WO2014135559A1 - Kühlsystem, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Kühlsystem, insbesondere für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2014135559A1
WO2014135559A1 PCT/EP2014/054207 EP2014054207W WO2014135559A1 WO 2014135559 A1 WO2014135559 A1 WO 2014135559A1 EP 2014054207 W EP2014054207 W EP 2014054207W WO 2014135559 A1 WO2014135559 A1 WO 2014135559A1
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WO
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internal combustion
combustion engine
cooling
hydrodynamic coupling
cooling system
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/054207
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English (en)
French (fr)
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Dieter Laukemann
Werner Adams
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Voith Patent Gmbh
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    • 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
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/02—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air
    • F01P7/04—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio
    • F01P7/042—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio using fluid couplings
    • 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
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02—Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
    • F01P5/04—Pump-driving arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/002—Axial flow fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/022—Units comprising pumps and their driving means comprising a yielding coupling, e.g. hydraulic

Definitions

  • Cooling system in particular for a motor vehicle
  • the present invention relates to a cooling system for a motor vehicle for cooling an internal combustion engine.
  • the invention is also in
  • a water is usually the cooling medium leading cooling circuit of a cooling system
  • Cooling medium in particular cooling water to dissipate
  • the cooling system has a heat exchanger for cooling the cooling medium.
  • the heat exchanger is usually a water-air heat exchanger, which thus dissipates convective heat by means of an air flow.
  • Forced convection is assigned to the heat exchanger, a fan, which generates a guided through or over the heat exchanger air flow.
  • the fan is usually driven by the internal combustion engine.
  • viscous couplings are often used, which are usually arranged directly in the hub of the fan.
  • EP 1 611 325 B1 describes such a cooling system with a hydrodynamic coupling in the drive connection to the fan wheel, wherein the hydrodynamic coupling is designed to be controllable, in order to enable its
  • hydrodynamic clutch is close to the engine outside positioned the fan and is operated either with its own working medium supply system or with the cooling medium of the cooling circuit as the working medium.
  • DE 10 2007 056 492 B3 describes a in the hub of the fan wheel of a
  • Vehicle cooling system integrated hydrodynamic coupling.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a cooling system, in particular for a motor vehicle, for cooling an internal combustion engine, in which the hydrodynamic coupling can be integrated inexpensively. At the same time, the system should work reliably.
  • the present invention is characterized by a refrigeration system having the features of
  • a cooling system according to the invention for cooling an internal combustion engine has a cooling medium-carrying cooling circuit and an internal combustion engine positioned in its cooling circuit for cooling it.
  • the internal combustion engine can be positioned directly in the cooling circuit, that is flowed through by the cooling medium. In this case, a single singular cooling circuit can be provided. Alternatively, however, it is also possible to provide a secondary circuit, from the medium of the internal combustion engine is flowed through and gives off its heat to a primary cooling circuit of the cooling system.
  • a heat exchanger for cooling the cooling medium is provided so that the heat absorbed in the internal combustion engine can be dissipated to the environment.
  • the heat exchanger is associated with a corresponding fan, by means of which a cooling air flow can be generated.
  • the cooling air flow is usually passed through and / or over the heat exchanger, so that the above-mentioned forced convection takes place.
  • the fan wheel is connected to its drive in a drive connection with the
  • Combustion engine and in this drive connection is a drive power transmitted from the engine to the fan wheel hydrodynamic
  • Positioned clutch comprising an impeller and a turbine wheel, which together form a toroidal, filled with a working medium
  • the inventive solution not only a particularly compact design can be achieved, since now the fan can be set comparatively close to the engine, especially positioned on a power take-off of the same and carried by this, but also a seal of the hydrodynamic coupling or its leading the working medium
  • Systems can be simplified, especially if the engine oil, with which the internal combustion engine is lubricated, at the same time is the working medium of the hydrodynamic coupling. So that is from the hydrodynamic Clutch escaping working fluid, especially engine oil, collected by the engine and does not get into the environment.
  • the hydrodynamic coupling is integrated on a primary side of the internal combustion engine in this.
  • the primary page is one
  • the hydrodynamic coupling has a housing which encloses the impeller and the turbine wheel, and the housing in a
  • a further advantageous embodiment provides that the housing is formed by the impeller or the turbine wheel and a connected to this housing shell, which then the other bladed wheel (when the impeller is connected to the housing shell that
  • the housing is stationary.
  • the housing of the hydrodynamic coupling a For example, the housing of the hydrodynamic coupling a
  • lid body through which a bearing the impeller or standing in mechanical drive connection shaft and / or a turbine wheel bearing or with this in mechanical drive connection shaft is guided and stored in particular in this, and the lid body can in the inner wall and / or Outside wall of the engine to be plugged.
  • a lid body may also be provided, which is then not rotatably connected to the housing of the hydrodynamic coupling, but only the impeller shaft and / or the Turbinenradwelle carries, in particular by means of a bearing used in the lid body bearing.
  • the bearing may for example be a so-called fixed bearing, that is, an axial-radial bearing that receives both axial forces and radial forces from the corresponding shaft.
  • the lid body can sealingly seal an opening in the inner wall and / or the outer wall of the internal combustion engine Close, including by such embodiments are to be understood with a sealing element between the lid body and inner wall or outer wall and without sealing element between the lid body and the inner wall or outer wall.
  • the hydrodynamic coupling has a working medium inlet and a working medium outlet, wherein a working fluid flow adjusting valve is provided in the working medium inlet and / or in the working medium outlet in order thereby to control the degree of filling of the working space
  • the valve is in a particularly favorable embodiment of the outside of the internal combustion engine in the assembled state of the same accessible, that is, the valve can be accessed without disassembly or substantial disassembly of the engine, for example, to replace this, adjust and / or maintain.
  • the valve may be mounted in or on the lid body which is inserted into the wall of the internal combustion engine.
  • the hydrodynamic coupling is advantageously positioned as a freely sprayed coupling within the housing of the internal combustion engine, so that emerges from the Hämediumauslass working fluid via one or more openings in the clutch housing, in particular exhaust throttles, freely in a space within the motor housing.
  • the internal combustion engine has a power take-off, in particular on its primary side, to which the fan is connected in a drive connection, the fan is particularly supported by this power take-off, so within the engine, a gear drive is advantageously provided, the power take-off with the crankshaft of Internal combustion engine in a drive connection connects.
  • the hydrodynamic coupling can now be integrated into this gear drive, that is to say the drive power flow from the crankshaft passes through the hydrodynamic coupling and then into the gear drive and then to the power take-off or from the crankshaft into a first part of the gear drive through the hydrodynamic coupling back into the gear drive through a second part thereof and further to the power take-off or from the crankshaft into the gear drive, from this through the hydrodynamic coupling and then to the power take-off.
  • the gear drive can also be provided the drive of a camshaft of the internal combustion engine, with which the opening times of the cylinder valves of the internal combustion engine are controlled.
  • the impeller is the
  • Hydrodynamic coupling positioned on a pump shaft, and the turbine wheel of the hydrodynamic coupling is positioned on a turbine shaft.
  • the impeller shaft contributes to the drive a first pinion and the turbine shaft contributes to dissipate the drive power from the
  • Each of the two pinions can each with a relative to this larger gear, that is a gear with a larger number of teeth than the pinion in the gear drive a translation train, so that in the drive power flow from the gear train or from the crankshaft to the impeller a translation into the fast and from the turbine to the gear train or from the turbine to the power take-off a translation into slow is formed.
  • Combustion engine mounted, in particular fully assembled and then in the assembled state with its housing from the outside into the
  • Combustion engine are inserted, so to speak, as a preassembled unit.
  • the hydrodynamic coupling or the internal combustion engine may have the said lid body, which is inserted into a wall of the internal combustion engine, and advantageously a bearing for supporting the impeller shaft or the turbine shaft .
  • a second opposite to the first bearing positioned bearing, in particular as a floating bearing, that is pure
  • hydrodynamic coupling can then be used in a bearing mount
  • This bearing receptacle can by a rotating part, such as a gear, or a stationary part,
  • a wall of the engine to be formed For example, a wall of the engine to be formed.
  • the shaft of the hydrodynamic coupling can be plugged into a bearing in the internal combustion engine.
  • FIG. 1 is an internal combustion engine 20 in a schematic
  • Sectional view which has a primary side 21 and a secondary side 22.
  • a change gear 23 is connected, which is driven by means of the crankshaft 5 of the internal combustion engine, thus driving drive wheels of the motor vehicle (not shown), for example.
  • the internal combustion engine 20 has a motor housing 17, which encloses the components of the internal combustion engine 20 and is sealed from the environment oil-tight, so that the engine oil, which is used for lubrication of the internal combustion engine 20, does not get into the environment.
  • a lid body 14 is inserted in the motor housing 17.
  • This carries a first bearing 10 of the hydrodynamic coupling 18, whereas a second bearing 19 of the hydrodynamic coupling 18, which can be inserted as a preassembled unit 11 in the engine 20 and mounted in this, is inserted into a component of the internal combustion engine 20, here for example in a hub of the intermediate gear 7, via which the crankshaft 5 drives a camshaft 13 by means of a gear drive 25.
  • the intermediate wheel 7 is in turn mounted in the embodiment shown on a shaft which is mounted in the motor housing 17 in an inner or outer wall by the bearing 24.
  • the second bearing 19 of the hydrodynamic coupling 18 could be mounted directly in the motor housing 17.
  • the hydrodynamic coupling 18 has a bladed impeller 1 and a bladed turbine wheel 2, which together form the toroidal working chamber 26.
  • this working fluid is supplied via a working medium inlet and discharged through a Hämediumauslass from this.
  • a working medium inlet is formed in the illustrated embodiment by an inlet 8 in the lid body 14, in which a valve 12 is provided.
  • the valve 12 may be designed, for example, as a clocked open-close valve or as a proportional valve. From the inlet 8, the working fluid of the hydrodynamic coupling 18, as which engine oil of the internal combustion engine 20 is used, flows via a transfer point 15 in a housing 3 of the hydrodynamic coupling 18 in the working space 26.
  • the housing 3 of the hydrodynamic coupling 18 by a Housing shell 27 formed rotatably connected to the impeller 1 and the turbine 2 includes together with the impeller 1 between them. Between the housing shell 27 and the lid body 14, a sealing gap 16 is formed.
  • the Hämediumauslass from the working space of the hydrodynamic coupling 18 is formed in the embodiment shown by an outlet throttle 4 in the circumferential housing shell 27, wherein a plurality of such
  • Outlet throttles distributed over the circumference of the hydrodynamic coupling 18 may be provided.
  • This hydrodynamic coupling 18 is thus a so-called squirting hydrodynamic coupling 18.
  • the working medium emerging from the outlet throttle or passages 4 enters the oil sump 28 within the motor housing 17.
  • a fan shaft 6 is also mounted, which carries a fan 29 outside the engine 20.
  • the thus protruding from the motor housing 17 fan shaft 6 may be sealed, for example by means of a seal 9 relative to the motor housing 17.
  • the fan shaft 6 thus forms a power take-off of the internal combustion engine 20, in the present case on the primary side. 1
  • the cooling medium pump 32 may for example also be driven by the internal combustion engine 20, in particular on a further power take-off of the same, or it is associated with its own drive, in particular an electric motor.
  • crankshaft gear 33 on the crankshaft 5 meshes with the intermediate gear 7, which in turn meshes with a first camshaft gear 34 on the camshaft 13.
  • a second crankshaft gear 33 on the crankshaft 5 meshes with the intermediate gear 7, which in turn meshes with a first camshaft gear 34 on the camshaft 13.
  • Camshaft gear 35 which in particular has a larger diameter than the first camshaft gear 34 and can also be positioned on the camshaft 13 driven by these meshes with a pinion 36 on the Pumpenradwelle 37, which carries the impeller 1. From the impeller 1, the drive power is transmitted via a hydrodynamic circulation flow in the working space 26 to the turbine wheel 2, which drives the turbine wheel shaft 38.
  • the impeller shaft 37 is on the
  • Turbine wheel shaft 38 mounted relatively, wherein the turbine shaft 38 is supported by means of the first bearing 10 and the second bearing 19.
  • the turbine shaft 38 carries a pinion 39 which meshes with a fan shaft gear 40 on the fan shaft 6, so that the fan shaft 6 is driven.
  • the intermediate gear 7, the pinion 36 are mounted on the Pumpenradwelle 37 and the pinion 39 on the turbine shaft 38 coaxially with each other.
  • the second camshaft gear 35 and the pinion 36 form a gear ratio in quick, so that the pump shaft 37 faster rotates as the camshaft 13.
  • the pinion 39 and the fan shaft gear 40 form a translation from slow to, so that the fan shaft 6 rotates slower than the turbine wheel shaft 38th

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zur Kühlung eines Verbrennungsmotors; mit einem ein Kühlmedium führenden Kühlkreislauf; mit einem im Kühlkreislauf zu seiner Kühlung positionierten Verbrennungsmotor; mit einem Wärmetauscher zur Kühlung des Kühlmediums; mit einem dem Wärmetauscher zugeordneten Lüfterrad, mit welchem ein Kühlluftstrom erzeugbar ist; wobei das Lüfterrad zu seinem Antrieb in Triebverbindung mit dem Verbrennungsmotor steht und - in der Triebverbindung eine die Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor auf das Lüfterrad übertragende hydrodynamische Kupplung positioniert ist, umfassend ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die miteinander einen torusförmigen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung in dem Verbrennungsmotor integriert ist.

Description

Kühlsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug zur Kühlung eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung ist jedoch auch in
Kühlsystemen für Verbrennungsmotoren außerhalb von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in einer stationären Anlage, anwendbar.
Verbrennungsmotoren müssen im Betrieb gekühlt werden. Hierfür ist in der Regel ein Wasser als Kühlmedium führender Kühlkreislauf eines Kühlsystems
vorgesehen, mit welchem Wärme aus dem Verbrennungsmotor abgeführt wird. Um die vom Verbrennungsmotor aufgenommene Wärme wieder aus dem
Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, abzuleiten, weist das Kühlsystem einen Wärmetauscher zur Kühlung des Kühlmediums auf. Bei dem Wärmetauscher handelt es sich in der Regel um einen Wasser-Luft-Wärmetauscher, der somit mittels eines Luftstroms konvektiv Wärme abführt. Zur Erzielung einer
erzwungenen Konvektion ist dem Wärmetauscher ein Lüfterrad zugeordnet, das einen durch den oder über den Wärmetauscher geführten Luftstrom erzeugt. Das Lüfterrad wird in der Regel durch den Verbrennungsmotor angetrieben. Um die Leistungsaufnahme beziehungsweise die Drehzahl des Lüfterrades regeln zu können, werden vielfach Viskokupplungen eingesetzt, die üblicherweise direkt in der Nabe des Lüfterrades angeordnet sind. Es wurde jedoch bereits auch vorgeschlagen, eine hydrodynamische Kupplung in die Triebverbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Lüfterrad einzubringen, sodass die
Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor auf das Lüfterrad hydrodynamisch übertragen wird. EP 1 611 325 Bl beschreibt ein solches Kühlsystem mit einer hydrodynamischen Kupplung in der Triebverbindung zum Lüfterrad, wobei die hydrodynamische Kupplung regelbar ausgeführt ist, um damit deren
Leistungsübertragung auf das Lüfterrad variabel einzustellen. Die
hydrodynamische Kupplung ist außerhalb des Verbrennungsmotors in der Nähe des Lüfterrades positioniert und wird entweder mit einem eigenen Arbeitsmediumversorgungssystem oder mit dem Kühlmedium des Kühlkreislaufes als Arbeitsmedium betrieben. DE 10 2007 056 492 B3 beschreibt eine in die Nabe des Lüfterrades eines
Fahrzeugkühlsystems integrierte hydrodynamische Kupplung.
Obwohl die vorgeschlagenen hydrodynamischen Kupplungen in der
Triebverbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Lüfterrad bereits eine komfortable und sichere Regelung der Drehzahl des Lüfterrades ermöglichen, besteht ein Bedarf, ein solches Kühlsystem mit über eine hydrodynamische Kupplung angetriebenem Lüfterrad hinsichtlich des Aufbaus und der
Herstellungskosten zu vereinfachen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zur Kühlung eines Verbrennungsmotors anzugeben, bei welchem die hydrodynamische Kupplung kostengünstig integriert werden kann. Zugleich soll das System zuverlässig arbeiten. Die vorliegende Erfindung wird durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen von
Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Gestaltungen der Erfindung angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem zur Kühlung eines Verbrennungsmotors weist einen kühlmediumführenden Kühlkreislauf sowie einen im Kühlkreislauf zu seiner Kühlung positionierten Verbrennungsmotor auf. Der Verbrennungsmotor kann unmittelbar im Kühlkreislauf positioniert sein, das heißt vom Kühlmedium durchströmt werden. Dabei kann ein einzelner singulärer Kühlkreislauf vorgesehen sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, einen Sekundärkreislauf vorzusehen, von dessen Medium der Verbrennungsmotor durchströmt wird und der seine Wärme an einen primären Kühlkreislauf des Kühlsystems abgibt.
Im (primären) Kühlkreislauf ist ein Wärmetauscher zur Kühlung des Kühlmediums vorgesehen, damit die im Verbrennungsmotor aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeführt werden kann. Dem Wärmetauscher ist entsprechend ein Lüfterrad zugeordnet, mittels welchem ein Kühlluftstrom erzeugbar ist. Der Kühlluftstrom wird in der Regel durch den Wärmetauscher hindurch und/oder über diesen hinweg geleitet, sodass die eingangs genannte erzwungene Konvektion erfolgt.
Das Lüfterrad steht zu seinem Antrieb in einer Triebverbindung mit dem
Verbrennungsmotor und in dieser Triebverbindung ist eine die Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor auf das Lüfterrad übertragene hydrodynamische
Kupplung positioniert, umfassend ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die miteinander einen torusförmigen, mit einem Arbeitsmedium befüllbaren
Arbeitsraum ausbilden.
Erfindungsgemäß ist nun die hydrodynamische Kupplung in den
Verbrennungsmotor integriert.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann nicht nur eine besonders kompakte Ausgestaltung erreicht werden, da nun das Lüfterrad vergleichsweise dicht an den Verbrennungsmotor gesetzt werden kann, insbesondere auf einem Nebenabtrieb desselben positioniert und von diesem getragen, sondern auch eine Abdichtung der hydrodynamischen Kupplung beziehungsweise dessen das Arbeitsmedium führenden Systems kann vereinfacht werden, besonders wenn das Motoröl, mit welchem der Verbrennungsmotor geschmiert wird, zugleich das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung ist. So wird nämlich aus der hydrodynamischen Kupplung austretendes Arbeitsmedium, insbesondere Motoröl, vom Verbrennungsmotor aufgefangen und gelangt nicht in die Umgebung.
Besonders vorteilhaft ist die hydrodynamische Kupplung auf einer Primärseite des Verbrennungsmotors in diesen integriert. Die Primärseite steht einer
Sekundärseite des Verbrennungsmotors gegenüber, an der in der Regel ein Wechselgetriebe, beispielsweise Automatgetriebe, automatisiertes Schaltgetriebe oder Handschaltgetriebe angeschlossen ist. Günstig ist, wenn die hydrodynamische Kupplung ein Gehäuse aufweist, welches das Pumpenrad und das Turbinenrad umschließt, und das Gehäuse in eine
Innenwand und/oder eine Außenwand des Verbrennungsmotors eingesteckt in dieser montiert ist. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Gehäuse durch das Pumpenrad oder das Turbinenrad und eine an dieses angeschlossene Gehäuseschale gebildet wird, die dann das andere beschaufelte Rad (wenn das Pumpenrad an der Gehäuseschale angeschlossen ist das
Turbinenrad und wenn das Turbinenrad an der Gehäuseschale angeschlossen ist das Pumpenrad) umschließt. In diesem Fall läuft somit das Gehäuse der
hydrodynamischen Kupplung um, wohingegen bei der erstgenannten
Ausführungsform das Gehäuse stationär ist.
Beispielsweise kann das Gehäuse der hydrodynamischen Kupplung einen
Deckelkörper aufweisen, durch welchen eine das Pumpenrad tragende oder mit diesem in mechanischer Triebverbindung stehende Welle und/oder eine das Turbinenrad tragende oder mit dieser in mechanischer Triebverbindung stehende Welle geführt und insbesondere in diesem gelagert ist, und der Deckelkörper kann in die Innenwand und/oder Außenwand des Verbrennungsmotors eingesteckt sein. Bei einem umlaufenden Gehäuse kann ebenfalls ein Deckelkörper vorgesehen sein, der dann jedoch nicht drehfest an dem Gehäuse der hydrodynamischen Kupplung angeschlossen ist, sondern lediglich die Pumpenradwelle und/oder die Turbinenradwelle trägt, insbesondere mittels eines im Deckelkörper eingesetzten Lagers. Das Lager kann beispielsweise ein sogenanntes Festlager sein, das heißt ein Axial-Radial-Lager, das sowohl axiale Kräfte als auch radiale Kräfte aus der entsprechenden Welle aufnimmt.
Bei einer Ausführungsform mit einem Deckelkörper, der insbesondere mit wenigstens einem weiteren Gehäuseteil zur Ausbildung des Gehäuses die hydrodynamische Kupplung vollständig umschließt oder separat zu dem Gehäuse der hydrodynamischen Kupplung vorgesehen ist, kann der Deckelkörper eine Öffnung in der Innenwand und/oder der Außenwand des Verbrennungsmotors abdichtend verschließen, wobei hierunter sowohl solche Ausführungsformen mit einem Dichtelement zwischen Deckelkörper und Innenwand beziehungsweise Außenwand als auch ohne Dichtelement zwischen dem Deckelkörper und der Innenwand beziehungsweise Außenwand zu verstehen sind.
Vorteilhaft weist die hydrodynamische Kupplung einen Arbeitsmediumeinlass und einen Arbeitsmediumauslass auf, wobei im Arbeitsmediumeinlass und/oder im Arbeitsmediumauslass eine die Arbeitsmediumströmung einstellendes Ventil vorgesehen ist, um dadurch den Füllungsgrad des Arbeitsraumes mit
Arbeitsmedium entweder ausschließlich zwischen einem gefüllten und einem entleerten Zustand oder zur Steuerung beziehungsweise Regelung der
Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung variabel einstellen zu können. Das Ventil ist in einer besonders günstigen Ausführungsform von der Außenseite des Verbrennungsmotors im montierten Zustand desselben zugänglich, das heißt auf das Ventil kann ohne Demontage beziehungsweise substantielle Demontage des Verbrennungsmotors zugegriffen werden, beispielsweise um dieses auszutauschen, einzustellen und/oder zu warten. Beispielsweise kann das Ventil in dem oder an dem Deckelkörper montiert sein, der in die Wand des Verbrennungsmotors eingesetzt ist. Die hydrodynamische Kupplung ist vorteilhaft als frei abspritzende Kupplung innerhalb des Gehäuses des Verbrennungsmotors positioniert, sodass aus dem Arbeitsmediumauslass austretendes Arbeitsmedium über eine oder mehrere Öffnungen im Kupplungsgehäuse, insbesondere Auslassdrosseln, frei in einen Raum innerhalb des Motorgehäuses austritt.
Wenn der Verbrennungsmotor einen Nebenabtrieb, insbesondere auf dessen Primärseite, aufweist, an welchem das Lüfterrad in einer Triebverbindung angeschlossen ist, wobei das Lüfterrad insbesondere von diesem Nebenabtrieb getragen wird, so ist innerhalb des Verbrennungsmotors vorteilhaft ein Rädertrieb vorgesehen, der den Nebenabtrieb mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in einer Triebverbindung verbindet. Die hydrodynamische Kupplung kann nun in diesen Rädertrieb integriert sein, das heißt der Antriebsleistungsfluss von der Kurbelwelle verläuft durch die hydrodynamische Kupplung und anschließend in den Rädertrieb und dann zum Nebenabtrieb oder von der Kurbelwelle in einen ersten Teil des Rädertriebes durch die hydrodynamische Kupplung zurück in den Rädertrieb durch einen zweiten Teil desselben und weiter zum Nebenabtrieb oder von der Kurbelwelle in den Rädertrieb, von diesem durch die hydrodynamische Kupplung und dann zum Nebenabtrieb. In den Rädertrieb kann auch der Antrieb einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors vorgesehen sein, mit welcher die Öffnungszeiten der Zylinderventile des Verbrennungsmotors gesteuert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Pumpenrad der
hydrodynamischen Kupplung auf einer Pumpenradwelle positioniert, und das Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung ist auf einer Turbinenradwelle positioniert. Die Pumpenradwelle trägt zu deren Antrieb ein erstes Ritzel und die Turbinenradwelle trägt zum Abführen der Antriebsleistung aus der
hydrodynamischen Kupplung ein zweites Ritzel. Jedes der beiden Ritzel kann jeweils mit einem relativ zu diesem größeren Zahnrad, das heißt einem Zahnrad mit einer größeren Zähnezahl als das Ritzel in dem Rädertrieb eine Übersetzung ausbilden, sodass im Antriebsleistungsfluss vom Rädertrieb oder auch von der Kurbelwelle zum Pumpenrad eine Übersetzung ins Schnelle und vom Turbinenrad zum Rädertrieb oder auch vom Turbinenrad zum Nebenabtrieb eine Übersetzung ins Langsame gebildet wird.
Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle eines Rädertriebes mit Zahnrädern und entsprechenden Ritzeln der hydrodynamischen Kupplung Reibräder oder
Riemengetriebe vorzusehen, wobei entsprechende Übersetzungen, wie dargestellt, ausgebildet werden können.
Besonders vorteilhaft kann die hydrodynamische Kupplung außerhalb des
Verbrennungsmotors montiert, insbesondere vollständig montiert werden und anschließend im montierten Zustand mit ihrem Gehäuse von außen in den
Verbrennungsmotor eingesteckt werden, sozusagen als vormontierte Einheit.
Besonders bei der Ausbildung der hydrodynamischen Kupplung als vormontierte Einheit, jedoch auch bei anderen Ausführungsformen, kann die hydrodynamische Kupplung oder der Verbrennungsmotor den genannten Deckelkörper aufweisen, der in eine Wand des Verbrennungsmotors eingesetzt wird, und der vorteilhaft ein Lager zur Lagerung der Pumpenradwelle oder der Turbinenradwelle,
beispielsweise als Festlager, trägt. Ein zweites entgegengesetzt zu dem ersten Lager positioniertes Lager, das insbesondere als Loslager, das heißt reines
Radiallager ausgeführt ist, das die entsprechend andere Welle der
hydrodynamischen Kupplung trägt, kann dann in eine Lageraufnahme im
Verbrennungsmotor eingesteckt werden. Diese Lageraufnahme kann durch ein umlaufendes Teil, beispielsweise ein Zahnrad, oder ein stationäres Teil,
beispielsweise eine Wand des Verbrennungsmotors, gebildet werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Welle der hydrodynamischen Kupplung in ein Lager im Verbrennungsmotor eingesteckt werden. Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben werden.
In der Figur 1 ist ein Verbrennungsmotor 20 in einer schematischen
Schnittdarstellung gezeigt, der eine Primärseite 21 und eine Sekundärseite 22 aufweist. An der Sekundärseite 22 ist ein Wechselgetriebe 23 angeschlossen, das mittels der Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors angetrieben wird, um somit beispielsweise Antriebsräder des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) anzutreiben.
Der Verbrennungsmotor 20 weist ein Motorgehäuse 17 auf, das die Bauteile des Verbrennungsmotors 20 umschließt und gegenüber der Umgebung öldicht abgedichtet ist, damit das Motoröl, das zur Schmierung des Verbrennungsmotors 20 dient, nicht in die Umgebung gelangt.
In das Motorgehäuse 17 ist ein Deckelkörper 14 eingesetzt. Dieser trägt ein erstes Lager 10 der hydrodynamischen Kupplung 18, wohingegen ein zweites Lager 19 der hydrodynamischen Kupplung 18, die als vormontierte Einheit 11 in den Verbrennungsmotor 20 eingesteckt und in diesem montiert werden kann, in ein Bauteil des Verbrennungsmotors 20 eingesteckt ist, hier beispielsweise in eine Nabe des Zwischenrades 7, über welches die Kurbelwelle 5 eine Nockenwelle 13 mittels eines Rädertriebes 25 antreibt. Das Zwischenrad 7 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel wiederum auf einer Welle gelagert, die im Motorgehäuse 17 in einer inneren oder äußeren Wand durch das Lager 24 gelagert ist. Alternativ könnte auch das zweite Lager 19 der hydrodynamischen Kupplung 18 direkt im Motorgehäuse 17 gelagert sein.
Die hydrodynamische Kupplung 18 weist ein beschaufeltes Pumpenrad 1 und ein beschaufeltes Turbinenrad 2 auf, die gemeinsam den torusförmigen Arbeitsraum 26 ausbilden. In diesen wird über einen Arbeitsmediumeinlass Arbeitsmedium zugeführt und über einen Arbeitsmediumauslass aus diesem abgeführt. Der Arbeitsmediumeinlass ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Zulauf 8 im Deckelkörper 14 gebildet, in dem ein Ventil 12 vorgesehen ist. Das Ventil 12 kann beispielsweise als getaktetes Auf-Zu-Ventil oder auch als Proportionalventil ausgeführt sein. Vom Zulauf 8 strömt das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung 18, als welches Motoröl des Verbrennungsmotors 20 verwendet wird, über eine Übergabestelle 15 in einem Gehäuse 3 der hydrodynamischen Kupplung 18 in den Arbeitsraum 26. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Gehäuse 3 der hydrodynamischen Kupplung 18 durch eine Gehäuseschale 27 gebildet, die drehfest am Pumpenrad 1 angeschlossen ist und das Turbinenrad 2 zusammen mit dem Pumpenrad 1 zwischen sich einschließt. Zwischen der Gehäuseschale 27 und dem Deckelkörper 14 ist ein Dichtspalt 16 ausgebildet.
Der Arbeitsmediumauslass aus dem Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung 18 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Auslassdrossel 4 in der umlaufenden Gehäuseschale 27 gebildet, wobei auch mehrere solcher
Auslassdrosseln über dem Umfang der hydrodynamischen Kupplung 18 verteilt vorgesehen sein können. Bei dieser hydrodynamischen Kupplung 18 handelt es sich somit um eine sogenannte abspritzende hydrodynamische Kupplung 18. Das aus der oder den Auslassdrosseln 4 austretende Arbeitsmedium gelangt in den Ölsumpf 28 innerhalb des Motorgehäuses 17.
Im Motorgehäuse 17 ist ferner eine Lüfterwelle 6 gelagert, die außerhalb des Verbrennungsmotors 20 ein Lüfterrad 29 trägt. Die somit aus dem Motorgehäuse 17 herausragende Lüfterwelle 6 kann beispielsweise mittels einer Dichtung 9 gegenüber dem Motorgehäuse 17 abgedichtet sein. Die Lüfterwelle 6 bildet somit einen Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors 20, und zwar vorliegend auf der Primärseite 1.
Mittels des Lüfterrades 29 wird ein Wärmetauscher 31 eines hier nur schematisch angedeuteten Kühlkreislaufes 30 mit einem durch das Lüfterrad 29 erzeugten Kühlluftstrom gekühlt, um das mittels einer Kühlmediumpumpe 32 im Kühlkreislauf 30 geförderte Kühlmedium zu kühlen. Mittels des Kühlmediums wird der Verbrennungsmotor 20 gekühlt, sowie gegebenenfalls weitere Bauteile des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, das von dem Verbrennungsmotor 20 angetrieben wird. Die Kühlmediumpumpe 32 kann beispielsweise ebenfalls vom Verbrennungsmotor 20 angetrieben werden, insbesondere auf einem weiteren Nebenabtrieb desselben, oder ihr ist ein eigener Antrieb zugeordnet, insbesondere ein Elektromotor. Im gezeigten Ausführungsbeispiel führt nun der Antriebsleistungsfluss von der Kurbelwelle 5 zur Lüfterwelle 6 wie folgt: Ein Kurbelwellenzahnrad 33 auf der Kurbelwelle 5 kämmt mit dem Zwischenrad 7, das wiederum mit einem ersten Nockenwellenzahnrad 34 auf der Nockenwelle 13 kämmt. Ein zweites
Nockenwellenzahnrad 35, das insbesondere einen größeren Durchmesser als das erste Nockenwellenzahnrad 34 aufweist und ebenfalls auf der Nockenwelle 13 angetrieben durch diese positioniert sein kann, kämmt mit einem Ritzel 36 auf der Pumpenradwelle 37, die das Pumpenrad 1 trägt. Vom Pumpenrad 1 wird die Antriebsleistung über eine hydrodynamische Kreislaufströmung im Arbeitsraum 26 auf das Turbinenrad 2 übertragen, das die Turbinenradwelle 38 antreibt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Pumpenradwelle 37 auf der
Turbinenradwelle 38 relativgelagert, wobei die Turbinenradwelle 38 mittels des ersten Lagers 10 und des zweiten Lagers 19 gelagert ist.
Die Turbinenradwelle 38 trägt ein Ritzel 39, das mit einem Lüfterwellenzahnrad 40 auf der Lüfterwelle 6 kämmt, sodass die Lüfterwelle 6 angetrieben wird.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Zwischenrad 7, das Ritzel 36 auf der Pumpenradwelle 37 und das Ritzel 39 auf der Turbinenradwelle 38 koaxial zueinander gelagert. Das zweite Nockenwellenzahnrad 35 und das Ritzel 36 bilden eine Übersetzung ins Schnelle aus, sodass die Pumpenradwelle 37 schneller umläuft als die Nockenwelle 13. Das Ritzel 39 und das Lüfterwellenzahnrad 40 bilden eine Übersetzung ins Langsame aus, sodass die Lüfterwelle 6 langsamer umläuft als die Turbinenradwelle 38.
Bezugszeichenliste
1 Pumpenrad
2 Turbinenrad
3 Gehäuse
4 Auslassdrossel
5 Kurbelwelle
6 Lüfterwelle
7 Zwischen rad
8 Zulauf
9 Dichtung
10 erstes Lager
11 vormontierte Einheit
12 Ventil
13 Nockenwelle
14 Deckel körper
15 Übergabestelle
16 Dichtspalt
17 Motorgehäuse
18 hydrodynamische Kupplung
19 zweites Lager
20 Verbrennungsmotor
21 Primärseite
22 Sekundärseite
23 Wechselgetriebe
24 Lager
25 Rädertrieb
26 Arbeitsraum
27 Gehäuseschale
28 Öl sumpf Lüfterrad
Kühlkreislauf
Wärmetauscher
Kühlmediumpumpe
Kurbelwellenzahnrad erstes Nockenwellenzahnrad zweites Nockenwellenzahnrad
Ritzel
Pumpenradwelle
Turbinenradwelle
Ritzel
Lüfterwellenzahnrad

Claims

Patentansprüche
1. Kühlsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zur Kühlung eines
Verbrennungsmotors (20);
1.1 mit einem ein Kühlmedium führenden Kühlkreislauf (30);
1.2 mit einem im Kühlkreislauf (30) zu seiner Kühlung positionierten
Verbrennungsmotor (20);
1.3 mit einem Wärmetauscher (31) zur Kühlung des Kühlmediums;
1.4 mit einem dem Wärmetauscher (31) zugeordneten Lüfterrad (29), mit
welchem ein Kühlluftstrom erzeugbar ist; wobei
1.5 das Lüfterrad (29) zu seinem Antrieb in Triebverbindung mit dem
Verbrennungsmotor (20) steht und
1.6 in der Triebverbindung eine die Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor (20) auf das Lüfterrad (29) übertragende hydrodynamische Kupplung (18) positioniert ist, umfassend ein Pumpenrad (1) und ein Turbinenrad (2), die miteinander einen torusförmigen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum (26) ausbilden;
dadurch gekennzeichnet, dass
1.7 die hydrodynamische Kupplung (18) in dem Verbrennungsmotor (20)
integriert ist.
2. Kühlsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
hydrodynamische Kupplung (18) auf einer Primärseite (21) des
Verbrennungsmotors (20) in diesen integriert ist, welche einer
Sekundärseite (22), an der ein Wechselgetriebe (23) angeschlossen ist, gegenübersteht.
3. Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung (18) ein Gehäuse (3) aufweist, welches das Pumpenrad (1) oder das Turbinenrad (2) oder beides umschließt, und das Gehäuse (3) oder ein Deckelkörper (14), in dem eine das Pumpenrad (1) tragende oder mit diesem in mechanischer
Triebverbindung stehende Pumpenradwelle (37) und/oder eine das
Turbinenrad (2) tragende oder mit diesem in mechanischer Triebverbindung stehende Turbinenradwelle (38) gelagert ist, in eine Innenwand und/oder eine Außenwand des Verbrennungsmotors (20) eingesteckt in dieser montiert ist.
4. Kühlsystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) einen Deckelkörper (14) aufweist, durch welchen eine das Pumpenrad (1) tragende oder mit diesem in mechanischer Triebverbindung stehende Pumpenradwelle (37) und/oder eine das Turbinenrad (2) tragende oder mit diesem in mechanischer Triebverbindung stehende Turbinenradwelle (38) geführt und insbesondere in diesem gelagert ist, und der Deckelkörper (14) in die Innenwand und/oder Außenwand des Verbrennungsmotors (20) eingesteckt ist.
5. Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Deckelkörper (14) eine Öffnung in der Innenwand und/oder Außenwand des Verbrennungsmotors (20) abdichtend verschließt.
6. Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) mit Motoröl geschmiert ist und das Motoröl zugleich das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung (18) ist.
7. Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung (18) einen Arbeitsmediumeinlass und einen Arbeitsmediumauslass aufweist, wobei im Arbeitsmediumeinlass und/oder im Arbeitsmediumauslass ein die Arbeitsmediumströmung einstellendes Ventil (12) vorgesehen ist, wobei das Ventil (12) von der Außenseite des Verbrennungsmotors (20) im montierten Zustand desselben zugänglich ist.
8. Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) eine Kurbelwelle (5) aufweist, die über einen Rädertrieb (25) mit einem Nebenabtrieb des Verbrennungsmotors (20), insbesondere auf dessen Primärseite (21) in Triebverbindung steht, wobei an dem Nebenabtrieb das Lüfterrad (29) in einer Triebverbindung angeschlossen ist und die hydrodynamische Kupplung (18) in dem
Rädertrieb (25) integriert ist.
9. Kühlsystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das
Pumpenrad (1) auf einer Pumpenradwelle (37) und das Turbinenrad (2) auf einer Turbinenradwelle (38) positioniert ist, wobei die Pumpenradwelle (37) und die Turbinenradwelle (38) jeweils ein Ritzel (36, 39) tragen, das mit jeweils einem relativ hierzu größeren Zahnrad (35, 40) in dem Rädertrieb (25) eine Übersetzung ausbildet, sodass im Antriebsleistungsfluss zum Pumpenrad (1) eine Übersetzung ins Schnelle und vom Turbinenrad (2) eine Übersetzung ins Langsame gebildet wird.
10. Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung (18) im montierten Zustand mit ihrem Gehäuse (3) von außen in den Verbrennungsmotor (20) einsteckbar ist.
11. Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung (18) ein Gehäuse (3) aufweist, in welchem wenigstens ein Arbeitsmediumauslass, insbesondere in Form einer oder mehrerer Auslassdrosseln vorgesehen ist, wobei der
Arbeitsmediumauslass frei innerhalb des Verbrennungsmotors (20) mündet.
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