DE102005031474A1

DE102005031474A1 - Kühlsystem

Info

Publication number: DE102005031474A1
Application number: DE102005031474A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bielesch
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2006-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Wärmetauscher (8, 9), insbesondere einem Kühler, der von einem Medium, insbesondere von Kühlmittel, durchflossen wird, das zum Beispiel zur Kühlung eines Motors (2) dient, und der von einer Kühlluftströung durchströmt wird, die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von einer Luftfördereinrichtung (4) beeinflusst wird, die in axialer Richtung von dem Wärmetauscher (8, 9) beabstandet ist und ein Gehäuse (6) aufweist, das den Zwischenraum zwischen dem Wärmetauscher (8, 9) und der Luftfördereinrichtung (4) nach außen hin begrenzt. DOLLAR A Um ein Kühlsystem zu schaffen, das einen hohen Wirkungsgrad aufweist und bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine ausreichende Kühlluftströmung ermöglicht, ist in dem Gehäuse (6) zwischen dem Wärmetauscher (8, 9) und der Luftfördereinrichtung (4) mindestens eine durch eine Schließeinrichtung (14) verschließbare Luftdurchtrittsöffnung (11) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Wärmetauscher, insbesondere einem Kühler, der von einem Medium, insbesondere von Kühlmittel, durchflossen wird, das zum Beispiel zur Kühlung eines Verbrennungsmotors dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einer Luftfördereinrichtung beeinflusst wird, die in axialer Richtung von dem Wärmetauscher beabstandet ist und ein Gehäuse aufweist, das den Zwischenraum zwischen dem Wärmetauscher und der Luftfördereinrichtung nach außen hin begrenzt.

In derartigen Kühlsystemen wird die Luftfördereinrichtung zum Beispiel von einem Lüfter gebildet. Der Lüfter hat die Aufgabe, eine ausreichende Kühlluftströmung aufrecht zu erhalten, wenn der Fahrtwind nicht ausreicht, zum Beispiel bei langsamer Fahrt oder bei Stillstand des Fahrzeugs. Je nach Betriebszustand des Fahrzeugs ist das erforderliche Fördervolumen des Lüfters sehr unterschiedlich. Bei niedrigen Geschwindigkeiten wird der für die Förderung der Kühlluftströmung nötige Druckaufbau hauptsächlich von dem Lüfter bereitgestellt. Bei hohen Geschwindigkeiten behindert der Lüfter die Kühlluftströmung, wodurch der Staudruck ansteigt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Behinderung der Kühlluftströmung durch den Lüfter zu reduzieren. Aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 43 04 336 A1 und DE 39 42 010 A1 sowie der britischen Patentanmeldung GB 2311 843 A sind Kühlsysteme mit Kühl-Luftklappen bekannt, die in Abhängigkeit von dem Staudruck beziehungsweise der Ge schwindigkeit des Fahrzeugs öffnen oder schließen, um die Kühlluftströmung zu beeinflussen. Die Kühl-Luftklappen werden bei einem hohen Staudruck geöffnet und ermöglichen so eine teilweise Umgehung des durch den Lüfter und gegebenenfalls durch eine Lüfterzarge verursachten Strömungswiderstands. Aus der internationalen Patentanmeldung WO 03/013894 A2 und der europäischen Patentanmeldung EP 0 919 705 A2 sind Kühlsysteme bekannt, bei denen die Kühlluftströmung im Lüfterbetrieb mit Hilfe von, bezogen auf die Durchströmungsrichtung des Kühlers, seitlich angeordneten Lüftern abgeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Wärmetauscher, insbesondere einem Kühler, der von einem Medium, insbesondere von Kühlmittel, durchflossen wird, das zum Beispiel zur Kühlung eines Motors, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors, dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einer Luftfördereinrichtung beeinflusst wird, die in axialer Richtung von dem Wärmetauscher beabstandet ist und ein Gehäuse aufweist, das den Zwischenraum zwischen dem Wärmetauscher und der Luftfördereinrichtung nach außen hin begrenzt, zu schaffen, das einen hohen Wirkungsgrad aufweist und bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine ausreichende Kühlluftströmung ermöglicht.

Die Aufgabe ist bei einem Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Wärmetauscher, insbesondere einem Kühler, der von einem Medium, insbesondere von Kühlmittel, durchflossen wird, das zum Beispiel zur Kühlung eines Motors dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einer Luftfördereinrichtung beeinflusst wird, die in axialer Richtung von dem Wärmetauscher beabstandet ist und ein Gehäuse aufweist, das den Zwischenraum zwischen dem Wärmetauscher und der Luftfördereinrichtung nach außen hin begrenzt, dadurch gelöst, dass in dem Gehäuse zwischen dem Wärmetauscher und der Luftfördereinrichtung mindestens eine durch eine Schließeinrichtung verschließbare Luftdurchtrittsöffnung vorgesehen ist. Die axiale Richtung bezieht sich auf die Längsachse des Kraftfahrzeugs. In einem ersten Betriebszustand, dem so genannten Staudruckbetrieb, wird das Kühlsystem von einer Kühlluftströmung entlang einem ersten Luftströmungspfad durchströmt, der durch die geöffnete Luftdurchtrittsöffnung und durch die Luftfördereinrichtung verläuft. In einem zweiten Betriebszustand, dem so genannten Lüfterbetrieb, ist die Luftdurchtrittsöffnung durch die Schließeinrichtung verschlossen und das Kühlsystem wird von einer Kühlluftströmung entlang einem zweiten Luftströmungspfad durchströmt, der nur durch die Luftfördereinrichtung verläuft.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schließeinrichtung eine Kühlluftjalousie umfasst. Vorzugsweise ist die Kühlluftjalousie im Staudruckbetrieb geöffnet und im Lüfterbetrieb geschlossen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schließeinrichtung mindestens eine Staudruckklappe umfasst. Die mindestens eine Staudruckklappe kann alternativ oder zusätzlich zu der Kühlluftjalousie vorgesehen sein.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Parallelprojektion der von dem Gehäuse begrenzten Luftdurchtrittsfläche der Luftfördereinrichtung in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs auf die Ebene, in der die Wärmetauscher-Luftdurchtrittsfläche liegt, und die Wärmetauscher-Luftdurchtrittsfläche im Wesentlichen, das heißt zu 85 +/- 15 %, überdecken. Besonders bevorzugt ist die Überdeckung über 90 %. Vorzugsweise ist die Luftfördereinrichtung in axialer Richtung gegenüber dem Wärmetauscher angeordnet. Durch die Überdeckung von dem Wärmetauscher und der Luftfördereinrchtung in axialer Richtung wird der Strömungswiderstand gegenüber einer in axialer Richtung versetzten Anordnung von Wärmetauscher und Luftfördereinrichtung erheblich reduziert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher nicht parallel, sondern in einem Winkel zu der Luftfördereinrchtung geneigt angeordnet ist. Dadurch kann der für das Kühlsystem benötigte Bauraum reduziert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel zwischen der Luftfördereinrichtung und dem Wärmetauscher 1 bis 30 Grad, insbesondere 10 bis 15 Grad, beträgt. Diese Neigungswinkel haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördereinrichtung zwischen dem Wärmetauscher und dem Motor angeordnet ist. Dadurch wird eine hohe Kühlleistung erzielt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördereinrichtung mindestens einen Axiallüfter und/oder Halbaxiallüfter umfasst. Es können auch zwei oder mehr Axiallüfter beziehungsweise Halbaxiallüfter eingebaut werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass außen an dem Gehäuse im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung eine Luftleiteinrichtung angebracht ist. Durch die Luftleiteinrichtung kann der im Staudruckbetrieb aus der Luftdurchtrittsöffnung austretende Kühlluftstrom direkt zum Motor geleitet werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchtrittsöffnung oberhalb der Luftfördereinrichtung angeordnet ist. Dadurch wird der Einbau der Schließeinrichtung vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchtrittsöffnung unterhalb der Luftfördereinrichtung angeordnet ist. Dadurch wird unter Umständen eine Abströmung der durch die Luftdurchtrittsöffnung strömenden Luft verbessert.

Bei einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Motor, ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass ein vorab beschriebenes Kühlsystem in das Kraftfahrzeug eingebaut ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug Mittel zur Lenkung zumindest eines Teiles des Luftstroms zu einer Fahrzeugunterseite. Die Mittel umfassen dabei besonders vorteilhaft eine Luftleitvorrichtung, wie beispielsweise einen, zwei oder mehrere Spoiler, die an dem Kühlsystem, an der Fahrzeugunterseite oder an beidem vorgesehen sind. Insbesondere ist die Luftleitvorrichtung mit dem Kühlsystem und/oder einem Fahrzeugboden an der Fahrzeugunterseite einstückig ausgebildet oder daran befestigt, beispielsweise geklebt und/oder geschraubt. Durch die Abströmung der Luft zu der Fahrzeugunterseite wird unter Umständen die Saugwirkung des Kühlsystems verstärkt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems im Längsschnitt und
2 das Kühlsystem aus 1, wobei verschiedene Luftströmungspfade durch Pfeile gekennzeichnet sind.
Das im Folgenden beschriebene Kühlsystem ist allgemein für Fahrzeuge, zum Beispiel Personenkraftwagen, Van, SUV (Sports Utility Vehicle), Lastkraftwagen, Omnibusse und dergleichen, einsetzbar, die als Antriebsaggregat beispielsweise eine Brennkraftmaschine aufweisen. Das Kühlsystem ist ohne weiteres auch für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge geeignet.
1 zeigt eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des Kühlsystems, das an einem Frontende eines Fahrzeugs in einem Motorraum angeordnet oder in einem Frontendmodul integriert ist. Bei Vorwärtsfahren bewegt sich das Fahrzeug in der Darstellung gemäß 1 von rechts nach links, wie durch einen Pfeil 10 angedeutet ist, der auch die Längsrichtung des Fahrzeugs definiert. Das Kühlsystem ist zwischen dem Motorraum und dem Frontende des Fahrzeugs angeordnet.
An dem Frontende des Fahrzeugs ist mindestens eine (nicht dargestellte) Lufteintrittsöffnung vorgesehen, durch die dem Kühlsystem ein in horizontaler Richtung verlaufender Luftstrom zugeführt wird. Der Luftstrom, der auch als Kühlluftstrom oder Kühlluftströmung bezeichnet wird, gelangt durch die Lufteintrittsöffnung zu einer Wärmetauscheinrichtung 1, die zwischen dem Frontende des Kraftfahrzeugs und einem Motor 2 angeordnet ist. Zwischen der Wärmetauscheinrichtung 1 und dem Motor 2 ist ein Lüfter 4 angeordnet, dessen Luftdurchtrittsfläche von einem Gehäuse 6 begrenzt wird, das auch als Lüfterhaube bezeichnet wird. Der Lüfter 4 ist um einen Winkel 7 relativ zu der Wärmetauscheinrichtung 1 geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel 7 beträgt circa 15 Grad.
Die Wärmetauscheinrichtung 1 umfasst einen ersten Wärmetauscher 8 und einen zweiten Wärmetauscher 9. Der erste Wärmetauscher 8 wird von einem Kondensator oder Gaskühler gebildet, der zur Kühlung von Kältemittel, zum Beispiel WR134a oder R744, dient, mit dem das Klimasystem der Klimaanlage im Betrieb gekühlt wird. Der Aufbau und die Funktion des Kondensators oder Gaskühlers 8 sind allgemein bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen wird. Im Betrieb wird der Wärmetauscher 8 von dem über die Lufteintrittsöffnung zugeführten Luftstrom durchströmt. Dabei tritt der Luftstrom auf der Vorderseite des Wärmetauschers 8 ein und auf der Rückseite des Wärmetauschers 8 aus, ohne im Wärmetauscher umgelenkt zu werden.
Auf der der Brennkraftmaschine 2 zugewandten Seite des Wärmetauschers 8 ist zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Wärmetauscher 8 der zweite Wärmetauscher 9 angeordnet. Bei dem zweiten Wärmetauscher 9 handelt es sich beispielsweise um einen Kühlmittelkühler oder einen Ölkühler. Der zweite Wärmetauscher 9 wird, wie der Wärmetauscher 8, von dem Kühlluftstrom in horizontaler Richtung durchströmt.
Der Zwischenraum zwischen der Wärmetauscheinrichtung 1 und dem Lüfter 4 wird, bezogen auf die Längsachse 10 des Fahrzeugs, seitlich sowie nach oben und nach unten hin durch die Lüfterhaube 6 begrenzt. Oben in dem Gehäuse beziehungsweise der Lüfterhaube 6 ist eine Luftdurchtrittsöffnung 11 vorgesehen, die durch eine Kühlluftjalousie 14 verschließbar ist. Die Kühlluftjalousie 14 kann auch durch Staudruckklappen ersetzt werden. Es können auch zusätzlich zu der Luftdurchtrittsöffnung 11 weitere Luftdurchtrittsöffnungen oben, unten oder seitlich in dem Gehäuse 6 oder im Bereich des Lüfters 4 vorgesehen sein.
An dem Gehäuse 6 ist im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung 11 ein Luftleitblech 18 befestigt. Das Luftleitblech 18 hat, im Schnitt betrachtet, im Wesentlichen die Gestalt eines Viertelkreisbogens, der zum Motor 2 hin gekrümmt ist. Das Luftleitblech 18 dient dazu, eine aus der Luftdurchtrittsöffnung 11 austretende Kühlluftströmung zum Motor 2 hin zu leiten.
In 2 ist durch Pfeile 21 bis 23 die eintretende Kühlluftströmung angedeutet. Durch Pfeile 25 und 26 in dem Zwischenraum zwischen der Wärmetauscheinrichtung 1 und dem Lüfter 4 ist angedeutet, dass die Kühlluftströmung ohne größere Umlenkung und demzufolge mit geringem Strömungswiderstand von der Wärmetauscheinrichtung 1 zum Lüfter 4 gelangt, wenn die Kühlluftjalousie geschlossen ist. Das ist zum Beispiel bei einer Bergfahrt oder im Leerlaufbetrieb der Fall. Die austretende Kühlluftströmung im Lüfterbetrieb ist durch Pfeile 28 bis 31 angedeutet.
Bei einer Schnellfahrt, im so genannten Staudruckbetrieb, wird die Kühlluftjalousie 14 geöffnet, so dass, wie durch Pfeile 34 und 35 angedeutet ist, ein Teil der Kühlluftströmung durch die Luftdurchtrittsöffnung 11 durchtritt und an dem Luftleitblech 18 umgelenkt wird. Im Staudruckbetrieb strömt die Kühlluftströmung sowohl über den vorzugsweise ausgeschalteten Lüfter 4 als auch durch die geöffnete Luftdurchtrittsöffnung 11.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem zeichnet sich vor allem durch einen reduzierten Bauraumbedarf und einen geringen Strömungswiderstand im Staudruckbetrieb aus. Aufgrund des geringen Strömungswiderstands kann die im Betrieb erforderliche Lüfterleistung relativ gering gehalten werden. Die Kühlluftjalousie kann bei entsprechenden Anforderungen durch Staudruckklappen ersetzt werden.

Claims

Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Wärmetauscher (8, 9), insbesondere einem Kühler, der von einem Medium, insbesondere von Kühlmittel, durchflossen wird, das zum Beispiel zur Kühlung eines Motors (2) dient, und der von einer Kühlluftströmung durchströmt wird, die, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, von einer Luftfördereinrichtung (4) beeinflusst wird, die in axialer Richtung von dem Wärmetauscher (8, 9) beabstandet ist und ein Gehäuse (6) aufweist, das den Zwischenraum zwischen dem Wärmetauscher (8, 9) und der Luftfördereinrichtung (4) nach außen hin begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (6) zwischen dem Wärmetauscher (8, 9) und der Luftfördereinrichtung (4) mindestens eine durch eine Schließeinrichtung (14) verschließbare Luftdurchtrittsöffnung (11) vorgesehen ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließeinrichtung (14) mindestens eine Kühlluftjalousie umfasst.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließeinrichtung (14) mindestens eine Staudruckklappe umfasst.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Parallelprojektion der von dem Gehäuse (6) begrenzten Luftdurchtrittsfläche der Luftfördereinrichtung (4) in Längsrichtung (10) des Kraftfahrzeugs auf die Ebene, in der die Wärmetauscher-Luftdurchtrittsfläche liegt, und die Wärmetauscher-Luftdurchtrittsfläche im Wesentlichen, das heißt zu 85 +/- 15 % überdecken.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Parallelprojektion der von dem Gehäuse (6) begrenzten Luftdurchtrittsfläche der Luftfördereinrichtung (4) in Längsrichtung (10) des Kraftfahrzeugs auf die Ebene, in der die Wärmetauscher-Luftdurchtrittsfläche liegt, und die Wärmetauscher-Luftdurchtrittsfläche zu 95 +/- 5 % überdecken.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (8, 9) nicht parallel, sondern in einem Winkel (7) zu der Luftfördereinrichtung (4) geneigt angeordnet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (7) zwischen der Luftfördereinrichtung (4) und dem Wärmetauscher (8, 9) 1 bis 30 Grad, insbesondere 10 bis 15 Grad, beträgt.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördereinrichtung (4) zwischen dem Wärmetauscher (8, 9) und dem Motor (2) angeordnet ist.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördereinrichtung (4) mindestens einen Axiallüfter und/oder einen Halbaxiallüfter umfasst.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außen an dem Gehäuse (6) im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung (11) eine Luftleiteinrichtung (18) angebracht ist.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchtrittsöffnung (11) oberhalb der Luftfördereinrichtung (4) angeordnet ist.
Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchtrittsöffnung (11) unterhalb der Luftfördereinrichtung (4) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Motor (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche in das Kraftfahrzeug eingebaut ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Führung der durch die Luftdurchtrittsöffnung und/oder der durch die Luftfördereinrichtung strömenden Luft zu einer Fahrzeugunterseite des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Führung der Luft eine an dem Kühlsystem und/oder an der Fahrzeugunterseite vorgesehene Luftleitvorrichtung umfassen.