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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung zumindest eines wärmeerzeugenden Elements in einem Betriebsraum eines Kraftfahrzeugs durch eine Fluidströmung, mit einem in der Fluidströmung angeordneten Wärmetauscher für ein Kühlmedium und mit einem Fluidleitelement.
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In einem Kraftfahrzeug ist es im Allgemeinen notwendig, einzelne technischen Baugruppen oder Komponenten zu temperieren, insbesondere zu kühlen. Zu diesem Zweck können ein oder mehrere Kühlsysteme im Kraftfahrzeug angeordnet sein.
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Ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs hat vorrangig die Aufgabe, wenigstens unter bestimmten Betriebsbedingungen die entstehende Wärme eines oder mehrerer Bauteile an die Umgebung abzuführen und dadurch die wärmeerzeugenden Bauteile des Kraftfahrzeugs so zu kühlen, dass keine Funktionsstörungen oder Beschädigungen auftreten. Diese Wärmeabfuhr geschieht zum Beispiel durch direkt das Bauteil oder die Bauteile anströmende Luft oder über ein Kühlmedium.
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Aus dem Dokument
DE 10 2007 054 005 A1 ist bekannt, dass die Kühlung vom wärmeerzeugenden Elementen eines Kraftfahrzeugs ausgehend von einem Einlass im Unterboden des Kraftfahrzeugs erfolgen kann, wobei ein Wärmetauscher, der von einem Kühlmedium durchströmt wird, aus Platzgründen an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Durch ein düsenförmiges Fluidleitelement ist gezielt Luft zum Kühlen des Wärmetauschers zuführbar. Ein Wärmetauscher kann gemäß dem Dokument
FR 2 895 324 A1 auch in einem kanalförmigen Fluidleitelement integriert sein. Gemäß dem Dokument
DE 43 39 936 A1 kann eine Kühlung mittels eines im Unterboden angeordneten schwenkbaren und verstellbaren Kühlkörpers und eines über dem Kühlkörper angebrachten Elektrolüfters erreicht werden, der zusätzlich die anströmende Luftmenge und somit auch die mögliche Kühlleistung steuert.
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Diese Vorrichtungen weisen jedoch in bestimmten Fahrsituationen Nachteile auf. Insbesondere bei einer Stop&Go Fahrt oder einer Bergfahrt, wobei die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs niedrig ist und somit keine ausreichende Luftströmung zu Kühlung der Aggregate erzeugt werden kann. Dies ist allerdings unbedingt zu vermeiden, um die wärmeerzeugenden Elemente vor der Beschädigung zu schützen. Beispielsweise bei Bergfahrt kann ein unerwünschter Effekt der Überbelastung des Kraftfahrzeugmotors durch zu hohe Drehzahlen auftreten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kühlung eines wärmeerzeugenden Elements in einem Betriebsraum eines Kraftfahrzeugs auch bei geringen Geschwindigkeiten zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
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Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zur Kühlung zumindest eines wärmeerzeugenden Elements in einem Betriebsraum eines Kraftfahrzeugs durch eine Strömung eines Fluids, einen in der Fluidströmung angeordneten Wärmetauscher für ein Kühlmedium und ein Fluidleitelement zur Abströmung eines Wärmetauschers durch das Fluid. Dem Wärmetauscher ist eine Strömungsmaschine in der Weise nachgeordnet, dass die Abströmung des Fluids auf zumindest ein wärmeerzeugendes Element im Betriebsraum trifft.
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Erfindungsgemäß wird zumindest ein wärmeerzeugendes Element im Betriebsraum eines Kraftfahrzeugs in der Weise gekühlt, dass die Fluidströmung ein Fluidleitelement durchströmt, anschließend den Wärmetauscher und die dem Wärmetauscher nachgeordnete Strömungsmaschine derart umströmt, dass die Strömung als kühlende Abströmung zumindest ein wärmeerzeugendes Element im Betriebsraum anströmt. Damit wird die Strömung nicht nur Zur Kühlung des Kühlmediums des Wärmetauschers verwendet, sondern auch gleichzeitig zur Kühlung eines wärmeerzeugenden Elements. Das Fluid kann insbesondere eine Flüssigkeit oder ein Gas sein, beispielsweise Luft. Der Betriebsraum kann beispielsweise ein Motorraum oder ein Batterieraum eines Kraftfahrzeugs sein. Das Fluidleitelement kann beispielsweise ein Luftleitelement sein.
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Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Vorrichtung in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs zur Kühlung einer Brennkraftmaschine, eines Elektromotors oder eines sonstigen Aggregates eingesetzt wird. Die Kühleffizienz wird in dieser Weise deutlich gesteigert. Dadurch wird der Motorraum nicht nur durch das Kühlmedium des Wärmetauschers gekühlt, sondern auch durch die Abströmung, die durch die Vorrichtung erzeugt ist.
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In bevorzugter Ausführungsform ist der Wärmetauscher ein Niedertempertatur-Wasserkühler, dessen Kühlmedium zur Ladeluftkühlung eingesetzt wird. Das Kühlmedium des Niedertemperatur-Wasserkühlers ist ein Kühlmedium, beispielsweise mit der maximalen Kühlmitteltemperatur von 75°C, bevorzugt maximal 65°C. Mit der Verwendung des Niedertemperatur-Wasserkühlers wird durch die kompaktere Bauweise im Vergleich zu einem konventionellen Ladeluftkühler das Bauraum-Problem gelöst. Es wird eine motornahe Anbringung des Ladeluftkühlers ermöglicht. Es sind nur kurze Ladeluftleitungen, so dass ein signifikanter Druckverlust bei der erfindungsgemäßen Anwendung verringert, bevorzugt verhindert wird. Darüber hinaus ist die Kühlleistung und die Kühleffizienz größer, was zu einer besseren Kühlung der wärmeerzeugenden Elemente führt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform für das Fluidleitelement ist eine Düse. Mittels einer Düse werden im Vergleich zu einem Kanal insbesondere gasförmige Substanzen gleichmäßiger verteilt. Bei der Verwendung einer Düse, insbesondere einer Düse mit einem Profil, das aufgrund einer Variation eines theoretischen Ursprungsprofils bezüglich seiner geometrischen Parameter enthalten sind, die für die aerodynamischen Eigenschaften des Profils ausschlaggebend sind, werden günstige Profilbeiwerte für die verschiedenen Anstellwinkel erzielt. Die Profilbeiwerte sind beispielsweise Auftriebskoeffizient, Widerstandskoeffizient und Momentenkoeffizient. Die geometrischen Parameter des Profils sind beispielsweise Profilwölbung, Wölbungsrücklage und/oder maximale Profildicke. Derartige Düsen sind auch unter den Begriffen Tragflächendüsen oder NACA-Düsen bekannt. Dadurch werden besonders günstige Strömungseigenschaften des einfließenden Mediums erzeugt und damit auch die Strömungsverluste im Vergleich zu Kanälen deutlich vermindert.
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Weiterhin kann die Vorrichtung zweckmäßigerweise so ausgeführt werden, dass in zumindest einem Fluidleitelement zumindest eine Vorrichtung zur Verhinderung des Eindringens von Fremdkörpern angebracht ist. Die Vorrichtung kann beispielsweise als Gitter oder als Sieb ausgeführt werden. In dieser Ausführungsform können besonders gut Fremdkörper in Form von Festkörpern ausgesondert werden. Die Fremdkörper können beispielsweise Laub, Steine, Schnee oder sonstiges sein. Damit wird eine Beschädigung der Vorrichtung zum Kühlen vermieden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Ventil im Fluidleitelement. Mit Hilfe des Ventils können beispielsweise Wasser oder sonstige Flüssigkeiten aus der Vorrichtung, insbesondere aus dem Inneren des Fluidleitelements Luftführung) abgeführt werden. Dies kann zur Vermeidung einer Kondenswasseransammlung in dem Fluidleitelement besonders vorteilhaft sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung eines Motorraums eines Kraftfahrzeugs einzusetzen. Der Motorraum des Kraftfahrzeugs lässt sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut bei geringen Geschwindigkeiten oder im Stand kühlen. Die zur Kühlung notwendige Strömung wird in diesem Fall durch die Strömungsmaschine erzeugt.
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Zweckmäßig ist auch, die durch den Kraftfahrzeug hervorgerufene Luftbewegung als Fluid für die Strömung zu benutzen. Es werden dann keine speziellen Leitungen oder Aggregate zur Fluidführung benötigt.
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Durch die Anordnung der Vorrichtung in einem Unterboden des Kraftfahrzeugs kann die Zuluft für den Wärmetauscher über den Unterboden erfolgen. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung über der Bodengrenzfläche angeordnet, um die Fahreigenschaften nicht zu beeinträchtigen. Dadurch wird auch zur Kühlung die durch die Bewegung des Kraftfahrzeugs hervorgerufene stärkere Luftbewegung genutzt.
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Eine besonders vorteilhafte Anordnung beziehungsweise Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darin bestehen, dass diese in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, dessen Motor zwischen den Achsen, und unmittelbar vor der angetriebenen Hinterachse (Mittelmotor) angeordnet ist. Dadurch bleibt der Bauraum im vorderen Teil des Kraftfahrzeugs für anderen Zweck verfügbar. Auch ist keine aufwendige und lange Leitungsführung für Kühlmedium vom vorderen Teil des Kraftfahrzeugs bis in den Hinterwagen notwendig. Somit wird am Gewicht des Kraftfahrzeugs gespart und der Einbau der Vorrichtung ist vorteilhafter. Darüber hinaus befindet sich unter dem hinteren Teil eines Kraftfahrzeugs ein leichter Überdruckbereich, der die Lufteinströmung in die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht. Zusätzlich ist der hintere Bereich im Vergleich zum vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch den aus den Vorderrädern resultierenden Steinbewurf, nicht besonders gefährdet.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann ein schienenloses Landfahrzeug, insbesondere ein Radfahrzeuge sein.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
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1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Strömungsmaschine direkt am Wärmetauscher angebracht ist,
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2 zeigt die in 1 dargestellte Ausführungsform in der Seitenansicht,
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3 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Fluidelementen,
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4 zeigt im Teilbild A einen Schnitt durch den großen Einlass eines Fluidleitelements in bevorzugter Ausführungsform (Schnitt durch den großen Einlass) und im Teilbild B einen Schnitt durch den kleinen Einlass des Fluidleitelements, und
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5 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 3, welche im Unterboden eines Kraftfahrzeugs angebracht ist.
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In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 14 abgebildet. Im Hinterwagen 13 des Kraftfahrzeugs 14 ist das Fluidleitelement 1 vor dem Wärmetauscher 2 angeordnet. Hinter dem Wärmetauscher 2 in Richtung des wärmeerzeugenden Elements 4 (hier ein Aggregat 10 und ein Getriebe 11) wird eine Strömungsmaschine 3, hier ein Lüfter, in der Weise angebracht, dass die von ihr erzeugte Strömung auf das wärmeerzeugende Element 4 gerichtet ist. Das Kraftfahrzeug 14 bewegt sich in die Fahrtrichtung 16. Durch die Kraftfahrzeugbewegung entsteht eine Fluidbewegung, hier eine Luftbewegung entgegen der Fahrtrichtung 15. Diese Luftbewegung stellt in dieser Ausführungsform die erfindungsgemäß genutzte Fluidströmung dar, die zur Kühlung des wärmeerzeugenden Elements 4 eingesetzt wird.
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In 2 wird die in 1 dargestellte Vorrichtung in der Seitenansicht dargestellt. Der Wärmetauscher 2 ist leicht in Richtung des Fluidleitelements 1 geneigt, um geringe Strömungsverluste der Fluidströmung zu erreichen.
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In 3 ist eine bevorzugte Ausgestaltung des Fluidleitelements 1 dargestellt, in dem vor dem Luftführungskanale des Fluidleitelements 1 drei NACA-Düsen 7 eingebaut sind. Die NACA-Düsen werden im wesentlichen parallel zueinander in Querrichtung des Kraftfahrzeugs 14 angeordnet, wobei die längste und breiteste NACA-Düse 8 in der Mitte platziert ist. Hinter dem Wärmetauscher 2 sind in dieser Ausführungsform mehrere Strömungsmaschinen 3 angeordnet.
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Wie in 4 dargestellt, wird das Fluidleitelement 1 in der Weise angebracht, dass die durch das Fluidleitelement 1 verursachte Strömungsführung tangential in die äußere Wärmetauscherkontur 2 einläuft. Die untere Kontur der Vorrichtung liegt teilweise auf der Bodengrenzfläche 12. In der unteren Strömungsfläche des Fluidleitelements 1 befindet sich zusätzlich ein Ventil 5. Dieses ist in der Weise angeordnet, dass das angesammelte Wasser oder sonstige Flüssigkeiten aus der Luftführung abgeführt werden können. Eine Vorrichtung zur Verhinderung von Eindringen von Fremdkörpern 6, hier ein Gitter, wird in dem Fluidleitelement 1 in der Weise angebracht, dass es den parallel zur unteren Kante des Fluidleitelements 1 verlaufenden Querschnitt dieses Fluidleitelements 1 vollständig abdeckt. Der Wärmetauscher 2 ist leicht in Richtung des Fluidleitelements 1 geneigt, um die Strömung nicht zu stark umzulenken.
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Die dargestellte Millimeter-Skala zeigt die bevorzugte Position des Fluidleitelements 1 im Kraftfahrzeug 14. In dieser Ausführungsform befindet sich das Fluidleitelement 1 in dem Hinterwagen 13 des Kraftfahrzeugs 14 und ist über 100 mm hoch.
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In 5 ist die bevorzugte Ausführung der Vorrichtung gemäß 3 im Hinterwagen 13 eines Kraftfahrzeugs 14 dargestellt. Das Fluidleitelement 1 besteht aus drei nebeneinander in Querrichtung des Kraftfahrzeugs derart miteinander verbundenen NACA-Düsen 7, dass die Breite der Fluidleitelemente der Breite der nachgeordneten Wärmetauschern 2 entspricht. Die Düsen sind in der Weise angeordnet, dass die breiteste und längste Düse 8 in der Mitte des Fluidleitelements und zwei kleinere an den Rändern 9 eingesetzt sind. Dadurch wird eine optimale Strömungseigenschaft des Fluids ohne große Strömungsverluste erreicht. Die NACA-Düsen 7 sind vor dem Wärmetauscher angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluidleitelement
- 2
- Wärmetauscher
- 3
- Strömungsmaschine
- 4
- Wärmeerzeugendes Element
- 5
- Ventil
- 6
- Vorrichtung zur Verhinderung von Eindringen von Fremdkörpern
- 7
- NACA-Düse
- 8
- Große NACA-Düse
- 9
- Kleine NACA-Düse
- 10
- Aggregat
- 11
- Getriebe
- 12
- Bodengrenzfläche
- 13
- Hinterwagen
- 14
- Kraftfahrzeug
- 15
- Fluidbewegungsrichtung
- 16
- Fahrtrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007054005 A1 [0004]
- FR 2895324 A1 [0004]
- DE 4339936 A1 [0004]
