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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Fahrzeugantrieb, welcher eine Brennkraftmaschine, ein Getriebe und einen Retarder oder Intarder aufweist, wobei das Kühlsystem einen Kühlwasserkreislauf zum geregelten Kühlen der Brennkraftmaschine und wenigstens des Retarders oder Intarders aufweist, und bei dem der Kühlwasserkreislauf einen Haupt-Luft-Wasser-Kühler, eine Kühlwasserpumpe, die Brennkraftmaschine, Kühlwasserleitungen sowie einen Zusatzkühler aufweist.
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Ein Retarder ist bekanntermaßen eine im Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordnete Dauerbremseinrichtung, die unabhängig von einem Getriebe angeordnet ist und im Bremsbetrieb gekühlt wird. Unter einem Intarder ist eine gleichartige Dauerbremseinrichtung zu verstehen, die in ein Getriebe integriert ist.
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In der
DE 198 54 389 A1 der Anmelderin ist ein gattungsgemäßes Kühlsystem beschrieben, das die durch den Betrieb des Retarders oder Intarders erzeugte Wärme an den Ölkreislauf des Getriebes überträgt sowie mit dem Ölstrom zu einem vorgesehenen Öl-Wasser-Wärmetauscher transportiert, um diese Wärme an den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine abzugeben. Für Situationen, in denen die Kühlleistung des Luft-Wasser-Kühlers des Kühlkreislaufs zum geregelten Kühlen der Brennkraftmaschine und wenigstens des Retarders oder Intarders nicht ausreicht, beispielsweise bei einem Dauerbetrieb des Retarders oder Intarders während einer steilen und langen Bergabfahrt des Fahrzeugs, ist in dem bekannten Kühlsystem ein Zusatz-Luft-Wasser-Kühler parallel zum Kühlwasserkreislauf angeordnet. Dieser Zusatz-Luft-Wasser-Kühler ist neben dem Haupt-Luft-Wasser-Kühler angeordnet und wird ständig vom Fahrtwind beaufschlagt. Dies führt nachteilig zu einem erhöhten Luftwiderstand des Fahrzeugs und damit zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch, auch wenn die Leistung des Haupt-Luft-Wasser-Kühlers im normalen Fahrbetrieb ausreicht.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Kühlsystem für einen Fahrzeugantrieb vorzuschlagen, das eine angemessene Kühlleistung auch bei einem Dauerbetrieb des Retarders oder Intarders gewährleistet, ohne dass der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs im Normalbetrieb erhöht wird.
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Die Erfindung geht demnach aus von einem gattungsgemäßen Kühlsystem für einen Fahrzeugantrieb, welcher eine Brennkraftmaschine, ein Getriebe und einen Retarder oder Intarder aufweist, wobei das Kühlsystem einen Kühlwasserkreislauf zum geregelten Kühlen der Brennkraftmaschine und wenigstens des Retarders oder Intarders aufweist, und bei dem der Kühlwasserkreislauf einen Haupt-Luft-Wasser-Kühler, eine Kühlwasserpumpe, die Brennkraftmaschine, Kühlwasserleitungen sowie einen Zusatzkühler aufweist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Kühlsystem vorgesehen, dass der Zusatzkühler in einem Luftkanal mit einer Einlassöffnung sowie einer Auslassöffnung und mit einer Luftdurchsatzregelvorrichtung angeordnet ist.
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Die Luftdurchsatzregelvorrichtung ermöglicht es, einen in den Luftkanal gelangenden Luftstrom entsprechend dem Kühlleistungsbedarf des Fahrzeugantriebs einzuregeln, das heißt, den Luftkanal ganz zu verschließen, wenn keine zusätzliche Kühlleistung erforderlich ist, den Luftkanal teilweise zu öffnen, wenn nur eine geringe zusätzliche Kühlleistung erforderlich ist, den Luftkanal vollständig zu öffnen, wenn die maximale zusätzliche Kühlleistung gebraucht wird, oder beliebige Zwischenstellungen einzustellen. Auf diese Weise lässt sich die Bremsleistung des Retarders oder Intarders erhöhen, indem die gesamte Kühlleistung des Fahrzeugkühlsystems durch Zuschalten des Zusatzkühlers erhöht wird. Auch lässt sich das Fahrzeugkühlsystem beispielsweise in Volllastbetriebspunkten der Brennkraftmaschine entlasten, wenn das Fahrzeugkühlsystem beispielsweise bei steiler Bergfahrt unter Volllast mit niedrigen Geschwindigkeiten an seine thermische Belastungsgrenze stößt.
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Vorteilhafterweise sind als Luftdurchsatzregelvorrichtung eine verstellbare Blende und/oder ein regelbarer Lüfter im Luftkanal angeordnet, wobei die verstellbare Blende vorzugsweise in der Einlassöffnung des Luftkanals angeordnet ist und als quer zur Einlassöffnung des Luftkanals verschiebbare Blende, als Irisblende oder als Kühlerjalousie ausgebildet sein kann.
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Die Einlassöffnung des Luftkanals ist vorzugsweise in einem Bereich eines erhöhten Luftstaudrucks des Fahrzeugs angeordnet, insbesondere in einem Bereich, wo der Fahrtwind möglichst senkrecht auftritt, während die Auslassöffnung des Luftkanals in einem Bereich eines gegenüber der Einlassöffnung erniedrigten Luftdrucks angeordnet ist, insbesondere in einem Bereich, wo ein Unterdruck herrscht. Weiter kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass der Bereich eines erhöhten Luftstaudrucks im Bereich einer Frontfläche eines Fahrerhauses des Fahrzeugs liegt, während der Bereich eines erniedrigten Luftdrucks in einer der Seitenwände des Fahrerhauses liegen kann.
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Sofern der Bremsbetrieb des Retarders oder Intarders mit Öl des Getriebes erfolgt, lässt sich die Kühlung wenigstens des mit Öl betriebenen Retarders oder Intarders durch einen Öl-Wasser-Wärmetauscher durchführen, der vom Öl des Retarders oder Intarders und dem Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufs durchströmt wird, wobei der Zusatzkühler dann vom Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufs beaufschlagt wird. Ebenso ist es möglich, die Kühlung wenigstens des mit Öl betriebenen Retarders oder Intarders durch ein vom Öl des Retarders oder Intarders und dem Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufs durchströmten Öl-Wasser-Wärmetauscher durchzuführen, und den Zusatzkühler mit dem Öl des Retarders oder Intarders zu beaufschlagen.
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In seiner einfachsten Ausführungsform kann der Zusatzkühler aus einem koaxial zum Luftkanal verlaufenden Rohr bestehen, dass vorzugsweise als Längsrippenrohr gestaltet ist. Bei einem solchen Längsrippenrohr stehen in Längsrichtung desselben angeordnete Kühlrippen radial von der Oberfläche des Längsrippenrohres ab.
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Sofern die zusätzliche Kühlleistung des als Koaxialrohr gestalteten Zusatzkühlers nicht ausreicht, ist es auch möglich, im Luftkanal einen Rippenrohrkühlerblock anzuordnen, wie er auch als Haupt-Luft-Wasser-Kühler im Kühlwasserkreislauf für die Brennkraftmaschine verwendet wird.
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Da ein solcher Rippenrohrkühlerblock für den Kühlwasserdurchfluss einen zusätzlichen Durchflusswiderstand erzeugt, ist es vorteilhaft, parallel zu diesem Zusatzkühler eine Umgehungsleitung anzuordnen und den Durchfluss durch den Zusatzkühler mittels eines Ventils abzusperren, wenn die Kühlleistung des Zusatzkühlers nicht benötigt wird. Durch ein zweites Ventil wird in diesem Fall der Durchfluss durch die Umgehungsleitung geöffnet, während umgekehrt der Durchfluss durch den Zusatzkühler geöffnet und der Durchfluss durch die Umgehungsleitung abgesperrt wird, wenn die zusätzliche Kühlleistung des Zusatzkühlers benötigt wird. Mittels der Ventile lässt sich der Durchfluss durch den Zusatzkühler und die Umgehungsleitung auch so regeln, dass eine gewünschte zusätzliche Kühlleistung durch den Zusatzkühler erreicht wird, ohne den Gesamtrückfluss des Kühlwassers zum Haupt-Luft-Wasser-Kühler zu vermindern.
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In der Regel lässt sich der Zusatzkühler im Kühlkreislauf stromab vom Öl-Wasser-Wärmetauscher zu einem Eingang des Haupt-Luft-Wasser-Kühlers hin anordnen. Es ist jedoch auch möglich, den Zusatzkühler stromauf vom Öl-Wasser-Wärme- tauscher und stromab von einem Ausgang des Haupt-Luft-Wasser-Kühlers in einer die Brennkraftmaschine umgehenden Umgehungsleitung anzuordnen. Durch diese Anordnung wird das aus dem Haupt-Luft-Wasser-Kühler austretende Kühlwasser zusätzlich abgekühlt, so dass im Öl-Wasser-Wärmetauscher für den Retarder oder Intarder eine größere Kühlleistung zur Verfügung steht, oder die Temperatur des Öls lässt sich dadurch niedriger als die Temperatur des Kühlwassers im Kühlwasserkreislauf einstellen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. In dieser zeigt
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1 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Zusatzkühlers der Kühlsysteme gemäß 1 und 3, sowie
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3 ein Kühlsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Das in 1 schematisch dargestellte Kühlsystem 1 für einen Fahrzeugantrieb 2 umfasst einen Kühlkreislauf für eine Brennkraftmaschine 3, ein Getriebe 4 und einen Retarder oder Intarder 5, der zum geregelten Kühlen der Brennkraftmaschine 3 und wenigstens des Retarders oder Intarders 5 dient. Dieser Kühlkreislauf weist zunächst einen üblichen Haupt-Luft-Wasser-Kühler 6 sowie eine Kühlwasserpumpe 7 auf, welche der Brennkraftmaschine 3 das Kühlwasser vom Haupt-Luft-Wasser-Kühler 6 oder von einem Thermostaten 15 über eine Umgehungsleitung 18 zuführt. Von der Brennkraftmaschine 3 führt eine Kühlwasserleitung 17 zu einem Öl-Wasser-Wärmetauscher 13 und weiter zu einem Zusatzkühler 8.
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Gemäß 2 ist der Zusatzkühler 8 als ein Längsrippenrohr 8 ausgebildet, welches koaxial in einem Luftkanal 9 angeordnet ist. Vor dem Haupt-Luft-Wasser-Kühler 6 ist in bekannter Weise ein Kühlerventilator 16 angeordnet, der mit einem regelbaren elektromotorischen Antrieb versehen sein kann, um dem Haupt-Luft-Wasser-Kühler 6 entsprechend der geforderten Kühlleistung Kühlluft zuzuführen. Der Thermostat 15 dient dazu, für eine schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine 3 nach dem Kaltstart zu sorgen und eine konstante Betriebstemperatur von ca. 90°C zu halten, indem das vom Zusatzkühler 8 ankommende Kühlwasser entweder durch den Haupt-Luft-Wasser-Kühler 6 oder durch die Umgehungsleitung 18 oder durch beide geleitet wird.
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Die Brennkraftmaschine 3 ist über eine Kupplung 29 mit einem Getriebe 4 verbindbar. Mittels einer nicht gesondert bezeichneten Getriebeabtriebswelle sind über ein Differentialgetriebe sowie Radwellen ebenfalls nicht dargestellte Fahrzeugräder antreibbar. Ein Retarder 5 kann getrennt vom Getriebe 4 angeordnet oder als Intarder 5 in das Getriebe 4 integriert ausgebildet sein. Wenigstens das für den Betrieb des Retarders oder Intarders 5 benötigte Öl wird mittels einer Umwälzpumpe 14 durch den Öl-Wasser-Wärmetauscher 13 geführt und darin auf die Betriebstemperatur des Kühlwasserkreislaufs 3, 6, 7, 17, 18 abgekühlt oder erwärmt.
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Mit der Bezugsziffer 24 ist schematisch ein Fahrerhaus 24 gekennzeichnet, das den Fahrzeugantrieb und das Kühlsystem 1 umgibt sowie eine Frontfläche 25 und Seitenwände 26 aufweist. Eine Einlassöffnung 10 des Luftkanals 9 ist in der Frontfläche 25 in einem Bereich 27 mit erhöhtem Luftstaudruck angeordnet, während die Auslassöffnung 11 des Luftkanals 9 in einem Bereich 28 erniedrigten Luftdrucks in einer der Seitenwände 26 angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängiger Kühlluftstrom durch den Luftkanal 9 geleitet und kühlt dort das durch den Zusatzkühler 8 fließende Kühlwasser ab.
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Der Luftdurchsatz durch den Luftkanal 9 lässt sich mittels einer verstellbaren Blende 12 regeln, die sich stufenlos zwischen der dargestellten vollständig geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung, in der die verstellbare Blende 12 den Luftkanal 9 vollständig verschließt, mittels einer nicht dargestellten Betätigungsvorrichtung bewegen lässt. Diese nur durch einen Doppelpfeil 30 angedeutete Betätigungsvorrichtung ist von der üblichen Regelvorrichtung der Brennkraftmaschine 3 und/oder von der Fahrzeugsteuerung ansteuerbar. Sie wird in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, von der Betätigung des Retarders oder Intarders 5, von dem Kühlleistungsbedarf des Retarders oder Intarders 5, sowie von dem Kühlleistungsbedarf der Brennkraftmaschine 3 und gegebenenfalls auch von dem Kühlleistungsbedarf des Getriebes 4 angesteuert. Dabei wird die Blende 12 bei höchstem Kühlleistungsbedarf in die dargestellte, vollständig geöffnete Stellung gebracht und bei nicht benötigtem, zusätzlichen Kühlleistungsbedarf vollständig geschlossen, so dass keine Luftwiderstandserhöhung durch die Luftströmung durch den Luftkanal 9 auftreten kann. Dementsprechend entsteht bei geschlossener Blende 12 während der Fahrt des Fahrzeugs kein Mehrverbrauch an Kraftstoff durch einen erhöhten Luftwiderstand.
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Der Zusatzkühler 8 ist im Wesentlichen vorgesehen, um bei einer Gefällebremsung mittels des Retarders oder Intarders 5 eine Entlastung des Kühlsystems 1 durch Öffnen der Blende 12 und Kühlung des durch den Zusatzkühler 8 strömenden Kühlwassers zu gewährleisten. Während einer Gefällebremsung erzeugt der erhöhte Luftwiderstand des Fahrzeugs bei geöffneter Blende 12 keinen Kraftstoff-Mehrverbrauch, weil sich das Fahrzeug dann im Schubbetrieb befindet, während dem die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen ist.
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Bei Volllastfahrten des Fahrzeugs können allerdings Situationen auftreten, bei denen das Kühlsystem 1 überlastet ist bzw. an seine thermischen Grenzen stößt, beispielsweise während einer steilen Bergfahrt unter Volllast mit niedrigen Geschwindigkeiten. In dieser Situation lässt sich der Zusatzkühler 8 zur Unterstützung des Kühlsystems 1 heranziehen, indem die Blende 12 in die in 1 dargestellte Stellung gebracht wird, so dass der Fahrtwind durch den Luftkanal 9 strömt und dem Zusatzkühler 8 vorteilhaft Wärme entzieht.
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Das Kühlsystem 1’ gemäß 3 unterscheidet sich von dem Kühlsystem 1 gemäß 1 dadurch, dass ein Zusatzkühler 19 vorgesehen ist, der als Rippenrohrkühlerblock ausgebildet ist. Ein solcher Rippenrohrkühlerblock erlaubt es, die Wärmeübergangsfläche des Zusatzkühlers 19 erheblich zu vergrößern und damit auch die Kühlleistung zu steigern. Da aber ein solcher als Rippenrohrkühlerblock ausgebildeter Zusatzkühler 19 den Luftdurchflusswiderstand durch den Luftkanal 9 und den Kühlwasserdurchflusswiderstand erhöht, ist in diesem Fall eine Umgehungsleitung 22 vorgesehen. Außerdem sind in der Zuleitung 17 zum als Rippenrohrkühlerblock gestalteten Zusatzkühler 19 sowie in der Umgehungsleitung 22 zwei Ventile 20, 21 angeordnet, um bei Bedarf den Kühlwasserdurchfluss von der Kühlwasserleitung 17 durch den als Rippenrohrkühlerblock ausgebildeten Zusatzkühler 19 zu öffnen oder zu verschließen und den Durchfluss durch die Umgehungsleitung 22 zu öffnen oder zu verschließen.
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Bei sehr hohem Kühlleistungsbedarf wird das zum als Rippenrohrkühlerblock ausgebildeten Zusatzkühler 19 führende erste Ventil 20 vollständig geöffnet und das zweite Ventil 21 zur Umgehungsleitung 22 vollständig geschlossen. Umgekehrt wird das erste Ventil 20 zum als Rippenrohrkühlerblock gestalteten Zusatzkühler 19 vollständig geschlossen und das zweite Ventil 21 zur Umgehungsleitung 22 vollständig geöffnet, wenn kein Bedarf an zusätzlicher Kühlleistung durch den als Rippenrohrkühlerblock ausgebildeten Zusatzkühler 19 besteht.
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Zwischenstellungen sind ebenfalls möglich, das heißt, die beiden Ventile 20 und 21 lassen sich teilweise öffnen, um einen Kühlwasserstrom sowohl durch den als Rippenrohrkühlerblock gestalteten Zusatzkühler 19 als auch durch die Umgehungsleitung 22 zu leiten, sofern der Kühlleistungsbedarf unterhalb der durch den als Rippenrohrkühlerblock gestalteten Zusatzkühler 19 erreichbaren Kühlleistung liegt. Die beiden Ventile 20, 21 lassen sich auch als ein Dreiwegeventil baulich zusammengefasst nutzen.
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Zur Erhöhung des Luftdurchsatzes durch den Luftkanal 9 bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten und um den Druckabfall im als Rippenrohrkühlerblock gestalteten Zusatzkühler 19 auszugleichen, kann ein regelbarer Lüfter 23 im Luftkanal 9 angeordnet sein. Dieser regelbare Lüfter 23 dient dann dazu, den Luftdurchsatz und damit die Kühlleistung im Luftkanal 9 zu regeln, während die Blende 12 dazu dient, den Kühlkanal 9 vollständig abzuschließen, wenn überhaupt kein Bedarf an zusätzlicher Kühlleistung durch den als Rippenrohrkühlerblock gestalteten Zusatzkühler 19 besteht.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 zeigt zusätzlich zum als Rippenrohrkühlerblock gestalteten Zusatzkühler 19 auch den koaxialen Zusatzkühler 8 der 1, der noch eine weitere Kühlleistung erbringt. Es ist jedoch auch möglich, die Kühlwasserleitung zwischen dem als Rippenrohrkühlerblock gestalteten Zusatzkühler 19 und dem Thermostaten 15 außerhalb des Luftkanals 9 anzuordnen, so dass dann nur der als Rippenrohrkühlerblock gestaltete Zusatzkühler 19 die gewünschte bzw. erforderliche zusätzliche Kühlleistung erbringt.
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Sofern der regelbare Lüfter 23 nur im Schubbetrieb aktiviert wird, das heißt, wenn der Retarder bzw. Intarder 5 beim Abbremsen aus hoher Geschwindigkeit oder bei einer Gefällefahrt des Fahrzeugs wirksam ist, entsteht durch die Aktivierung des regelbaren Lüfters 23 kein Kraftstoff-Mehrverbrauch, da im Schubbetrieb bei abgeschalteter Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine elektrische Energie ohne Kraftstoffmehrverbrauch erzeugbar ist.
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Anstelle einer quer zur Einlassöffnung 10 des Luftkanals 9 bewegbaren, als Schieber ausgebildeten Blende 12 ist es selbstverständlich möglich, die Blende 12 in der Einlassöffnung 10 als so genannte Irisblende oder als Jalousie mit um ihre Längsachse drehbaren Lammellen zu gestalten. Derartige Bauelemente sind allgemein bekannt und deshalb nicht im Einzelnen dargestellt und beschrieben.
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Neben der gezielten Zusatzkühlleistung für das Kühlsystem 1, 1’ lässt sich der Luftkanal 9 auch zum Anordnen von Kühlvorrichtungen für die Konditionierung der Batterietemperatur von Hybridantrieben, zur Anströmung von Gehäusekomponenten und zur Anströmung von Betriebsbremsen oder zum erwärmenden Anströmen des Differentialgetriebes des Fahrzeugs verwenden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1’
- Kühlsystem
- 2
- Fahrzeugantrieb
- 3
- Brennkraftmaschine
- 4
- Getriebe
- 5
- Retarder oder Intarder
- 6
- Haupt-Luft-Wasser-Kühler
- 7
- Kühlwasserpumpe
- 8
- Zusatzkühler
- 9
- Luftkanal
- 10
- Einlassöffnung
- 11
- Auslassöffnung
- 12
- Luftdurchsatzregelvorrichtung
- 13
- Öl-Wasser-Wärmetauscher
- 14
- Umwälzpumpe
- 15
- Thermostat
- 16
- Kühlerventilator
- 17
- Kühlwasserleitung
- 18
- Umgehungsleitung
- 19
- Zusatzkühler
- 20
- Erstes Ventil
- 21
- Zweites Ventil
- 22
- Umgehungsleitung
- 23
- Regelbarer Lüfter
- 24
- Fahrerhaus
- 25
- Frontfläche
- 26
- Seitenwände
- 27
- Bereich erhöhten Luftstaudrucks
- 28
- Bereich erniedrigten Luftdrucks
- 29
- Kupplung
- 30
- Betätigungsvorrichtung, Doppelpfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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