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Die
Erfindung betrifft einen Lüfterantrieb für die
Kühlung mindestens einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Stand der Technik wird für den Lüfterantrieb somit
zusätzliche Energie aufgewendet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Lüfterantrieb
für die Kühlung mindestens einer Verbrennungskraftmaschine
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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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.
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Durch
diese erfindungsgemäße Ausführungsform
wird eine im Abgas enthaltene, bisher ungenutzte Energie einer Verwendung
zugeführt.
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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.
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Das
Abgas wird darüber hinaus gekühlt und eine daraus
resultierende Reduzierung der Abgaseintrittstemperatur in einen
Abgaswärmetauscher führt zu einer Entlastung eines
nachgeschalteten Kühlmittelkühlers.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung
näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Abgase werden dann über eine Leitung 10 der Umgebung
zugeführt (eine mögliche Abgasnachbehandlung ist
hier nicht dargestellt).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Abgaswärmetauscher 11 ist vorzugsweise in einen
Kühlkreislauf integriert, d. h. es gibt am Abgaswärmetauscher 11 einen
Kühlmitteleingang 13 und einen Kühlmittelausgang 14.
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Das
Kühlmittel KM wird nach einem Durchlaufen des Abgaswärmetauschers 11 durch
den Kühlmittelkühler 2 gekühlt.
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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.
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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.
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Die
Lüfterhaube 20 besteht beispielsweise aus Luftleitblechen,
welche einen Luftstrom des Kühlerlüfters 3 auf
den Kühlmittelkühler 2 lenken.
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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.
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- 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1910254
A [0005]
- - DE 4341207 A1 [0006]