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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Luftauslass zur Abfuhr von durch Wärmeaufnahme von wenigstens einer Fahrzeugkomponente erwärmter Luft an die Umgebung des Kraftfahrzeugs und einen Lufteinlass zur Aufnahme von Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs für den Betrieb wenigstens einer einen Innenraum des Kraftfahrzeugs temperierenden Temperiereinrichtung.
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In jüngerer Zeit wurden innovative Konzepte zur Kühlung insbesondere innerhalb einer Fahrzeugkarosserie angeordneter Fahrzeugkomponenten entwickelt. So wurde vorgeschlagen, die Luft in an sich bekannter Weise frontseitig, beispielsweise über einen Kühlergrill, aufzunehmen und an der wenigstens einen Fahrzeugkomponente entlang zu leiten. Die sich durch einen Wärmetausch mit der wenigstens einen Fahrzeugkomponente erwärmende Luft wird anschließend über den Luftauslass, insbesondere in Form einer Öffnung einer Fronthaube des Kraftfahrzeugs, wieder an die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben. Vor allem im Bereich der Elektromobilität wird so eine effiziente Kühlung von Fahrzeugkomponenten realisiert.
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Nachteilhaft ist dabei jedoch, dass die aus dem Luftauslass abgeführte und erwärmte Luft in die unmittelbare Nähe des Lufteinlasses einer für die Temperierung des Innenraums bestimmten Temperiereinrichtung strömen kann. Da solche Temperiereinrichtungen Umgebungsluft ansaugen, um sie zu kühlen und in den Innenraum des Kraftfahrzeugs zu leiten, ist es ungünstig, wenn diese angesaugte Umgebungsluft zuvor durch thermische Wechselwirkung mit der wenigstens einen Fahrzeugkomponente erwärmt wurde. Die Temperiereinrichtung muss dann eine weitaus höhere Kühlleistung aufbringen, als dies bei nicht zuvor erwärmter Umgebungsluft der Fall wäre. Die Energieeffizienz des gesamten Kraftfahrzeugs wird durch diesen erhöhten Leistungsbedarf der Temperiereinrichtung verringert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es ein Luftleitelement aufweist, welches dazu ausgebildet ist, einen aus dem Luftauslass austretenden Luftstrom zumindest teilweise an dem Lufteinlass vorbeizuleiten.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die Strömungsverbindung zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass zu unterbrechen oder zumindest zu reduzieren. Dazu wird vorgeschlagen, das Kraftfahrzeug um das Luftleitelement zu erweitern, welches den austretenden Luftstrom im Vergleich zu einem herkömmlichen Kraftfahrzeug umleitet. Dabei genügt es, wenn dies zumindest zeitweise geschieht, insbesondere dann, wenn die Zufuhr erwärmter Luft zur Temperiereinrichtung unerwünscht ist. Die genaue Ausgestaltung des Luftleitelements, welches auch mehrteilig ausgebildet sein kann, hängt dabei insbesondere von der Richtung ab, in die der austretende Luftstrom an dem Lufteinlass vorbeigeleitet werden soll. Ferner ist es besonders zweckmäßig, wenn das Luftleitelement in der Fronthaube selbst angeordnet ist. Es ist aber auch denkbar, dass die Luft durch einen Luftleitkanal zum Luftauslass geführt wird und das Luftleitelement im oder an diesem, insbesondere röhrenartig ausgebildeten, Luftleitkanal angeordnet ist.
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Durch die Erfindung wird somit der Vorteil erzielt, dass die erwärmte Luft zumindest teil- und/oder zeitweise nicht mehr über den der Temperiereinrichtung zugeordneten Lufteinlass strömt. Dadurch wird der Temperiereinrichtung weniger oder keine durch das Kühlen der wenigstens einen Fahrzeugkomponente erwärmte Luft zugeführt, was einen verringerten Energieeinsatz beim kühlenden Betrieb der Temperiereinrichtung ermöglicht. Das Kraftfahrzeug kann somit energieeffizienter betrieben werden.
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Es wird bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug besonders bevorzugt, wenn der Luftauslass in einer Fronthaube des Kraftfahrzeugs und der Lufteinlass in der Fronthaube und/oder an die Fronthaube zu einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs hin anschließend ausgebildet ist. In diesem Fall wird die über die Fronthaube verlaufende Strömungsverbindung zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass durch das Vorbeileiten des Luftstroms mittels des Luftleitelements reduziert oder unterbrochen. Dadurch wird das Einströmen erwärmter Luft in den Luftauslass, insbesondere in dem besonders relevanten Fall der Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs, vermieden. Der Luftauslass kann dabei nicht nur als bloße Öffnung in der Fronthaube realisiert sein, sondern bevorzugterweise unter einem Vorsprung der Fronthaube verdeckt angeordnet sein. Vorteilhafterweise bleibt so der besondere gestalterische Mehrwert einer derartig ausgebildeten Fronthaube erhalten, wenn der Luftstrom an dem Lufteinlass vorbeigeleitet wird. Der Lufteinlass selbst kann, beispielsweise durch entsprechende Durchgangsöffnungen, in der Fronthaube ausgebildet sein. Er kann aber auch frontscheibenseitig an die Fronthaube anschließend in ein anderes Teil der Fahrzeugkarosserie eingearbeitet sein. Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch denkbar, dass der Lufteinlass sowohl in der Fronthaube als auch an die Fronthaube anschließend ausgebildet ist, wobei sich ein als Lufteinlass dienender Übergangsbereich zwischen der Fronthaube und einer weiteren Karosseriekomponente ergibt.
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Es ist bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug daneben von besonderem Vorteil, wenn es ein auf das Luftleitelement wirkendes Stellelement aufweist, mittels welches das Luftleitelement in eine den austretenden Luftstrom zumindest teilweise an dem Lufteinlass vorbeileitende erste Stellung und in eine den austretenden Luftstrom in Richtung des Lufteinlasses erlaubende zweite Stellung bringbar ist. Wie bereits angedeutet ist es ausreichend, wenn der Luftstrom nur zeitweise am Lufteinlass vorbeigeleitet wird. Es sind nämlich auch Betriebsfälle denkbar, in denen es erwünscht ist, einen erwärmten Luftstrom zum Lufteinlass hinzuleiten. Dafür wird ein dem Luftleitelement zugeordnetes Stellelement vorgeschlagen, welches das Luftleitelement in verschiedene Stellungen bringen kann. Dazu kann das Luftleitelement beispielsweise derart bewegbar angeordnet sein, dass es sich sowohl in der ersten Stellung als auch in der zweiten Stellung innerhalb des Luftstroms befindet und diesen in die entsprechende Richtung leitet. Es kann aber auch eine Realisierung des Luftleitelements gewählt werden, bei der es sich in einer Stellung – bevorzugt in der ersten Stellung – innerhalb des Luftstroms befindet und in der anderen Stellung aus dem Luftstrom entfernt wird. Dazu ist es beispielsweise denkbar, das Luftleitelement mittels des Stellelements aus dem Luftstrom herauszubewegen. In jedem Fall wird es bevorzugt, wenn das Stellelement eine Bewegungseinrichtung aufweist, mittels welcher das Luftleitelement durch Verschwenken und/oder eine translatorische Bewegung verfahrbar ist.
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Es ist bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug mit einem Stellelement besonders zweckmäßig, wenn das Stellelement mittels einer Steuereinrichtung bei einem den Innenraum kühlenden Betrieb der Temperiereinrichtung zum Einnehmen der ersten Stellung und/oder bei einem den Innenraum erwärmenden Betrieb der Temperiereinrichtung zum Einnehmen der zweiten Stellung ansteuerbar ist. Befindet sich die Temperiereinrichtung temporär in einem den Innenraum erwärmenden Betrieb, beispielsweise in einem Betriebszustand als Heizung, so kann ein Zuführen von erwärmter Luft aus dem Luftauslass zum Lufteinlass hin günstig sein. Mithin wird der Temperiereinrichtung bereits vorerwärmte Luft, also solche, die warmer ist als die übrige Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs, zugeführt, wodurch wiederum mit besonderem Vorteil ein schnelleres Erwärmen des Innenraums ermöglicht wird. Dadurch erhöht sich die Leistungsfähigkeit der Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs in signifikanter Weise. Die Steuereinrichtung kann dazu bevorzugt als Steuergerät ausgebildet sein, welches den Betriebszustand der Temperiereinrichtung erfasst und in dessen Abhängigkeit eine entsprechende Ansteuerung des Stellelements vornimmt.
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Es ist bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug mit einem Stellelement darüber hinaus von besonderem Vorteil, wenn das Kraftfahrzeug ein eine Temperatur der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfassendes Thermometer aufweist, wobei das Stellelement in Abhängigkeit der erfassten Temperatur mittels der oder einer Steuereinrichtung zum Einnehmen der ersten Stellung oder der zweiten Stellung ansteuerbar ist. Mithin ist also auch ein außentemperaturgesteuerter Betrieb des Stellelements über die Steuereinrichtung denkbar, wobei diese ein Auswahlkriterium auf die durch das Thermometer erfasste Temperatur anwendet, welches für eine Entscheidung über den Betrieb des Luftleitelements in der ersten Stellung oder der zweiten Stellung ausgewertet wird. Beispielsweise kann das Auswahlkriterium einen ersten Temperaturschwellwert aufweisen, oberhalb dessen die erste Stellung des Luftleitelements hingenommen wird, und/oder einen zweiten Temperaturschwellwert aufweisen, unterhalb dessen die zweite Stellung eingenommen wird. Es ist selbstverständlich auch denkbar, die Information über einen kühlenden oder erwärmenden Betriebszustand der Temperiereinrichtung mit der erfassten Temperatur zu kombinieren und das Stellelement in deren beider Abhängigkeit anzusteuern. Ist die Temperatur der Umgebung die einzige Entscheidungsgröße des Auswahlkriteriums, insbesondere wenn keine Betriebszustände der Temperiereinrichtung im Rahmen der Auswertung des Auswahlkriteriums berücksichtigt werden, so sind der erste und der zweite Temperaturschwellwert sinnvollerweise identisch zu wählen. Es wird mithin der Vorteil erzielt, das Betriebsverhalten des Luftleitelements bezüglich der äußeren Umweltbedingungen adaptiv zu gestalten.
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Darüber hinaus ist es bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug bevorzugt, wenn das Luftleitelement dazu ausgebildet ist, den austretenden Luftstrom zumindest teilweise in wenigstens eine seitliche Richtung bezüglich einer Längsachse des Kraftfahrzeugs am Lufteinlass vorbeizuleiten. Dies ist insbesondere bevorzugt, wenn die Strömungsverbindung zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass über die Fronthaube verläuft. Der Luftstrom kann sowohl beifahrerseitig als auch fahrerseitig umgeleitet werden, um ihn zumindest teilweise am Lufteinlass vorbeizuleiten. Es wird jedoch besonders bevorzugt, wenn der Luftstrom durch das Luftleitelement in jeweils einen fahrerseitigen und einen beifahrerseitigen Teilluftstrom verzweigt wird. In diesem Fall ist eine im wesentlichen V-förmige Gestalt des Luftleitelements zumindest in der ersten Stellung besonders zweckmäßig.
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Schließlich ist es bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug besonders zweckmäßig, wenn die Fahrzeugkomponente ein zum Temperieren eines Elektromotors und/oder eines elektrischen Energiespeichers ausgebildeter Wärmetauscher ist. In diesem Fall dient der Luftstrom zur Kühlung besonderer Komponenten für die Elektromobilität. Es kann somit vorteilhafterweise darauf verzichtet werden, dass sich der Elektromotor und/oder der elektrische Energiespeicher unmittelbar in der Nähe der Fronthaube des Kraftfahrzeugs befinden. Vielmehr können der Elektromotor und/oder der elektrische Energiespeicher heckseitig im Kraftfahrzeug verbaut sein, was fahrdynamische Vorteile erzielt. Es ist dann lediglich der Wärmetauscher im Frontbereich des Kraftfahrzeugs anzuordnen. Es ist allerdings auch denkbar, den Luftstrom unmittelbar am Elektromotor und/oder dem elektrischen Energiespeicher vorbeizuführen und auf separate Einrichtungen zum Wärmetausch zu verzichten.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem Luftleitelement in erster Stellung;
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2 eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Kraftfahrzeugs mit dem Luftleitelement in zweiter Stellung; und
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3 eine Prinzipskizze des in 1 gezeigten Kraftfahrzeugs.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer unterhalb einer Fronthaube 2 angeordneten Fahrzeugkomponente 3, welche durch einen Luftstrom 4 während einer Vorwärtsfahrt gekühlt wird. Der Luftstrom 4 gelangt über einen Kühlergrill 5 in das Innere der Fahrzeugkarosserie 6, wobei er an der Fahrzeugkomponente 3 entlang strömt und sich erwärmt. Dahinter teilt sich der Luftstrom 4 infolge eines Vorbeiströmens an einem Luftleitelement 7 in zwei Teilluftströme 8 auf und gelangt durch einen Luftauslass 9 zurück in die Umgebung des Kraftfahrzeugs.
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Dabei werden die Teilluftströme 8 an einem Lufteinlass 10, welcher einer (in 1 nicht gezeigten) Temperiereinrichtung 11 zugeordnet ist, vorbeigeführt. Das Luftleitelement 7 verhindert somit das Eindringen erwärmter Luft in den Lufteinlass 10 der Temperiereinrichtung 11, wenn sich diese in einem einen Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 kühlenden Betriebszustand befindet.
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Eine zweite Stellung des Luftleitelements 7, welche bevorzugt eingenommen wird, wenn sich die Temperiereinrichtung 11 in einem den Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 heizenden Betriebszustand befindet, ist in 2 gezeigt. In dieser Stellung wird der Luftstrom 4 nicht aufgeteilt, so dass eine Strömungsverbindung zwischen dem Luftauslass 9 und dem Lufteinlass 10 der Temperiereinrichtung 11 gegeben ist. Zu ihr gelangt auf diese Weise bereits durch die Fahrzeugkomponente 3 erwärmte Luft, so dass die Temperiereinrichtung 11 den Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 effizienter erwärmen kann.
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3 ist eine Prinzipskizze des Kraftfahrzeugs 1, wobei sich das Luftleitelement 7 in der ersten Stellung befindet. Das Luftleitelement 7 ist mit einem Stellmittel 12 verbunden, welches mittels einer nicht genauer dargestellten Bewegungseinrichtung das Luftleitelement 7 aus der in 1 und 3 gezeigten ersten Stellung in die zweite Stellung, wie sie in 2 gezeigt ist, überführen kann.
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Das Stellelement 12 ist mit einer Steuereinrichtung 13 in Form eines Steuergeräts ansteuerbar. Dieses weist wiederum eine Verbindung mit der Temperiereinrichtung 11 sowie einem Thermometer 14, welches die Lufttemperatur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 erfasst, auf. Die Steuereinrichtung 13 ist so konfiguriert, dass sie das Stellmittel 12 zum Überführen des Luftleitelements 7 in die erste Stellung ansteuert, wenn die Temperiereinrichtung 11 den Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 kühlt. In umgekehrter Weise veranlasst die Steuereinrichtung 13 ein Einnehmen der zweiten Stellung durch das Luftleitelement 7, wenn die Temperiereinrichtung 11 einen Betriebszustand aufweist, in dem der Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 erwärmt wird. Dabei berücksichtigt die Steuereinrichtung 13 ferner die durch das Thermometer 14 gemessene Temperatur der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1. Dazu steuert die Steuereinrichtung 13 das Stellelement 12 in Abhängigkeit des Ergebnisses der Auswertung eines Auswahlkriteriums an. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass das Thermometer 14 unmittelbar mit der Temperiereinrichtung 11 verbunden ist und die Steuereinrichtung 13 die erfasste Temperatur über die Temperiereinrichtung 11 erhält.
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Bei der Fahrzeugkomponente 3 des Kraftfahrzeugs 1 handelt es sich um einen Wärmetauscher 15, welcher eine thermisch leitende Verbindung 16 mit einem Elektromotor 17 und einen elektrischen Energiespeicher 18 des Kraftfahrzeugs 1 aufweist. Diese sind heckseitig im Kraftfahrzeug 1 verbaut. Das vorliegende Kraftfahrzeug ermöglicht somit eine Wärmeabfuhr des Elektromotors 17 und des elektrischen Energiespeichers 18 unter Nutzung des beim Vorwärtsfahren in den Kühlergrill 5 eindringenden Luftstroms 4, wobei trotzdem eine fahrdynamisch günstige Anordnung des Elektromotors 17 und des elektrischen Energiespeichers 18 im Heck des Kraftfahrzeugs möglich ist. Dabei verfügt das Kraftfahrzeug 1 über eine besonders hohe Energieeffizienz, da die erwärmte Luft in Abhängigkeit des Betriebszustands der Temperiereinrichtung 11 dieser entweder über den Lufteinlass 10 zum Heizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs 1 zugeführt wird oder durch Aufteilung des Luftstroms 4 in die zwei Teilluftströme 8 an dem Lufteinlass 10 vorbeigeführt wird. Im letztgenannten Fall ist somit vorteilhafterweise eine geringere Kühlleistung der Temperiereinrichtung 11 erforderlich, so dass das Kraftfahrzeug 1 besonders energieeffizient betrieben wird.
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Neben dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es darüber hinaus denkbar, dass das Luftleitelement 7 nicht durch eine im Wesentlichen rotatorische Bewegung von einer Stellung in die andere überführt wird, sondern eine feste Form aufweist, welche im Wesentlichen der in 1 gezeigten entspricht und zum Einnehmen der zweiten Stellung aus dem Luftstrom 4 herausgeführt wird. Dazu kann das Luftleitelement 7 beispielsweise durch eine translatorische Bewegung in das Innere der Fahrzeugkaroserie 6 hineinbewegt werden, so dass sich der in 2 gezeigte Luftstrom 4 vom Luftauslass 9 zum Lufteinlass 10 ergibt.
