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Die
Erfindung betrifft eine Kühlanordnung
für ein
Nutzfahrzeug gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Eine
Kühlanordnung
bei Nutzfahrzeugen, insbesondere bei Traktoren, muss derart ausgelegt sein,
dass eine möglichst
große
Anzahl von sich innerhalb des Nutzfahrzeugs befindlichen Komponenten
gekühlt
werden kann. Dabei wird durch eine Luftansaugeinheit angesaugte
kühle Außenumgebungsluft
zur Kühlung
von Kühlflüssigkeit
durch einen Kühler
geleitet. Die durch den Wärmeaustausch erwärmte Luft
streicht anschließend über weitere Komponenten,
wie z. B. den Verbrennungsmotor selbst, und wird dadurch weiter
erhitzt. Infolge dessen kann sich die Außenumgebungsluft derart erwärmen, dass
sie für
eine Kühlung
von weiteren temperaturempfindlichen Komponenten, wie z. B. einem Steuergerät, nicht
mehr geeignet ist, bzw. die Umgebungstemperatur der temperaturempfindlichen
Komponenten zu hoch wird. Diese temperaturempfindlichen Komponenten
müssen
folglich beispielsweise zusätzlich
durch einen Anschluss an einen Kühlwasserkreislauf
gekühlt
werden, was den Aufwand zum Zusammenbau und somit die Kosten des
gesamten Nutzfahrzeugs erhöht.
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Ferner
steht die durch den Kühler
und die weiteren Komponenten erhitzte Außenumgebungsluft an einer Fahrzeugkabine
an. Durch einen Wärmeaustausch
zwischen der erhitzten Außenumgebungsluft
mit einer Fahrzeugwand zur Fahrzeugkabine erhöht sich deren Innenraumtemperatur.
Um die Innenraumtemperatur konstant zu halten, muss beispielsweise
die Leistung einer Klimaanlage erhöht werden, was zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Ferner
besteht die Möglichkeit,
die Kabine besser zu isolieren, was aber Bauraum kostet und die Kosten
des Nutzfahrzeugs erhöht.
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Die
der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun
darin, eine Kühlanordnung
bereitzustellen, die eine möglichste
effiziente und kostengünstige
Kühlung
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass den zu kühlenden Komponenten
durch eine Verbindungsleitung kühle Außenumgebungsluft
zugeführt
wird. Die Verbindungsleitung verbindet dabei einen einer Wärmetauscheinheit
vorgeschalteten Bereich eines Kühlerraums
mit einem Motorraum. Die Verbindungsleitung ist in dem Bereich des
Kühlerraums
angeordnet, bei dem die kühle
Außenumgebungsluft
noch nicht durch die Wärmetauscheinheit
geströmt
ist. Somit müssen auch
temperaturempfindliche Komponenten, wie beispielsweise das Steuergerät, zur Kühlung nicht
mehr an einen Kühlkreislauf
angeschlossen werden, sondern können
direkt von der kühlen
Außenumgebungsluft
gekühlt
werden.
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Ferner
verringert sich der Wärmeaustausch zwischen
der erwärmten
Außenumgebungsluft
und der Kabine, da die kühle
Außenumgebungsluft
bei direktem Einströmen
in den Motorraum einen geringeren Temperaturwert aufweist, als die
erwärmte
Außenumgebungsluft,
die vor einem Eintritt in den Kühlerraum
noch durch die Wärmetauscheinheit
strömt
und dadurch erhitzt wird. Insbesondere wird durch eine zwischen
dem Kühlerraum
und dem Motorraum angeordnete Trennwand die durch die Wärmetauscheinheit
erwärmte
Außenumgebungsluft
daran gehindert, in den Motorraum einzuströmen. Durch den geringeren Wärmeaustausch
zwischen Motorraum und Fahrzeugkabinenwand erfolgt eine geringere
Erwärmung
des Kabineninnenraums, so dass keine zusätzliche Leistung der Klimaanlage
zur Konstanthaltung der Kabineninnenraumtemperatur oder zusätzliche
Isolierungsmaßnahmen
der Kabine notwendig sind. Auch tritt die erhitzte Außenumgebungsluft
mit einer geringeren Temperatur aus dem Motorraum aus, womit Schutzvorrichtungen
an den dem Motorraum nachgeschalteten temperaturempfindlichen Bauteilen,
wie z. B. Kraftstoff- oder Hydrauliktanks, eingespart werden können.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass durch
den Einbau einer Luftansaugeinheit vor die Wärmetauscheinheit die thermische
Beanspruchung der Luftansaugeinheit, bei gleichzeitiger Verbesserung
des Wirkungsgrads, verringert wird. Auch besteht ein Vorteil darin,
dass mittels der der Wärmetauscheinheit
vorgeschalteten Luftansaugeinheit die kühle Außenumgebungsluft vor ihrem
Eintritt in die Wärmetauscheinheit über die Verbindungsleitung
in den Motorraum zugeführt
werden kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass die durch die Wärmetauscheinheit
erwärmte
Außenumgebungsluft
durch erste Austrittsöffnungen,
die in einem Verschliesselement oder in einer Rahmeneinheit angeordnet
sind, aus einem sich zwischen der Wärmetauscheinheit und einer
Trennwand ausgebildeten Hohlraum austreten kann. Die ersten Austrittsöffnungen
können dabei
derart angeordnet sein, dass sie in Bodennähe befindliche Staubpartikel
durch die erwärmte
Außenumgebungsluft
wegblasen, womit ein Ansaugen von Staubpartikeln durch die Luftansaugeinheit
verringert wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Verbindungsleitung im Kühlerraum
mehrere Abzweigleitungen aufweist. Diese Abzweigleitungen können jeweils
mit einer zu kühlenden
Komponente in Kontakt stehen. Durch diesen direkten Kontakt der
zu kühlenden
Komponente mit der durch die Abzweigleitung geführten kühlen Außenumgebungsluft wird die Kühlung der
jeweiligen Komponente verbessert. Auch erfolgt aufgrund des höheren Temperaturgradienten
zwischen der kühlen Außenumgebungsluft
und den zu kühlenden
Komponenten eine schnellere Kühlung
der Komponenten. Durch die direkte Kühlung der temperaturempfindlichen
Komponenten mit kühler
Außenumgebungsluft lässt sich
zusätzlich
der Arbeitsaufwand beim Zusammenbau des Nutzfahrzeugs verringern,
da die temperaturempfindlichen Komponenten nicht mehr an einen separaten
Kühlkreislauf
angeschlossen werden müssen.
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Ferner
besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass
an die in einem Verschliesselement befindlichen Öffnungen zum Einströmen von
kühler
Außenumgebungsluft
in den Motorraum jeweils ein Gitter angeordnet ist. Durch dieses
Gitter soll ein Eintreten von Staubpartikeln in den Motorraum verhindert
werden.
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Einzelheiten
der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1:
eine schematische Darstellung einer Kühlanordnung eines Nutzfahrzeugs
mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Strömungspfad der
Außenumgebungsluft
in einer Seitenansicht;
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2 eine
schematische Darstellung einer Kühlanordnung
eines Nutzfahrzeugs mit einem aus dem Stand der Technik bekannten
Strömungspfad der
Außenumgebungsluft
in einer Draufsicht;
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3:
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strömungspfad
der Außenumgebungsluft
eines Nutzfahrzeugs in einer Seitenansicht;
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4:
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strömungspfads
der Außenumgebungsluft
eines Nutzfahrzeugs in einer Draufsicht.
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Die 1 und
die 2 zeigen jeweils eine schematische Darstellung
einer Kühlanordnung
eines Nutzfahrzeugs 1 mit einem aus dem Stand der Technik
bekannten Strömungspfad
der Außenumgebungsluft.
Dabei stellen die in den 1 und 2 dargestellten
Pfeile einen Luftsrömungspfad
dar, wobei mittels der unterschiedlichen Pfeilsymbole unterschiedliche
Lufttemperaturniveaus wiedergegeben werden.
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Ferner
wird von einer kühlen
Außenumgebungsluft
gesprochen, wenn kein Wärmeaustausch zwischen
der angesaugten Außenumgebungsluft und
einem Kühlerraum
und/oder einem Motorraum stattgefunden hat. Als erwärmte Außenumgebungsluft
wird die Außenumgebungsluft
bezeichnet, bei der ein Wärmeaustausch
der Außenumgebungsluft
mit einer Wärmetauscheinheit
stattgefunden hat. Die Bezeichnung erhitzte Außenumgebungsluft wird für die Außenumgebungsluft
verwendet, bei der ein Wärmeaustausch
der Außenumgebungsluft
mit dem Motorraum stattgefunden hat.
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Ein
Kühlraum 10 wird
durch eine Kabine 13, eine Verschliesseinheit 21 und
eine Rahmeneinheit 20 begrenzt. Bei der Verschliesseinheit 21 kann
es sich beispielsweise um eine Motorhaube handeln. Dieser Kühlraum 10 wird
durch eine Trennwand 18 in einen Kühlerraum 12 und einen
Motorraum 11 getrennt. Im Kühlerraum 12 ist eine
Wärmetauscheinheit 17 und
im Motorraum eine Luftansaugeinheit 19 und eine Brennkraftmaschine 14 mit
den zu kühlenden
Komponenten 14' angeordnet.
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Der
Kühlerraum 12 und
der Motorraum 11 sind durch in der Trennwand 18 angeordnete
Durchtrittsöffnungen 16 fluidisch
miteinander verbunden. Ferner weist die Verschliesseinheit 21 Öffnungen 15 auf,
durch die die kühle
Außenumgebungsluft
in den Kühlerraum 12 einströmen kann.
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Mittels
der der Wärmetauscheinheit 17 nachgeschalteten
Luftansaugeinheit 19 wird innerhalb des Kühlerraums 12 ein
Unterdruck erzeugt, so dass kühle
Außenumgebungsluft über die Öffnungen 15 in den
Kühlerraum 12 eintritt.
Die kühle
Außenumgebungsluft
strömt
im Kühlerraum 12 durch
die Wärmetauscheinheit 17 und
erwärmt
sich auf ungefähr
95°C bis
105°C. Im
Anschluss an die Wärmetauscheinheit 17 verlässt die
erwärmte
Außenumgebungsluft
den Kühlerraum 12 über die
Durchtrittsöffnungen 16 und strömt in den
Motorraum 11 ein.
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Im
Motorraum 11 kann die erwärmte Außenumgebungsluft nur zur Kühlung von
stark erhitzten Komponenten verwendet werden, die eine deutliche höhere Temperatur
aufweisen als die erwärmte
Außenumgebungsluft.
Somit können
beispielsweise ein Turbolader und/oder eine Abgasrückführung mit
der erwärmten
Außenumgebungsluft
gekühlt
werden. Dadurch erhöht
sich die Außenumgebungslufttemperatur
zusätzlich
auf Temperaturwerte um die 225°C.
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Im
Motorraum 11 befinden sich aber auch temperaturempfindliche
Komponenten 14',
wie beispielweise ein Steuergerät,
die aber nur für
Temperaturen um die 90°C
ausgelegt sind und bei höheren Temperaturen
gekühlt
werden müssen.
Diese temperaturempfindlichen Komponenten können somit nicht mehr durch
die aus dem Kühlerraum 12 einströmende erwärmte Außenumgebungsluft
gekühlt
werden. Daher sind zur Kühlung
solcher Komponenten 14' weitere
Maßnahmen
erforderlich.
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Ferner
steht die durch die Wärmetauscheinheit 17 und
die Komponenten 14' erhitzte
Außenumgebungsluft
mit einer Kabine 13 in Kontakt. Infolge des Wärmeaustauschs
zwischen der kühlen
Außenumgebungsluft
und der Wärmetauscheinheit 17 und zwischen
der erwärmten
Außenumgebungsluft
und den zu kühlenden
Komponenten 14' weist
die erhitzte Außenumgebungsluft
hohe Temperaturwerte auf, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen der erhitzten
Außenumgebungsluft
und der Kabine 13 stattfindet, so dass sich die Innenraumtemperatur
der Kabine 13 erhöht.
Ferner müssen
beim Ausströmen
der erhitzten Außenumgebungsluft
aus dem Motorraum 11 weitere Schutzvorrichtungen an dem
Motorraum 11 nachgeschalteten, temperaturempfindlichen
Bauteilen 25, wie z. B. Kraftstoff- oder Hydrauliktanks, angebracht
sein.
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Ein
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
wird in den 3 und 4 dargestellt.
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Die 3 und
die 4 zeigen jeweils eine schematische Darstellung
eines erfindungsgemäßen Strömungspfads
der Außenumgebungsluft
eines Nutzfahrzeugs 310. Dabei stellen die Pfeile in den 3 und 4 einen
Luftströmungspfad
dar, wobei mittels der unterschiedlichen Pfeilsymbole unterschiedliche
Lufttemperaturniveaus wiedergegeben werden. Ferner werden die gleichen
Begrifflichkeiten für
den Zustand der Außenumgebungsluft
wie bei 1 und 2 verwendet.
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Ein
Kühlraum 100 wird
durch eine Verschliesseinheit 210, eine Rahmeneinheit 200 und eine
Kabine 130 begrenzt. Der Kühlraum 100 wird analog
zu 1 durch eine Trennwand 180 in einen Kühlerraum 120 und
einen Motorraum 110 aufgeteilt. Im Kühlerraum 120 ist eine
Luftansaugeinheit 190, die beispielsweise als Gebläse ausgebildet
sein kann, und eine der Luftansaugeinheit 190 nachgeschaltete
Wärmetauscheinheit 170 angeordnet.
Bei der Wärmetauscheinheit 170 handelt
es sich beispielsweise um mehrere, nebeneinander und/oder übereinander
angeordnete Wärmetauscher.
Im Motorraum 110 ist eine Brennkraftmaschine 140 mit
zu kühlenden
Komponenten 140' angeordnet.
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Ferner
wird der Kühlerraum 120 mit
dem Motorraum 110 über
eine, durch die Trennwand 180 durchgehende, Verbindungsleitung 160 fluidisch
verbunden. Die Verbindungsleitung 160 verbindet dabei einen
zwischen der Luftansaugeinheit 190 und der Wärmetauscheinheit 170 liegenden
Raum 250 mit dem Motorraum 110. Dabei ist sichergestellt,
dass die sich im Raum 250 befindliche kühle Außenumgebungsluft nicht wieder
in den der Luftansaugeinheit 190 vorgeschalteten Unterdruckbereich
des Kühlerraums 120 zurückströmen kann.
Somit kann über
die Verbindungsleitung 160 den zu kühlenden Komponenten 140' direkt kühle Außenumgebungsluft
zugeführt
werden.
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Die
der Wärmetauscheinheit 170 vorgeschaltete
Luftansaugeinheit 190 erzeugt einen Unterdruck, so dass
kühle Außenumgebungsluft über in der
Verschliesseinheit 210 angeordnete Öffnungen 150 in den
Kühlerraum 120 einströmt. Innerhalb
der Öffnungen 150 ist
ein in der 2 nicht sichtbares Gitter angeordnet.
Durch das Gitter soll ein Staubeintritt beim Ansaugen der kühlen Außenumgebungsluft durch
die Luftansaugeinheit in den Kühlerraum 120 verhindert
werden.
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Ein
erster Teil der kühlen
Außenumgebungsluft
strömt
durch die Wärmetauscheinheit 170 in
einen zwischen der Wärmetauscheinheit 170 und
der Trennwand 180 ausgebildeten Hohlraum 220 ein. Diese
erwärmte
Außenumgebungsluft
verlässt
den Hohlraum 220 anschließend durch in der Verschliesseinheit 210 und/oder
in der Rahmeneinheit 200 angeordnete erste Austrittsöffnungen.
Die in der Verschliesseinheit 210 angeordneten ersten Austrittsöffnungen
können
dabei quer zur Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs 310, und
die in der Rahmeneinheit 200 angeordneten ersten Austrittsöffnungen
können senkrecht
zur Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs 310 angeordnet sein.
Ferner können
diese ersten Austrittsöffnungen
derart angeordnet sein, dass die aus dem Hohlraum 220 austretende
erwärmte
Außenumgebungsluft
die unterhalb der Rahmeneinheit 200 befindlichen Staubpartikel
wegbläst.
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Ein
zweiter Teil der in den Kühlerraum 120 eingetretenen
kühlen
Außenumgebungsluft
strömt ausgehend
von der Luftansaugeinheit 190 über die Verbindungsleitung 160 in
den Motorraum 110 ein. Da die in den Motorraum 110 eingetretene
kühle Außenumgebungsluft
noch nicht durch die Wärmetauscheinheit 170 erwärmt wurde,
strömt
die kühle
Außenumgebungsluft
dementsprechend mit der Außenumgebungstemperatur
in den Motorraum 110 ein.
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Ferner
kann die Verbindungsleitung 160, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel,
mindestens eine Abzweigleitung 161, 162 aufweisen,
die z. B. direkt zum Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine führt und
diese mit kühler
Außenumgebungsluft
versorgt und/oder die Abzweigleitung direkt zu den kühlenden
Komponenten 140' führt und
diese mit der kühlen
Außenumgebungsluft
versorgt.
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Die
durch die zu kühlenden
Komponenten 140' erhitzte
Außenumgebungsluft
kann den Motorraum 110 über
in dem Verschliesselement 210 angeordnete und/oder über in der
Rahmeneinheit 200 angeordnete zweite Austrittsöffnungen,
verlassen. Die in dem Verschliesselement 210 angeordneten
zweiten Austrittsöffnungen
können
quer zur Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs 310, und die in
der Rahmeneinheit 200 angeordneten zweiten Austrittsöffnungen können senkrecht
zur Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs 310 angeordnet sein.
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Ferner
ist es auch vorstellbar mindestens eine Abzweigleitung direkt an
eine Luftzuführleitung für weitere
Komponenten wie z. B. einen Abgasturbolader anzuordnen.