EP2245305B1 - Nutzfahrzeug mit einem gekühlten kompressor und verfahren zum kühlen eines kompressors - Google Patents

Nutzfahrzeug mit einem gekühlten kompressor und verfahren zum kühlen eines kompressors Download PDF

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EP2245305B1
EP2245305B1 EP09703550A EP09703550A EP2245305B1 EP 2245305 B1 EP2245305 B1 EP 2245305B1 EP 09703550 A EP09703550 A EP 09703550A EP 09703550 A EP09703550 A EP 09703550A EP 2245305 B1 EP2245305 B1 EP 2245305B1
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B35/002—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for driven by internal combustion engines
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    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
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    • F04B41/06—Combinations of two or more pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries

Definitions

  • the air is deprived of the humidity in an air filter cartridge downstream of the compressor.
  • This air filter cartridge contains a desiccant that can extract moisture from the air only up to 80 ° C. Therefore, a lower maximum allowable temperature of 60 ° C is specified to allow effective drying.
  • the compressed air at the outlet opening of the piston chamber reaches temperatures of up to 320 ° C. At the outlet of the compressor itself, the temperature must not exceed 220 ° C. This results in the need to cool the air between the compressor and the air filter cartridge.
  • the compressor For cooling the compressor is therefore often resorted to an active cooling, wherein the cooling water circuit of the internal combustion engine is tapped to cool the compressor. This can be done very easily because the compressor is located close to the internal combustion engine.
  • the disadvantage here is that the cooling circuit of the internal combustion engine has a working temperature between 85 and 115 ° C, which is why in the region of the cylinder head only a cooling to 140 to 150 ° C can be achieved.
  • Modern commercial vehicles in particular those designed for future emission standards such as Euro 6, have an even higher working temperature of the cooling circuit in order to be able to achieve better exhaust gas values.
  • increasing the working temperature of the refrigeration cycle simultaneously increases the temperature attainable in cooling the compressed air.
  • the invention has for its object to provide a commercial vehicle with a cooled compressor and a method for operating a compressor, in particular, no long cooling line between the compressor and an air filter cartridge is necessary.
  • the generic method for operating a compressor is further developed by the fact that the compressor is cooled by a second cooling circuit, and that the hydraulic pump downstream of the compressor is also cooled by the second Brunlniklauf.
  • FIG. 1 shows a simple schematic representation of a commercial vehicle with a drive motor, wherein the drive motor also drives a compressor.
  • the illustrated utility vehicle 10 is driven by the drive motor 14 driven, which is cooled by a first cooling circuit 12 with a first heat exchanger 22.
  • a compressor 16 and a compressor 16 downstream hydraulic pump 20 is driven by the drive motor 14.
  • the compressor 16 is cooled by a second cooling circuit 18 with a second heat exchanger 26, wherein the second cooling circuit 18 further cools another unit 30.
  • the first heat exchanger 22 and the second heat exchanger 26 are blown by a first fan 24 and a second fan 28 to increase the cooling capacity.
  • FIG. 2 shows a simple schematic representation of a commercial vehicle according to the invention with a drive motor, wherein the drive motor also drives a compressor.
  • the hydraulic pump 20 is also cooled by the second cooling circuit 18, wherein the cooling of the hydraulic pump 20 is parallel to the cooling of the compressor 16.
  • a linear coupling of the hydraulic pump 20 in the second cooling circuit is also conceivable.
  • the further unit 30 may be, for example, a motor control for the drive motor 14, wherein the electronic components of such a motor control are naturally sensitive to heat and therefore require appropriate cooling.
  • a low operating temperature of the second cooling circuit 18 of, for example, 50 ° C
  • a high temperature gradient arises between the air compressed in the compressor 16 and the coolant circulating in the second cooling circuit 18.
  • This large temperature gradient allows efficient heat transfer from the heated compressed air on the cooler coolant.
  • the compressed air can be cooled more than when using the warmer first cooling circuit 12, the operating temperature between 85 and 115 ° C or even higher.
  • the better cooling of the compressor in particular the cylinder walls of the compressor, also reduces the ejection of oil and thereby also allows easier preparation of the compressed air.

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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug mit einem über einen ersten Kühlkreislauf gekühlten Antriebsmotor und einem Kompressor zur Drucklufterzeugung, wobei der Kompressor über den Antriebsmotor antreibbar ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Kompressors zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs mit einem über einen ersten Kühlkreislauf gekühlten Antriebsmotor, wobei der Kompressor über den Antriebsmotor angetrieben wird.
  • Moderne Nutzfahrzeuge, die auf der Schiene oder der Stra-βe eingesetzt werden, weisen viele Druckluft verbrauchende Teilsysteme auf, deren Luftbedarf durch eine Druckluftversorgungseinrichtung sichergestellt wird. Die Druckluftversorgungseinrichtung umfasst üblicherweise einen Kompressor, der Umgebungsluft ansaugt und komprimiert, sowie weitere Komponenten zur Aufbereitung der Druckluft für die nachgeschalteten Verbraucher. Angetrieben wird der Kompressor normalerweise direkt von der in dem Nutzfahrzeug angeordneten Verbrennungsmaschine, die auch für den Vortrieb des Fahrzeugs verwendet wird. Bei der Komprimierung der Umgebungsluft erwärmt sich die komprimierte Luft mitsamt dem Kompressor stark, weshalb der Zylinderkopf des Kompressors gemeinsam mit der Zylinderwand des Kompressors gekühlt werden muss, um eine Überhitzung zu vermeiden und idealerweise die Lufttemperatur am Kompressorausgang möglichst niedrig zu halten. Dies ist hinsichtlich der weiteren Aufbereitung der Druckluft, insbesondere der Lufttrocknung vorteilhaft. Üblicherweise wird der Luft die Luftfeuchtigkeit in einer dem Kompressor nachgeschalteten Luftfilterpatrone entzogen. Diese Luftfilterpatrone enthält ein Trocknungsmittel, das nur bis maximal 80 °C der Luft Feuchtigkeit entziehen kann. Daher wird eine geringere maximal zulässige Temperatur von 60 °C angegeben, um eine effektive Trocknung zu ermöglichen. Bei der Komprimierung im Kompressor erreicht die komprimierte Luft an der Austrittsöffnung des Kolbenraumes jedoch Temperaturen von bis zu 320 °C. Am Ausgang des Kompressors selbst darf die Temperatur 220 °C nicht überschreiten. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Luft zwischen dem Kompressor und der Luftfilterpatrone abkühlen zu müssen.
  • Zu diesem Zweck wird bei dem Stand der Technik eine Druckleitung mit mehreren Metern Länge verwendet, wobei sich die erhitzte Druckluft während des Durchströmens der Druckleitung vom Kompressor zur Luftfilterpatrone ohne weitere Kühlmaßnahmen abkühlen kann. Nachteilig hierbei ist der Druckverlust durch die lange Leitung und der bauliche Aufwand den die Druckleitung selbst verursacht, weshalb man versucht, diese Leitung so kurz wie möglich zu halten.
  • Zur Kühlung des Kompressors wird deshalb oft auf eine aktive Kühlung zurückgegriffen, wobei der Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors zur Kühlung des Kompressors angezapft wird. Dies kann sehr einfach geschehen, da der Kompressor nahe bei der Verbrennungsmaschine angeordnet ist. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass der Kühlkreislauf der Verbrennungsmaschine eine Arbeitstemperatur zwischen 85 und 115 °C aufweist, weshalb im Bereich des Zylinderkopfs nur eine Abkühlung auf 140 bis 150 °C erreicht werden kann.
  • Moderne Nutzfahrzeuge, insbesondere solche, die für kommende Abgasnormen wie Euro-6 ausgelegt sind, haben eine noch höhere Arbeitstemperatur des Kühlkreislaufs, um bessere Abgaswerte erreichen zu können. Die Erhöhung der Arbeitstemperatur des Kühlkreislaufs erhöht jedoch gleichzeitig die bei der Kühlung der komprimierten Luft erreichbare Temperatur.
  • Das Dokument US 5056601 A offenbart ein Nutzfahrzeug mit einem gekühlten Kompressor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nutzfahrzeug mit einem gekühlten Kompressor und ein Verfahren zum Betreiben eines Kompressors bereitzustellen, wobei insbesondere keine lange Kühlleitung zwischen dem Kompressor und einer Luftfilterpatrone notwendig ist.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Nutzfahrzeug dadurch auf, dass ein zweiter Kühlkreislauf vorgesehen ist, mit dem der Kompressor gekühlt wird. Die Verwendung eines zweiten Kühlkreislaufs zur Kühlung des Kompressors entkoppelt die bei der Kühlung des Kompressors erreichbare Temperatur der komprimierten Luft vollständig von der Arbeitstemperatur des ersten Kühlkreislaufs, der den Antriebsmotor kühlt.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Hydraulikpumpe in dem Nutzfahrzeug vorgesehen ist, die dem Kompressor nachgeordnet ist und auch über den zweiten Kühlkreislauf kühlbar ist. Auch die Hydraulikpumpe eines modernen Nutzfahrzeugs kann vorteilhafterweise kühlbar sein, um einer vorzeitigen Alterung einer verwendeten Hydraulikflüssigkeit vorzubeugen. Eine Reduzierung der in der Hydraulikpumpe auftretenden Temperaturspitzen wirkt sich daher positiv auf die Wartungsintervalle des Nutzfahrzeugs aus.
  • Nützlicherweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Betriebstemperatur des zweiten Kühlkreislaufs verschieden von der Betriebstemperatur des ersten Kühlkreislaufs ist. Ist beispielsweise die Betriebstemperatur des zweiten Kühlkreislaufs kleiner als die Betriebstemperatur des ersten Kühlkreislaufs, so ist eine geringere Temperatur der von dem Kompressor komprimierten Luft erreichbar.
  • Das gattungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kompressors wird dadurch weiterentwickelt, dass der Kompressor über einen zweiten Kühlkreislauf gekühlt wird, und dass die dem Kompressor nachgeordnete Hydraulikpumpe ebenfalls über den zweiten Künlkreislauf gekühlt wird.
  • Auf dieser Grundlage werden die Vorteile und Besonderheiten auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt.
  • Dieses wird nützlicherweise dadurch weiterentwickelt, dass der zweite Kühlkreislauf auf einer Betriebstemperatur gehalten wird, die verschieden von der Betriebstemperatur des ersten Kühlkreislaufs ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine einfache illustrative schematische Darstellung eines Nutzfahrzeugs mit einem Antriebsmotor, wobei der Antriebsmotor auch einen Kompressor antriebt und
    Figur 2
    eine einfache schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nutzfahrzeugs mit einem Antriebsmotor, wobei der Antriebsmotor auch einen Kompressor antreibt.
  • In den folgenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Teile.
  • Figur 1 zeigt eine einfache schematische Darstellung eines Nutzfahrzeugs mit einem Antriebsmotor, wobei der Antriebsmotor auch einen Kompressor antreibt. Das dargestellte Nutzfahrzeug 10 wird von dem Antriebsmotor 14 angetrieben, der von einem erster Kühlkreislauf 12 mit einem ersten Wärmetauscher 22 gekühlt wird. Über eine Welle 32 wird ein Kompressor 16 und eine dem Kompressor 16 nachgeordnete Hydraulikpumpe 20 vom dem Antriebsmotor 14 angetrieben. Der Kompressor 16 wird von einem zweiten Kühlkreislauf 18 mit einem zweiten Wärmetauscher 26 gekühlt, wobei der zweite Kühlkreislauf 18 weiterhin ein weiteres Aggregat 30 kühlt. Der erste Wärmetauscher 22 und der zweite Wärmetauscher 26 werden von einem ersten Lüfter 24 beziehungsweise einem zweiten Lüfter 28 zur Erhöhung der Kühlleistung angeblasen.
  • In dieser nicht erfindungsgemäßen Ausführung wird die Hydraulikpumpe 20 nicht über den zweiten Kühlkreislauf gekühlt.
  • Figur 2 zeigt eine einfache schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Nutzfahrzeugs mit einem Antriebsmotor, wobei der Antriebsmotor auch einen Kompressor antreibt. Im Unterschied zur Figur 1 wird bei Figur 2 die Hydraulikpumpe 20 ebenfalls durch den zweiten Kühlkreislauf 18 gekühlt, wobei die Kühlung der Hydraulikpumpe 20 parallel zur Kühlung des Kompressors 16 erfolgt. Eine lineare Einkopplung der Hydraulikpumpe 20 in den zweiten Kühlkreislauf ist jedoch auch denkbar.
  • Da der erste Kühlkreislauf 12 und der zweite Kühlkreislauf 18 vollständig voneinander entkoppelt sind, kann die Betriebstemperatur des zweiten Kühlkreislaufs 18 durch Veränderung der Kühlkapazität des zweiten Wärmetauschers 26 angepasst werden. Eine zusätzliche Möglichkeit zur Beeinflussung existiert über die Wahl der Drehzahl des zweiten Lüfters 28.
  • Bei dem weiteren Aggregat 30 kann es sich beispielsweise um eine Motorsteuerung für den Antriebsmotor 14 handeln, wobei die elektronischen Komponenten einer solchen Motorsteuerung naturgemäß hitzeempfindlich sind und daher einer entsprechenden Kühlung bedürfen. Durch Wahl einer niedrigen Betriebstemperatur des zweiten Kühlkreislaufs 18 von beispielsweise 50 °C entsteht ein hoher Temperaturgradient zwischen der in dem Kompressor 16 komprimierten Luft und dem in dem zweiten Kühlkreislauf 18 zirkulierenden Kühlmittel. Dieser große Temperaturgradient ermöglicht eine effiziente Wärmeübertragung von der erhitzten komprimierten Luft auf das kühlere Kühlmittel. Insbesondere kann auf diese Weise die komprimierte Luft stärker abgekühlt werden als bei Verwendung des wärmeren ersten Kühlkreislaufs 12, dessen Betriebstemperatur zwischen 85 und 115 °C oder noch darüber liegt. Vorteilhafterweise reduziert die bessere Kühlung des Kompressors, insbesondere der Zylinderwände des Kompressors, auch den Ölauswurf und ermöglicht dadurch auch eine leichtere Aufbereitung der komprimierten Luft.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Nutzfahrzeug
    12
    erster Kühlkreislauf
    14
    Antriebsmotor
    16
    Kompressor
    18
    zweiter Kühlkreislauf
    20
    Hydraulikpumpe
    22
    erster Wärmetauscher
    24
    erster Lüfter
    26
    zweiter Wärmetauscher
    28
    zweiter Lüfter
    30
    weiteres Aggregat
    32
    Welle

Claims (4)

  1. Nutzfahrzeug (10) mit einem über einen ersten Kühlkreislauf (12) gekühlten Antriebsmotor (14) und einem Kompressor (16) zur Drucklufterzeugung, wobei der Kompressor (16) über den Antriebsmotor (14) antreibbar ist, und wobei ein zweiter Kühlkreislauf (18) vorgesehen ist, mit dem der Kompressor (16) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydraulikpumpe (20) in dem Nutzfahrzeug (10) vorgesehen ist, die dem Kompressor (16) nachgeordnet und ebenfalls von dem Antriebsmotor (14) antreibbar ist und die über den zweiten Kühltkreislauf (18) kühlbar ist.
  2. Nutzfahrzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur des zweiten Kühlkreislaufs (18) verschieden von der Betriebstemperatur des ersten Kühlkreislaufs (12) ist.
  3. Verfahren zum Betreiben eines Kompressors (16) zur Druckluftversorgung eines Nutzfahrzeugs (10) mit einem über einen ersten Kühlkreislauf (12) gekühlten Antriebsmotor (14), wobei der Kompressor (16) über den Antriebsmotor (14) angetrieben wird, und wobei der Kompressor (16) über einen zweiten Kühlkreislauf (18) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydraulikpumpe (20) in dem Nutzfahrzeug (10) vorgesehen wird, die dem Kompressor (16) nachgeordnet wird, ebenfalls von dem Antriebsmotor (14) angetrieben wird, und die über den zweiten Kühlkreislauf (18) gekühlt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf (18) auf einer Betriebstemperatur gehalten wird, die verschieden von der Betriebstemperatur des ersten Kühlkreislaufs (12) ist.
EP09703550A 2008-01-22 2009-01-13 Nutzfahrzeug mit einem gekühlten kompressor und verfahren zum kühlen eines kompressors Not-in-force EP2245305B1 (de)

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EP2245305A1 EP2245305A1 (de) 2010-11-03
EP2245305B1 true EP2245305B1 (de) 2012-03-21

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