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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlsystem und ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscher für das Kühlsystem eines solchen Kraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge weisen mindestens ein Kühlsystem auf. In beispielsweise einem Hauptkühlsystem eines Kraftfahrzeugs wird eine Kühlflüssigkeit mittels einer oder mehrerer Kühlmittelpumpen in mindestens einem Kühlkreis gepumpt, wobei die Kühlflüssigkeit Wärmeenergie von in den Kühlkreis integrierten Funktionskomponenten, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor, einem Ölkühler und/oder einem Ladeluftkühler, aufnimmt. Diese Wärmeenergie wird anschließend in einem Umgebungswärmetauscher, insbesondere dem sogenannten Hauptwasserkühler, sowie zeitweise in einem Heizungswärmetauscher an die Umgebungsluft, im Fall des Heizungswärmetauschers an die zur Klimatisierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgesehene Umgebungsluft, abgegeben.
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Bei heutigen Kraftfahrzeugen ist nahezu jeder direkt von der Umgebungsluft angeströmte Wärmetauscher und insbesondere der Hauptwasserkühler mit einem diesem in Strömungsrichtung der Umgebungsluft vorgeschalteten Kühlerschutzgitter kombiniert. Diese sollen zum einen den dahinterliegenden Kühler vor dem Einschlag von Fremdkörpern schützen. Weiterhin haben diese als Teile der Außenhaut der Karosserie zumeist eine bedeutende optische Funktion und sind gleichzeitig einer relativ großen Beschädigungsgefahr ausgesetzt. Dies gilt insbesondere für eine mögliche Beschädigung durch auf diese auftreffende Fremdkörper, wie beispielsweise Steine, oder durch eine Beschädigung im Rahmen eines Unfalls des Kraftfahrzeugs. Um Kühlerschutzgitter in solchen Fällen kostengünstig ersetzen zu können, sind diese zumeist aus Kunststoff ausgebildet. Zudem wird vermieden, in diese weitere Funktionalitäten zu integrieren, wodurch die Formgebung und damit die Herstellung der Kühlerschutzgitter zwangsweise komplexer und somit teurer würde.
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Insbesondere bei Hochleistungskraftfahrzeugen kann eine ausreichende Versorgung des Hauptwasserkühlers bei einem Betrieb des Kraftfahrzeugs mit oder nahe der Volllast problematisch sein. Dies gilt insbesondere, weil der Hauptwasserkühler nicht beliebig vergrößerbar ist, da der für dessen Integration im Motorraum zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt ist. Dies gilt aber auch, weil die Zufuhr von Umgebungsluft zu dem Hauptwasserkühler auch von der Größe des Kühlerschutzgitters und des von diesem zur Verfügung gestellten freien Strömungsquerschnitts abhängt. Dabei ist auch die Größe des Kühlerschutzgitters vielfach aus optischen und aerodynamischen Gründen beschränkt.
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In der
DE 38 41 536 C2 ist offenbart, einen insbesondere als Ladeluftkühler dienenden Wärmetauscher in einen vorzugsweise frontseitig liegenden Querträger der Karosserie eines Kraftfahrzeugs zu intergieren. Dabei soll der Querträger bei entsprechend steifer Ausgestaltung auch Aufbauteile des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise Scheinwerfer, Kühler, Kühlergrill oder Motorhaubenschloss tragen können. Demnach ist der Querträger bei der in der
DE 38 41 536 C2 offenbarten Ausgestaltung eines Kraftfahrzeugs nicht Teil der Außenhaut der Karosserie.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, in einem Kraftfahrzeug die für eine Kühlung eines zu kühlenden Fluids zur Verfügung stehende Kühlerfläche zu vergrößern. Dabei sollte insbesondere die Freiheit bei der Gestaltung der Außenform des Kraftfahrzeugs möglichst nicht eingeschränkt werden.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Kraftfahrzeugs mit einem Kühlsystem gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers für das Kühlsystem eines solchen Kraftfahrzeugs ist Gegenstand des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Außenhaut der Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Fahrbetrieb direkt von der Umgebungsluft angeströmt wird und somit vorteilhafterweise für die Funktion eines Wärmetauschers genutzt werden kann. Dementsprechend ist bei einem gattungsgemäßen Kraftfahrzeug, das eine Karosserie und ein Kühlsystem umfasst, erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein (erster) Wärmetauscher für ein in dem Kühlsystem geführtes und insbesondere in einem oder mehreren Kühlkreisen des Kühlsystems zirkulierendes Kühlfluid als Teil der Karosserieaußenhaut ausgebildet ist.
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Als „Kühlfluid“ wird ein Fluid, d.h. ein Gas oder (vorzugsweise) eine Flüssigkeit, verstanden, das durch den (ersten) Wärmetauscher geführt werden soll, um zumindest zeitweise durch einen Wärmeübergang von diesem Kühlfluid auf ein weiteres, ebenfalls durch den (ersten) Wärmetauscher geführtes Fluid (insbesondere Umgebungsluft) gekühlt zu werden. Dabei kann es sich bei dem Kühlfluid insbesondere um ein solches handeln, das in dem Kühlsystem des Kraftfahrzeugs zur Kühlung, d.h. zur Aufnahme von Wärmeenergie, von anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs oder zur Kühlung von anderen in dem Kraftfahrzeug funktional genutzten Fluiden verwendet wird. Eine solche andere Komponente ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor, der insbesondere zur direkten oder indirekten Bereitstellung einer Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein kann. Bei den funktional genutzten Fluiden kann es sich beispielsweise um Motoröl, das durch das „Kühlfluid“ in einem Motorölkühler gekühlt werden kann, um Getriebeöl, das durch das „Kühlfluid“ in einem Getriebeölkühler gekühlt werden kann, oder um ein einem Verbrennungsmotor zugeführtes und insbesondere durch ein Verdichter verdichtetes Frischgas, das durch das „Kühlfluid“ in einem Ladeluftkühler gekühlt werden kann, handeln. Bei dem „Kühlfluid“ kann es sich aber auch selbst um ein funktional (anders) genutztes Fluid, wie beispielsweise Frischgas beziehungsweise Ladeluft, Motoröl oder Getriebeöl handeln. Der (erste) Wärmetauscher des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann somit (direkt) als Ladeluftkühler, Motorölkühler oder Getriebeölkühler ausgebildet sein.
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Weiterhin wurde erkannt, dass die verschiedenen Komponenten der Karosserieaußenhaut unterschiedlich gut für die Integration einer Wärmetauscherfunktionalität geeignet sind und dass insbesondere solche Komponenten vorteilhaft nutzbar sind, die eine Gitterstruktur aufweisen und für eine Durchströmung mittels der Umgebungsluft vorgesehen sind, weil bei einer Integration von Kanälen für das Fluid in die die Gitterstruktur ausbildenden Streben ein relativ großes Verhältnis der Größen der von der Umgebungsluft umströmten Außenflächen zu dem von dem Fluid durchströmten Volumen der Kanäle erreichbar ist. Dementsprechend kann insbesondere ein Kühllufteinlassgitter und insbesondere ein Kühlerschutzgitter der Karosserieaußenhaut erfindungsgemäß als (erster) Wärmetauscher ausgebildet sein.
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Dabei wird als „Kühllufteinlassgitter“ eine gitterförmige Komponente der Karosserieaußenhaut verstanden, die für eine eine Durchströmung mit Umgebungsluft ermöglichende Abdeckung einer Öffnung in der Karosserieaußenhaut vorgesehen ist, wobei diese Öffnung in der Karosserieaußenhaut zumindest im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs gezielt für ein Einströmen von Umgebungsluft vorgesehen ist und wobei diese Umgebungsluft einer beliebigen Komponente des Kraftfahrzeugs zu Kühlungszwecken zugeführt werden soll. Bei dieser Komponente kann es sich grundsätzlich um eine „luftgekühlte“ Komponente des Kraftfahrzeugs, die gegebenenfalls nicht in ein mittels einer Kühlflüssigkeit betriebenes Kühlsystem des Kraftfahrzeugs integriert ist, und konkret um beispielsweise eine Bremsscheibe und/oder einen Bremssattel, die/der innerhalb eines Rads des Kraftfahrzeugs angeordnet ist/sind, handeln.
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Bei einem „Kühlerschutzgitter“ handelt es sich um eine konkrete Ausgestaltung eines Kühllufteinlassgitters, die zumindest im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs für eine Durchströmung mit Umgebungsluft vorgesehen ist und bezüglich einer Strömungsrichtung der dieses durchströmenden Umgebungsluft vor einem (zweiten) Wärmetauscher des Kühlsystems angeordnet ist und dabei infolge seiner gitterförmigen Struktur zum einen eine Anströmung des (zweiten) Wärmetauschers durch die Umgebungsluft ermöglicht und zum anderen in der Funktion eines Siebs diesen vor dem Einschlag von Fremdkörpern, wie beispielsweise Steinen, im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs schützt.
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Neben gitterförmigen Komponenten der Karosserieaußenhaut können sich insbesondere auch solche Komponenten der Karosserieaußenhaut für die erfindungsgemäße Integration einer Wärmetauscherfunktionalität eignen, die nicht nur einseitig sondern an mehreren Seiten für ein Anströmen mittels der Umgebungsluft vorgesehen sind, weil auch für diese ein relativ großes Verhältnis von mittels der Umgebungsluft umströmter Außenfläche zu mittels des Kühlfluids durchströmten Innenvolumens vorgesehen sein kann. Derartige Komponenten sind beispielsweise die sogenannten Flügel und hier insbesondere die bei vielen Sportfahrzeugen verbauten Heckflügel sowie sonstige, insbesondere verstellbare Luftleitklappen („Flaps“).
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der erste Wärmetauscher mit einem zweiten Wärmetauscher seriell oder parallel verschaltet ist. Bei diesem zweiten Wärmetauscher kann es sich insbesondere um einen Wärmetauscher handeln, der nicht Teil der Karosserieaußenhaut ist und insbesondere innerhalb eines zumindest auch von der Karosserieaußenhaut begrenzten Funktionsraums, wie beispielsweise einem Motorraum des Kraftfahrzeugs, angeordnet sein kann. Ein Beispiel für einen solchen zweiten Wärmetauscher ist ein Hauptwasserkühler oder ein Nebenaggregatkühler, wie beispielsweise ein Motorölkühler, ein Klimakühler, ein Batteriekühler (insbesondere bei einem Hybridfahrzeug), ein Kühler für eine Leistungselektronik (insbesondere bei einem Hybridfahrzeug) oder ein Getriebeölkühler des Kraftfahrzeugs.
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Als „Hauptwasserkühler“ wird ein Wärmetauscher verstanden, dessen primäre oder ausschließliche Funktion ist, ein in dem Kühlsystem des Kraftfahrzeugs geführtes Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, die durch Aufnahme von Wärmeenergie von ebenfalls in das Kühlsystem integrierten Funktionskomponenten, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor (und hier insbesondere einem Zylinderkopf und/oder einem Zylinderkurbelgehäuse), erwärmt wurde, durch einen Wärmetausch mit den Hauptwasserkühler um- oder durchströmende Umgebungsluft zu kühlen. In einem „Motorölkühler“ erfolgt dagegen die Kühlung eines zur Schmierung des Verbrennungsmotors genutzten Schmiermittels durch einen Wärmeübergang auf ein zur Kühlung genutztes Fluid und insbesondere auf das in dem Kühlsystem geführte Kühlfluid, während in einem Getriebeölkühler eine Kühlung eines zur Schmierung eines Getriebes genutzten Schmiermittel durch einen Wärmeübergang auf ein zur Kühlung genutztes Fluid und insbesondere auf das in dem Kühlsystem geführte Kühlfluid vorgesehen ist.
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Vorzugsweise kann demnach vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäß als Teil der Karosserieaußenhaut ausgebildete erste Wärmetauscher unterstützend für den zweiten Wärmetauscher wirkt und dadurch insbesondere ermöglicht, den zweiten Wärmetauscher relativ klein zu dimensionieren, da Spitzen des Kühlleistungsbedarfs durch die Kombination der Kühlleistungen des ersten und zweiten Wärmetauschers abgedeckt werden können. Solche Spitzen des Kühlleistungsbedarfs können insbesondere bei einem Betrieb eines die Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug bereitstellenden Verbrennungsmotors mit relativ hoher Last (insbesondere bei oder nahe der Volllast) und insbesondere in Kombination mit einer relativ geringen Fahrgeschwindigkeit und entsprechend geringer Geschwindigkeit der Anströmung des zweiten Wärmetauschers mittels der Umgebungsluft (beispielsweise bei Bergauffahrt, gegebenenfalls noch in Kombination mit einem Hängerbetrieb (Fahrbetrieb mit Anhänger)), vorliegen.
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Insbesondere bei einer solchen Nutzung des ersten Wärmetauschers zur Unterstützung eines zweiten Wärmetauschers kann auch vorgesehen sein, dass der erste Wärmetauscher dem dazu seriell geschalteten zweiten Wärmetauscher bezüglich der Strömungsrichtung des Kühlfluids nachgeschaltet ist. Dieser kann somit insbesondere auch als „Niedertemperaturwärmetauscher“ genutzt werden, in dem das in dem Kühlsystem geführte und in dem ersten und zweiten Wärmetauscher zu kühlende Kühlfluid bereits eine relativ geringe Temperatur (verglichen mit der Temperatur bei der Durchströmung des zweiten Wärmetauschers) aufweist. Eine solche Konstellation kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der erste Wärmetauscher bezüglich der Strömungsrichtung der Umgebungsluft dem zweiten Wärmetauscher vorgeschaltet ist, wie dies beispielsweise bei einer erfindungsgemäßen Integration einer Wärmetauscherfunktionalität in ein Kühlerschutzgitter der Fall ist, weil dadurch eine zu starke Erwärmung der noch für eine Durchströmung des zweiten Wärmetauschers vorgesehenen Umgebungsluft im Rahmen der Durchströmung des ersten Wärmetauschers vermieden werden kann. Anderenfalls könnte eine solche zu starke Erwärmung der Umgebungsluft zu einer relevanten Beeinträchtigung der Kühlleistung des zweiten Wärmetauschers führen.
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Neben einer Serienschaltung des ersten Wärmetauschers und des zweiten Wärmetauschers kann jedoch auch eine parallele Verschaltung vorteilhaft umsetzbar sein. Dies kann ebenfalls ermöglichen, den zweiten Wärmetauscher relativ klein zu dimensionieren, insbesondere auch hinsichtlich des durch diesen maximal hindurchführbaren Kühlfluidvolumenstroms. Beispielsweise kann dann auch vorgesehen sein, dass der maximale Volumenstrom des von einer Kühlmittelpumpe in zumindest einem Kühlkreis des Kühlsystems geförderten Kühlfluids so groß ist, dass dieser nur durch die parallel geschalteten ersten und zweiten Wärmetauscher geführt werden kann.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann zudem vorgesehen sein, dass eine Durchströmung des (ersten) Wärmetauschers durch das Kühlfluid mittels eines von einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs, ansteuerbaren Regelelements, beispielsweise mittels eines 3/2-Wegeventils, steuerbar oder regelbar ist. Dies kann insbesondere ermöglichen, den (ersten) Wärmetauscher lediglich bedarfsweise zu Durchströmung mittels des Kühlfluids in das Kühlsystem zu integrieren, beispielsweise um Spitzen des Kühlleistungsbedarfs abzudecken, während eine Durchströmung des (ersten) Wärmetauschers bei verringertem Kühlleistungsbedarf unterbunden oder verringert (d.h. unterhalb eines Maximums) ist, was insbesondere ermöglicht, den Strömungswiderstand für das Kühlfluid in dem Kühlsystem entsprechend gering zu halten. Dies kann sich im entsprechendem Maße auf die von einer Kühlmittelpumpe des Kühlsystems aufzubringende Förderleistung und damit auch auf einen Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs auswirken.
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Dabei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass eine mehr oder weniger erfolgende Integration des (ersten) Wärmetauschers in das Kühlsystem in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlfluids an einer oder mehreren definierten Stellen im Kühlsystem, beispielsweise stromab eines Hauptwasserkühlers, erfolgt, wozu das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mindestens einen mit der Steuereinrichtung signalleitend verbundenen Temperatursensor zur Ermittlung einer Temperatur des Kühlfluids und/oder einen mit der Steuereinrichtung signalleitend verbundenen Geschwindigkeitssensor zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs aufweisen kann, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass eine Ansteuerung des Regelelements in Abhängigkeit von den Messsignalen des Temperatursensors und/oder des Geschwindigkeitssensors erfolgt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des (ersten) Wärmetauschers als Teil der Karosserieaußenhaut ist dieser einer relativ großen Wahrscheinlichkeit einer erheblichen mechanischen Stoßbelastung, wie beispielsweise bei dem Auftreffen eines Steins oder im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs, ausgesetzt. Um den (ersten) Wärmetauscher entsprechend belastungsgerecht auszubilden, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieser zumindest teilweise aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist. Ein weiterer, sich daraus ergebender Vorteil kann darin liegen, dass Aluminiumlegierungen in der Regel sehr gute Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, die für den bezweckten Wärmeübergang von dem Kühlfluid auf die Umgebungsluft vorteilhaft sind.
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Die Tatsache, dass die Karosserieaußenhaut eines Kraftfahrzeugs regelmäßig erheblichen optischen Anforderungen gerecht werden muss und diese auch für die Ausgestaltung des oder der erfindungsgemäß mit einer Wärmetauscherfunktionalität versehenen Teile (den oder die „ersten“ Wärmetauscher) gilt, kann dazu führen, dass eine primär aus optischen Gründen vorgesehene Form eines (ersten) Wärmetauschers nur schwierig mit einer Integration von Kanälen für eine Durchströmung mittels des Kühlfluids vereinbar ist. Dies kann insbesondere für die Ausgestaltung eines Kühllufteinlassgitters oder eines Kühlerschutzgitters als (erster) Wärmetauscher der Fall sein, da für ein solches eine relativ filigrane Gitterstruktur vorgesehen sein kann. Um auch einen solchen (ersten) Wärmetauscher mit den für eine Durchströmung mittels des Kühlfluids vorgesehenen Kanälen ausbilden zu können, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieser zumindest teilweise mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, wie beispielsweise durch Lasersintern oder durch Laserstrahlschmelzen, hergestellt wird. Vorteilhaft dabei kann auch sein, dass solche generativen Herstellungsverfahrens in der Regel problemlos die Verarbeitung metallischer Grundwerkstoffe und insbesondere von Aluminiumlegierungen ermöglichen.
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Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um ein radbasiertes Kraftfahrzeug (vorzugsweise PKW oder LKW) handeln.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: in teilweise schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug;
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2: einen Längsschnitt durch einzelne Komponenten eines Kühlsystems eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs einschließlich eines als Wärmetauscher ausgebildeten Kühlerschutzgitters;
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3: das Kühlerschutzgitter gemäß der 2 mit angedeuteter Darstellung der Durchströmung mittels einer Kühlflüssigkeit; und
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4: in vergrößerter und geschnittener Darstellung einen Ausschnitt aus dem Kühlerschutzgitter gemäß den 2 und 3.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 10. Diese umfasst einen Verbrennungsmotor 12, der im Betrieb die Antriebsleistung für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellt. Das Kraftfahrzeug umfasst weiterhin ein Kühlsystem mit einem oder mehreren Kühlkreisen, wobei das Kühlsystem der Kühlung einzelner Komponenten des Antriebsstrangs, unter anderem des Verbrennungsmotors 12, eines Motorölkühlers 14 und eines Getriebeölkühlers 16, dient. In dem Kühlsystem zirkuliert eine Kühlflüssigkeit, die Wärmeenergie von den zu kühlenden Komponenten aufnimmt. Die Wärmeenergie wird dann in einem sogenannten Hauptwasserkühler 18 sowie zumindest zeitweise in einem Heizungswärmetauscher 20 durch Wärmeübergang auf Umgebungsluft wieder abgekühlt, so dass diese wieder zu den zu kühlenden Komponenten rezirkuliert werden kann. In dem Hauptwasserkühler 18 erfolgt der Wärmeübergang von der Kühlflüssigkeit auf die Umgebungsluft (Kühlluft) ausschließlich mit dem Ziel der Kühlung der Kühlflüssigkeit. Der Wärmeübergang in dem Heizungswärmetauscher 20 erfolgt dagegen primär mit dem Ziel der Temperierung von Umgebungsluft, die anschließend einem Innenraum 22 des Kraftfahrzeugs zugeführt werden soll. Der Transport der Kühlflüssigkeit in dem Kühlsystem erfolgt mittels einer Kühlmittelpumpe 24, die vorzugsweise in Form einer Strömungspumpe (insbesondere Radialpumpe) ausgebildet und direkt von dem Verbrennungsmotor 12 oder auch separat von einem dazugehörigen Elektromotor (nicht dargestellt) angetrieben sein kann.
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Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit ausreichend hoher Fahrgeschwindigkeit kann die Anströmung des Kraftfahrzeugs durch die Umgebungsluft ausreichend für die mittels des Kühlsystems zu erbringende Kühlleistung sein. Im Stillstand des Kraftfahrzeugs mit laufendem Verbrennungsmotor 12 sowie in einem Fahrbetrieb mit einem Betrieb des Verbrennungsmotors 12 mit relativ hoher Last und relativ geringer Fahrgeschwindigkeit, wie beispielsweise bei Bergauffahrt und/oder in einem Hängerbetrieb, kann die Anströmung des Kraftfahrzeugs durch die Umgebungsluft dagegen nicht ausreichend sein. Insbesondere für diesen Fall ist noch ein Gebläse 26 dem Hauptwasserkühler 18 nachgeschaltet, das dann in Betrieb genommen wird, um eine ausreichende Durchströmung des Hauptwasserkühlers 18 zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nicht nur der in einem Motorraum 28 des Kraftfahrzeugs angeordnete Hauptwasserkühler 18 sowie zeitweise der Heizungswärmetauscher 20 (jeweils als zweiter Wärmetauscher) für die Übertragung von Wärmeenergie von der Kühlflüssigkeit auf die Umgebungsluft vorgesehen sind, sondern zumindest auch ein Kühlerschutzgitter 30, das einen Teil der Karosserieaußenhaut des Kraftfahrzeugs darstellt, mit einer Wärmetauscherfunktionalität versehen ist und als (erster) Wärmetauscher in das Kühlsystem des Kraftfahrzeugs integriert ist. Eine solche Integration einer Wärmetauscherfunktionalität und damit eine Ausgestaltung als (erster) Wärmetauscher des Kühlsystems kann auch für (andere) Kühllufteinlassgitter 32 vorgesehen sein, die beispielsweise frontseitig des Kraftfahrzeugs in die Karosserieaußenhaut integriert sind und zur durchströmbaren Abdeckung von Kühlluftöffnungen vorgesehen sind, über die Umgebungsluft zu beispielsweise Komponenten eines Bremssystems des Kraftfahrzeugs (insbesondere Bremsscheibe und/oder Bremssattel) geführt werden kann.
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Die 2 bis 4 zeigen in detaillierterer Darstellung mögliche Ausgestaltungen einzelner Komponenten, darunter eines Kühlerschutzgitters 30 mit integrierter Wärmetauscherfunktionalität eines Kühlsystems für ein Kraftfahrzeug, wie es beispielsweise in der 1 dargestellt ist.
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Wie sich insbesondere aus den 3 und 4 ergibt, umfasst das Kühlerschutzgitter 30 einen Rahmen 34, innerhalb dessen ein Innenteil 36 mit vergleichsweise filigraner gitterförmige Struktur angeordnet ist. Der Rahmen 34 und der Innenteil 36 können einstückig ausgebildet sein. Die gitterförmige Struktur des Innenteils 36 begrenzt eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen, die eine Durchströmung des Kühlerschutzgitters 30 mittels der Umgebungsluft ermöglichen. Die 4 zeigt, dass der Innenteil 36 (und auch der Rahmen 34) zumindest abschnittsweise und vorzugsweise möglichst vollständig hohl ausgebildet ist und dadurch Kanäle 38 ausbildet, über die die in dem Kühlsystem zirkulierende Kühlflüssigkeit von einem Kühlflüssigkeitseinlass 40 zu einem Kühlflüssigkeitsauslass 42 des Kühlerschutzgitters 30 strömen kann, wobei bei entsprechend hoher Temperatur der Kühlflüssigkeit ein Wärmeübergang von dieser auf die das Kühlerschutzgitter 30 durchströmende Umgebungsluft erfolgt. Um dabei möglichst die gesamte, infolge der gitterförmigen Struktur des Innenteils 36 vergleichsweise große Außenfläche des Kühlerschutzgitters 30 zu nutzen ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Innenteil 36 und gegebenenfalls auch der Rahmen 34 möglichst vollständig mittels der Kühlflüssigkeit durchströmt werden.
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Um eine solche gitterförmige Struktur des Kühlerschutzgitters 30 herstellen zu können, kann vorgesehen sein, dass zumindest der Innenteil 36 und vorzugsweise auch der Rahmen 34 des Kühlerschutzgitters 30 (und insbesondere das gesamte Kühlerschutzgitter 30 als einteiliges Bauteil) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise Lasersintern oder Laserstrahlschmelzen, hergestellt wurde. Alternative Herstellungsverfahren sind jedoch ebenfalls möglich und vorteilhaft umsetzbar, wie beispielsweise ein Gießen und insbesondere Spritzgießen von zwei Halbschalen, die zur Ausbildung des Kühlerschutzgitters 30 entlang einer sich in Quer- und Hochrichtung des Kühlerschutzgitters 30 erstreckenden Fügeebene fluiddicht miteinander verbunden werden.
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Da das Kühlerschutzgitter 30 als Teil der Karosserieaußenhaut des Kraftfahrzeugs einer recht großen Wahrscheinlichkeit einer erheblichen mechanischen Stoßbelastung ausgesetzt ist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieses aus einer Metall- und insbesondere Aluminiumlegierung ausgebildet ist, so dass dieses insbesondere eine ausreichende Zähigkeit aufweist. Möglich und vorteilhaft umsetzbar ist jedoch auch eine Ausgestaltung aus beispielsweise einem Kunststoff, der insbesondere faserverstärkt sein kann.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Kühlerschutzgitter 30 mit dem Hauptwasserkühler 18 seriell verschaltet ist, wobei die von der Kühlmittelpumpe 24 geförderte Kühlflüssigkeit zunächst den Hauptwasserkühler 18 und anschließend das Kühlerschutzgitter 30 durchströmt. Das Kühlerschutzgitter 30 kann dann als Niedertemperaturwärmetauscher dienen, da die Temperatur der Kühlflüssigkeit, wenn diese das Kühlerschutzgitter 30 durchströmt, bereits infolge der zuvor erfolgten Kühlung in dem Hauptwasserkühler 18 relativ gering ist, was im entsprechenden Maße für die Temperaturdifferenz zwischen der Kühlflüssigkeit und der Umgebungsluft gilt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil das Kühlerschutzgitter 30 bezüglich der Strömungsrichtung der Umgebungsluft durch das Kühlerschutzgitter 30 und den Hauptwasserkühler 18 dem Hauptwasserkühler 30 vorgeschaltet ist. Ein Wärmeübergang von der Kühlflüssigkeit auf die Umgebungsluft in dem Kühlerschutzgitter 30 führt somit nicht zu einer so großen Temperaturerhöhung der anschließend in den Hauptwasserkühler 18 eintretenden Umgebungsluft, dass dessen Kühlleistung in einem zu starken Maße reduziert wird.
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Die Integration des Kühlerschutzgitters 30 in den oder die Kühlkreise des Kühlsystems kann mittels eines Bypasses (nicht dargestellt) umgehbar ausgebildet sein, wobei mittels eines Regelelements (nicht dargestellt), wie beispielsweise einem 3/2-Wegeventil, das von einer Motorsteuerung 48 der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist, die Teilmenge der in dem/den entsprechenden Kühlkreis(en) geförderten Kühlflüssigkeit, die durch das Kühlerschutzgitter 30 geführt wird, steuerbar und insbesondere regelbar ist. Dabei kann eine Steuerung oder Regelung insbesondere in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, die beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors 50 für eines der Räder 52 des Kraftfahrzeugs ermittelbar ist, und/oder in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit an einer oder mehreren Stellen innerhalb des Kühlsystems, die mittels einer entsprechenden Anzahl von Temperatursensoren (nicht dargestellt) ermittelbar ist, erfolgen. Dies ermöglicht, die Kühlflüssigkeit lediglich dann durch das Kühlerschutzgitter 30 als zusätzlichen, den Hauptwasserkühler 18 unterstützenden Wärmetauscher zu führen, wenn die von dem Kühlsystem zu erbringende Kühlleistung die betriebsabhängige maximale Kühlleistung des Hauptwasserkühlers 18 übersteigt. Ist dies nicht der Fall, kann die Kühlflüssigkeit teilweise oder vollständig über den Bypass geführt werden, dessen Durchströmung im Vergleich zu einer Durchströmung des Kühlerschutzgitters 30 widerstandsärmer sein kann, wodurch die Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe 24 und dadurch auch ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 10 entsprechend verringert sein kann.
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Die 2 zeigt die mittels eines Luftführungskastens 44 gewährleistete Strömungsführung für die Umgebungsluft, wobei die durch das Kühlerschutzgitter 30 in den Luftführungskasten 44 eintretende Umgebungsluft anschließend durch den hier schräg zur Vertikalen (bei waagerecht stehendem Kraftfahrzeug) ausgerichteten Hauptwasserkühler 18 geführt wird und anschließend über eine Auslassöffnung 46 des Luftführungskastens 44 44 im Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs abströmt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brennkraftmaschine
- 12
- Verbrennungsmotor
- 14
- Motorölkühler
- 16
- Getriebeölkühler
- 18
- Hauptwasserkühler
- 20
- Heizungswärmetauscher
- 22
- Innenraum des Kraftfahrzeugs
- 24
- Kühlmittelpumpe
- 26
- Gebläse
- 28
- Motorraum des Kraftfahrzeugs
- 30
- Kühlerschutzgitter
- 32
- Kühllufteinlassgitter
- 34
- Rahmen
- 36
- Innenteil
- 38
- Kanal
- 40
- Kühlflüssigkeitseinlass
- 42
- Kühlflüssigkeitsauslass
- 44
- Luftführungskasten
- 46
- Auslassöffnung des Luftführungskastens
- 48
- Motorsteuerung
- 50
- Drehzahlsensor
- 52
- Rad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3841536 C2 [0005, 0005]
