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Die
Erfindung betrifft eine Luftführungseinrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige
Luftführungseinrichtungen sind beispielsweise aus der
DE 29 13 648 A1 ,
der
GB 2 174 652 A und
der
EP 0 122 254 B1 bekannt.
Durch die bekannten Luftführungseinrichtungen wird erreicht,
dass die den Wärmetauscher durchströmende Kühlluft
nicht noch zusätzlich den Motorraum durchströmt.
Stattdessen wird der Kühlluftstrom unmittelbar stromabwärts
des Wärmetauschers gezielt und mit geringen Strömungsverlusten
in Richtung des Unterbodens abgeleitet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die bekannte Luftführungseinrichtung
derart weiterzubilden, dass der Luftwiderstandsbeiwert des Kraftfahrzeugs
weiter minimiert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Luftführungseinrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Kerngedanke
ist es hierbei, zumindest einen Teil der mittels der Ummantelung
des Wärmetauschers gesammelten Abluft in ein Radhaus des
Kraftfahrzeugs einzuleiten, um bei Fahrt des Kraftfahrzeugs den
Druck im Radhaus zu erhöhen.
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Der
Anteil der Radhäuser, insbesondere der vorderen Radhäuser
von Personenkraftwagen, am Luftwiderstand ist recht hoch. Dies liegt
daran, dass Radhäuser vorrangig nicht nach aerodynamischen, sondern
nach funktionalen Gesichtspunkten, wie beispielsweise einer ausreichenden
Freigängigkeit der Räder, ausgelegt werden.
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Die
Luftwiderstände im Bereich des Radhauses entstehen vor
allem durch die Umlenkung der etwa parallel zur Fahrtrichtung verlaufenden
Unterbodenströmung in eine aufwärts gerichtete
Strömung im vorderen Teil des Radhauses infolge des Unterdrucks
im Radhaus. Eine weitere Ursache für die Luftwiderstände
im Radhausbereich ist das Aufstauen der Strömung im Bereich
der hinteren Wandung des Radhauses. Schließlich wird der
Luftwiderstand auch durch Verwirbelungen mit der seitlich am Kotflügel
des Kraftfahrzeugs vorbei strömenden Luft erhöht.
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Durch
die erfindungsgemäße Lufteinleitung wird der Druck
im Radhaus erhöht. Dies hat zur Folge, dass aus der während
der Fahrt des Kraftfahrzeugs sich einstellenden Unterbodenströmung
signifikant weniger Luft in das Radhaus einströmt, wodurch
der Luftwiderstand, resultierend aus den Strömungsverlusten
der Unterbodenströmung, deutlich reduziert wird.
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Vor
allem bei Kraftfahrzeugen mit einem kleinen vorderen Überhang,
bei denen also die Radhäuser weit vorne positioniert sind,
ist der Druck an den offenen Bereichen des Radhauses sehr gering.
Somit ist bei derartigen Kraftfahrzeugen die Einströmung
in das Radhaus und/oder die Durchströmung des Radhauses
mit Luft aus der Unterbodenströmung besonders hoch. Deshalb
wirkt sich bei diesen Kraftfahrzeugen die Erfindung besonders vorteilhaft aus.
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Die
Erfindung ist nicht auf vordere Radhäuser von Kraftfahrzeugen
beschränkt, sondern kann selbstverständlich in
analoger Weise auch bei hinteren Radhäusern, bevorzugt
in Kombination mit einem im Heck des Kraftfahrzeugs angeordneten
Antriebsaggregat, angewandt werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher
erläutert. Es zeigt:
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1 ein
Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Luftführungseinrichtung
in der Seitenansicht,
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2 einen
schematischen Längsschnitt des Kraftfahrzeugs von 1,
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3 eine
perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers für
das Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs, mit einer Ummantelung,
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4 eine
schematische Draufsicht auf den Motorraum des Kraftfahrzeugs und
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5 einen
schematischen Querschnitt durch die Ummantelung, mit Blickrichtung
in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs.
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Von
einem in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichneten Kraftfahrzeug
ist in 1 lediglich der vordere Abschnitt mit einer Fahrzeugfront 4,
einer Motorhaube 6, einem Kotflügel 8,
einem Radhaus 10 und einem Vorderrad 12 dargestellt.
Der vordere Überhang, also das Maß von der vordersten
Begrenzung der Fahrzeugfront 4 bis zur Mitte des Vorderrads 12,
ist mit 14 bezeichnet. Bei Fahrt des Kraftfahrzeugs 2 in
Fahrtrichtung 16 stellt sich eine Unterbodenströmung 18 ein.
Ein Teil des Luftstroms aus der Unterbodenströmung 18 wird
als Radhauseinströmung 20 nach oben in Richtung
des Radhauses 10 abgelenkt. Außerdem stellen sich
im Seitenbereich des Kotflügels 8 Verwirbelungen 22 ein,
die aus Interferenzen zwischen der seitlichen Umströmung des
Kraftfahrzeugs 2 und der Luft im Radhaus 10 resultieren.
Die Radhauseinströmung 20 wird maßgeblich
durch den innerhalb des Radhauses 20 herrschenden Unterdruck
verursacht, der sich bei Fahrt des Kraftfahrzeugs 2 einstellt.
Auch das Aufstauen der Strömung 23 im hinteren
Bereich des Radhauses 10 erhöht den Luftwiderstand
des Kraftfahrzeugs 2.
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Wie
aus 2 hervorgeht, ist unterhalb der Motorhaube 6 im
Motorraum 24 des Kraftfahrzeugs 2 ein wassergekühltes
Antriebsaggregat 26 angeordnet. Das Kühlwasser
des Antriebsaggregats 26 wird in einem Wärmetauscher 28 durch
die angeströmte Luft 29 oder die von einem Lüfter 30 geförderte
Luft 29 gekühlt. Der Wärmetauscher 28 ist
zusammen mit dem Lüfter 30 hinter Lufteinlässen 32 in
der Fahrzeugfront 4 angeordnet. An den Wärmetauscher 28 schließt
sich stromabwärts eine Ummantelung in Form einer Ablufthaube 34 an.
Die Ablufthaube 34 sammelt die gesamte durch den Wärmetauscher 28 hindurchströmende
Kühlluft und verhindert, dass die Kühlluft nach
dem Durchtritt durch den Wärmetauscher 28 den
restlichen Motorraum 24 durchströmt. Hierdurch
werden unkontrollierte Luftströmungen im Motorraum 24 vermieden.
Durch die Senkung des „Kühlluftwiderstands”,
der aus Strömungs- und Impulsverlusten bei diffuser Motorraumdurchströmung resultiert,
wird der Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs 2 insgesamt
reduziert. Auch kann die Warmlaufphase des Antriebsaggregats 26 verkürzt
werden, da bei einer konventionellen Durchströmung des
Motorraums 24 die anfangs kalte Abluft des Wärmetauschers 28 dem
schnellen Erreichen der Betriebstemperatur des Antriebsaggregats 26 entgegenwirkt.
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Die
Ablufthaube 34 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel
gemäß den 2 und 3 mehrere
Luftführungskanäle 36 bis 40 auf.
Die oberen Luftführungskanäle 36 reichen
bis an die Innenseite der Kotflügel 8 und haben
einen vergleichsweise großen Querschnitt. Sie leiten den
Hauptanteil des durch den Wärmetauscher 28 hindurch
tretenden Luftstroms ab. Die oberen Luftführungskanäle 36 münden
in Luftaustrittsöffnungen 42 in den Radhäusern 10,
wie in 1 anhand des linken Radhauses 3 dargestellt
ist. Die Luftführungskanäle 38 und 40 dienen
einer gezielten Bauteilkühlung, im Fall der Luftführungskanäle 38 zum
Beispiel zur Kühlung eines Abgaskrümmers oder
eines Turboladers. Die unteren Luftführungskanäle 40 leiten
Kühlluft zum Bereich einer Ölwanne oder eines
Vorderachsgetriebes. Die Luftführungskanäle 36 bis 40 können über
Klappen geöffnet bzw. verschlossen werden, wie beispielhaft
anhand der Klappe 44 im Luftführungskanal 36 dargestellt.
Die aus den Luftführungskanälen 36 bis 40 ausströmende
Abluft ist trotz ihrer im Vergleich zur Umgebungstemperatur höheren
Temperatur noch in der Lage, insbesondere Bauteile mit sehr hohen
Betriebstemperaturen, wie Abgasanlagen oder Turbolader, wirkungsvoll
zu kühlen.
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Durch
den erfindungsgemäß mittels der Luftführungskanäle 36 und
den Luftaustrittsöffnungen 42 erzeugten Luftstrom 46 (siehe 1)
wird im Radhaus 10 ein Druckanstieg erzeugt. Dieser Druckerhöhung
vermindert die Radhauseinströmung 20, wodurch
der Luftwiderstand deutlich reduziert werden kann. Wie aus 1 hervorgeht,
ist die Luftaustrittsöffnung 42 in der oberen
Hälfte des Radhauses 10 angeordnet.
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Durch
die Anordnung und/oder Gestaltung des Luftführungskanals 36 und/oder
der Luftaustrittsöffnung 42 kann die Strömungsrichtung
des austretenden Luftstroms 46 beeinflusst werden. Auch
kann zu diesem Zweck im Bereich der Luftaustrittsöffnung 42 eine
nicht dargestellte Düse und/oder eine Luftleiteinrichtung
vorgesehen sein, um eine zum Unterboden gerichtete Strömung
zu erzeugen.
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Die
aus der Luftaustrittsöffnung 42 ausströmende
Luft 46 ist bevorzugt in Richtung auf den Unterboden, also
senkrecht nach unten, gerichtet. Hierzu sind beispielsweise an den
Endabschnitten der etwa horizontal und quer zur Fahrtrichtung 16 verlaufenden
Luftführungskanäle 36 plattenartige Luftleitbleche
mit einem Anstellwinkel von etwa 45° vorgesehen. Der Impuls
der nach unten ausströmenden Luft 46 wirkt – zusätzlich
zum erzeugten Druckanstieg im Radhaus 10 – der
einströmenden Luft aus der Unterbodenströmung 20 entgegen.
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Wie
aus 4 hervorgeht, wird die Abluft 52 stromabwärts
des Wärmetauschers 28 möglichst frei von
strömungsmechanischen Verlusten innerhalb der Ablufthaube 34 und
den Luftführungskanälen 36 bis 40 geführt.
Um eine möglichst anliegende Strömung zu erzielen,
ist die gesamte Abluftführung in geschwungener Geometrie 54 ausgeführt.
Zu demselben Zweck ist auch die Position und/oder die Ausrichtung
der Abgriffe für die Luftführungskanäle 36 bis 40 entsprechend
optimiert.
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Neben
dieser strömungsmechanischen Optimierung wirkt sich die
Position der Abgriffe für die Luftführungskanäle 36 bis 40 auch
auf die Aufteilung der Luftmenge auf die einzelnen Luftführungskanäle 36 bis 40 aus.
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Entscheidend
für die Verteilung der Luftmengen ist weiterhin die Drehrichtung 56 des
Lüfters 30. Wie aus dem Ausführungsbeispiel
der 5 hervorgeht, ist bei links drehendem Lüfter 30 die
im rechten Luftführungskanal 36 (führt
zum rechten Radhaus 10) geförderte Luftmenge größer
als im linken Luftführungskanal 36. Die Anbringung
des Luftführungskanals 38 zur Bauteilkühlung
sorgt für den nötigen Ausgleich der unterschiedlichen
Luftfördermengen, indem ein Teil der Luftmenge aus dem
rechten Luftführungskanal 36 entnommen wird. Dieser
Ausgleich ist erforderlich, um in beide Radhäuser 62 eine
etwa gleich große Luftmenge einzubringen, also im rechten
und im linken Radhaus 62 eine etwa gleich große Druckerhöhung
zu erreichen. Die unterschiedlichen Luftfördermengen können
insbesondere bei Kraftfahrzeugen 2 ausgeglichen werden,
in deren Motorraum 24 unterschiedlich hohe Temperaturen
auftreten, beispielsweise infolge der Anordnung der Abgasanlage
des Antriebsaggregats 26. So bietet sich der links drehende
Lüfter 30 gemäß 5 für
eine rechts angeordnete Abgasanlage an, da in diesem Fall einerseits
für die Luftzuführung in das rechte Radhaus 10 aus
dem rechten Luftführungskanal 36 und für
die Kühlung der Abgasanlage aus dem Luftführungskanal 38 zusammen
ein höherer Kühlluftbedarf besteht als andererseits
für die Luftzuführung in das linke Radhaus 10 aus
dem linken Luftführungskanal 36. Mit anderen Worten
ist die Drehrichtung 56 des Lüfters 30 auf
den Luftmengenbedarf von rechter und linker Fahrzeugseite abzustimmen.
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Der Übergang 58 von
der Ablufthaube 34 in die Luftführungskanäle 36 ist
nach Möglichkeit ohne Stufen und Knicke und mit gerundeten Übergängen ausgeführt,
um Strömungsablösungen weitestgehend zu vermeiden.
Auch der Übergang 60 von der Ablufthaube 34 in
die Luftführungskanäle 38, die Kühlluft
zu Bauteilen im Motorraum 24 führen, ist möglichst
rund und mit großem Radius auszuführen, um Strömungsablösungen
zu vermeiden.
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Zusammenfassend
lässt sich die Erfindung wie folgt beschreiben: Ein Kraftfahrzeug 2 mit
einem durch eine Ablufthaube 34 gegenüber dem
restlichen Motorraum 24 gekapselten Wärmetauscher 28 für ein
Antriebsaggregat 26 weist wenigstens einen Luftführungskanal 36 auf,
der die Abluft stromabwärts des Wärmetauschers 28 in
ein Radhaus 10 des Kraftfahrzeugs 2 einleitet.
Hierdurch wird innerhalb des Radhauses 10 ein Druckanstieg
erzeugt, der die Strömungsverhältnisse innerhalb
des Radhauses 10 und/oder die Verhältnisse zwischen
der Unterbodenströmung 18 und der Strömung
im Radhaus 10 und/oder die Verhältnisse zwischen
der seitlichen Umströmung des Kraftfahrzeugs 2 und
der Strömung im Radhaus 10 im Sinn einer Reduzierung
des Luftwiderstands beeinflusst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2913648
A1 [0002]
- - GB 2174652 A [0002]
- - EP 0122254 B1 [0002]