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Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelleitungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es ist bekannt, Bauteile im Motorraum eines Kraftfahrzeugs zu kühlen. Am Frontend, d. h. im Kühlerbereich des Fahrzeugs, montierte Bauteile werden während der Fahrt beispielsweise durch den Staudruck vor dem Fahrzeug mit Kühlluft versorgt. Der Wasserkühler bzw. dessen Kühlmedium wird durch den Fahrtwind gekühlt. Bauteile im Inneren des Motorraumes können bei geeigneter Montage ebenfalls in einer durch den Staudruck gespeisten Luftströmung gekühlt werden. Aus der
DE 32 00 682 A1 ist ein Ladeluftkühler mit schaltbarem Abluftquerschnitt bekannt, wobei der Ladeluftkühler bezogen auf die Luftströmung vor einem Kühlluftgebläse angeordnet ist.
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Im vorangemeldeten, aber nachveröffentlichten Dokument
DE 10 2004 025 341 A1 ist eine Vorrichtung zur Versorgung eines Laders einer Brennkraftmaschine mit gekühlter Luft beschrieben. In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Luftleitelement mit zwei Zweigen und zwei Eintrittsöffnungen auf. Die zwei Zweige sind jeweils mittels eines Schließelements absperrbar, um dem Kühler wahlweise den durch die erste Eintrittsöffnung oder den durch die zweite Eintrittsöffnung eintretenden Luftstrom zuzuführen.
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Im Dokument
EP 0 982 168 B1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abführen von Wärme aus einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs offenbart. Die Vorrichtung umfasst ein Luftleitungssystem, welches zum einen zwei Luftzuführungskanäle und zum anderen einen Luftabführungskanal mit Mündungen nach außen hat. Der Luftabführungskanal weist eine Mehrzahl von Öffnungen auf, durch welche warme Luft aus dem Motorraum in den Luftabführungskanal gelangen kann. Der erste Luftzuführungskanal hat eine Einlassöffnung im Vorderwagen, so dass sich bei Bewegung des Kraftfahrzeugs ein Luftstrom durch das Luftleitungssystem ausbilden kann. Die sich bei bewegtem Kraftfahrzeug an der Windschutzscheibe und am Unterboden ausbildenden Turbulenzen bilden eine Unterdruckzone aus und beschleunigen den Luftstrom durch das Luftleitungssystem. Der zweite Luftzuführkanal beginnt stromab eines Lüfters und mündet in den ersten Luftzuführungskanal. Er sichert die Luftzufuhr in das Luftleitungssystem und die Ausbildung einer Strömung bei stehendem Fahrzeug, indem der Lüfter betrieben wird.
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Das Weiteren ist aus dem Dokument
DE 36 00 190 A1 eine Kühlvorrichtung für den Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs bekannt. Einem Motorkühler mit stromab liegendem Lüfter sind zwei Kühlluft-Eintrittsöffnungen zugeordnet. Eine davon ist mittels einer Klappe unter Ausnutzung der vorherrschenden Druckverhältnisse verschließbar. Die Klappe gibt den hinter ihr liegenden Kühlkanal nur bei niedrigen Geschwindigkeiten frei.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlmittelleitungsanordnung anzugeben, welche eine verbesserte Kühlung von Bauteilen im Motorraum ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einer erfindungsgemäßen Kühlmittelleitungsanordnung für ein zu kühlendes Bauteil in einem Motorraum eines Fahrzeugs ist ein erster Kühlmittelführungskanal zur Kühlung des Bauteils vorgesehen, der zur Kühlung des Bauteils mit einem zweiten Kühlmittelführungskanal zusammenschaltbar ist. Die erfindungsgemäße Zusammenschaltung ermöglicht die Kühlung von Bauteilen insbesondere tief im Inneren des Motorraums ohne die Installation zusätzlicher Lüfter oder Ventilatoren, wenn solche Komponenten in dem zweiten Kühlmittelführungskanal vorhanden sind. Vorteilhafterweise steht bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit eine ausreichende Menge des Kühlmittels zur Kühlung des Bauteils zur Verfügung. Durch die verbesserte Kühlung ist die Kühlkapazität des Bauteils, das von dem Kühlmittel angeströmt wird, erhöht. Das Kühlmittel, insbesondere durch Staudruck zugeführt Kühlluft, wird in jedem Fahrzustand zum zu kühlenden Bauteil geleitet. Ein Austreten von Kühlmittel durch einen Eintrittsbereich des ersten Kühlmittelführungskanal kann durch ein geeignet angeordnetes Verschlussmittel im ersten Kühlmittelführungskanal verhindert werden. Es kann vorgesehen sein, dass bei permanent verbundenen Kühlmittelführungskanälen ein Teil des Kühlmittels bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit frei in den Motorraum abströmen kann, z. B. durch eine ansteuerbare Öffnung vorzugsweise im zweiten Kühlmittelführungskanal. Eine solche Maßnahme ist sinnvoll, wenn durch die Einbaulage des Bauteils ein unerwünschter Gegendruck entstehen kann.
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In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist im Eintrittsbereich des zweiten Kühlmittelführungskanals ein Kühlaggregat angeordnet, insbesondere ein Wasserkühler, hinter dem ein Ventilator angeordnet ist. Durch diese kompakte Anordnung kann die Strömung der Abluft des Wasserkühlers zum Kühlen eines Bauteils, insbesondere eines auf dem Verbrennungsmotor angeordneten Ladeluftkühlers, eingesetzt werden. Der zweite Kühlmittelführungskanal deckt als Hutze das Kühlaggregat auf seiner Rückseite vollständig ab, aus der das Kühlmittel austritt, oder der zweite Kühlmittelführungskanal deckt als Teilhutze nur einen Teil der Rückseite ab.
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Vorteilhaft ist ein Kopplungsmittel vorgesehen, um den ersten und zweiten Kühlmittelführungskanal abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Kopplungsbereich zusammenzuschalten. Vorzugsweise ist das Kopplungsmittel bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit so eingestellt, dass der erste und zweite Kühlmittelführungskanal strömungsmäßig zusammengeschaltet sind. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ist das Kopplungsmittel zweckmäßigerweise so eingestellt, dass der erste gegenüber dem zweiten Kühlmittelführungskanal geschlossen ist. Vorzugsweise ist das Kopplungsmittel als schaltbare Klappe, mit der ein Kopplungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmittelführungskanal offenbar oder verschließbar ist. Ist der Kopplungsbereich verschlossen, ermöglicht es die Stellung des geschwindigkeitsabhängigen Kopplungsmittels dem Kühlmittelstrom, insbesondere dem Luftstrom, durch den Fahrzeugwasserkühler und einen daran anschließenden Elektrolüfter frei nach hinten in den Motorraum abzuströmen. Bei geöffnetem Kopplungsbereich strömt das Kühlmittel dagegen aus dem zweiten Kühlmittelführungskanal in den ersten Kühlmittelführungskanal. Bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit, z. B. bei Stadtfahrt oder Bergfahrt, wird z. B. am Ladeluftkühler eine hohe Kühlleistung gefordert. Ohne Ankopplung des zweiten Kühlmittelführungskanal wäre dann die Kühlmittelströmung im ersten Kühlmittelführungskanal nur gering. Durch die Ankopplung des zweiten Kühlmittelführungskanals steht erfindungsgemäß eine wesentlich größere Kühlmittelmenge zur Verfügung. Dagegen kann bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit die Kühlmittelströmung im ersten Kühlmittelführungskanal alleine bereits ausreichend groß sein, während gleichzeitig bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit der Bedarf an Kühlleistung des Ladeluftkühlers verringert ist. Besonders günstig ist, dass bei geschwindigkeitsabhängigem Bedarf an Kühlung des Bauteils die Zusammenschaltung der beiden Kühlmittelführungskanäle abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen kann. Gleichzeitig kann bei hohem Kühlbedarf am Kühlaggregat ein unerwünschter Gegendruck vermieden werden, indem das Kühlmittel frei in den Motorraum abströmen kann, was durch eine geeignete Stellung des Kopplungsmittels erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß ist im ersten Kühlmittelführungskanal zwischen dem ersten Eintrittsbereich und dem Kopplungsbereich mit dem zweiten Kühlmittelführungskanal ein erstes Verschlussmittel angeordnet i. Vorzugsweise wird ein Rückschlagventil eingesetzt. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit kann der Fahrtwind den Schließmechanismus des Verschlussmittels überdrücken. Diese Variante ist besondere einfach. Alternativ kann das Verschlussmittel auch elektrisch ansteuerbar und betätigbar sein. Dann kann das Verschlussmittel auch geöffnet werden, wenn das Kühlmittel den Verschlussmechanismus noch nicht überdrücken kann. Ist ein geschwindigkeitsabhängig schaltbares Kopplungsmittel vorhanden, sind durch die Stellung des Kopplungsmittels bei hoher Geschwindigkeit die beiden Kühlmittelführungskanäle voneinander getrennt. Der Luftstrom kann frei nach hinten in den Motorraum abströmen. Es entsteht kein erhöhter Gegendruck durch das zu kühlende Bauteil, insbesondere durch den zu kühlenden Ladeluftkühler. Bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit ändert das Kopplungsmittel seine Position und schaltet die beiden Kühlmittelführungskanäle zusammen. Das freie Abströmen des Luftstroms nach dem Elektrolüfter wird gesperrt und der gesamte Kühlmittelstrom, insbesondere Luftstrom, in den ersten Kühlmittelführungskanal geleitet. Ein Austreten des Kühlmittels durch den Eintrittsbereich des ersten Kühlmittelführungskanal wird durch das Verschlussmittel verhindert. Ein Ladeluftkühler, der auf dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, kann eine verbesserte Kühlleistung bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit bereitstellen. Weiterhin kann der Bauraum im Kühlerbereich besser genutzt werden, weil erst durch eine zuverlässige Kühlung im Inneren des Motorraums ein Ladeluftkühler sinnvoll vom dortigen Frontend des Fahrzeugs nach Innen verlegt und Bauraum freigegeben werden kann. Der Ladeluftkühler ist im Crashfall besser geschützt; dies kann sich vorteilhaft auf Kosten einer Fahrzeugversicherung auswirken. Es ist auch vorstellbar, dass das Koppeln und Trennen der beiden Kühlmittelführungskanäle und das Öffnen des zweiten Kühlmittelführungskanals zum Abströmen des Kühlmittels in den Motorraum durch unabhängige Elemente erfolgen kann. Ebenso können mehr als zwei Kühlmittelführungskanäle vorgesehen sein, die vorzugsweise geschwindigkeitsabhängig miteinander koppelbar und/oder trennbar sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Teil des durch das Kühlaggregat durchtretenden Kühlmittelstroms zumindest im Bereich seines Austritts aus dem Kühlaggregat parallel zum zweiten Kühlmittelführungskanal führbar. Bei engen Platzverhältnissen ist ein Verkleinern des zweiten Kühlmittelführungskanal günstig, so dass nur ein Teil des Kühlaggregats im Eintrittsbereich des zweiten Kühlmittelkanals angeordnet sein muss. Der zweite Kühlmittelkanal bildet dann nur eine Teilhutze auf der Rückseite des Kühlaggregats. Vorzugsweise ist ein zweites Verschlussmittel zum Freigeben oder Absperren des parallelen Kühlmittelstroms vorgesehen. Insbesondere ist das zweite Verschlussmittel abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit einstellbar. Vorzugsweise ist bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit das zweite Verschlussmittel geschlossen und bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit zum Abströmen des betreffenden Kühlmittelanteils geöffnet. Das Verschlussmittel kann mechanisch durch Überdrücken mit einem ausreichenden Staudruck geöffnet werden oder auch elektrisch abhängig von Kühlanforderungen im Motorraum angesteuert werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Weitere Ausbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von einer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in Schnittdarstellung
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1 einen Vorderwagen eines Fahrzeugs mit einer bevorzugten Kühlmittelleitungsanordnung mit permanent zusammengeschalteten Kühlmittelführungskanälen mit einem ersten Austrittsbereich des Kühlmittels an einem zu kühlenden Bauteil;
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2 einen Vorderwagen mit einer bevorzugten Kühlmittelleitungsanordnung mit durch ein Verschlussmittel getrennten Kühlmittelführungskanälen und einem zweiten Austrittsbereich für das Kühlmittel am zweiten Kühlmittelführungskanal in einem Betriebszustand mit hoher Fahrzeuggeschwindigkeit;
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3 einen Vorderwagen mit einer bevorzugten Kühlmittelleitungsanordnung mit zusammengeschalteten Kühlmittelführungskanälen und gegen einen ersten Eintrittsbereich gesperrtem ersten Kühlmittelführungskanal in einem Betriebszustand mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit;
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4 einen Vorderwagen mit einer bevorzugten Kühlmittelleitungsanordnung mit zusammengeschalteten Kühlmittelführungskanälen und gegen einen ersten Eintrittsbereich gesperrtem ersten Kühlmittelführungskanal mit teilweise geschlossenem Kühlaggregat in einem Betriebszustand mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit;
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5 einen Vorderwagen mit einer bevorzugten Kühlmittelleitungsanordnung mit durch ein Verschlussmittel getrennten Kühlmittelführungskanälen mit einem zweiten Austrittsbereich am zweiten Kühlmittelführungskanal und einem drittem Austrittsbereich am Kühlaggregat in einem Betriebszustand mit hoher Fahrzeuggeschwindigkeit.
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1 zeigt zur Veranschaulichung der Erfindung einen Schnitt durch einen Vorderwagen eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs mit einer ersten bevorzugten Kühlmittelleitungsanordnung 20 mit permanent zusammengeschalteten Kühlmittelführungskanälen 21, 22 in einem Motorraum 10. Der erste Kühlmittelführungskanal 21 verläuft direkt unter einer Karosseriehaube 11 zwischen einem ersten Eintrittsbereich 15 des Kühlmittels am Frontend 14 und einem ersten Austrittsbereich 24 für das Kühlmittel an einem zu kühlenden Bauteil 19 im Inneren des Motorraums 10. Kühlmittel, insbesondere Kühlluft, gelangt durch den ersten Eintrittsbereich 15 in den ersten Kühlmittelführungskanal 21 und verlässt diesen durch den ersten Austrittsbereich 24 im Inneren des Motorraums 10 entfernt vom Frontend 14. Am ersten Austrittsbereich 24 ist das zu kühlende Bauelement 19, vorzugsweise ein Ladeluftkühler, angeordnet, der durch das austretende Kühlmittel gekühlt wird. Der Ladeluftkühler ist auf einem Verbrennungsmotor 18 angeordnet.
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In einem zweiten Eintrittsbereich 16 des Kühlmittels eines zweiten Kühlmittelführungskanals 22 ist ein Kühlaggregat 12, insbesondere ein Wasserkühler, angeordnet, dessen im Kühlaggregat 12 umlaufendes Kühlmedium durch das Kühlmittel, insbesondere Luft, gekühlt wird. Hinter dem Kühlaggregat 12 ist ein Lüfter 13 angeordnet. Das Kühlmittel, welches das Kühlaggregat 12 durchströmt hat, wird im zweiten Kühlmittelführungskanal 22 zu einem Kopplungsbereich 23 geführt und vereinigt sich dort mit dem im ersten Kühlmittelführungskanal 21 strömenden Kühlmittel. Das durch den ersten und zweiten Eintrittsbereich 15, 16 eintretende Kühlmittel ist durch Pfeile 17 dargestellt.
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Im ersten Kühlmittelführungskanal 21 ist zwischen dem ersten Eintrittsbereich 15 und der Einmündung des zweiten Kühlmittelführungskanal 22 im Kopplungsbereich 23 ein erstes Verschlussmittel 25, insbesondere eine Rückschlagventilanordnung, angeordnet, die ein Austreten des Kühlmittels aus dem ersten Eintrittsbereich 15 verhindert. Das Verschlussmittel 25 öffnet sich erst dann für durch den ersten Eintrittsbereich 15 eintretendes Kühlmittel, wenn der Staudruck des Kühlmittels groß genug ist, um das Verschlussmittel 25 zu überdrücken. Dies ist in der Regel bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten der Fall.
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In den 2 und 3 ist die Situation bei einer zweiten bevorzugten Kühlmittelleitungsanordnung 20 dargestellt. Es werden gleiche Bezugsziffern wie in der vorangegangenen Figur für gleiche oder ähnliche Komponenten benutzt. Die Anordnung der Komponenten entspricht im Wesentlichen der in 1. 2 illustriert die Kühlmittelanordnung 20 mit durch ein Kopplungsmittel 26 in einem Kopplungsbereich 23 getrennten Kühlmittelführungskanälen 21, 22 und einem zweiten Austrittsbereich 27 für das Kühlmittel am zweiten Kühlmittelführungskanal 22 bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Kopplungsmittel 26 dient gleichzeitig als Verschluss für den Kopplungsbereich 23 und als Verschluss für den zweiten Austrittsbereich 27. Ist der Kopplungsbereich 23 verschlossen, ist der zweite Austrittsbereich geöffnet. Ist der Kopplungsbereich 23 geöffnet und die Kühlmittelführungskanäle 21, 22 zusammengeschaltet, ist der zweite Austrittsbereich 27 geschlossen. Das Kopplungsmittel 26 ist geschwindigkeitsabhängig schaltbar, um den ersten und zweiten Kühlmittelführungskanal 21, 22 abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit zusammenzuschalten oder zu trennen. Wie eingangs erwähnt, illustriert 2 die Situation bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit. In der gezeigten Stellung des Kopplungsmittels 26 wird der Kopplungsbereich 23 durch das Kopplungsmittel 26 verschlossen, so dass der erste Kühlmittelführungskanal 21 von dem zweiten Kühlmittelführungskanal 22 strömungsmäßig getrennt ist. Das Kühlmittel kann aus dem zweiten Kühlmittelführungskanal 22 durch den zweiten Austrittsbereich 27 austreten. Durch einen ersten Eintrittsbereich 15 in den ersten Kühlmittelführungskanal 21 eintretende Kühlmittel überdrückt das Verschlussmittel 25 und tritt durch den ersten Austrittsbereich 24 aus, an dem ein zu kühlendes Bauteil 19 angeordnet ist.
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Die 3 zeigt die Situation der Anordnung aus 2 bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit sind die beiden Kühlmittelführungskanäle 21, 22 gekoppelt. Das Kopplungsmittel 26 ist so gestellt, dass der Kopplungsbereich 23 zwischen den Kühlmittelführungskanalen 21, 22 geöffnet ist. Gleichzeitig ist der erste Kühlmittelführungskanal 21 durch das Verschlussmittel 25 gegen den ersten Eintrittsbereich 15 gesperrt, so dass Kühlmittel zwangsweise nur aus dem ersten Austrittsbereich 24 ausströmen kann. Das Kopplungsmittel 26 verschließt den zweiten Austrittsbereich 27. Das Kühlmedium aus dem zweiten Kühlmittelführungskanal 22 strömt vollständig zu dem zu kühlenden Bauteil 19.
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Die 4 und 5 zeigen eine weitere bevorzugte Kühlmittelleitungsanordnung 20, bei der Platz sparend nur ein Teil eines Kühlaggregats 12 in einem zweiten Eintrittsbereich 16 des zweiten Kühlmittelführungskanals 22 angeordnet ist. Der zweite Kühlmittelführungskanal 22 hat einen geringeren Querschnitt als in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen. Die Funktionsweise und die Anordnung der Komponenten entspricht weitgehend denen in den vorangegangenen Figuren, auf die zur detaillierten Beschreibung verwiesen wird. 4 verdeutlicht die Situation bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit mit in einem Kopplungsbereich 23 gekoppelten Kühlmittelführungskanälen 21, 22. Ein Verschlussmittel 25 verhindert ein Ausströmen des Kühlmittels aus einem ersten Eintrittsbereich 15 des ersten Kühlmittelführungskanals 21. Ein Kühlaggregat 12 ist stromab des Frontends 14 teilweise mit einem zweiten Verschlussmittel 28 verschlossen, insbesondere einer geschwindigkeitsabhängig ansteuerbaren Klappenanordnung. Ein Lüfter 13 ragt zum Teil in den zweiten Kühlmittelführungskanal 22 und zum Teil in den Bereich des zweiten Verschlussmittels 28. Das gesamte Kühlmittel des zweiten Kühlmittelführungskanals 22 ist in den ersten Kühlmittelführungskanal 21 geleitet.
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Die Situation bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit illustriert 5. Das zweite Verschlussmittel 28 ist geöffnet und die Kühlmittelführungskanäle 21, 22 sind durch das Kopplungsmittel 26 gegeneinander verschlossen. Das Kopplungsmittel 26 ist in einer Stellung, in der der Koppelbereich 23 durch das Kopplungsmittel 26 verschlossen ist. Kühlmittel aus dem ersten Kühlmittelführungskanal 21 überdrückt das Verschlussmittel 25 und strömt zum ersten Austrittsbereich 24. Kühlmittel aus dem zweiten Kühlmittelführungskanal 22 strömt aus einem zweiten Austrittsbereich 27 in den Motorraum 10. Ein Teil des in das Kühlaggregat 2 einströmenden Kühlmittels gelangt über das zweite Verschlussmittel 28, das sich nunmehr in seiner Offen-Stellung befindet, aus einem dritten Austrittsbereich 29 in dem Motorraum 10.
