DE102008057522A1 - Lüfterantrieb für die Kühlung mindestens einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Lüfterantrieb für die Kühlung mindestens einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lüfterantrieb für die Kühlung mindestens einer Verbrennungskraftmaschine (1). Erfindungsgemäß bildet eine vom Abgasstrom angetriebene Turbine (4) den Antrieb eines Kühlerlüfters (3) und diese ist mittels eines Getriebes (15) und/oder eines Antriebes (19) mit dem Kühlerlüfter (3) verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Lüfterantrieb für die Kühlung mindestens einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Bei Verbrennungskraftmaschinen muss die höchste Wärmemenge dann abgeführt werden, wenn der Motor seine größte Leistung erreicht hat. Zum Abführen dieser Wärmemenge ist bei wassergekühlten Verbrennungskraftmaschinen eine ausreichende Durchströmung im Kühler erforderlich, wobei die Kühlung auch noch von der Temperatur der Kühlluft abhängig ist.
  • Es ist bei Lüfterantrieben bekannt, den Lüfter von der Motorwelle aus über eine Gelenkwelle oder einen Keilriemen anzutreiben. Dazu ist an beiden Anschlussstellen, also sowohl motor- als auch lüfterseitig, ein Gelenk oder eine Riemenscheibe erforderlich. Derartige Ausführungen des Lüfterantriebes sind aber aufwendig und in ihrer Herstellung teuer. Darüber hinaus ist es nachteilig, dass einerseits der Lüfter ständig mit der Drehzahl der Motorwelle mitläuft, also die Drehzahl nicht dem Kühlluftbedarf entsprechend variiert werden kann und andererseits die Antriebsleistung für den Lüfter der Nutzleistung des Motors entzogen wird.
  • Neben den bekannten Jalousien und Luftklappen wird der dem jeweiligen Betriebszustand entsprechende Kühlluftbedarf immer mehr mit dem Lüfter selbst geregelt. Es sind hierbei die verschiedensten Lüfterausführungen bekannt geworden, wie z. B. mit Verstellflügeln, mit Drehzahlregelung oder mit Kupplungen. Als Verbindungsglied werden dabei verschiedenartige Kupplungen verwendet, welche den Lüfter je nach Temperatur des Kühlmittels entweder ganz zu- oder abschalten. Diese bekannten Ausführungen haben den Nachteil, dass der Lüfter plötzlich bei sehr hoher Motordrehzahl eingeschaltet werden kann, wodurch ein unangenehmes, störendes Geräusch entsteht. Ferner sind auch Lüfterantriebe mit einer Schlupfkupplung, z. B. hydrodynamischer Art, vorgeschlagen anwendbar.
  • in der Offenlegungsschrift DE 19 10 254 ist der Lüfterantrieb mittels einer Abgasturbine beschrieben, wobei der Kühlerlüfter als Lüfterwalze ausgebildet ist und als so genanntes Tangentialgebläse wirkt.
  • In der Offenlegungsschrift DE 43 41 207 A1 ist der Lüfterantrieb mittels einer Abgasturbine beschrieben, wobei der Kühlerlüfter und der Lüfterantrieb in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und der Lüfterantrieb den Kühlerlüfter direkt antreibt und ein Kühlluftstrom erst über eine größere Entfernung zum Kühler geleitet werden muss.
  • Es ist ferner bekannt, bei Kraftfahrzeugen den die Kühlluft durch den Kühler saugenden Lüfter durch einen von der Batterie gespeisten Elektromotor anzutreiben, der in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur durch einen Thermostaten ein- und ausgeschaltet wird. Hierbei wird der Lüfter vom Elektromotor, der vom Verbrennungsmotor unabhängig ist, mit konstanter Drehzahl angetrieben und arbeitet somit nur mit gleich bleibender Förderleistung, so dass bei einer erhöhten Belastung des Motors die Kühlluftzufuhr nicht ausreicht.
  • Im Stand der Technik wird für den Lüfterantrieb somit zusätzliche Energie aufgewendet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Lüfterantrieb für die Kühlung mindestens einer Verbrennungskraftmaschine anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Lüfterantrieb für die Kühlung mindestens einer Verbrennungskraftmaschine bildet eine vom Abgasstrom angetriebene Turbine den Antrieb eines Kühlerlüfters, wobei diese mittels eines Getriebes und/oder eines Antriebes mit dem Kühlerlüfter verbunden ist.
  • Durch diese erfindungsgemäße Ausführungsform wird eine im Abgas enthaltene, bisher ungenutzte Energie einer Verwendung zugeführt.
  • Somit wird zum Antrieb des Lüfters keine zusätzliche elektrische oder mechanische Energie aufgewendet. Dies führt einerseits zu einer höheren verfügbaren Motorleistung und senkt andererseits einen Verbrauch und eine Schadstoffemission.
  • Das Abgas wird darüber hinaus gekühlt und eine daraus resultierende Reduzierung der Abgaseintrittstemperatur in einen Abgaswärmetauscher führt zu einer Entlastung eines nachgeschalteten Kühlmittelkühlers.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Die Figur zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 1, die chemische Energie in mechanische Energie umwandelt. Dabei entstehen unter anderem Abgase und Abwärme, welche zum großen Teil durch ein Kühlmittel aufgenommen wird und mit Hilfe eines Kühlmittelkühlers 2 an eine Umgebung abgegeben wird.
  • Bei einem konventionellen Kühlkreislauf wird ein Kühlerlüfter 3 direkt vom Verbrennungsmotor 1 oder einem Elektromotor angetrieben. Dieser Kühlerlüfter 3 fördert Umgebungsluft UL durch den oder die Kühler. Hierzu muss im Stand der Technik zusätzliche elektrische oder mechanische Energie aufgewendet werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird der Lüfterantrieb des Kühlerlüfters 3 durch eine vom Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine 1 angetriebene Turbine 4 realisiert. Hierzu ist zusätzlich eine Verbindung zwischen Verbrennungskraftmaschine 1 und Turbine 4 mittels einer Kupplung 17 und eines Antriebselements 18 vorgesehen. Diese mittels der Kupplung 17 schaltbare Verbindung stellt eine Unterstützung des Lüfterantriebs des Kühlerlüfters 3 durch die Verbrennungskraftmaschine 1 bei Bedarf sicher. Auch ist eine gänzliche Abkopplung des Lüfterantriebs von der Verbrennungskraftmaschine 1 möglich. Dabei wird die Kupplung 17 über ein Antriebselement 18 beaufschlagt, um somit Packagingvorteile zu erzielen, also einen Bauraumbedarf zu optimieren. Bei einem Defekt oder im Fehlerfall der Turbine 4 kann die Verbrennungskraftmaschine 1 den Lüfterantrieb des Kühlerlüfters 3 gänzlich übernehmen, wodurch eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Kühlerlüfters 3 verringert ist.
  • Der Abgasstrom gelangt aus der Verbrennungskraftmaschine 1 in einen Verteiler 5. Dort wird ein Teil des Abgases über einen Turbolader 6 geleitet, der eine angesaugte Umgebungsluft aUL komprimiert, also eine Ladeluft LL erzeugt.
  • Die Abgase werden dann über eine Leitung 10 der Umgebung zugeführt (eine mögliche Abgasnachbehandlung ist hier nicht dargestellt).
  • Die heiße Ladeluft LL gelangt über eine Ladeluftleitung 7 in einen Ladeluftkühler 8, wird darin abgekühlt und schließlich über die Ladeluftleitung 9 der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeführt.
  • Ein Teil des Abgasstromes AG gelangt durch den Verteiler 5 zur Turbine 4 und versetzt den Kühlerlüfter 3 über ein Getriebe 15 und einen Antrieb 19 (z. B. ein Riemenantrieb, ein Stirnradgetriebe, ein Kettengetriebe) in eine Drehbewegung.
  • Dabei kann zur Anpassung der Drehzahl und des Drehmoments ein Getriebe 15 zwischen Antrieb 19 und Turbine 4 geschaltet sein um den Kühlerlüfter 3 bedarfsgerecht zu regeln.
  • Weiterhin wird bei dieser Ausführungsform noch ein Strömungssteuerventil 16 in den Abgasstrom AG integriert. Dieses ist notwendig, um die Turbine 4 bei Nichtbedarf kurzzuschließen, d. h. den Abgasstrom an der Turbine 4 vorbeizuleiten.
  • Antrieb 18 und Antrieb 19 sind notwendig, um einen optimierter Einbauort der Turbine 4 zu ermöglichen und generell Packagingvorteile im Vorderwagen des mit der Verbrennungskraftmaschine 1 versehenen Fahrzeuges zu erzielen. Durch die Antriebe 18 und 19 ist der Einbauort der Turbine 4 frei festlegbar, beispielsweise kann die Turbine 4 an der Verbrennungskraftmaschine 1, am Kühlmittelkühler 2 oder an einem Rahmen des Fahrzeuges befestigt werden.
  • Der Abgasstrom AG wird zur Einhaltung von Emissionsvorschriften durch einen Abgaswärmetauscher 11 gekühlt und der Verbrennungskraftmaschine 1 mittels einer Rückführleitung für gekühltes Abgas 12 wieder zugeführt.
  • Der Abgaswärmetauscher 11 ist vorzugsweise in einen Kühlkreislauf integriert, d. h. es gibt am Abgaswärmetauscher 11 einen Kühlmitteleingang 13 und einen Kühlmittelausgang 14.
  • Das Kühlmittel KM wird nach einem Durchlaufen des Abgaswärmetauschers 11 durch den Kühlmittelkühler 2 gekühlt.
  • Vorteilhafterweise gibt der Abgasstrom AG beim Durchströmen der Turbine 4 Wärme ab, wodurch weniger thermische Energie vom Abgaswärmetauscher 11 an das Kühlmittel KM abgegeben wird. Dies führt zu einer Entlastung des Kühlmittelkühlers 2 bzw. ermöglicht eine Verkleinerung und somit eine Verringerung einer Stirnfläche eines Fahrzeuges. Diese Verringerung einer Stirnfläche führt zu einem geringeren Luftwiderstand und senkt einen Verbrauch und eine Schadstoffemission.
  • In der beschriebenen Ausführungsform ist der Kühlerlüfter 3 an dem Kühlmittelkühler 2 mittels einer Befestigung 21 befestigt. Dadurch kann der Abstand zwischen Kühlerlüfter 3 und Lüfterhaube 20 verringert werden, wodurch eine Effizienz gesteigert wird.
  • Die Lüfterhaube 20 besteht beispielsweise aus Luftleitblechen, welche einen Luftstrom des Kühlerlüfters 3 auf den Kühlmittelkühler 2 lenken.
  • Zusätzlich kann eine am Gebläseaustritt des Kühlerlüfters 3 austretende Abluft zur Kühlung von Bauteilen des Fahrzeuges mit der Verbrennungskraftmaschine 1 genutzt werden. Dazu kann diese Abluft mittels Kanälen und/oder Leitblechen zum Nutzungsort geleitet werden.
  • 1
    Verbrennungskraftmaschine
    2
    Kühlmittelkühler
    3
    Kühlerlüfter
    4
    Turbine
    5
    Verteiler
    6
    Turbolader
    7
    Ladeluftleitung
    8
    Ladeluftkühler
    9
    Ladeluftleitung
    10
    Abgasleitung
    11
    Abgaswärmetauscher
    12
    Rückführleitung für gekühltes Abgas
    13
    Kühlmitteleingang
    14
    Kühlmittelausgang
    15
    Getriebe
    16
    Strömungssteuerventil
    17
    Kupplung
    18
    Antriebselement
    19
    Antrieb
    20
    Lüfterhaube
    21
    Befestigung
    aUL
    angesaugte Umgebungsluft
    UL
    Umgebungsluft
    LL
    Ladeluft
    AG
    Abgasstrom
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 1910254 A [0005]
    • - DE 4341207 A1 [0006]

Claims (7)

  1. Lüfterantrieb für die Kühlung mindestens einer Verbrennungskraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Abgasstrom (AG) angetriebene Turbine (4) den Antrieb eines Kühlerlüfters (3) bildet und diese mittels eines Getriebes (15) und/oder eines Antriebes (19) mit dem Kühlerlüfter (3) verbunden ist.
  2. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerlüfter (3) Umgebungsluft (UL) durch den oder die Kühlmittelkühler (2) fördert.
  3. Lüfterantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerlüfter (3) am Kühlmittelkühler (2) befestigt ist.
  4. Lüfterantrieb nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerlüfter (3) als Axialllüfter ausgeführt ist.
  5. Lüfterantrieb nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass am Gebläseaustritt des Kühlerlüfters (3) austretende Abluft zur Kühlung von Bauteilen eines Fahrzeuges mit der Verbrennungskraftmaschine (1) verwendet wird.
  6. Lüfterantrieb nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (17) zwischen Verbrennungskraftmaschine (1) und Turbine (4) angeordnet ist.
  7. Lüfterantrieb nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasleitung eine Auslassseite der Turbine (4) mit einem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine (1) verbindet.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114135382A (zh) * 2021-11-26 2022-03-04 中国北方发动机研究所(天津) 一种混合动力用废气能量回收冷却风扇

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1910254A1 (de) 1969-02-28 1970-09-03 Hanomag Henschel Fahrzeug Luefterantrieb fuer die Kuehlung von Brennkraftmaschinen
DE4341207A1 (de) 1993-12-03 1995-06-08 Bayerische Motoren Werke Ag Brennkraftmaschine mit einem von einer Turbine angetriebenen Kühler-Lüfter

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