelwandig sein, um Kühlkanäle zu bilden. In diesem Fall
können
die Abschnitte 22 und 18 ganz oder teilweise ineinander übergehen.
Wie später
in einer weiteren Ausführungsform
unter Bezugnahme auf 2 gezeigt ist, sind auch andere Gehäuseausbildungen
bzw. Anordnungen realisierbar.
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In
dem Ausführungsbeispiel
von 1 sind die Kupplungseinrichtung 24, der
Kompressor 20 und die Lenkhilfeeinrichtung 16 an
einen Antriebsstrang 38 des Verbrennungsmotors 10 gekoppelt.
Im Speziellen ist die Kupplungseinrichtung 24 direkt an
einen Abtrieb bzw. eine Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 10 gekoppelt,
wobei der Kompressor 20 direkt mit der Abtriebsseite der
Kupplungseinrichtung 24 verbunden ist. Die Lenkhilfeeinrichtung 16 ist
wiederum mit einer Abtriebsseite des Kompressors 20 verbunden.
Dadurch werden sämtliche,
an den Antriebsstrang 38 gekoppelten Komponenten 24, 20, 16 durch
den Verbrennungsmotor 10 angetrieben, wenn die Kupplung 24 zumindest
teilweise geschlossen ist.
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In
einer spezifischen Ausführungsform
des Antriebsstrangs kann vorgesehen sein, dass die Lenkhilfeeinrichtung 16 über einen
Durchtrieb des Kompressors 20 direkt angetrieben wird.
Ebenso sind aber auch andere Anordnungen der einzelnen Komponenten
in dem Antriebsstrang 38 denkbar. Beispielsweise kann die
Lenkhilfeeinrichtung 16 vorgeschaltet zu sämtlichen
Komponenten an den Antriebsstrang gekoppelt sein, wobei die Kupplungseinrichtung 24 und
der Kompressor 20 anschließend, d.h. nach der Lenkhilfeeinrichtung 16 im
Antriebsstrang 38 angeordnet sind. Somit wird beispielsweise die
Lenkhilfepumpe direkt von einem Rädertrieb oder einem dem Motor
nachgeschalteten Getriebe angetrieben.
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Im
Betrieb wird ein in dem Kühlkreis
befindliches Kühlmittel
auf herkömmliche
Weise zirkuliert (beispielsweise mittels einer Kühlmittelpumpe), so dass neben
dem Verbrennungsmotor 10 die weiteren, entsprechenden Komponenten 24, 20 und 16 über die
jeweiligen Abschnitte 26, 22 und 18 gekühlt werden.
Durch die Kopplungseinrichtungen 40 zwischen dem gemeinsamen
Gehäuse 30 des
Kompressors 20 und der Lenkhilfeeinrichtung 16 und
dem separaten Gehäuse 32 der
Kupplungseinrichtung 24 sind die jeweiligen Abschnitte 22, 18 und 26 des Kühlkreises 12 miteinan der
verbunden, so dass das Kühlmittel
zwischen den unterschiedlichen Komponenten 24, 20, 16 in
Zirkulation versetzt wird.
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In
einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels
befindet sich keine Kupplungseinrichtung 24 im Antriebstrang 38 des
Verbrennungsmotors 10 bzw. im Kühlkreis 12. Dann verläuft der
Kühlkreis 12 von
dem mit dem Verbrennungsmotor 10 in Wärmeaustausch stehenden Abschnitt 14 direkt
zu dem mit dem Kompressor 20 in Wärmemaustausch stehenden Abschnitt 22 und
den mit der Lenkhilfeeinrichtung 16 in Wärmeaustausch
stehenden Abschnitt 18 über
eine Kopplungseinrichtung 40.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kühlsystems eines Verbrennungsmotors
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
sind Komponenten, die in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel erläutert werden,
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher nicht
näher erläutert.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel darin, dass
die Komponenten 24, 20, 16 (die Kupplungseinrichtung 24,
der Kompressor 20 und die Lenkhilfeeinrichtung), durch
welche sich der Kühlkreis 12 des
Verbrennungsmotors 10 erstreckt, jeweils in unterschiedlichen,
separaten Gehäusen 32, 34, 36 untergebracht
sind, die miteinander über
die Kopplungseinrichtungen 40 verbunden sind. Die Anordnung
der einzelnen Komponenten zueinander ist jedoch unverändert.
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Ebenso
kann in einer alternativen Ausführungsform
ein gemeinsames Gehäuse
für sämtliche Komponenten 24, 20, 16 verwendet
werden, in dem sich der Kühlkreis 12 des
Verbrennungsmotors 10 weiter erstreckt.
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Es
wird angemerkt, dass beliebige miteinander gekoppelte Gehäuse bzw.
Arten von Gehäusen, d.h.
gemeinsam für
mehrere Komponenten verwendete Gehäuse und/oder separate für einzelne
Komponenten verwendete Gehäuse,
in beliebiger Anordnung zueinander verwendet werden können.
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Da
der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels im
Wesentlichen analog zu dem von 1 ist, wird auf
eine nähere
Erläuterung
verzichtet.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Kühlkreis
- 14
- mit
dem Verbrennungsmotor in Wärmeaustausch
stehender Abschnitt
- 16
- Lenkhilfeeinrichtung
- 18
- mit
der Lenkhilfeeinrichtung in Wärmeaustausch
stehender Abschnitt
- 20
- Kompressor
- 22
- mit
dem Kompressor in Wärmeaustausch
stehender Abschnitt
- 24
- Kupplungseinrichtung
- 26
- mit
der Kupplungseinrichtung in Wärmeaustausch
stehender Abschnitt
- 28
- Motorgehäuse
- 30
- gemeinsames
Gehäuse
des Kompressors und der Lenkhilfeeinrichtung
- 32
- Gehäuse der
Kupplungseinrichtung
- 34
- Gehäuse des
Kompressors
- 36
- Gehäuse der
Lenkhilfeeinrichtung
- 38
- Antriebsstrang
des Verbrennungsmotors
- 40
- Kopplungseinrichtung
- 42
- Schnittstelle