-
-
Kühlvorrichtung insbesondere für Verbren-
-
nungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen Verbrennungskraftmaschinen
von Kraftfahrzeugen werden herkösimlicherweise durch eine Kühlvorrichtung mit einer
umlaufenden, in einem Kühler rückgekühlten Flüssigkeit, zum Beispiel Kühlwasser,
gekühlt. Die Flüssigkeit wird dabei mit einer Pumpe von der Kraftmaschine zum rückkiihlenden
Kühler und zurück zur Kraftmaschine gepumpt, der Kühler wird sowohl dadurch den
Fahrwind als auch durch einen mit der Kraftmaschine gekoppelten Ventilator gekühlt.
-
Um die Temperatur der kühlenden Flüssigkeit immer auf ein für die
Kraftmaschine günstiges Betriebsniveau zu halten, ist eine Kühlvorrichtung bekannt
geworden, in der eine Kurzschlußleitung
vorhanden ist, die über
ein thermostatisches Dreiwegeventil mit der Hauptleltuns der Flüssigkeit verbunden
ist und somit die durch den Kühler strömende Flüssigkeitsmenge entsprechend dem
sich ändernden Kühlbedarf der Kraftmaschine selbsttätig steuert (DE-PS 894 655).
Diese bekannte Kühlvorrichtung hat den Nachteil, daß noch eine in weiten Grenzen
schwankende Betriebs temperatur der Kühlflüssigkeit vorhanden ist, weil die durch
den Kühler strömende Flüssigkeitsmenge im durch den Ventilator voll beaufschlagten
Kühler immer stark heruntergekühlt wird und die Steuermöglichkeit des Dreiwegeventils
für eine weit heruntergekühlte, mit der Übrigen Flüssigkeit der Kühlvorrichtung
zu mischenden Flüssigkeit begrenzt ist. Dies macht sich vor allem beim >.nfahren
der Kraftmaschine bemerkbar, denn dann öffnet das Dreiwegeventil relativ schnell
und die Flüssigkeit wird im Kühler schnell heruntergekühlt, so daß größere, für
die Kraftmaschine schädliche Temperaturschwankungen (Temperatursenocks) entstehen
können. Außerdem hat diese bekannte Kühlvorrichtung den Nachteil, daß der zugehörige
Ventilator dauernd mit hoher Geschwindigkeit und voller Leistung umläuft.
-
Dadurch besitzt der Ventilator ein lästiges Laufgeräusch und verbraucht
eine relativ hohe Leistung, die bei der bei Kraftfahrzeugen häufig vorkommenden
Teillast nur unvollständig genutzt, also garnicht vollständig benötigt wird. Der
Leistungsverlust durch den Ventilator der Kilhivorrichtung ist beträchtlich.
-
Zwecks Minderung dieses Leistungsverlustes ist eine andere Kühivorrichtung
bekannt geworden, bei der die Drehzahl des
Ventilators durch eine
hydrodynamische 2Viskosekupplung" geregelt ist, welche zwischen Verbrennungskraftmaschine
und Ventilator eingebaut ist und durch einen Thermostaten gesteuert wird (US-PS
2 289 440). Diese bekannte Kühlvorrichw tung läßt zwar den Ventilator entsprechend
dem Kühlbedarf der Kraftmaschine langsamer oder schneller umlaufen hat aber den
Nachteil, daß sie einen aufwendigenD komplizierten Aufbau mit vielen Bauelementen
aufweist, und daß die Kupplung mit einer besonderen, hochviskosen Kupplungsflüssigkeit
gefüllt werden muß. Im Betrieb entstehen somit hohe Wartungskosten. Die innere Reibung
der Kupplungsflüssigkeit erzeugt eine schädliche Wärme sowie zusätzliche Reibungsverluste0
Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung
insbesondere für Verbrennungsw kraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, welche aus einer
Pumpe zum Fördern einer kühlenden Flüssigkeit in einer Hauptleitung von der Kraftmaschine
zu einem Kühler und zurück zur Kraftmaschine und einem Ventilator zum Luftkühlen
des Kühlers besteht, zu schaffen, die das vorgeschriebene Temperaturniveau der durch
die Kraftmaschine strömenden Flüssigkeit genau einhält, die eine dem veränderlichen
Kühlbedarf der Kraftmaschine selbsttätig angepaßte Leistungsaufnahme hat, und die
einfach und wirtschaftlich hergestellt und eingebaut werden kann Mit der erfindungsgemäßen
Kuhlvorriehtung wird erreicht, daß der Ventilator entsprechend der vorliegenden
Temperatur der Flüssigkeit durch den thermostatisch gesteuerten Fldssigkeits strom
in der Mebenßchlußleitung mehr oder weniger schnell ange-
trieben
wird. Dadurch sind die Kühlleistung des Ventilators und die Luftkühlung des Kühlers
dem Jeweiligen Kulbedarf der Kraftmaschine genau angepaßt> es entstehen also
keine schädlichen Verluste durch zu große Antriebsleistung des Ventilators bei Teillastbedingungen
bzw. bei großer Kühlung des Kühlers durch den Fahrwind der Fahrzeuges. Außerdem
läuft der Ventilator meistens mit einer Drehzahl, die unterhalb seiner für Vollast
ausgelegten hohen Drehzahl liegt, so daß lästiges Laufgeräusch vermieden wird.
-
Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird eine Kühlvorrichtung geschaffen,
bei der die Drehzahl des Ventilators stufenlos geregelt ist, indem ein an sich bekanntes,
durch Thermostat gesteuertes Dreiwegeventil mehr oder weniger Flüssigkeit durch
die Nebenschlußleitung zum Antrieb des Motors schickt.
-
Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 3 der Erfindung wird eine hohe
Ansprechbarkeit der Kühlvorrichtung auch für große Schwankungen des Kühlbedarfes
der Kraftmaschine geschaffen, weil der Flüssigkeitsstrom der Hauptleitung über die
Kurzschluß leitung gegenüber dem Kühler selbsttätig, das heißt durch den Thermostaten
des Dreiwegeventils der Kurzschlußleitung gesteuert, kurzgeschlossen werden kann.
Beim Anfahren der kalten Kraftmaschine erhält der Kühler keinen Flüssigkeitsstrom
von der Pumpe, so daß die Kraftmaschine in vorteilhafter Weise ihre ordentliche
Betriebstemperatur schnell erreicht, bevor der Flüssigkeitsstrom in der Kurzschlußleitung
durch das betreffende thermostatisch gesteuerte Dreiwegeventil selbsttätig gedrosselt
und ein Teil der von der Pumpe herkommenden Flüs-
sigkeit durch
den Kühler und bei entsprechend großem Kühlbedarf der Kraftmaschine, durch den hydrodynanischen
Motor zum Antrieb des Ventilators geschickt wird0 Durch die Ausgestaltung nach Anspruch
4 wird erreicht daß der Ventilator erst dann in Es trieb genommen werden kann» wenn
der Flüssigkeitsstrom in der Kurzschlußleitung durch das betreffende thermostatische
Dreiwegeventil abgedrosselt und dementsprechend der Gegendruck am Abströmende der
Metenm schlußleitung im wesentlichen weggenommen ist0 Dadurch werden Leistungsverluste
vermieden die durch Drehen des Ventilators vor dem Schließen der Kurzschlußleitung
entstehen könnten.
-
In einfacher Weise wird der hydrodynamische Motor gemaß der Ausgestaltung
nach Anspruch 5 durch eine Flüssigkeitsturbine gebildet, die über eine Welle mit
dem Ventilator starr verbunden sein kann.
-
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung wird in der nachfolgenden Beschreibung
zweier Ausführungsbeis-piele» die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
-
Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung
für die Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, und Fig. 2 eine schematische
Darstellung einer abgeänderten Kühlvorrichtung für die Verbrennungskraftinaschine
In einem Kraftfahrzeug.
-
In Figur 1 ist mit 1 ein Pumpe bezeichnet, die kühlende Flüssigkeit
in der Hauptleitung 2 von der Verbrennungskraftmaschine 3 zum Kühler 4 und zurück
zur Verbrennungskraftmaschine 3 eines Kraftfahrzeuges (nicht gezeigt) pumpt und
somit eine umlaufende Bewegung der Flüssigkeit, zum Beispiel Kühlwasser, in dieser
Hauptleitung 2 schafft, deren Bewegungsriohtung durch den Pfeil 5 angedeutet ist.
Im Kühler 4, welcher sowohl durch den Fahrwind 6 als auch durch den Ventilator 7
mit Luft gekühlt werden kann, erfolgt eine Rückkühlung der durch die Hauptleitung
2 herangeführten Flüssigkeit.
-
Die Nebenschlußleitung 8 ist über ein vor dem Kühler 4 befindliches,
an sich bekanntes thermostatisches Dreiwegeventil 9 mit der Hauptleitung 2 direkt
verbunden und miindet auch vor dem Kühler wieder in die Hauptleitung 2. Entsprechend
der Größe der Temperatur der von der Pumpe 1 in der Hauptleitung 2 herangeführten
Flüssigkeit wird eine mehr oder weniger große Menge der Flüssigkeit durch das Dreiwegeventil
9 in die parallel zur Hauptleitung 2 geschaltete Nebenschlußleitung 8 geschickt.
-
In der Nebenschlußleitung 8 ist ein hydrodynamischer Motor 10, der
als Flüssigkeitsturbine ausgebildet sein kann, vorhanden, der über eine Welle 11
den Ventilator 7 zum Luftkühler des Kühlers 4 antreibt.
-
I vorliegenden Fall ist noch eine dem Kühler 4 umgehende Kurzschlußleitwig
12 zwischen der Pumpe 1 und der von der Pumpe 1 aus in Strbuungrichtung gelegenen
Abzweigung der Nebenschlußleitung 8 angeschlossen. Die Abzweigung wird durch ein
weiteres
an sich bekanntes thermostatisches Dreiwegeventil 13 gebildet
Dieses Dreiwegeventil 13 sperrt in an sich bekannter Weise den Zustrom von Flüssigkeit
zum Kühler 4, wenn die Flüssigkeit bzw die Verbrennungskraftmaschine 9 ihre vorgeschriebene
Betriebs temperatur, zum Beispiel beim Kaltstart, noch nicht erreicht hat, so daß
die gesamte von der Pumpe 1 herkommende Flüssigkeit über die Kurzschlußleitung 12
ohne Rückkühlung zurück in die Verbrennungskraftmaschine 3 geschickt wird.
-
Erst wenn diese Flüssigkeit nach dem Start der Verbrennungs kraftmaschine
eine bestimmte Betriebstemperatur erreicht hat» gibt das Thermostat-gesteuerte Dreiwegeventil
13 die Hauptleltung 2 zum Kühler 4 selbsttätig frei und drosselt gleichzeitig den
Flüssigkeitsstrom in der Kurzschlußleitung 12o Nun wird die durch den Kühler strömende
Flüssigkeit rückgekühlt.
-
Bei weiterem Anstieg der Betriebs temperatur wird die Kurzschluß leitung
12 geschlossen, so daß die gesamte von der Pumpe 1 herkommende Flüssigkeit durch
die Hauptleitung 2 zum Kühler 4 und von dort zurück zur Verbrennungskraftmaschine
3 strömt Die Rüok1ühi»Irkung des Kühlers 4 hängt im großen Maße von der Geschwindigkeit
und der Temperatur des kühlenden Fahrwindes 6 ab und kann dementsprechend in weiten
Grenzen schwanken Falls also die Betriebs temperatur der Flüssigkeit vor dem KWho
ler 4infolge unzureichender Kühlung durch den Fahrwind 6 etwas über den optimalen
Betriebswert zu steigen beginnt, öffnet das thermostatische Dreiwegeventil 9D so
daß ein Teil der von der
Pumpe 1 herkonirndcn Flüssigkeit durch
die Nebenschlußleitung 8 strömt und die Flüsai&ke2'tsturbine 10 zum Antreiben
des Ventilators 7 in Bewegung setzt Dadurch wird der Kühler 4 Jetzt (zusätzlich
zum Fahr-ind) vor Ventilator 7 gekühlt. Je höher die Temperatur der Flüssigkeit
steigt, desto mehr öffnet das Dreiwegeventil 9 un2 desto schneller dreht der von
der Flüssigkeitsturbine 10 angetriebene Ventilator 7. Die Betriebstemperatur der
Flüssigkeit schwankt also trotz unterschiedlocher wechselnder BetrIebs- bzw. Fahrbedingungen
des Kraftfahrzeuges In vorteilhaft engen Grenzen. Dabei ist eine gefährliche Überhitzung
der Verbrennungskraftmaschine 3 durch unvollständige Rückkühlung der kühlenden Flüssigkeit
sicher verhindert.
-
Überdies sind keine besonderen Antrlebselemente, zum Beispiel Keilriemtriebelemente,
für den Ventilator vorzusehen, denn die Pumpe 1 dient sowohl der Erzeugung der Umlaufbewegung
der kühlenden Flüssigkeit, als auch dem hydrodynamischen Antrieb des Ventilators
7. Also kann die vorliegende Kühlvorrichtung einfach und wirtschaftlich hergestellt
und eingebaut werden.
-
In Figur 2 ist eine abgeänderte Kühlvorrichtung für die Verbrennungskraft:naschlne
3 eines Kraftfahrzeuges gezeigt, die ähnlich wie die in Figur 1 dargestellte Kühlvorrichtung
gebaut ist, jedoch eine Nebenschlußleitung 14 aufweist, deren Abzweigung In Strömungsriehtung
der Flüssigkeit gesehen, nach dem Kühler 4 angeordnet und deren Abströmende über
die Kurzschlußleitung 12 mit der Hauptleitung 2 verbunden ist Im übrigen ist die
Abzweigung wieder durch ein an sich bekanntes Ther-
mostat-gesteuertes
Dreiwegeventil 15 gebildete welches entsprechend der Temperatur der durch die Hauptleitung
2 strömenden Flüssigkeit mehr oder weniger Flüssigkeit zur Nebenechlußleitunz 14
abzweigt, so daß die Flüssigkeitsturbine 10 gemaß dem Kühlbedarf der Verbrennungskraftmaschine
9 verschieden schnell angetrieben wird.
-
Sobald das thermostatisch steuernde Dreiwegeventil 13 der Kurzschlußleitung
12 bei Erreichen der normalen Betriebs-temperatur schließt, wird die gesamte von
der Pumpe 1 herkommende Flüssigkeit durch den Kühler 4 gepumpt. Wenn die aus den
K'iIhler 4 austretende Flüssigkeit infolge unzureichender BUckkühlung noch eine
überhöhte Temperatur hat; spricht das Dreiwegeventil 15 an und zweigt einen Teil
des FlUssigkeitsstromes in die Nebenschlußleitung 14 zur Inbetriebnahme der PlUssigkeitsturbine
10 und des mit diesem starr gekoppelten Ventilators 7 ab. Dadurch wird der Kühler
4 zusätzlich zum Fahr wind 6 durch den Ventilator 7 gekühlt, so daß die Temperatur
der Flüssigkeit nach dem Kühler 4 nicht weiter ansteigen kann.
-
Je mehr Flüssigkeit vom thermostatisch gesteuerten Dreiwegeventil
15 in die Nebenschlußleitung 14 abgezweigt wird, desto schneller treibt die Flüssigkeitsturbine
10 den Ventilator 7, so daß die Kühlwirkung und somit auch die Leistungsaufnahme
des Ventilators 7 dem veränderlichen Kühlbedarf der Verbrennungs kraftmaschine 3
selbsttätig angepaßt ist. Dabei kann die Flüssigkeit der Nebenschlußleitung 14 über
die Kurzschlußleitung 12 in die vom Kühler 4 herkonmende Hauptleitung 2 ungehindert
abströmen, weil das Dreiwegeventil 13 die Kurzschlußleitung 12 infolge thermostatischer
Steuerung geschlossen und somit von
der direkten Beaufschlagung
durch die Pumpe 1 vor dem Kühler 4 befreit hat.
-
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung hat den großen Vorteil, daß mit
ihr das vorgeschriebene Temperaturniveau der durch die Kraftmaschine strömenden
Flüssigkeit auch bei veränderlichen Kühlbedarf der Kraftmaschine genau eingehalten
werden kann, wobei diese eine dem veränderlichen Kiihlbedarf der Kraftmaschine selbsttätig
angepaßte Leistungsaufnahme hat.
-
Im Rahmen des Erfindungsgedankens können die zwei vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele abgewandelt werden. Zum Beispiel muß das Dreiwegeventil der
Nebenschlußleitung nicht an ihrem Einströmende angebracht sein, vielmehr kann dieses
stattdessen die Nebenschlußleitung an ihrem Ausströmende mit der Hauptleitung verbinden.
-
Ebenso kann das Dreiwegeventil der Kurzschlußleitung bei entsprechender
Schaltung - Öffnen der vom KUhler herkommenden Hauptleitung nach Erreichen der Betriebstemperatur
der kUhlenden Flüssigkeit - an ihrem Ausströmende angeordnet sein.