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Dokumentenidentifikation DE102006024315A1 26.04.2007
Titel Fahrzeugkühlsystem
Anmelder Deere & Company, Moline, Ill., US
Erfinder Burk, Ronnie, Cedar Falls, Ia., US;
Miller, James, Cedar Falls, Ia., US;
Sheidler, Alan, Moline, Ill., US;
Oftedal, Teryl, East Dubuque, Ia., US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Anmeldedatum 24.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024315
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse F01P 3/20(2006.01)A, F, I, 20060524, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01P 3/12(2006.01)A, L, I, 20060524, B, H, DE   
Zusammenfassung Fahrzeugkühlsystem mit einem ersten Kühlkreislauf mit einem ersten Wärmetauscher (14), einer Kühlmittelpumpe (18), welche Kühlmittel durch einen Motor und den ersten Wärmetauscher (14) pumpt, einen zweiten Kühlkreis mit einem zweiten Wärmetauscher und einem Motorluftkühler, wobei die Kühlmittelpumpe (16) Kühlmittel durch den Motor (20), den Motorluftkühler und den zweiten Wärmetauscher (28) pumpt, wobei ein Gebläse (16) vorgesehen ist, welches Kühlluft durch den ersten Wärmetauscher (14) und den zweiten Wärmetauscher (28) bläst, wobei der zweite Wärmetauscher (28) bezogen auf die Strömungsrichtung der Kühlluft stromabwärts des ersten Wärmetauschers (14) angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugkühlsystem mit einem ersten Kühlkreislauf mit einem ersten Wärmetauscher, einer Kühlmittelpumpe, welche Kühlmittel durch einen Motor und den ersten Wärmetauscher pumpt, einem zweiten Kühlkreis mit einem zweiten Wärmetauscher und einem Motorluftkühler, wobei die Kühlmittelpumpe Kühlmittel durch den Motor, den Motorluftkühler und den zweiten Wärmetauscher pumpt.

Es ist bekannt, dass Kühlsysteme bzw. Fahrzeugkühlsysteme effektiver arbeiten und eine größere Wärmemenge übertragen, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem zu kühlenden Medium und dem Kühlmittel ansteigt. Es ist auch bekannt, dass Kühlsysteme bei höheren Temperaturen arbeiten, wenn sie mit höheren Wärmebelastungen umgehen. Ein Motor kann beschädigt werden oder aber schlecht arbeiten, wenn das dem Motor zugeführte Kühlmittel zu heiß wird.

Manche Wärmequellen in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Ackerschlepper, sind heißer als der Motorblock- und der Zylinderkopfkreislauf. In manchen Kühlsystemen werden solche Wärmequellen durch Kühlmittel gekühlt, welches zur Kühlung des Motorblock verwendet wurde, weshalb ein größerer Wärmetauscher benötigt wird, als wenn nur der Motor gekühlt würde. Die zusätzliche Wärmemenge mag einen separaten Hochtemperaturkühlkreislauf nicht rechtfertigen.

Zukünftig werden Tier III-Abgasbestimmungen das Kühlen einer weiteren Hochtemperaturwärmequelle notwendig machen, der Abgasrückführung. Eine Abgasrückführung beinhaltet ein Hinzufügen von gekühltem inaktiven Abgas zu der Frischluft, die dem Motor zugeführt wird, um die Luftmenge in dem Zylinder zu erhöhen. Dies reduziert die Maximaltemperatur des Verbrennungsprozesses und reduziert die Menge an Stickoxid, das als ein unerwünschtes Nebenprodukt erzeugt wird.

Der Bedarf nach gekühlter Abgasrückführung gemäß Tier III Motorabgasrichtlinien fügt eine Hochtemperaturquelle hinzu. Dies kann in Kombination mit weiteren gängigen Hochtemperaturquellen einen Hochtemperaturkreis zweckmäßig machen. Zwei der gängigen Hochtemperaturwärmequellen sind das Motoröl und die Teilkühlung der Ladeluft.

Wird jedoch die durch einen Abgasrückführungskühler entzogenen Wärme dem Basismotorkühlkreislauf hinzugefügt, müssten die Bauteile des Kühlsystems viel größer vorgesehen werden und die durch das Kühlgebläse benötigte Leistung würde möglicherweise um 50% steigen.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird darin gesehen, dass Fahrzeugkühlsysteme aufgrund steigender Kühlanforderungen größer dimensioniert werden müssen.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickelnde Merkmale aufgeführt sind.

Auf diese Weise wird ein Fahrzeugkühlsystem zur Verfügung gestellt, welches weitere Kühlaufgaben, beispielsweise eine Abgasrückführungskühlung bewältigen könnte, ohne dass hierzu die Größe eines Basismotorkühlsystems vergrößert werden müsste.

Das Fahrzeugkühlsystem weist einen ersten Kühlkreislauf mit einem ersten Wärmtauscher und einer Kühlmittelpumpe auf, die Kühlmittel durch den Motor und den ersten Wärmetauscher pumpt. Ein zweiter Kühlkreislauf weist einen zweiten Wärmetauscher und eine oder mehrere Kühler zur Kühlung einer Hochtemperaturwärmequelle, wie einen Abgasrückführungskühler und/oder einen Flüssigkeit/Luft/Ladeluftvorkühler, der Einlassluft von einem Turboladerverdichter empfängt, auf. Die Kühlmittelpumpe pumpt Kühlmittel durch den Abgasrückführungskühler und/oder durch den Ladeluftvorkühler und durch den zweiten Wärmetauscher. Ein Gebläse bläst Kühlluft durch den ersten und den zweiten Wärmetauscher. Der zweite Wärmetauscher ist vorzugsweise mit Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlluft stromabwärts des ersten Wärmetauschers angeordnet. Das Kühlsystem kann darüber hinaus einen Luft-Luft-Ladeluftkühler aufweisen, welcher Motoreinlassluft von dem Ladeluftvorkühler erhält. Der Ladeluftkühler ist vorzugsweise bezogen auf die Strömungsrichtung der Kühlluft stromaufwärts des ersten Wärmetauschers angeordnet. Das Kühlsystem kann auch einen zusätzlichen Motormediumkühler aufweisen, welcher zwischen dem Luft-Luft-Ladeluftkühler und dem ersten Wäremtauscher angeordnet sein kann.

Mit Bezug auf die einzige Figur wird ein Fahrzeugkühlsystem 10 gezeigt, das einen Motorkühlkreislauf 112 mit einem Standardwärmetauscher bzw. einem ersten Wärmetauscher 14, einem Gebläse 16 und einer Kühlmittelpumpe 18, die beide durch einen Motor 20 angetrieben werden, aufweist. Der Wärmetauscher 14 erhält heißes Kühlmittel (beispielsweise mit etwa 98°C) von dem Motor 20 und leitet gekühltes Kühlmittel (beispielsweise mit etwa 92°C) zurück zu einem Einlass der Kühlmittelpumpe 18. Die Kühlmittelpumpe 18 pumpt Kühlmittel durch Motorkühldurchlässe 22 und zurück zu dem Wärmetauscher 14.

Die Kühlmittelpumpe 18 pumpt Kühlmittel auch durch Motorölkühldurchlässe 24 und einem Abgasrückführungskühler 26 und dann zu einem Einlass eines weiteren oder zweiten Hochtemperaturwärmetauschers bzw. eines zweiten Wärmetauschers 28 und dann zurück zu einem Einlass des ersten Wärmetauschers 14. Die Motorölkühldurchlässe 24 des Motors 20 empfangen Öl von einer konventionellen Motorölpumpe 30. Die Kühlmittelpumpe 18 pumpt Kühlmittel durch einen Durchlass 32 in dem Motor 20, durch einen Ladeluftkühler bzw. einen Ladeluftvorkühler 34 und dann zurück zu dem Einlass des zweiten Wärmetauschers 28.

Ein konventioneller Turbolader 36 weist eine Turbine 38 und einen Verdichter 39 auf. Abgas wird von dem Motor 20 durch einen Abgasleitung 40 zu der Turbine 38 des Turboladers 36 geführt. Eine Abgasrückführungsleitung 46 führt zurückgeführtes Abgas von der Abgasleitung 40 durch ein Abgasrückführungsventil 48 und vorzugsweise zu dem Abgasrückführungskühler 26, dann zu einem Motorlufteinlass 27. Einlassluft wird durch einen Luftfilter 52 empfangen, durch einen Kompressor 39 verdichtet und dann vorzugsweise durch den Ladeluftvorkühler 34 und dann vorzugsweise weiter durch einen Luft-Luft-Ladeluftkühler 50 gekühlt und dann zu dem Motorlufteinlass 27 geführt.

Das System kann darüber hinaus einen zusätzlichen Ölkühler 54 für Kühlmittel wie Getriebekühlmittel, Hydraulikflüssigkeit oder Kraftstoff aufweisen. Vorzugsweise sind die Kühler bzw. Wärmetauscher 50, 54, 14 und 28 in Bezug auf durch das Gebläse geblasene bzw. gesaugt Luft in Serie angeordnet, so dass durch das Gebläse 16 angezogen Luft zuerst (bei einer Temperatur von ungefähr 25°C) durch den Ladeluftkühler 50, dann durch den weiteren Kühler 54, dann durch den ersten Wärmetauscher 14 und schließlich durch den Hochtemperaturwärmetauscher bzw. den zweiten Wärmetauscher 28 gelangt (wonach die Luft eine Temperatur von etwa 80°C aufweist).

Im Ergebnis kann der Wärmtauscher 28 in dem System 10 als ein Zwischenkühler betrachtet werden, der Hitze von Hochtemperaturwärmequellen, wie einem Ladeluftkühler 34 und einem Abgasrückführungskühler 26 aufnimmt. Das erhitzte Kühlmittel von dem Wärmetauscher 28 wird mit Kühlmittel von dem Motor 20 verbunden und an einen Einlass des ersten Wärmetauschers 14 geliefert. Folglich liegt der Hochtemperaturwärmetauscher bzw. der Wärmtauscher 28 stromabwärts des ersten Wärmetauschers 14 mit Bezug auf den Kühlluftstrom und der Wärmetauscher 28 kühlt Kühlmittel vor, bevor das Kühlmittel an den ersten Wärmetauscher 14 geliefert wird.

Das Fahrzeugkühlsystem 10 kann derart beschrieben werden, dass es einen Niedrigtemperaturprimärkühlkreis bzw. einen ersten Kühlkreislauf mit dem ersten Wärmtauscher 14, der Kühlmittelpumpe 18 und den Motorkühlmitteldurchlässen 22 und einen Hochtemperatursekundärkühlkreis bzw. einen zweiten Kühlkreislauf mit dem zweiten Wärmetauscher 28, der Kühlmittelpumpe 18 und den Kühlern 26 und/oder 34 aufweist.

Da die Kühlmitteltemperatur in dem ersten Kühlkreis höher gehalten wird als in dem zweiten Kühlmittelkreis, kann die Kühlung mit kleineren Kühlbauteilen und mit einer reduzierten von dem Gebläse 16 bewegten Luftmenge durchgeführt werden, da Kühlmittel höher Temperatur seine Wärme an die Luft abgeben kann, welche bereits durch das Gebläse 16 bewegt wurde, wodurch die Endtemperatur der Kühlluft erhöht wird. Die Kühlmitteltemperatur weist heute einen üblichen Temperaturanstieg von 40°C auf. Dieser zweite Kühlkreis kann dies um 15 auf 55°C für einen beachtlichen Anstieg an Wärmeabgabe erhöhen.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer speziellen Ausführungsform dargestellt wurde, soll es deutlich werden, dass viele Alternativen, Veränderungen und Variationen für den Fachmann im Licht der vorstehenden Beschreibung offenkundig sein werden. Entsprechend ist es beabsichtigt, dass die Erfindung all derartigen Alternativen, Veränderungen und Variationen, welche in den Geist und den Schutzbereich der folgenden Ansprüche fallen, einschließt.


Anspruch[de]
Fahrzeugkühlsystem mit einem ersten Kühlkreislauf mit einem ersten Wärmetauscher (14), einer Kühlmittelpumpe (18), welche Kühlmittel durch einen Motor (20) und den ersten Wärmetauscher (14) pumpt, einem zweiten Kühlkreis mit einem zweiten Wärmetauscher (28) und einem Motorluftkühler, wobei die Kühlmittelpumpe (18) Kühlmittel durch den Motor (20), den Motorluftkühler und den zweiten Wärmetauscher (28) pumpt, gekennzeichnet durch ein Gebläse (16), welches Kühlluft durch den ersten Wärmetauscher (14) und den zweiten Wärmtauscher (28) strömen lässt, wobei der zweite Wärmetauscher (28) bezogen auf die Strömungsrichtung der Kühlluft stromabwärts des ersten Wärmetauschers (14) angeordnet ist. Fahrzeugkühlsystem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorluftkühler einen Abgasrückführungskühler (26) und/oder einen Ladeluftvorkühler (34) aufweist. Fahrzeugkühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ladeluftvorkühler (34) Ladeluft von einem Turbolader (36) zugeführt wird, wobei die Kühlmittelpumpe (18) Kühlmittel durch den Ladeluftvorkühler (34) und durch den zweiten Wärmetauscher (24) pumpt. Fahrzeugkühlsystem nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Ladeluftkühler (50), der Ladeluft von dem Motorluftkühler bzw. dem Ladeluftvorkühler (34) zugeführt wird, wobei der Ladeluftkühler (50) mit Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlluft stromaufwärts des ersten Wärmetauschers (14) angeordnet ist. Fahrzeugkühlsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Motormediumkühler (54), der bezogen auf die Strömungsrichtung der Kühlluft zwischen dem Ladeluftkühler (50) und dem ersten Wärmetauscher (14) angeordnet ist. Fahrzeugkühlsystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf mit einer niedrigen Temperatur als der zweite Kühlkreislauf arbeitet.






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