CN104648078A - 车辆的前端部模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆(10)的前端部模块，包括车辆前端部元件(20)，其具有至少一个新鲜空气开口(22)，空气通道(24)，其连接车辆(10)的发动机舱(14)与新鲜空气开口(22)，车辆空调系统的热交换器(26)，所述热交换器(26)布置在空气通道(24)中，且适用于空气流动通过其且适用于被选择性地用作制冷剂冷凝器或制冷剂蒸发器，和风扇(28)，布置在空气通道(24)中，用于通过空气作用于热交换器(26)，风扇(28)配置为可逆的，在第一操作模式下，风扇(28)将来自新鲜空气开口(22)的新鲜空气(30)朝向发动机舱(14)递送，以及在第二操作模式下，将来自发动机舱(14)的空气(32)朝向新鲜空气开口(22)递送。

Description

车辆的前端部模块
技术领域
本发明涉及车辆的前端部模块，包括具有至少一个新鲜空气开口的车辆前端部元件、连接新鲜空气开口与车辆发动机舱的空气通道、车辆空调系统的热交换器、和布置在空气通道中用于通过空气作用于热交换器的风扇，所述热交换器布置在空气通道中且适于空气流动通过其，且适于选择性地用作制冷剂冷凝器或制冷剂蒸发器。
背景技术
该类型的前端部模块从现有技术中已知，例如从WO 2004/009427 A1或KR 2012-0109098 A已知。一些常规前端部模块特别设计为作为低温存储器，用于尽可能高效地利用来自车辆周围环境的新鲜空气，例如，用于冷却内燃发动机、车辆内部、车辆电池和/或供应至内燃发动机的增压空气。通过对应的热交换器的新鲜空气流在此在行进中通过在车辆前部处出现的动态压力实现或至少被辅助。但是，前端部模块还具有风扇，其确保通过热交换器的足够新鲜空气流，特别地甚至在低车速时。
为了冷却车辆内部，通常提供空调系统，同时，为了为车辆内部供暖，在仅由内燃发动机驱动车辆的情况下，通常使用来自内燃发动机的废热。但是，在混合动力或电动车辆中，存在来自驱动马达的显著少的废热，且因此所述废热不足以用于车辆内部的满意供暖。
车辆内部的替代的电供暖已经证明是高耗能的，且对车辆的总体能量需求具有不理想的严重作用。
对于混合动力或电动车辆的车辆内部的节能供暖，因此已经提出将常规车辆空调系统的空调回路设计为可逆的，使得空调系统可还用作用于为车辆内部供暖的热泵。
在车辆的前端部模块中的热交换器(所述热交换器用作用于冷却车辆内部的制冷剂冷凝器)在热泵模式下用作冷却剂蒸发器，且在过程中，从新鲜空气提取热能用于为车辆内部供暖。
但是，特别是在湿冷天气的情况下，车辆空调系统的热泵模式迅速导致用作制冷剂冷凝器的热交换器的不希望的结冰，由此热泵的加热性能下降。对此，已经开发了具有用于为前端部模块中的热交换器除冰的操作模式的车辆空调系统。但是，由于新鲜空气的连续流入，热交换器的有效除冰在不利的湿冷天气条件下是个问题。另外，车辆空调系统的加热性能在热交换器的除冰期间被显著损害。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种车辆前端部模块，其以简单的方式有助于车辆空调系统的特别高效的热泵。
根据本发明，通过在开始时提到的类型的前端部模块实现了该目的，其中，风扇配置为可逆的，在第一操作模式下，风扇将来自新鲜空气开口的新鲜空气朝向发动机舱递送，以及在第二操作模式下，将来自发动机舱空气朝向新鲜空气开口递送。特别是在湿冷天气情况下，风扇可因而在车辆空调系统的热泵模式下通过来自发动机舱的空气为热交换器充气，该空气比新鲜空气更热且更干。热交换器的结冰由此以简单的方式被阻止。
在前端部模块的一个实施例中，为了控制空气通道中的空气流设置至少一个新鲜空气瓣，所述瓣在打开位置和关闭位置之间可调整。在风扇的第二操作模式下，所述至少一个新鲜空气瓣使得可以防止或至少大大地减少新鲜空气的不期望流入(其沿与风扇的流动方向相反地引导)在行进中达到热交换器。由新鲜空气的流入产生的动态压力因而最小，且因此，在可保持的风扇动力下，足够量的空气从发动机舱朝向新鲜空气开口流动通过热交换器。
所述至少一个新鲜空气瓣优选地集成在车辆前端部元件中，新鲜空气开口在所述至少一个新鲜空气瓣的打开位置中基本上暴露，在所述至少一个新鲜空气瓣的关闭位置中基本上关闭。空气通道中的空气流可由此通过很少的技术成本以空气动力学方式有利地受控，其中，新鲜空气瓣被设计为例如车辆的可枢转散热器格栅条板。
前端部模块的风扇优选地是轴流风扇，这是由于与替代风扇比较，轴流风扇关于被递送的空气质量流非常紧凑，且因此在前端部模块中占据非常小的构造空间。
特别地，风扇包括多个绕风扇轴线旋转的风扇叶片，所述风扇叶片定形为使得在第一操作模式下风扇的传送率至少与在第二操作模式下风扇的传送率一样高。由于风扇在第一操作模式下占主导地位地操作，前端部模块可由此以特别节能的方式操作。
热交换器优选地布置在车辆前端部模块的新鲜空气开口和风扇之间，且因此，在第一操作模式下，风扇吸收新鲜空气通过热交换器，在第二操作模式下，将来自发动机舱的空气推动通过热交换器。作为替换例，当然还可设想风扇布置在热交换器和新鲜空气开口之间。此外，空气通道中的其他热交换器可布置在相对于风扇的吸入侧或递送侧，例如用于冷却发动机、电池或增压空气，其中，可设想单个热交换器的并联连接和串联连接两者。
在前端部模块的另一实施例中，空气通道包括排气开口，其中，在风扇的第二操作模式下递送的空气可在流动通过热交换器之后经由排气开口释放到车辆环境。在风扇的第二操作模式下，排气开口防止热交换器下游的不期望的高的动态压力，且确保空气通道中的基本恒定的流动阻力。这引起通过热交换器的均匀空气流，且因此引起在热泵模式下车辆空调系统的基本恒定的加热功率。
为了控制通过排气开口的空气流，优选地设置排气瓣，所述排气瓣在打开位置和关闭位置之间可调整。排气瓣这里特别地被弹簧加载到其关闭位置，以便例如防止喷洒的水到空气通道中的不期望穿入。
在前端部模块的另一实施例中，空气通道包括再循环空气开口，在风扇的第二操作模式下递送的空气可在流动通过热交换器之后经由再循环空气开口流回发动机舱。在风扇的第二操作模式下，再循环空气开口防止热交换器下游的不期望的高的动态压力，且确保空气通道中的基本恒定的流动阻力。这引起通过热交换器的均匀空气流，且因此引起在热泵模式下车辆空调系统的基本恒定的加热功率。
在该实施例中，为了控制通过再循环空气开口的空气流，优选地设置再循环空气瓣，所述再循环空气瓣在打开位置和关闭位置之间可调整。再循环空气瓣这里特别地被弹簧加载到其关闭位置，以便例如在风扇的第一操作模式下防止热空气被不期望地吸出发动机舱。
本发明还涉及一种车辆，特别是混合动力或电动车辆，包括发动机舱、上述前端部模块，所述前端部模块布置在车辆的发动机舱中，位于沿行进方向看的车辆前端部处。
附图说明
本发明的进一步的特征和优势从优选实施例的以下描述参考附图呈现，在附图中：
图1是通过车辆的根据本发明的前端部模块的示意截面，处于第一操作模式中；
图2示出通过根据图1的前端部模块的示意截面，处于第二操作模式中；和
图3示出通过根据本发明的前端部模块的另一实施例的示意截面，处于第二操作模式中。
具体实施方式
图1至3每个示出车辆10(特别是混合动力或电动车辆)在前端部模块12的区域中的示意切面图。前端部模块12如驱动马达13(由虚线指示)一样被精确地容置在车辆10的发动机舱14中，其中，前端部模块12在沿行进方向16看的车辆前端部处布置在发动机舱14中。
车辆10的前端部模块12包括具有至少一个新鲜空气开口22的车辆前端部元件20、连接新鲜空气开口22与车辆10的发动机舱14的空气通道24、车辆空调系统的热交换器26、和布置在空气通道24中用于通过空气作用于热交换器26的风扇28，所述热交换器布置在空气通道24中且适于空气流动通过其，且适于选择性地用作制冷剂冷凝器或制冷剂蒸发器。
车辆空调系统是用于冷却车辆内部18的常规空调系统，但是空调系统可另外地还作为用于为车辆内部18供暖的热泵操作。这样的具有可逆制冷剂回路的车辆空调系统通常从现有技术已知，且因此下面不再更详细地讨论。图1至3仅示出车辆空调系统的热交换器26，所述热交换器在空调系统的冷却模式下用作制冷剂冷凝器，在空调系统的加热模式下用作制冷剂蒸发器。
根据图1至3，前端部模块12的风扇28是轴流风扇，这是由于该风扇相对于被递送的空气质量流具有较小的尺寸，且因而在车辆10的前端部模块12中占据相对较小的构造空间。
此外，风扇28构造为可逆的，即，可通过旋转方向的反转沿相反方向递送空气。
在根据图1的前端部模块10的第一操作模式中，风扇28因此将新鲜空气30从新鲜空气开口22朝向发动机舱14递送，且在根据图2的前端部模块10的第二操作模式中，将空气32从发动机舱14朝向新鲜空气开口22递送。
特别地，风扇28包括多个绕风扇轴线A旋转的风扇叶片34，风扇叶片34定形为使得在第一操作模式下风扇28的传送率至少与在第二操作模式下风扇28的传送率一样高。以这样的方式定形的风扇叶片34对特别是前端部模块12的节能操作有总体贡献，这是由于前端部模块12的风扇28在第一操作模式下通常占主体地位地操作。
如果车辆空调系统在用于冷却车辆内部18的冷却模式下操作，则风扇28总是处于第一操作模式下。甚至在车辆空调系统的热泵模式下，风扇28在一些环境下保持在其第一操作模式下，且仅当确定湿冷天气条件时切换至其第二操作模式，例如，经由车辆传感器设备确定湿冷天气条件，所述条件会导致在风扇28的第一操作模式下热交换器26的结冰。但是，替换地，还可设想风扇28在车辆空调系统的冷却模式下总是在第一操作模式下操作，且在车辆空调系统的供暖模式下总是在第二操作模式下操作。
为了控制空气通道24中的空气流设置至少一个新鲜空气瓣36，所述瓣在打开位置和关闭位置之间可调整。在当前情况下，多个新鲜空气瓣36设置为集成在车辆前端部元件20中，新鲜空气开口22在根据图1的新鲜空气瓣36的打开位置中基本上暴露，且在根据图2的新鲜空气瓣36的关闭位置中基本上关闭。具体地，车辆前端部元件20可设计为散热器格栅，且新鲜空气瓣36可设计为散热器格栅的可枢转板条。
在风扇28的第一操作模式下，新鲜空气瓣36处于它们的打开位置(参见图1)，且因此新鲜空气30在行进时流入热交换器26，并流动通过热交换器26朝向发动机舱14。从新鲜空气开口22朝向发动机舱14通过热交换器26的该空气流在第一操作模式下通过风扇28的空气递送方向被辅助。
在较高车辆速度下，通过热交换器26的空气流大致由新鲜空气的流入确定，且风扇28不具有大的影响，在低车辆速度下通过热交换器26的空气流由风扇28决定性地确定，同时新鲜空气的流入是可忽略的。
在湿冷天气情况下车辆空调系统的热泵模式中，新鲜空气瓣36处于它们的关闭位置中(参加图2)，且风扇28在其第二操作模式下操作。
由于新鲜空气开口22在风扇28的第二操作模式下大致关闭，几乎没有至热交换器26的新鲜空气的任何流入，该流入在其第二操作模式下与风扇28的空气递送方向相反，即使在高车辆速度下。
在其第二操作模式下，风扇28将空气32沿新鲜空气开口22的方向从发动机舱14递送通过热交换器26。因此不是新鲜空气30而是来自发动机舱14的空气32流动通过热交换器26，所述空气与新鲜空气30相比较更热且更干燥。热交换器26结冰的风险因此被显著减小。另外，车辆前端部元件20的关闭的新鲜空气瓣36防止喷洒的水穿入到空气通道24中，由此热交换器26结冰的风险被进一步减小。
在根据图1和2的示例性实施例中，热交换器26布置在风扇28和车辆前端部元件20的新鲜空气开口22之间。但是，替换地，还可设想风扇28布置在热交换器26和新鲜空气开口22之间。
此外，又一热交换器38设置在空气通道24中，在车辆空调系统的热交换器26和风扇28之间，例如用于冷却发动机、冷却电池或冷却增压空气。替代热交换器26、38的串联连接，并联连接和其他热交换器在串联或并联连接中的布置当然也是可设想的。
在根据图1和2的前端部模块12的实施例中，空气通道24包括排气开口40，其中，在风扇28的第二操作模式下递送的空气32可在流动通过热交换器26之后经由排气开口40释放到车辆的外界环境(参见图2)。
为了控制通过排气开口40的空气流，在当前情况下设置排气瓣42，其在根据图2的打开位置和根据图1的关闭位置之间可调整。排气瓣42优选地弹簧加载到其关闭位置，且因此，当空气流没有实现通过排气开口40时，喷洒的水不穿入空气通道24中。
在风扇28的第二操作模式下，当在空气通道24中达到预定动态压力时，排气瓣42打开，且排气开口40被释放使得空气32可流走。这防止当新鲜空气瓣36已经关闭时空气通道24中的动态压力过度升高以及防止对通过热交换器26的空气流有不利影响。
图3示出根据另一实施例的处于风扇28的第二操作模式下的前端部模块12的示意性水平截面。
根据图3的前端部模块12的实施例与根据图1和2的实施例的不同之处仅在于，空气通道24包括再循环空气开口44，而不是排气开口40，其中，在风扇28的第二操作模式下递送的空气32可在流动通过热交换器26之后经由再循环空气开口44流回到发动机舱14中。
为了控制通过再循环空气开口44的空气流，在当前情况下设置再循环空气瓣46，其在根据图3的打开位置和关闭位置之间可调整。与根据图1和2的排气瓣42类似的方式，再循环空气瓣46优选地也弹簧加载到它们的关闭位置。这防止在风扇28的第一操纵模式下空气32经由再循环空气开口44被不期望地吸出发动机舱14。
示出的前端部模块12特别适于在混合动力或电动车辆中使用，这是由于在这些车辆10的情况下，来自驱动马达13的废热通常不足以满足车辆内部18的供暖。但是，来自车辆10的驱动马达13和/或驱动电池的废热足够相对于处于低外部温度下的新鲜空气30加热和可选地干燥发动机舱14中的空气32。
在风扇28的第二操作模式下和在车辆空调系统的热泵模式下，空气32则流动通过热交换器26，所述热交换器26用作制冷剂蒸发器，且在该过程中，输出热能用于为车辆内部18供暖。
借助发动机舱14中的空气32相比于新鲜空气30的较高温度，热交换器26结冰的风险被显著减小。此外，因为关闭的新鲜空气开口22，热交换器26在风扇28的第二操作模式的过程中不再被冷且可能湿的新鲜空气30作用，且这进一步减小热交换器26结冰的风险。
但是，发动机舱14中的空气32仅被来自车辆10的驱动马达13和/或驱动电池的废热略微加热，且如之前一样，冷得足以继续被使用，例如在热交换器38中，用于冷却发动机、冷却增压空气等。

Claims (11)

1.一种车辆(10)的前端部模块，包括：
车辆前端部元件(20)，其具有至少一个新鲜空气开口(22)，
空气通道(24)，其连接车辆(10)的发动机舱(14)与新鲜空气开口(22)，
车辆空调系统的热交换器(26)，所述热交换器(26)布置在空气通道(24)中，且适用于空气流动通过其且适用于被选择性地用作制冷剂冷凝器或制冷剂蒸发器，和
风扇(28)，布置在空气通道(24)中，用于通过空气作用于热交换器(26)，
其特征在于，风扇(28)配置为可逆的，风扇(28)在第一操作模式下将来自新鲜空气开口(22)的新鲜空气(30)朝向发动机舱(14)递送，以及在第二操作模式下风扇(28)将来自发动机舱(14)的空气(32)朝向新鲜空气开口(22)递送。
2.根据权利要求1所述的前端部模块，其特征在于，为了控制空气通道(24)中的空气流设置至少一个新鲜空气瓣(36)，所述新鲜空气瓣(36)在打开位置和关闭位置之间可调整。
3.根据权利要求2所述的前端部模块，其特征在于，所述至少一个新鲜空气瓣(36)集成在车辆前端部元件(20)中，新鲜空气开口(22)在所述至少一个新鲜空气瓣(36)的打开位置中基本上暴露，且在所述至少一个新鲜空气瓣(36)的关闭位置中基本上关闭。
4.如前述权利要求中的任一项所述的前端部模块，其特征在于，所述风扇(28)是轴流风扇。
5.如前述权利要求中的任一项所述的前端部模块，其特征在于，所述风扇(28)包括多个绕风扇轴线(A)旋转的风扇叶片(34)，所述风扇叶片(34)定形为使得在第一操作模式下所述风扇(28)的传送率至少与在第二操作模式下所述风扇(28)的传送率一样高。
6.如前述权利要求中的任一项所述的前端部模块，其特征在于，所述热交换器(26)布置在所述风扇(28)和所述车辆前端部元件(20)的新鲜空气开口(22)之间。
7.如前述权利要求中的任一项所述的前端部模块，其特征在于，所述空气通道(24)包括排气开口(40)，其中，在风扇(28)的第二操作模式下递送的空气(32)可在流动通过热交换器(26)之后经由所述排气开口(40)释放到车辆的外界环境。
8.根据权利要求7所述的前端部模块，其特征在于，为了控制通过排气开口(40)的空气流，设置排气瓣(42)，所述排气瓣在打开位置和关闭位置之间可调整。
9.如前述权利要求中的任一项所述的前端部模块，其特征在于，所述空气通道(24)包括再循环空气开口(44)，其中，在风扇(28)的第二操作模式下递送的空气(32)可在流动通过热交换器(26)之后经由所述再循环空气开口(44)流回到发动机舱(14)。
10.根据权利要求9所述的前端部模块，其特征在于，为了控制通过所述再循环空气开口(44)的空气流，设置再循环空气瓣(46)，所述再循环空气瓣在打开位置和关闭位置之间可调整。
11.一种车辆，特别是混合动力或电动车辆，包括
发动机舱(14)，和
根据前述权利要求中的任一项所述的前端部模块(12)，
其中，所述前端部模块(12)布置在车辆(10)的发动机舱(14)中，位于沿行进方向(16)看的车辆前端部处。
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