DE4206051A1

DE4206051A1 - Kuehlanlage eines kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE4206051A1
Application number: DE19924206051
Authority: DE
Inventors: Kurt Hauser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-09-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für Brennkraftmaschinen zum Antrieb eines Fahrzeuges, insbesondere für Pkw mit hoher Motorleistung und Innenraumklimatisierung, bestehend aus einem oder mehreren Wärmeaustauschern (Kühler, Kondensatoren) und einem oder mehreren vom Verbrennungsmotor angetriebenen Axial lüftern.

Fahrzeuge dieser Gattung sind in der Regel mit einem mechanisch angetriebenen, hinter dem Kühler angeordneten Axiallüfter sowie einem vor dem Kondensator installierten Elektrolüfter ausgerü stet. Der mechanisch angetriebene Lüfter ist gewöhnlich mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung kombiniert (Viskoselüfter), um die Lüfterdrehzahl im oberen Fahrbereich mit Staudruckunter stützung auf Werte zwischen 2000 und 4000/min zu begrenzen.

Der Elektrolüfter sorgt für eine ausreichende Kühlung bei Mo torleerlauf und Bergfahrt (niedrige Drehzahl des mechanisch angetriebenen Motorlüfters). Die Leistungsaufnahme des Elektro lüfters beträgt bei der beschriebenen Fahrzeuggattung jedoch 300 bis 600 W, wodurch das elektrische Bordnetz erheblich bela stet wird.

Um auf den Elektrolüfter verzichten zu können, müßte der Visko selüfter im unteren Fahrbereich mit wesentlich höherer Drehzahl angetrieben werden. Dies hätte jedoch zur Folge, daß die Visko sekupplung bei höheren Fahrgeschwindigkeiten bzw. Motordrehzah len infolge der hohen Schlupfleistung thermisch überlastet wür de. Deshalb wurde vorgeschlagen, die Antriebsdrehzahl durch ein schaltbares Getriebe bei hohen Motordrehzahlen zu reduzieren (z. B. 2stufiger Hochtrieb DE OS 23 03 562). Nachteilig ist jedoch der damit verbundene hohe Bauaufwand und der sehr häufig auftretende Schaltstoß (Komforteinbuße, hohe mechanische Bela stung). Außerdem ist zum Antrieb eine weitere Riemenebene mit entsprechendem Platzbedarf erforderlich.

Ein anderer Vorschlag sieht die Verwendung eines hydrostati schen Lüfterantriebes vor. Dieser kann bezüglich Kühlleistung in allen Fahrbereichen als optimal angesehen werden, der Ko stenaufwand ist jedoch trotz Fortfall des Elektrolüfters so be trächtlich, daß z. Z. nur Fahrzeuge mit quer eingebautem Motor hiermit ausgerüstet werden (z. B. Toyota Camry).

Bei Fahrzeugen der erwähnten Gattung ergeben sich zwangsläufig hohe Motorraum- und Bauteiltemperaturen, bedingt durch das Ein strömen der heißen Kühlluft in den Motorraum. Die Dauerhaltbar keit temperaturempfindlicher Bauteile kann dadurch erheblich verringert werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlanlage mit einem vom Verbrennungsmotor angetriebenen Axiallüfter zu schaffen, bei der trotz Wegfall des Elektrolüfters in allen Fahrbereichen eine ausreichende Kühlwirkung gewährleistet ist und gleichzei tig hohe Motorraumtemperaturen vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch und den Unteransprüchen genannten Merkmale gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Kühlanlage ist der Axiallüfter vor dem Kühler bzw. Kondensator angeordnet und über ein elastisches Antriebselement mit dem Verbrennungsmotor (z. B. dessen Wasser pumpenwelle) verbunden. Zur Erzielung einer hohen Luftleistung im unteren und mittleren Motordrehzahlbereich ist zwischen Mo tor und Axiallüfter ein Getriebe mit festem Übersetzungsver hältnis i < 1 (ins Schnelle) vorgesehen und der Axiallüfter mit einer Viskosekupplung ausgerüstet. Da der Viskoselüfter auf der "kalten" Seite des Kühlers angeordnet ist, kann für die Visko sekupplung eine wesentlich höhere Schlupfleistung zugelassen werden. Die vorgeschlagene Lüfteranordnung hat außerdem den Vorteil, daß der Axiallüfter ein um 10 bis 15% höheres Luftge wicht fördert als bei Anordnung hinter dem Kühler. Entsprechend erhöht sich die Kühlleistung beim "drückenden" Lüfter.

Die Verbindung zwischen Motor und Lüfter erfordert allerdings einen Durchbruch in den Wärmeaustauschern bzw. eine entspre chende Anordnung des Kühlers und Kondensators neben- bzw. über einander. Die Spaltfläche des Durchbruches kann rechts und links von der Antriebswelle mit zusätzlichen Wärmeaustauschern (z. B. für Getriebe- bzw. Hydrauliköl) ausgefüllt werden, so daß kaum Übertragungsfläche verlorengeht. Gleichzeitig kann auch das Übersetzungsgetriebe des Lüfters dort untergebracht werden.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird eine zusätz liche Viskosekupplung auf der Motorantriebswelle - z. B. Was serpumpenwelle - angeordnet, welche die Antriebsdrehzahl der Wasserpumpe und des Lüfters bei hohen Motordrehzahlen begrenzt. Dadurch wird sowohl die Leistungsaufnahme der Wasserpumpe als auch des Lüfters verringert. In diesem Fall ist es zweckmäßig, den erwähnten Durchbruch zwischen den Wärmeaustauschern zumin dest teilweise als Kühlluftkanal auszubilden, der Kaltluft auf die motorseitige Viskosekupplung leitet, so daß deren Schlupf wärme problemlos abgeführt werden kann.

Zur Erhöhung der Kühlluftmenge kann fernerhin auf der Antriebs welle des Viskoselüfters ein zusätzlicher Axiallüfter hinter den Wärmeaustauschern angeordnet werden. Dieser kann z. B. so ausgebildet sein, daß er den vor den Wärmeaustauschern instal lierten Lüfter nur im Nabenbereich (mit geringerer Förderwir kung) unterstützt, also im Durchmesser kleiner ausgeführt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist hinter den Wärme austauschern ein Abströmschacht angeordnet, der die heiße Kühl luft direkt nach unten ableitet. Dadurch werden hohe Motorraum temperaturen vermieden. Der Schacht hemmt gleichzeitig die Ab strahlung des Motorgeräusches nach vorne, was im Hinblick auf zukünftige Geräuschgrenzwerte von Vorteil ist. (Bei herkömmli chen Kühlanlagen mit einem leistungsstarken, "saugenden" Axial lüfter mit großem Durchmesser und entsprechender Bautiefe würde die Anordnung eines Abströmschachtes zu einer sehr starken Drosselung des Kühlluftstromes führen).

Bei erfindungsgemäßer Verwendung eines "drückenden" Lüfters kann zusätzlich ein Kaltluftstrom abgezweigt und gezielt in den Motorraum zu besonders kritischen Bauteilen geführt werden.

Den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Kühlanlage zeigt Fig. 1. Von der Antriebswelle 1 eines Verbrennungsmotors (z. B. Wasserpumpenwelle) wird über eine elastische Kupplung 2 und ein Getriebe 4 (i < 1) ein Axiallüfter 3 angetrieben. Der Lüfter 3 ist vor den Wärmeaustauschern 5, 5′ und 6, 6′ (Konden sator, Kühler) angeordnet. Die Wärmeaustauscher 5, 5′ und 6, 6′ sind so ausgebildet bzw. angeordnet, daß eine Antriebswelle zwischen Motor und Lüfter vorgesehen werden kann.

Der Axiallüfter 3 ist von einer Druckzarge 3′ umgeben, welche den Raum zwischen Lüfter 3 und Wärmeaustauschern 5, 5′ bzw. 6, 6′ "luftdicht" abschließt. Von der Druckzarge 3′ kann ein Kühl luftkanal 8 zum Motorraum führen.

Hinter den Wärmeaustauschern ist ein Abströmschacht 7 angeord net, welcher die aufgewärmte Kühlluft nach unten zur Fahrbahn leitet. Dadurch wird eine zusätzliche Aufheizung des Motorrau mes bzw. der Motorbauteile vermieden.

Zur Unterstützung des Axiallüfters 3 kann hinter den Wärmeaus tauschern 5, 5′ und 6, 6′ ein zusätzlicher Axiallüfter 9 angeord net sein, welcher von der gleichen Welle, jedoch ohne Überset zung ins Schnelle angetrieben wird. Dieser Zusatzlüfter 9 kann im Durchmesser kleiner und mit geringerer Bautiefe als der Hauptlüfter 3 ausgebildet sein. Er soll in erster Linie dazu dienen, den Lüfter 3 im inneren Bereich (Nabe) zu unterstützen.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Wärmeaustauscher in der Frontan sicht. Das Getriebe 4 ist im Spalt zwischen den Wärmeaustau schern 5, 5′ und 6, 6′ angeordnet. Rechts und links vom Getriebe 4 (mit Antriebswelle 4′ und Abtriebswelle 4′′) können weitere Wärmeaustauscher 11 und 12 untergebracht werden, so daß nur ein geringer Flächenverlust entsteht.

Der Kühlkanal 10 in Fig. 2 führt Kaltluft zur Viskosekupp lung 1′ auf der Motorantriebswelle 1 (Fig. 1).

Das Getriebe 4 kann selbstverständlich auch vor den Wärmeaus tauschern 5, 5′ und 6, 6′ angeordnet sein. In diesem Fall genügt ein schmaler Spalt zwischen den Wärmetauschern 5, 5′ und 6, 6′, um die Antriebswelle 4′ unterbringen zu können. Dabei kann die La ge der Abtriebswelle 4′′ so gewählt werden, daß diese mittig zu den Kühlern liegt, was die Kühlerbeaufschlagung begünstigt (Fig. 3).

Bezeichnungen

1 Motorantriebswelle
1′ Viskosekupplung
2 Elastische Kupplung
3 Lüfter
3′ Lüfterzarge (Druckzarge)
4 Getriebe
4′ Getriebeantriebswelle
4′′ Getriebeabtriebswelle
5, 5′ Wärmeaustauscher (z. B. Kundensetor)
6, 6′ Wärmeaustauscher (z. B. Wasserkühler)
7 Abströmschacht
8 Kaltluftkanal zum Motorraum
9 Zusätzlicher Axiallüfter hinter dem Kühler
10 Kaltluftschacht zur Viskosekupplung auf der Antriebswelle
11 Zusätzlicher Wärmeaustauscher
12 Zusätzlicher Wärmeaustauscher

Claims

1. Kühlanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeu ges, insbesondere für Pkw mit hoher Motorleistung und Kli matisierung, bestehend aus einem oder mehreren Wärmeaus tauschern (Kühler/Kondensator) und einem Axiallüfter, ge kennzeichnet durch folgende Merkmale:

- Der Axiallüfter ist vor dem bzw. den Wärmeaustauschern angeordnet und wird über ein Getriebe mit Übersetzung ins Schnelle vom Verbrennungsmotor angetrieben.
- Der oder die Wärmeaustauscher sind so ausgebildet bzw. angeordnet, daß eine direkte Antriebsverbindung zwi schen Axiallüfter und Verbrennungsmotor möglich ist.
- Der Axiallüfter ist mit einer drehzahlbegrenzenden Kupplung ausgerüstet (z. B. Viskosekupplung).
- Zwischen Axiallüfter und Motorantriebswelle ist ein elastisches Element angeordnet.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der motorseitigen Antriebswelle, insbesondere Wasser pumpenwelle, eine Schlupfkupplung (z. B. Viskosekupplung) angeordnet ist, welche die Antriebsdrehzahl bei hohen Mo tordrehzahlen begrenzt.

3. Kühlanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Antriebswelle angeordnete Schlupfkupplung durch einen Kaltluftstrom gekühlt wird, der - vom Axial lüfter kommend - durch Spalte zwischen den Wärmeaustau schern hindurchgeführt und über einen entsprechenden Schacht zur Kupplung geleitet wird.

4. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle ein weiterer Axiallüfter hinter dem bzw. den Wärmeaustauschern angeordnet ist.

5. Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Axiallüfter im Durchmesser und in der Bau tiefe kleiner als der vor dem bzw. den Wärmeaustauschern angeordnete Axiallüfter ausgeführt ist.

6. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgewärmte Kühlluft über einen hinter dem bzw. den Wärmeaustauschern angeordneten Schacht direkt nach unten (zur Fahrbahn) abströmt.

7. Kühlanlage nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem bzw. den Wärmeaustauschern ein Kaltluftstrom abgezweigt und direkt zu temperaturkritischen Bereichen im Motorraum geführt wird.