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Kühlsystem für eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine - Dokument DE102005004027A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005004027A1 03.08.2006
Titel Kühlsystem für eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine
Anmelder Dr.Ing.h.c. F. Porsche AG, 70435 Stuttgart, DE
Erfinder Schmid, Helmut, 71287 Weissach, DE
DE-Anmeldedatum 28.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005004027
Offenlegungstag 03.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.08.2006
IPC-Hauptklasse F01P 3/20(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01P 7/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Zur Optimierung eines Kühlsystems für eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine, deren Kühlsystem drei Luft-/-Wasser-Wärmetauscher und Vorlauf- und Rücklaufleitungen für das Kühlwasser sowie Mittel zum Unterbrechen des Kühlwasserstromes in einer oder allen Kühlwasservorlaufleitungen umfaßt, wird vorgeschlagen, daß wenigstens einer der drei Luft-/-Wasser-Wärmetauscher in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebszustand des Kraftfahrzeuges zu- bzw. abschaltbar ist, wobei der zum Abschalten des wenigstens einen Luft-/-Wasser-Wärmetauscher führende Betriebszustand durch einen für den Innerorts- oder Stadtverkehr charakteristischen Betriebszyklus bzw. die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges gebildet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 für eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine.

Aus der DE-OS 199 56 893 ist ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, welches im Wesentlichen aus einem Hauptwärmetauscher zur Kühlung des im Kühlkreislauf umlaufenden Kühlwassers und einem Nebenwärmetauscher sowie einem zwischen den Ausgang der Brennkraftmaschine und dem Eingang des Hauptwärmetauschers eingeschalteten Thermostatventil besteht und bei welchem das Thermostatventil einen zweiten Ausgang besitzt, welcher mit dem Eingang des Nebenkühlers verbunden ist, derart, daß in einem ersten Betriebszustand lediglich der Hauptkühler für die Kühlung der Brennkraftmaschine eingesetzt ist, in einem zweiten Betriebszustand zusätzlich zum Hauptkühler auch der Nebenkühler mit erwärmten Wasser aus dem Vorlauf aus der Brennkraftmaschine versorgt wird und in einem dritten Betriebszustand, während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine, vorwiegend der Nebenkühler mit vorlaufendem Heißwasser versorgt wird.

Ein solches Kühlsystem ist durchaus geeignet unter Einsatz einfacher, wenig aufwendiger Mittel neben einer ausreichenden Kühlung der Brennkraftmaschine auch eine ausreichende Beheizung des Fahrgastraumes sicher zu stellen, kann aber schwerlich eine auf den jeweiligen Betriebszustand bzw. die jeweilige Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges ausgerichtete Kühlung der Brennkraftmaschine bewirken.

Aus der DE-OS 100 24 714 ist ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, welches sich im besonderen dadurch auszeichnet, daß das Kühlsystem als Doppelkreislaufsystem ausgebildet ist. In diesem Kühlsystem schließt bei niedrigeren Temperaturen der Brennkraftmaschine ein Motorthermostat den Vorlauf zu den Kühlern, so daß das Kühlwasser hauptsächlich innerhalb der Brennkraftmaschine zirkuliert. Bei höheren Temperaturen der Brennkraftmaschine werden mittels des Thermostaten zuschaltbare Kühlkreisläufe beaufschlagt. Im Wesentlichen besteht dieses bekannte Kühlsystem aus mindestens einem Primärkühler und mindestens einem, vorzugsweise jedoch zwei Sekundärkühlern, sowie einer Kühlwasserpumpe zum Zwagsfördern des im Kühlmantel der Brennkraftmaschine umlaufenden Kühlwassers. Dieses Kühlsystem zeichnet sich infolge seiner Ausbildung als Doppelkreislaufsystem durch einen beträchtlichen Aufwand an Leitungswegen und in diese eingeschalteten Steuermitteln aus.

Der Erfindung liegt ausgehend von dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde ein Kühlsystem für eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine anzugeben, welches bei geringstmöglichem Aufwand, insbesondere an Schaltmitteln, eine optimale Kühlung der Brennkraftmaschine bei jeder Leistungsanforderung bzw. Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der insbesondere mit der Erfindung erzielte Vorteil wird darin gesehen, daß trotz geringem Schaltungsaufwand bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen bzw. Fahrbedingungen des Kraftfahrzeuges eine optimale Kühlung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges erreicht wird. Insbesondere ist lediglich für die beiden der ausreichenden Kühlung der Brennkraftmaschine bei geringer Leistungsanforderung bzw. geringen Fahrgeschwindigkeiten, hauptsächlich im Stadtverkehr, vorgesehenen seitlichen Luft Wasser-Wärmetauscher des Kühlsystemes der Einsatz von Kühlluftgebläsen erforderlich, während der mittlere, der Kühlung der Brennkraftmaschine bei höheren Fahrgeschwindigkeiten zugeordnete Luft-/-Wasser-Wärmetauscher infolge des dann vorhandenen Stauluftdurchsatzes keines Kühlgebläses bedarf. Um aber während des Betriebes des Kraftfahrzeuges bei niedriger Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine und gleichzeitig bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten, bei denen kein oder kein nennenswerter Stauluftdurchsatz durch den mittleren Kühler gegeben ist, eine Überhitzung bzw. ein Kochen des Kühlwassers auszuschließen ist, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, daß in den Kühlwasservorlauf zum mittleren Luft-/-Wasser-Wärmetauscher ein Drosselventil eingeschaltet ist, welches den Kühlwasservorlauf bei geringen Leistungsanforderungen und/oder geringen Fahrgeschwindigkeiten unterbindet.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen beschrieben.

Es zeigen

1 eine schaubildliche Darstellung der Vor- und Rücklaufleitung eines insgesamt drei Luft/Wasser-Wärmetauscher beinhaltenden Kühlsystemes für eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine;

2 eine schaubildliche Darstellung eines in die Vorlaufleitung bzw. die Rücklaufleitung des Kühlsystemes eingeschalteten Wasserverteilerstückes;

3 eine schaubildliche Darstellung einer Halbschale eines Wasserverteilerstückes gemäß 2;

4 eine schaubildliche Darstellung eines in die Vorlaufleitung zum mittleren Luft/Wasser-Wärmetauscher eingeschalteten Drosselventiles;

5 einen Schnitt durch das Drosselventil nach 4 entlang der Linie V-V.

Das Kühlsystem 1 einer im Einzelnen nicht dargestellten Brennkraftmaschine umfaßt drei im Frontbereich des Kraftfahrzeuges nebeneinanderliegend angeordnete, in der Zeichnung gleichfalls nicht im Einzelnen gezeigte, schematisch jedoch mit den Bezugsziffern 2, 3 und 4 bezeichnete Luft/Wasser-Wärmetauscher, welche einerseits mittels einer von der Brennkraftmaschine ausgehenden Sammel-Vorlaufleitung 8 und über nachgeschaltete Vorlaufleitungen 5, 6 und 7 mit erwärmtem Kühlwasser beaufschlagt werden und andererseits mittels Rücklaufleitungen 10, 11 und 12 und einer zu dieser zurückführenden Sammel-Rücklaufleitung 9 mit der Brennkraftmaschine verbundenen sind.

Zwischen die Sammel-Vorlaufleitung 8 und die Sammel-Rücklaufleitung 9 und die Vorlaufleitungen 5, 6 und 7 sowie zwischen die Rücklaufleitungen 10, 11 und 12 und die Sammel-Rücklaufleitung 9 ist jeweils ein Wasserverteilerstück 13 bzw. 14 eingeschaltet, wobei die beiden Wasserverteilerstücke 13 und 14 untereinander identisch ausgebildet sind und jeweils aus zwei starren Halbschalen 15 und 16 bestehen. Jede der beiden ein Wasserverteilerstück 13 bzw. 14 bildenden Halbschalen besitzt einen zentralen Wassereinlaufteil 17 und einen durch Einprägungen 18 und 19 gebildeten Verteilerteil. Sowohl die Vorlaufleitungen 5, 6 und 7 als auch die Rücklaufleitungen 10, 11 und 12 sind an ihren freien Enden jeweils mit einer Anschlußkupplung 20 versehen. In die dem mittleren Luft/Wasser-Wärmetauscher 2 zugeordnete Vorlaufleitung 5 ist ein Drosselventil 21 eingeschaltet, welches vermittels eines Schlauchstückes 22 mit dem Wasserverteilerstück 13 verbunden ist, wobei das Schlauchstück 22 einerseits mit dem Ausgang des Wasserverteilerstückes 13 und andererseits mit dem Anschlußstutzen 24 des Drosselventiles 21 jeweils mittels Schlauchschellen 23 verbunden ist.

Das Drosselventil 21 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 25 und einem in diesem um eine vertikale Achse A-A verschwenkbar gelagerten Drosselzylinder 26. Der Drosselzylinder 26 ist vermittels einer Schraube 27 drehsicher mit einer oberhalb des Gehäuses 25 angeordneten Excenterscheibe 28 gekoppelt. Mit der Exzenterscheibe 28 steht vermittels einer Langlochausnehmung 29 und eines mit dieser verbundenen Zapfens 30 ein Antriebshebel 31 in Antriebsverbindung. Der Antriebshebel 31 ist als zweiarmiger Hebel ausgebildet und um eine vertikale Achse 32 schwenkbar um Gehäuse 25 des Drosselventiles 21 gelagert. Dem Antrieb des Antriebshebels 31 ist eine Unterdruckdose 33 zugeordnet, welche an das Gehäuse 25 des Drosselventiles 21 angeschlossen ist und unter Zwischenschaltung eines Schubarmes 34 einen mit dem freien Ende 35 des Antriebshebels 31 verbundenen Mitnehmer 36 antreibt. Der Antriebshebel 31 ist über eine Schraube 37 mit einer am Gehäuse 25 des Drosselventiles 21 verlagerten Drehachse 38 verbunden. Die Exzenterscheibe 28 ist entlang eines Teilbereichs ihres Umfanges hin mit einer radialen Ausnehmung 39 versehen, über welche sie zur Begrenzung ihrer Verdrehbarkeit mit einem feststehend mit dem Gehäuse 25 des Drosselventiles 21 verbundenen Anschlag 40 zusammenwirkt.


Anspruch[de]
  1. Kühlsystem für eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine, wobei das Kühlsystem drei Luft-/-Wasser-Wärmetauscher und Vorlauf- und Rücklaufleitungen für das Kühlwasser sowie Mittel zum Unterbrechen des Kühlwasserstromes in einer oder allen Kühlwasservorlaufleitungen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der drei Luft-/-Wasser-Wärmetauscher (2, 3 und 4) in Abhängigkeit von mindestens einem in einem Kennfeld abgelegten Betriebszustand des Kraftfahrzeuges zu- bzw. abschaltbar ist.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Abschalten des wenigstens einen Luft-/-Wasser-Wärmetauschers (2) führende Betriebszustand durch einen für den Innerorts- oder Stadtverkehr charakteristischen Betriebszyklus bzw. die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges gebildet ist.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Brennkraftmaschine abgehende Vorlaufleitung (8) und eine zur Brennkraftmaschine zurückführende Rücklaufleitung (9) jeweils mit einem drei Ausgänge bzw. drei Eingänge aufweisenden Wasserverteilerstück (13, 14) ausgestattet ist, wobei an das jeweilige Wasserverteilerstück (13 bzw. 14) jeweils drei Vorlauf- (5, 6, 7) bzw. Rücklaufzweigleitungen (10, 11, 12) angeschlossen sind.
  4. Kühlsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Vorlaufleitung (8) bzw. die Rücklaufleitung (9) eingeschalteten Wasserverteilerstücke (13, 14) jeweils aus zwei, durch starre Formteile gebildeten, Halbschalen (15, 16) zusammengesetzt sind.
  5. Kühlsystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt drei Luft-/-Wasser-Wärmetauscher (2, 3 und 4) vorgesehen und im Frontbereich des Kraftfahrzeuges nebeneinanderliegend angeordnet sind, derart, daß beiderseits eines mittleren Luft-/-Wasser-Wärmetauschers (2) je ein seitlicher Luft-/-Wasser-Wärmetauscher (3 bzw. 4) angeordnet ist.
  6. Kühlsystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich den beiden seitlichen Luft-/-Wasser-Wärmetauschern (3 und 4) ein Lüftergebläse zugeordnet ist.
  7. Kühlsystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem mittleren Luft-/-Wasser-Wärmetauscher (2) als Luft-/-Wasser-Wärmetauscher für deutlich über den im Stadtverkehr zugelassenen bzw. auftretenden Fahrgeschwindigkeiten kein Lüftergebläse zugeordnet ist und daß in den zum mittleren Luft-/-Wasser-Wärmetauscher (2) führenden Zweig (5) der Vorlaufleitung ein Drosselventil (21) eingeschaltet ist.
  8. Kühlsystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (21) mittels einer Unterdruckdose (33) über einen mechanisch begrenzten Schwenkwinkelbereich hin zwischen einer Offenstellung und einer Drosselstellung hin- und herbewegbar ist.
  9. Kühlsystem nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für den Drosselzylinder (26) des Drosselventiles (21) einen am Gehäuse (25) des Drosselventiles (21) schwenkbar gelagerten, durch einen von der Unterdruckdose (33) ausgehenden Schubarm (34) angetriebenen Hebel (31) und eine von diesem antreibbare, mit der Drosselzylinder (26) des Drosselventiles (21) drehsicher verbundene Exzenterscheibe (28) umfaßt.
  10. Kühlsystem nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbarkeit der mit der Drosselzylinder (26) des Drosselventils (21) drehsicher verbundenen Excenterscheibe (28) über einen Abschnitt ihres Umfanges hin mit einer radial gerichteten Ausnehmung versehen ist, welcher ein am Gehäuse (25) des Drosselventils (21) feststehend angeordneter Anschlag zugeordnet ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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