DE102017113340A1

DE102017113340A1 - Anbaugruppe, Hinterwagen und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017113340A1
Application number: DE102017113340.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Laube; Ferdinand Wilhelm
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2018-12-20

Abstract

Die Erfindung stellt eine Anbaugruppe (10) für ein Kraftfahrzeug mit den folgenden Merkmalen bereit: Die Anbaugruppe (10) umfasst einen ausfahrbaren Spoiler (1) und einen beweglichen ersten Wärmetauscher (4) und der Spoiler (1) und der erste Wärmetauscher (4) sind derart miteinander gekoppelt, dass ein laminarer Luftstrom (a1) zumindest teilweise den ersten Wärmetauscher (4) passiert, wenn das Kraftfahrzeug fährt und das aerodynamische Hilfsmittel (1) ausgefahren ist.Die Erfindung stellt ferner einen entsprechenden Hinterwagen sowie ein Kraftfahrzeug bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anbaugruppe für ein Kraftfahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus einen entsprechenden Hinterwagen sowie ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Im Zuge steigender Motorleistungen in Verbindung mit sogenanntem Turbo-Downsizing gewinnt in der Kraftfahrzeugtechnik die Ladeluftkühlung zunehmend an Bedeutung. In diesem Bereich gilt es, zum einen die Dichte der Prozessluft zu steigern und damit die Zylinderfüllung zu verbessern und zum anderen die Klopfneigung des Motors zu reduzieren. Bei Hochleistungs-Sportwagen kommt der Ladeluftkühlung eine besondere Rolle zu, da im Rennstreckenbetrieb praktisch permanent mit Volllast gefahren wird.
Unter Volllast besteht ein vergleichsweise hoher Kühlluftbedarf. Demgegenüber bleibt die durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit eines Sportwagens im Rennbetrieb je nach Strecke deutlich hinter seiner Höchstgeschwindigkeit zurück. Dies hat zur Folge, dass auch die Kühlluftzufuhr im Vergleich zum V-max-Betrieb gering ausfällt. Angesichts der hohen Leistungsanforderungen bedingen derart geringe Kühlluftmassenströme Wärmetauscher mit großer Netzfläche und entsprechend hohem Bauraumbedarf.
Steigende Motorleistungen bringen es daher mit sich, dass die für Wärmetauscher im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauräume den Anforderungen an die Kühlleistung mitunter nicht gewachsen sind. Diese technische Entwicklung wiederum hat eine ansteigende Bauraumdichte zur Folge. Eine in diesem Bereich gängige Zielsetzung besteht somit darin, die Effizienz von Wärmetauschern insbesondere zur Ladeluftkühlung im Fahrzeug zu erhöhen, um eine entsprechend höhere Leistungsdichte zu erzielen.
DE 10 2007 035 240 A1 , DE 10 2005 029 883 A1 , FR 27 980 95 B1 , DE 199 11 645 A1 , FR 26 162 12 B1 , FR 25 127 49 A1 , DE 32 11 148 C2 sowie DE 22 083 77 A1 beschreiben bewegliche Wärmetauscher zum Heizen oder Kühlen von Luft in einem Kraftfahrzeug.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Anbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, einen entsprechenden Hinterwagen sowie ein entsprechend ausgerüstetes Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Eine Grundidee der vorliegend beschriebenen Erfindung besteht darin, ein statisches Kühlsystem nach dem Stand der Technik mit adaptiven aerodynamischen Hilfsvorrichtungen derart zu koppeln, dass letztlich ein bezüglich seiner Kühlluft-Durchströmung variables Kühlsystem entsteht. Erfindungsgemäß wird hierzu der Umstand ausgenutzt, dass sich der Kühlleistungsbedarf im Fahrzeug praktisch proportional zu dessen Anforderungen an die Auftriebsreduzierung verhält. Das Ziel der vorgeschlagenen „Vernetzung“ besteht darin, einerseits die Kühlleistung zu erhöhen, indem der Kühlluftmassenstrom durch die Wärmetauscher erhöht wird, um damit die Leistungsdichte des Kühlsystems zu steigern. Andererseits sollen gewöhnlich durch die Steigerung des Kühlluftmassenstromes bedingte Nachteile wie die Zunahme des Luftwiderstandes minimiert werden.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass mindestens ein Wärmetauscher beweglich ausgeführt, an die Bewegung der adaptiven aerodynamischen Hilfsmittel gekoppelt und somit in seiner Kühlluft-Durchströmung variabel gestaltet wird.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in ihrer Eignung für unterschiedlichste Betriebspunkte. Im Falle von Hochleistungs-Sportwagen betrifft dies insbesondere den Rennstreckenbetrieb, der naturgemäß höchste Anforderungen an die Kühlleistung stellt. Die üblicherweise in Kauf genommenen Einschränkungen hinsichtlich der Aerodynamik werden hierbei geschickt vermieden.
Die Erfindung löst somit insbesondere die Aufgabe, das Kühlsystem kühlluftseitig so variabel zu gestalten, dass einerseits die Kühlleistung in bestimmten Betriebspunkten gesteigert, jedoch andererseits in Betriebspunkten mit geringem Kühlleistungsbedarf der Luftwiderstand gesenkt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

1 zeigt grundlegende Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems.
2 zeigt die Endlage des Systems bei angelegtem aerodynamischem Hilfsmittel.
3 zeigt die Endlage des Systems bei ausgefahrenem aerodynamischem Hilfsmittel.

Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Schnitt durch den Hinterwagen eines Sportwagens senkrecht zu dessen Nickachse (Y-Schnitt) dargestellt. Zu erkennen sind ein beweglich ausgeführtes aerodynamisches Hilfsmittel (1), insbesondere ein Spoiler oder Flügel, ein Querträger (2), ein Abdeckgitter mit Lamellen (3), ein beweglicher erster Wärmetauscher (4), ein fest stehender zweiter Wärmetauscher (5), ein Gebläse (6), ein Abluftkanal (7) und ein Drehpunkt (8). Der Lüfter (6) kommt in zunächst herkömmlicher Weise zum Einsatz, um dem zweiten Wärmetauscher (5) selbst bei geringen Fahrgeschwindigkeiten ein Mindestmaß an Kühlluft zuzuführen.
Erfindungswesentlich ist vielmehr der beweglich angeordnete erste Wärmetauscher (4), der sich um den Drehpunkt (8) drehen kann. Er ist im dargestellten Betriebszustand vollständig aufgerichtet. Das aerodynamische Hilfsmittel (1) ist seinerseits vollständig ausgefahren.
Ergänzt wird die Anbaugruppe (10) um den feststehenden zweiten Wärmetauscher (5), der im Querträger (2) angeordnet ist. Die beiden Wärmetauscher (4, 5) sind in einem spitzen Winkel zueinander ausgerichtet; sie sind ferner so angeordnet, dass sich der zwischen ihnen verbleibende Spalt in Fahrtrichtung verbreitert.
In 2 und 3 sind die beiden möglichen Maximalstellungen des aerodynamischen Hilfsmittels (1) und des ersten Wärmetauschers (4) dargestellt. Anhand dieser Darstellungen soll der Luftweg der Kühlluft beschrieben werden. Selbstverständlich sind auch Zwischenstellungen möglich.
Gemäß 2 ist das aerodynamische Hilfsmittel (1) zunächst vollständig eingefahren, sodass der erste Wärmetauscher (4) weitgehend am zweiten Wärmetauscher (5) anliegt. Die vom Fahrzeugdach durch das Gitter (3) tretende Kühlluft (a1) strömt in den Spalt zwischen den beiden Wärmetauschern (4, 5) ein. Da der beweglich angeordnete erste Wärmetauscher (4) abluftseitig vom angelegten aerodynamischen Hilfsmittel (1) praktisch vollständig versperrt wird, strömt die gesamte Kühlluft durch den feststehenden Wärmetauscher (5).
Sodann verzweigt der Luftstrom (a1) in zwei Teilluftströme (b1, b2), was im konkreten Beispiel der Gestaltung des mehrteiligen Abluftkanales (7) geschuldet ist. Diese Stellung entspricht dem Betrieb des Kraftfahrzeuges im Stand oder bei langsamer Fahrt - zum Beispiel innerhalb einer geschlossenen Ortschaft - mit entsprechend geringen Anforderungen an Aerodynamik und Kühlung. Zur Unterstützung des Kühlluftmassenstromes in diesem Betriebspunkt mit naturgemäß schwachem „Fahrtwind“ kommt vorzugsweise das Gebläse (6) am feststehenden zweiten Wärmetauscher (5) zum Einsatz.
In 3 hingegen ist der vollständig ausgefahrene Zustand des aerodynamischen Hilfsmittels (1) in Hochgeschwindigkeitsfahrt oder Rundstreckenbetrieb dargestellt. In diesem Betriebszustand ist der um den Drehpunkt (8) drehbar angeordnete bewegliche erste Wärmetauscher (4) vollständig aufgerichtet. Hierdurch entsteht ein neuer Pfad für die Kühlluft: Ein Anteil (a2) des Luftstromes (a1) zweigt entgegen der Fahrtrichtung in den ersten Wärmetauscher (4) ab. Dieser Anteil (a2) geht nach dem Passieren des ersten Wärmetauschers (4) in einen entgegen der Fahrtrichtung längs zum ausgefahrenen aerodynamischen Hilfsmittel (1) gerichteten dritten Teilluftstrom (b3) über, was insofern aerodynamisch günstig ist, als hier ein beträchtlicher Unterdruck herrscht und somit ein sehr hohes Druckgefälle entsteht. Dadurch wiederum stellt sich am ersten Wärmetauscher (4) ein starker Kühlluftstrom ein.
Durch diese Fluiddynamik wird die Kühlleistung der Wärmetauscher (4, 5) insgesamt gesteigert, was einer der Hauptaufgaben der Erfindung dient. Der erste Wärmetauscher wird gleichsam „in den Wind“ gestellt und kann daher mit einem möglichst dichten Netz mit hohem Wärmeübergang versehen werden. Durch das ausgefahrene aerodynamische Hilfsmittel (1) sowie die Druckdifferenz beiderseits des ersten Wärmetauschers (4) kommt es zu einem statischen Druckanstieg im Bereich vor dem aerodynamischen Hilfsmittel (1). Dies wiederum erhöht die treibende Druckdifferenz über den feststehenden zweiten Wärmetauscher (5), wodurch sich auch dessen Effizienz erhöht.
Bei mittelschneller Fahrt mit gleichbleibender Geschwindigkeit sowie in Bremsphasen im Rundstreckenbetrieb befinden sich Spoiler (1) und zweiter Wärmetauscher (5) gleichsam in einer Mittelstellung zwischen den abgebildeten Endlagen. Die Wirkungsweise der Anordnung entspricht den Ausführungen zu 2 und 3.
Je nach aerodynamischen Anforderungen muss die Bewegung des ersten Wärmetauschers (4) nicht zwingend eine reine Drehbewegung wie im Ausführungsbeispiel sein, sondern kann ähnlich wie die Bewegung des aerodynamischen Hilfsmittels (1) eine komplexe Bahn beschreiben. Auch eine solche Ausgestaltung ist durch Koppelung der Bewegung an dem aerodynamischen Hilfsmittel (1) zu erreichen. Die Bewegung des ersten Wärmetauschers (4) erfolgt vorzugsweise mechanisch über ein Viergelenk oder anderweitiges Getriebe an das aerodynamische Hilfsmittel (1) - im Ausführungsbeispiel den Heckspoiler - gekoppelt. Das Getriebe liegt dabei im Wesentlichen in derselben Ebene wie das Viergelenk des Heckspoilers. Ebenso ist eine vollkommen unabhängige Verstellung des beweglichen ersten Wärmetauschers (4) denkbar, bei der die Koppelung an das aerodynamische Hilfsmittel (1) rein elektronisch, d. h. durch Lagerückmeldung mittels eines geeigneten Steuergerätes erfolgt. Unter Inkaufnahme einer erhöhten Komplexität erhöht eine entsprechende Ausführung die bauliche Flexibilität. Bei dieser Art der elektronischen Bewegungskoppelung kann die letztliche Einstellung des ersten Wärmetauschers (4) auf unterschiedlichste Weise erfolgen. Beispielhaft seien an dieser Stelle ein pneumatisches, hydraulisches oder elektrisches Stellglied erwähnt.
Der Anschluss des zu kühlenden Mediums erfolgt mittels flexibler Leitungen, welche für alle denkbaren Medien in Fahrzeugen wie z. B. Prozessluft, Öl, Kühlmittel (Wasser-Glykol-Gemisch), Kältemittel und Kraftstoff mit hinreichender Medienbeständigkeit verfügbar sind. Die Längen dieser Leitungen sind auf den Stellweg des beweglichen ersten Wärmetauschers (4) auszulegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007035240 A1 [0005]
DE 102005029883 A1 [0005]
FR 2798095 B1 [0005]
DE 19911645 A1 [0005]
FR 2616212 B1 [0005]
FR 2512749 A1 [0005]
DE 3211148 C2 [0005]
DE 2208377 A1 [0005]

Claims

Anbaugruppe (10) für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Anbaugruppe (10) umfasst ein aerodynamisches Hilfsmittel (1) und einen beweglichen ersten Wärmetauscher (4) und - das aerodynamische Hilfsmittel (1) und der erste Wärmetauscher (4) sind derart miteinander gekoppelt, dass ein laminarer Luftstrom (a1) zumindest teilweise den ersten Wärmetauscher (4) passiert, wenn das Kraftfahrzeug fährt und das aerodynamische Hilfsmittel (1) ausgefahren ist.
Anbaugruppe (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Anbaugruppe (10) umfasst ferner ein Gitter (3) und - das Gitter (3) ist in einer vorgesehenen Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges derart vor dem aerodynamischen Hilfsmittel (1) angeordnet, dass der Luftstrom (a1) durch das Gitter (3) in den ersten Wärmetauscher (4) eintritt, wenn das Kraftfahrzeug fährt und das aerodynamische Hilfsmittel (1) ausgefahren ist.
Anbaugruppe (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Anbaugruppe (10) umfasst ferner einen zweiten Wärmetauscher (5) und - der erste Wärmetauscher (4) und der zweite Wärmetauscher (5) sind derart spitzwinklig zueinander angeordnet, dass ein Anteil (a2) des Luftstromes (a1) entgegen der Fahrtrichtung in den ersten Wärmetauscher (4) abzweigt, wenn das Kraftfahrzeug fährt und das aerodynamische Hilfsmittel (1) ausgefahren ist.
Anbaugruppe (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Anbaugruppe (10) umfasst ferner ein Gebläse (6) und - das Gebläse (6) ist derart am zweiten Wärmetauscher (5) angeordnet, dass der Luftstrom (a1) zumindest teilweise den zweiten Wärmetauscher (5) passiert, wenn das Gebläse (6) läuft.
Anbaugruppe (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Anbaugruppe (10) umfasst ferner einen mehrteiligen Abluftkanal (7) und - der Abluftkanal (7) ist stromabwärts des Gebläses (6) derart angeordnet, dass der Luftstrom (a1) sich nach dem Passieren des zweiten Wärmetauschers (5) in einen ersten Teilluftstrom (b1) und einen zweiten Teilluftstrom (b2) verzweigt.
Anbaugruppe (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Spoiler (1) und der erste Wärmetauscher (4) sind ferner derart miteinander gekoppelt, dass der in den ersten Wärmetauscher (4) abzweigende Anteil (a2) des Luftstromes (a1) nach dem Passieren des ersten Wärmetauschers (4) in einen dritten Teilluftstrom (b3) übergeht und - der dritte Teilluftstrom (b3) ist entgegen der Fahrtrichtung längs zum ausgefahrenen aerodynamischen Hilfsmittel (1) gerichtet.
Anbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der erste Wärmetauscher (4) ist um einen Drehpunkt (8) drehbar gelagert und - der Drehpunkt (8) befindet sich in Verlängerung des zweiten Wärmetauschers (5) entgegen der Fahrtrichtung.
Anbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der erste Wärmetauscher (4) ist derart gelagert, dass eine komplexe Bahnbewegung realisierbar ist.
Hinterwagen für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Hinterwagen umfasst einen Querträger (2) und eine Anbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 7 und - die Anbaugruppe (10) ist am Hinterwagen derart angeordnet, dass der zweite Wärmetauscher (5) zumindest einseitig am Querträger (2) ruht.
Hinterwagen nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Anbaugruppe (10) ist derart zum Querträger (2) ausgerichtet, dass sich das Gitter (3) oberhalb des Querträgers (2) befindet, wenn das Kraftfahrzeug fährt.
Kraftfahrzeug mit einem Hinterwagen nach Anspruch 9 oder 10.