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Die Erfindung betrifft eine Luftleitanordnung für ein Fahrzeug.
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Luftleitanordnungen für Fahrzeuge sind in zahlreichen Variationen bekannt. Diese Luftleitanordnungen können mindestens eine als Lufteinlass wirkende erste Öffnung aufweisen, welche an einem Überdruckbereich einer Fahrzeugfront angeordnet ist. Zudem können die Luftleitanordnungen mindesten eine zweite Öffnung aufweisen, welche in Strömungsrichtung nach der mindestens einen ersten Öffnung an einem ersten Unterdruckbereich der Fahrzeugaußenseite angeordnet ist. Die mindestens eine erste Öffnung und die mindestens eine zweite Öffnung sind strömungstechnisch mit einem Aufnahmeraum innerhalb des Fahrzeugs verbunden, in welchem mindestens eine zu kühlende Baugruppe angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2013 203 445 A1 ist eine Luftleitanordnung für ein Fahrzeug bekannt, welche an einer Fahrzeugaußenhaut eine Öffnung aufweist, welche einen ersten Luftstrom ausströmen lässt. Die Luftleitvorrichtung umfasst zudem zumindest ein Profilelement, welches derart an der ersten Öffnung angeordnet ist, dass das Profilelement bei Anströmung von einem zumindest teilweise entlang der Fahrzeugaußenhaut strömenden zweiten Luftstrom derart umströmt wird, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit von mindestens einem Teil des ersten Luftstroms erhöht.
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Aus der
DE 10 2018 103 807 A1 sind ein Verfahren und Systeme zum Steuern einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs bekannt, wobei auf Grundlage dessen, ob eine Regenplatte unter einer belüfteten Motorhaube des Fahrzeugs mit dem Fahrzeug gekoppelt ist, die Geschwindigkeit gesteuert wird. Die belüftete Motorhaube umfasst Belüftungsöffnungen, welche einen Umgebungsluftstrom in einen Innenraum des vorderen Endes des Fahrzeugs einlassen und einen Luftstrom aus dem Innenraum des vorderen Endes des Fahrzeugs auslassen. Der Umgebungsluftstrom von der Außenseite des Fahrzeugs kann über die Belüftungsöffnungen zu Komponenten unter der Motorhaube strömen. Diese Komponenten können einem Motor und/oder einem zusätzlichen Wärmetauscher entsprechen.
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Aus der
US 5,490,572 A und der
US 2,104,768 A ist jeweils eine Luftleitanordnung für ein Fahrzeug, mit mindestens einer als Lufteinlass wirkenden ersten Öffnung, welche strömungstechnisch mit einem Aufnahmeraum innerhalb des Fahrzeugs verbunden ist und an einem Überdruckbereich einer Fahrzeugfront angeordnet ist, und mindestens einer zweiten Öffnung bekannt, welche strömungstechnisch mit dem Aufnahmeraum innerhalb des Fahrzeugs verbunden ist und in Strömungsrichtung nach der ersten Öffnung an einem ersten Druckbereich der Fahrzeugaußenseite angeordnet ist, an welchem eine kleinere Druckdifferenz zum Aufnahmeraum als am Überdruckbereich der Fahrzeugfront wirkt. In dem Aufnahmeraum ist ein Wärmetauscher angeordnet, wobei die mindestens eine zweite Öffnung in Strömungsrichtung vor der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe im Aufnahmeraum angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Luftleitanordnung für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche einen wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt zur Kühlung einer Baugruppe in einem Aufnahmeraum innerhalb des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Kühlbedarfs der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe im Aufnahmeraum automatisch einstellt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Luftleitanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Um eine Luftleitanordnung für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche einen wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt zur Kühlung einer Baugruppe in einem Aufnahmeraum innerhalb des Fahrzeugs in Abhängigkeit des Kühlbedarfs der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe im Aufnahmeraum automatisch einstellt, ist mindestens eine zweite Öffnung, welche strömungstechnisch mit dem Aufnahmeraum innerhalb des Fahrzeugs verbunden ist, in Strömungsrichtung vor der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe im Aufnahmeraum angeordnet. Zudem wirkt die mindestens eine zweite Öffnung bei einer negativen Druckdifferenz zwischen der Fahrzeugaußenseite und dem Aufnahmeraum als Luftauslass und bei einer positiven Druckdifferenz zwischen der Fahrzeugaußenseite und dem Aufnahmeraum als Lufteinlass. Hierbei wird die positive Druckdifferenz zwischen der Fahrzeugaußenseite und dem Aufnahmeraum durch Aktivierung eines im Aufnahmeraum angeordneten Gebläses erzeugt. Vorzugsweise kann das Gebläse bei einem höheren Kühlungsbedarf der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe, also vorzugsweise bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten mit einem Wert von unter etwa 60 km/h aktiviert werden. Dadurch kann die mindestens eine zweite Öffnung bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten als Luftauslass wirken, sodass sich der erste Luftmassenstrom, welcher durch die mindestens eine erste Öffnung in den Aufnahmeraum des Fahrzeugs gelangt, in den ersten Teilluftmassenstrom, welcher vor Erreichen der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe durch die mindestens eine zweite Öffnung wieder aus dem Aufnahmeraum ausströmt, und in den zweiten Teilluftmassenstrom aufteilt, welcher die mindestens eine zu kühlende Baugruppe umströmt und durch die mindestens eine dritte Öffnung wieder austritt. Dadurch, dass die mindestens eine zweite Öffnung bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten als Lufteinlass wirkt, strömt zusätzlich zum ersten Luftmassenstrom ein zweiter Luftmassenstrom in den Aufnahmeraum, so dass die mindestens eine zu kühlende Baugruppe vom ersten Luftmassenstrom und vom zweiten Luftmassenstrom umströmt wird. Beide Luftströmen treten anschließend durch die mindestens eine dritte Öffnung wieder aus dem Aufnahmeraum aus. Dadurch kann die Kühlleistung der Luftleitanordnung bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten in vorteilhafter Weise erhöht werden.
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Unter der Luftleitanordnung wird im Folgenden eine Baugruppe mit mindestens einer als Lufteinlass wirkenden ersten Öffnung und mindestens einer zweiten Öffnung verstanden. Die mindestens eine erste Öffnung ist strömungstechnisch mit dem Aufnahmeraum innerhalb des Fahrzeugs verbunden und an einem Überdruckbereich einer Fahrzeugfront angeordnet, an welchem während des Fahrbetriebs eine positive Druckdifferenz zum Aufnahmeraum wirkt. Die mindestens eine zweite Öffnung ist in Strömungsrichtung nach der ersten Öffnung an einem ersten Druckbereich der Fahrzeugaußenseite angeordnet, an welchem eine kleinere Druckdifferenz zum Aufnahmeraum als am Überdruckbereich der Fahrzeugfront wirkt. In dem Aufnahmeraum innerhalb des Fahrzeugs ist die mindestens eine zu kühlende Baugruppe angeordnet ist.
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Das Fahrzeug kann beispielsweise als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgeführt werden, welches beispielsweise mindestens eine aufladbare Batterie für den Antrieb aufweist. Die aufladbare Batterie weist einen lastabhängigen Kühlbedarf. Hierbei ist die Last unter anderem von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig. So ist die Batterielast bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten, von beispielsweise über 60 km/h, und damit der Kühlbedarf in der Regel kleiner als bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten. Dadurch wird bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten auch ein kleinerer Kühlluftmassenstrom und somit ein kleinerer wirksamer Luftdurchtrittsquerschnitt eingestellt als bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Hierbei es sich bei der mindestens einen zu kühlende Baugruppe um die Batterie selbst oder um einen Wärmetauscher handeln, welcher thermisch mit der mindestens einen Batterie gekoppelt ist. Bei steigenden Fahrzeuggeschwindigkeiten vergrößert sich der Luftdruck am Überdruckbereich der Fahrzeugfront und damit auch die Druckdifferenz zum Aufnahmeraum und der Luftwiderstand des Fahrzeugs. Zudem sinkt der Luftdruck am ersten Druckbereich der Fahrzeugaußenseite und damit auch die Druckdifferenz zum Aufnahmeraum. Durch die Anordnung der mindestens einen zweiten Öffnung in Strömungsrichtung nach der ersten Öffnung und vor der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe kann bei steigenden Fahrzeuggeschwindigkeiten ein erster Luftmassenstrom durch die mindestens eine erste Öffnung in den Aufnahmeraum eintreten, welcher einem Innenraum am vorderen Endes des Fahrzeugs entsprechen kann, und durch die mindestens eine zweite Öffnung wieder aus dem Aufnahmeraum austreten, ohne die mindestens eine zu kühlende Baugruppe zu durchströmen. Dadurch entsteht in vorteilhafter Weise ein geringerer Luftwiderstand, als wenn der erste Luftmassenstrom in den Aufnahmeraum und durch die mindestens eine zu kühlende Baugruppe geleitet wird. Hierbei wird in vorteilhafter Weise die Kühlleistung im Aufnahmeraum und der Luftwiderstand bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten reduziert und nur dann ein Luftmassenstrom durch die mindestens eine zu kühlenden Baugruppe im Aufnahmeraum geleitet, wenn dieser auch zur Kühlung benötigt wird. Dadurch, dass bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten der Luftwiderstand reduziert werden kann, kann die Reichweite des Fahrzeugs in vorteilhafter Weise erhöht werden. Da der Luftdruck am Überdruckbereich und der Luftdruck am ersten Druckbereich jeweils von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sind, stellt sich die erfindungsgemäße Luftleitanordnung in vorteilhafter Weise ohne zusätzliche Bauteile selbst ein, wodurch eine Fehleranfälligkeit in vorteilhafter Weise reduziert werden kann. Zudem kann ein Gewicht des Fahrzeugs reduziert und die Reichweite des Fahrzeugs in vorteilhafter Weise weiter erhöht werden. Da der Kühlbedarf der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe ebenfalls von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist, kann die erfindungsgemäße Luftleitanordnung in vorteilhafter Weise auf den Kühlbedarf der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe abgestimmt werden, wobei die Kühlung der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe optimiert werden kann, ohne den Luftwiderstand des Fahrzeugs bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten zu erhöhen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung kann mindestens eine als Luftauslass wirkende dritte Öffnung an einem zweiten Druckbereich der Fahrzeugaußenseite, an welchem, im Gegensatz zum Überdruckbereich der Fahrzeugfront, eine negative Druckdifferenz, d.h. ein Unterdruck zum Aufnahmeraum wirkt, angeordnet und strömungstechnisch mit dem Aufnahmeraum verbunden werden, wobei die mindestens eine dritte Öffnung in Strömungsrichtung hinter der mindestens einen zu kühlenden Baugruppe angeordnet ist. Der durch die mindestens eine erste Öffnung eintretende Luftmassenstrom kann bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten aufgeteilt werden. Hierbei kann ein erster Teilluftmassenstrom durch die mindestens eine zweite Öffnung wieder austreten, ohne über die zu kühlende Baugruppe geleitet zu werden. Ein zweiter Teilluftmassenstrom kann über die mindestens eine zu kühlende Baugruppe geleitet werden und diese kühlen. Anschließend kann der zweite Teilluftmassenstrom durch die mindestens eine dritte Öffnung wieder austreten. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann der zweite Teilluftmassenstrom in vorteilhafter Weise größer als der erste Teilluftmassenstrom sein. Die mindestens eine dritte Öffnung und der korrespondierende zweite Druckbereich sind in Strömungsrichtung hinter der mindestens einen ersten Öffnung und hinter der mindestens einen zweiten Öffnung angeordnet.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung kann die mindestens eine zweite Öffnung an einer Motorhaube und/oder an einem Unterboden und/oder an einem Radkasten und/oder an einem Kotflügel und/oder an einem Schweller angeordnet werden. In diesen Bereichen entstehen in vorteilhafter Weise während der Fahrt zuverlässig von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Druckbereiche.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung kann eine Abdeckanordnung, welche mindestens ein beweglich gelagertes Abdeckelement umfasst, einen wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt der mindestens einen ersten Öffnung oder der mindestens einen dritten Öffnung basierend auf dem Bernoulli-Effekt während des Fahrbetriebs automatisch einstellen. Hierbei kann die Abdeckanordnung bei einer in Strömungsrichtung zunehmenden positiven Druckdifferenz den wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt der korrespondierenden Öffnung basierend auf dem Bernoulli-Effekt verringern, und bei einer in Strömungsrichtung abnehmenden positiven Druckdifferenz den wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt der korrespondierenden Öffnung basierend auf dem Bernoulli-Effekt vergrößern. Alternativ kann die Abdeckanordnung beispielsweise sensorgesteuerte Aktuatoren aufweisen, welche das mindestens eine Abdeckelement zwischen einer ersten Stellung, in welcher die korrespondierende Öffnung einen größeren wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt aufweist, in eine zweite Stellung bewegen, in welcher die korrespondierende erste Öffnung einen kleineren wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt aufweist.
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Durch die mindestens eine Abdeckanordnung kann der durch die mindestens eine erste Öffnung eintretende Luftmassenstrom und/oder der durch die mindestens eine dritte Öffnung austretende Luftmassenstrom automatisch eingestellt werden. So kann die Abdeckanordnung beispielsweise bei einer zunehmenden positiven Druckdifferenz zwischen der Fahrzeugaußenseite und dem Aufnahmeraum einen wirksamen Lufteintrittsquerschnitt der mindestens einen ersten Öffnung basierend auf dem Bernoulli-Effekt verringern, und bei einer abnehmenden positiven Druckdifferenz zwischen der Fahrzeugaußenseite und dem Aufnahmeraum den wirksamen Lufteintrittsquerschnitt der mindestens einen ersten Öffnung basierend auf dem Bernoulli-Effekt vergrößern. Analog kann die Abdeckanordnung beispielsweise bei einer zunehmenden positiven Druckdifferenz zwischen dem Aufnahmeraum und der Fahrzeugaußenseite einen wirksamen Luftaustrittsquerschnitt der mindestens einen dritten Öffnung basierend auf dem Bernoulli-Effekt verringern, und bei einer abnehmenden positiven Druckdifferenz zwischen dem Aufnahmeraum und der Fahrzeugaußenseite den wirksamen Luftaustrittsquerschnitt der mindestens einen dritten Öffnung basierend auf dem Bernoulli-Effekt vergrößern. Der „Bernoulli Effekt“ tritt hier als hydrodynamisches Paradoxon auf, welches zwischen Begrenzungen oder Abdeckelementen der korrespondierenden Öffnung entsteht. Hierbei begrenzen die Begrenzungen oder Abdeckelemente einen ausgebildeten Strömungskanal unten, oben und seitlich. Bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit steigt die Geschwindigkeit des Luftstroms in diesem Strömungskanal, in welchem nach Bernoulli bei Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Druck wiederum sinkt. Dieser sinkende Druck erzeugt auf den beweglichen Abdeckelementen eine Kraft, welche diese Abdeckelemente aufeinander zubewegt. Dies wiederum verkleinert den wirksamen Lufteintrittsquerschnitt, so dass die Geschwindigkeit im Strömungskanal weiter steigt. Wenn das System eingeschwungen ist, und sich der minimale Lufteintrittsquerschnitt eingestellt hat, ist zu diesem Zeitpunkt die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal im Vergleich zur Grundstellung der Abdeckelemente deutlich gestiegen, da nun der Druckverlust dieses Lufteintritts von der Geschwindigkeit im Quadrat abhängt also somit deutlich angestiegen ist, sinkt der Luftmassenstrom durch diesen Lufteintritt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung kann das mindestens eine beweglich gelagerte Abdeckelement eine Strömungskontur aufweisen, welche bewirkt, dass eine in Strömungsrichtung zunehmende Druckdifferenz basierend auf dem Bernoulli-Effekt eine Kraft erzeugt, welche das mindestens eine Abdeckelement aus einer die korrespondierende Öffnung freigebende ersten Stellung, in eine die korrespondierende Öffnung verschließende zweite Stellung überführt. Hierbei kann der wirksame Luftdurchtrittsquerschnitt der korrespondierenden Öffnung beim Übergang von der ersten in die zweite Stellung reduziert und beim Übergang von der zweiten in die erste Stellung vergrößert werden. Die Kraft wird in vorteilhafter Weise basierend auf dem Bernoulli-Effekt ohne zusätzliche Bauteile erzeugt und ist von der Form der Strömungskontur und der Druckdifferenz in Strömungsrichtung zwischen der Fahrzeugaußenseite und dem Aufnahmeraum innerhalb des Fahrzeugs abhängig. Dadurch ist die Abdeckanordnung in vorteilhafter Weise weniger fehleranfällig und stellt sich in Abhängigkeit der Druckdifferenz selbstständig ein.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung kann die Abdeckanordnung ein Abdeckelementpaar mit zwei Abdeckelementen aufweisen, welches einer korrespondierenden Öffnung zugeordnet ist. Die korrespondierenden Abdeckelemente können den wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt der korrespondierenden Öffnung in Strömungsrichtung trichterförmig verjüngen, wobei die basierend auf dem Bernoulli-Effekt erzeugte Kraft die verjüngten Endbereiche der Abdeckelemente aufeinander zubewegt und dadurch den wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt reduziert. Durch die beiden Abdeckelemente kann der wirksame Luftdurchtrittsquerschnitt der korrespondierenden Öffnung in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von der Druckdifferenz in Strömungsrichtung basierend auf dem Bernoulli-Effekt eingestellt werden. Solche einfachen Abdeckelemente können in vorteilhafter Weise in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung kann die Abdeckanordnung mindestens ein keilförmiges Element aufweisen, welches eine in Strömungsrichtung ansteigende Schrägfläche aufweist und die korrespondierende Öffnung in zwei Abschnitte unterteilt. Hierbei ist das korrespondierende Abdeckelement mit einem ersten Endbereich mit einem spitzen Endbereich des keilförmigen Elements verbunden und liegt in der ersten Stellung an der Schrägfläche des keilförmigen Elements an, wobei die basierend auf dem Bernoulli-Effekt erzeugte Kraft einen zweiten Endbereich des mindestens einen Abdeckelements von der Schrägfläche des keilförmigen Elements wegbewegt. Der zweite Endbereich liegt in der zweiten Stellung an einem benachbarten keilförmigen Element oder an einem die mindestens eine korrespondierende Öffnung begrenzenden Element an. Das mindestens eine Abdeckelement hebt in vorteilhafter bei in Strömungsrichtung zunehmender Druckdifferenz basierend auf dem Bernoulli-Effekt von der Schrägfläche des keilförmigen Elements ab und verschließt einen ersten Abschnitt der korrespondierenden Öffnung. Ein zweites Abdeckelement kann einen zweiten Abschnitt der korrespondierenden Öffnung auf dieselbe Weise verschließen. Durch die keilförmigen Elemente und die korrespondierenden Abdeckelemente wird der wirksame Luftdurchtrittsquerschnitt der korrespondierenden Öffnung in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von der Druckdifferenz in Strömungsrichtung basierend auf dem Bernoulli-Effekt eingestellt. In vorteilhafter Weise können die Abdeckelemente und die keilförmigen Elemente in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung kann mindestens ein Abdeckelement in Schließrichtung federbelastet sein. Über Eigenschaften und Kennwerte des verwendeten Federelements können verschiedene Schwellwerte für die Druckdifferenz in Strömungsrichtung vorgegebenen werden, ab welchen der wirksame Luftdurchtrittsquerschnitt reduziert werden kann.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Luftleitanordnung in einem ersten Zustand;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung aus 1 in einem zweiten Zustand,
- 3 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Luftleitanordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Abdeckanordnung in einer freigebenden Stellung;
- 4 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung aus 3 in einer verschlossenen Stellung;
- 5 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Luftleitanordnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Abdeckanordnung in einer freigebenden Stellung; und
- 6 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung aus 5 in einer verschlossenen Stellung.
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Wie aus 1 bis 6 ersichtlich ist, weist eine Luftleitanordnung 20A, 20B, 20C für ein Fahrzeug 10 mindestens eine als Lufteinlass wirkenden erste Öffnung 21 auf, welche strömungstechnisch mit einem Aufnahmeraum 14 innerhalb des Fahrzeugs 10 verbunden ist und an einem Überdruckbereich 11.1 einer Fahrzeugfront 11 angeordnet ist. Das bedeutet, dass am Überdruckbereich 11.1 während des Fahrbetriebs eine positive Druckdifferenz zum Aufnahmeraum 14 wirkt. Zudem umfasst die Luftleitanordnung mindestens eine zweiten Öffnung 22, welche strömungstechnisch mit dem Aufnahmeraum 14 innerhalb des Fahrzeugs 10 verbunden ist und in Strömungsrichtung nach der ersten Öffnung 21 an einem ersten Druckbereich 12.1 der Fahrzeugaußenseite 12 angeordnet ist, an welchem eine kleinere Druckdifferenz zum Aufnahmeraum 14 als am Überdruckbereich 11.1 der Fahrzeugfront wirkt. In dem Aufnahmeraum 14 innerhalb des Fahrzeugs 10 ist mindestens eine zu kühlende Baugruppe 32 angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist die mindestens eine zweite Öffnung 22 in Strömungsrichtung vor der zu kühlenden Baugruppe 32 im Aufnahmeraum 14 angeordnet.
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Wie aus 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, entspricht die zu kühlende Baugruppe 32 im dargestellten Ausführungsbeispiel einem Wärmetauscher, welcher wärmetechnisch mit einem Kühlsystem eines nicht näher dargestellten Fahrzeugaggregats, wie beispielsweise einer aufladbaren Batterie gekoppelt ist. Alternativ kann das Fahrzeugaggregat selbst als zu kühlende Baugruppe 32 im Aufnahmeraum 14 angeordnet sein. Zudem ist hinter dem Wärmetauscher als zu kühlendes Baugruppe 32 ein Gebläse 18 angeordnet. Somit kann die am Überdruckbereich 11.1 der Fahrzeugfront 11 wirkende positive Druckdifferenz zum Aufnahmeraum 14 während des Fahrbetriebs bei höheren Geschwindigkeiten von beispielsweise über 60km/h durch den Fahrtwind und bei niedrigeren Geschwindigkeiten durch das Gebläse 18 erzeugt werden. In den dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung 20A, 20B, 20C sind an der Fahrzeugfront 11 zwei in Fahrzeugquerrichtung verlaufende erste Öffnungen 21 angeordnet. Eine obere erste Öffnung 21 ist in Fahrzeughochrichtung über einer unteren ersten Öffnung 21 angeordnet. In Fahrzeugquerrichtung können mehrere erste Öffnungen 21 nebeneinander angeordnet werden. Zudem können mehr als zwei erste Öffnungen in Fahrzeughochrichtung angeordnet werden. Alternativ kann die erfindungsgemäße Luftleitanordnung 20A, 20B, 20C in Fahrzeughochrichtung lediglich eine erste Öffnung 21 aufweisen. Die mindestens eine zweite Öffnung 22 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung 20A, 20B, 20C an einer Motorhaube 12A angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann eine zweite Öffnung 22 oder mehrere zweite Öffnungen 22 an einem Unterboden, an einem Radkasten, an einem Kotflügel oder an einem Schweller angeordnet werden. Mindestens eine dritte Öffnung 23 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen an einem zweiten Druckbereich 12.2 der Fahrzeugaußenseite 12, an welchem eine negative Druckdifferenz bzw. ein Unterdruck zum Aufnahmeraum 14 wirkt, angeordnet und strömungstechnisch mit dem Aufnahmeraum 14 verbunden. Hierbei ist die mindestens eine dritte Öffnung 23 in Strömungsrichtung hinter der zu kühlenden Baugruppe 32 angeordnet. Die mindestens eine dritte Öffnung 23 wirkt als Luftauslass. In den dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung 20A, 20B, 20C ist die mindestens eine dritte Öffnung 23 am Unterboden angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann eine dritte Öffnung 23 oder mehrere dritte Öffnungen 23 an einem Unterdruckbereich an einem einer Frontscheibe zugewandten Endbereich der Motorhaube 12A, dem Radkasten, dem Kotflügel oder am Schweller angeordnet werden.
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Wie aus 1 bis 3 und 5 weiter ersichtlich ist, tritt ein erster Luftmassenstrom durch die beiden ersten Öffnungen 21 in den Aufnahmeraum 14 ein, welcher einem Innenraum des vorderen Endes des Fahrzeugs 10 entspricht.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, wirkt die mindestens eine zweite Öffnung 22 im dargestellten Ausführungsbeispiel der Luftleitanordnung 20A bei einer negativen Druckdifferenz zwischen der Fahrzeugaußenseite 12 und dem Aufnahmeraum 14 als Luftauslass, welche bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten über einem Wert von ungefähr 60 km/h auftreten kann. Hierbei wird der über die beiden ersten Öffnungen 21 in den Aufnahmeraum 14 innerhalb des Fahrzeugs 10 eintretende erste Luftmassenstrom aufgeteilt. Hierbei tritt ein erster Teilluftmassenstrom durch die mindestens eine zweite Öffnung 22 wieder aus dem Aufnahmeraum 14 aus, bevor er die zu kühlende Baugruppe 32 erreicht, und ein zweiter Teilluftmassenstrom wird in den Aufnahmeraum 14 und durch die zu kühlende Baugruppe 32 geleitet. Der zweite Teilluftmassenstrom strömt durch die mindestens eine dritte Öffnung 23 aus dem Aufnahmeraum 14 aus. Dadurch wird der Luftwiderstandsbeiwert des Fahrzeugs 10 bei hohen Geschwindigkeiten über 60 km/h verbessert und der wirksame Kühlluftmassenstrom der erfindungsgemäße Luftleitanordnung 20A reduziert.
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Wie aus 1, 3, 5 und weiter ersichtlich ist, wirkt die mindestens eine zweite Öffnung 22 bei einer positiven Druckdifferenz zwischen der Fahrzeugaußenseite 12 und dem Aufnahmeraum 14 als Lufteinlass. Hierbei tritt ein zweiter Luftmassenstrom durch die mindestens eine zweite Öffnung 22 in den Aufnahmeraum 14 ein. Dadurch werden der erste Luftmassenstrom und der zweite Luftmassenstrom in den Aufnahmeraum 14 und durch die zu kühlende Baugruppe 32 geleitet. Anschließend strömen der erste Luftmassenstrom und der zweite Luftmassenstrom aus der mindestens einen dritten Öffnung 23 wieder aus dem Aufnahmeraum 14 aus. Die mindestens eine dritte Öffnung 23 ist strömungstechnisch nach den beiden ersten Öffnungen 21 und der mindestens einen zweiten Öffnung 22 angeordnet. Die positive Druckdifferenz zwischen der Fahrzeugaußenseite 12 und dem Aufnahmeraum 14 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch das aktvierte Gebläse 18 vorzugsweise bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten unter etwa 60 km/h erzeugt.
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Da die Wirkung der mindestens einen zweiten Öffnung 22 lediglich von den herrschenden Druckverhältnissen an der Fahrzeugfront 11, an der Motorhaube 12A abhängig 12 ist, welche wiederum von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig sind, stellt sich die erfindungsgemäße Luftleitanordnung 20A, 20B, 20C in Abhängigkeit von der Druckdifferenz in Strömungsrichtung und der gefahrenen Fahrzeuggeschwindigkeit selbst ein.
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Das in 3 und 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Luftleitanordnung 20B und das in 5 und 6 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Luftleitanordnung 20C unterscheiden sich von dem in 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung 20A durch eine zusätzliche Abdeckanordnung 40B, 40C, welche einen wirksamen Luftdurchtrittsquerschnitt einer korrespondierenden Öffnung 21, 23 basierend auf dem Bernoulli-Effekt während des Fahrbetriebs automatisch einstellt. Die Abdeckanordnung 40B, 40C umfasst mindestens ein beweglich gelagertes Abdeckelement 42.1B, 42.2B, 42C. In den dargestellten Ausführungsbeispielen stellt die Abdeckanordnung 40B, 40C einen wirksamen Lufteintrittsquerschnitt der oberen ersten Öffnung 21 basierend auf dem Bernoulli-Effekt während des Fahrbetriebs automatisch ein. Die Abdeckanordnung 40B, 40C verringert bei einer in Strömungsrichtung zunehmenden positiven Druckdifferenz den wirksamen Lufteintrittsquerschnitt der korrespondierenden ersten Öffnung 21 basierend auf dem Bernoulli-Effekt, und vergrößert bei einer in Strömungsrichtung abnehmenden positiven Druckdifferenz den wirksamen Lufteintrittsquerschnitt der korrespondierenden ersten Öffnung 21 basierend auf dem Bernoulli-Effekt. Hierbei ist die Abdeckanordnung 40B, 40C so ausgeführt, dass die positive Druckdifferenz in Strömungsrichtung, ab welcher der wirksame Luftdurchtrittsquerschnitt reduziert wird, bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 60 km/h erreicht wird. Selbstverständlich kann auch ein anderer Geschwindigkeitswert vorgegebenen werden, ab welchem der wirksame Luftdurchtrittsquerschnitt reduziert werden soll.
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Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich oder alternativ zu der an der ersten Öffnung 21 angeordneten Abdeckanordnung 40B, 40C an der mindestens einen dritten Öffnung 23 eine solche Abdeckanordnung 40B, 40C angeordnet, welche einen wirksamen Luftaustrittsquerschnitt einer korrespondierenden dritten Öffnung 23 basierend auf dem Bernoulli-Effekt während des Fahrbetriebs automatisch einstellt.
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Wie aus 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, weist das mindestens eine beweglich gelagerte Abdeckelement 42.1B, 42.2B, 42C eine Strömungskontur auf, welche bewirkt, dass eine in Strömungsrichtung zunehmende Druckdifferenz basierend auf dem Bernoulli-Effekt eine Kraft erzeugt, welche das mindestens eine erste Abdeckelement 42.1 B, 42.2B, 42C aus einer die korrespondierende erste Öffnung 21 freigebende erste Stellung in eine die korrespondierende erste Öffnung 21 verschließende zweite Stellung überführt. Dadurch wird der wirksame Lufteintrittsquerschnitt der korrespondierenden ersten Öffnung 21 basierend auf dem Bernoulli-Effekt beim Übergang von der ersten in die zweite Stellung reduziert und beim Übergang von der zweiten in die erste Stellung vergrößert.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, weist das erste Ausführungsbeispiel der Abdeckanordnung 40B ein Abdeckelementpaar 42B auf, welches einer korrespondierenden ersten Öffnung 21 zugeordnet ist. Die korrespondierenden Abdeckelemente 42.1 B, 42.2B verjüngen den wirksamen Lufteintrittsquerschnitt der korrespondierenden ersten Öffnung 21 in Strömungsrichtung trichterförmig, wobei eine dem Aufnahmeraum 14 zugewandte erste Trichteröffnung 44.1B kleiner ist, als eine vom Aufnahmeraum 14 abgewandte zweite Trichteröffnung 44.2B. Die basierend auf dem Bernoulli-Effekt erzeugte Kraft bewegt die verjüngten Endbereiche der Abdeckelemente 42.1B, 42.2B aufeinander zu und reduziert dadurch den wirksamen Lufteintrittsquerschnitt der korrespondierenden ersten Öffnung 21.
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Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, weist das zweite Ausführungsbeispiel der Abdeckanordnung 40C zwei keilförmige Elemente 41C auf, welche jeweils eine in Strömungsrichtung ansteigende Schrägfläche aufweisen und die korrespondierende erste Öffnung 21 in drei Abschnitte 21.1C, 21.2C, 21.3C unterteilen. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Abdeckanordnung 40B, 40C kann lediglich ein keilförmiges Element 41C die korrespondierende erste Öffnung 21 in zwei Abschnitte 21.1C, 21.2C unterteilen. Außerdem können in einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Abdeckanordnung 40C mehr als zwei keilförmige Elemente 41C die korrespondierende erste Öffnung 21 in mehrere entsprechende Abschnitte unterteilen.
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Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, sind ein erster Abschnitt 21.1C und ein dritter Abschnitt 21.3C zwischen einem keilförmiges Element 41C und einem die korrespondierende erste Öffnung 21 umgebenden Element 16 angeordnet. Ein zweiter Abschnitt 21.2C ist zwischen zwei keilförmigen Elementen 41C angeordnet. Zwei Abdeckelemente 42C sind mit einem ersten Endbereich, welcher vom Aufnahmeraum 14 abgewandt ist, mit dem spitzen Endbereich des korrespondierenden keilförmigen Elements 41C verbunden. Ein Abdeckelement 42C ist mit dem die korrespondierende erste Öffnung 21 umgebenden Element 16 verbunden, wobei das die korrespondierende erste Öffnung 21 umgebenden Element 16 im Bereich, an dem das Abdeckelement 42C angeordnet ist, eine entsprechende Schrägfläche aufweist. In der ersten Stellung liegen die Abdeckelemente 42C jeweils an den Schrägflächen der keilförmigen Elemente 41C oder an der Schrägfläche des die korrespondierende erste Öffnung 21 umgebenden Elements 16 an. Die basierend auf dem Bernoulli-Effekt erzeugte Kraft bewegt einen zweiten Endbereich der Abdeckelemente 42C, welcher dem Aufnahmeraum 14 zugewandt ist, von der Schrägfläche des keilförmigen Elements 41C bzw. des die korrespondierende erste Öffnung 21 umgebenden Element 16 weg, bis der zweite Endbereich in der zweiten Stellung an einem benachbarten keilförmigen Element 41C oder an einem die mindestens eine erste Öffnung 21 begrenzenden Element 16 anliegt. Dadurch werden die einzelnen Abschnitte 21.1C, 21.2C, 21.3C der korrespondierenden ersten Öffnung 21 geschlossen. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Abdeckanordnung 40C kann zumindest ein Abschnitt 21.1C, 21.2C, 21.3 der ersten Öffnung 21 nicht von einem Abdeckelement 42C verschlossen werden.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Abdeckanordnung 40B, 40C kann mindestens ein Abdeckelement 42.1B, 42.2B, 42C in Schließrichtung federbelastet werden. Dadurch wird der Übergang von der die korrespondierende erste Öffnung 21 freigebende ersten Stellung in eine die korrespondierende erste Öffnung 21 verschließende zweite Stellung durch die Federkraft erschwert und es ist ein höherer Kraftaufwand für den Übergang von der ersten Stellung in die zweite Stellung erforderlich. Über Eigenschaften und Kennwerte des verwendeten Federelements können verschiedene Schwellwerte für die Druckdifferenz in Strömungsrichtung bzw. für Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegebenen werden, ab welchen der wirksame Luftdurchtrittsquerschnitt reduziert werden kann.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Luftleitanordnung 20A, 20B, 20C können die einzelnen Abdeckelement 42.1B, 42.2B, 42C sensorgesteuert von einem zusätzlichen Aktuator angetrieben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 11
- Fahrzeugfront
- 11.1
- Überdruckbereich
- 12
- Fahrzeugaußenseite
- 12A
- Frontklappe
- 12.1
- erster Druckbereich
- 12.2
- zweiter Druckbereich
- 14
- Aufnahmeraum
- 16
- erste Öffnung umgebendes Element
- 18
- Gebläse
- 20A, 20B, 20C
- Luftleitanordnung
- 21
- erste Öffnung
- 21.1C
- erster Abschnitt
- 21.2C
- zweiter Abschnitt
- 21.3C
- dritter Abschnitt
- 22
- zweite Öffnung
- 23
- dritte Öffnung
- 32
- zu kühlende Baugruppe
- 40, 40B, 40C
- Abdeckanordnung
- 41
- keilförmiges Element
- 42B
- Abdeckelementpaar
- 42.1B, 42.2B, 42C
- Abdeckelement
- 44B
- Trichter
- 44.1B
- erste Trichteröffnung
- 44.2B
- zweite Trichteröffnung
