WO2020127278A1

WO2020127278A1 - Strömungsführungsanordnung für ein fahrzeug

Info

Publication number: WO2020127278A1
Application number: PCT/EP2019/085671
Authority: WO
Inventors: Jan-Christoph ALBRECHT; Jochen Westhäuser; Christof Böttcher; Carsten Wachsmuth
Original assignee: Volkswagen Ag
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-06-25
Also published as: DE102018132406A1; CN113195278A

Abstract

Die Erfindung betrifft der Grundgedanke der vorliegende Erfindung ein Luftführungssystem (10) und eine Betriebsstrategie dafür, mit dem an einem Wärmeübertrager (30) für ein Fahrzeug (12) auftretende Strömungszustände dahingehend steuerbar sind, dass entweder einströmender Fahrtwind (42) den Wärmeübertrager (30) umströmt oder aber der Fahrtwind (42) abgeschottet wird und mit einem Ventilator (32) eine Strömungsumkehr (38) bewirkt wird, sodass Luft aus dem Motorraum (22) angesaugt und dem Wärmeübertrager (30) zugeführt wird und hinter dem Wärmeübertrager (30) seitlich in die Umgebung ausgeschleust wird.

Description

Beschreibung

Strömungsführungsanordnung für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Strömungsführungsanordnung für ein Fahrzeug gemäß dem

Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , ein Verfahren zum Betrieb einer

Strömungsführungsanordnung für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6, ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11 und ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.

Im Bereich von Fahrzeugen, beispielsweise Kraftfahrzeugen, kommen Wärmeübertrager vielfältig zum Einsatz, beispielsweise zur Klimatisierung des Fahrzeugs. In dieser Funktion ist es bekannt, Wärmeübertrager als T eil einer Wärmepumpe vorzusehen, mit der zur

Klimatisierung des Fahrzeugs Wärme aus der Außenluft gewonnen wird. Dieses Konzept eignet sich besonders gut für Elektrofahrzeuge, um die Reichweite zu erhöhen.

Allerdings besteht bei derartigen Wärmepumpen das Problem, dass bei geringen

Außentemperaturen der Wärmeübertrager zur Vereisung neigt, da dieser zum Erreichen einer für die Wärmeübertragung notwendigen Temperaturdifferenz sehr kalt sein muss. In der Folge wird eine Abtauung notwendig, die wiederum sehr energieintensiv sein kann. Das Problem der Vereisung wird noch verstärkt, wenn beispielsweise während der Fahrt Spritzwasser oder Luftfeuchtigkeit mit dem Wärmeübertrager in Kontakt kommt und sich an diesem als Eis niederschlägt. Das Eis hemmt aber die Wärmeübertragung und führt zudem zu

strömungstechnisch ungünstigen Zuständen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung bereitzustellen, mit der eine Vereisung des Wärmeübertragers vermieden wird.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 , 6, 11 und 12 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Strömungsführungsanordnung für ein Fahrzeug, umfassend:

- einen Hauptluftkanal;

- einen inneren Luftführungsbereich; und

- eine strömungstechnische Verbindung vom Hauptluftkanal zu dem inneren

Luftführungsbereich.

Die Strömungsführungsanordnung umfasst weiterhin:

- ein Sperrelement, mit dem der Hauptluftkanal absperrbar ist; sowie

- ein Wärmeübertragungssystem mit einem Wärmeübertrager und einem Ventilator, wobei das Wärmeübertragungssystem in dem Hauptluftkanal zwischen dem Sperrelement und dem inneren Luftführungsbereich angeordnet ist.

Die Strömungsführungsanordnung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptluftkanal zwischen dem Sperrelement und dem Wärmeübertragungssystem eine

Entlüftungsöffnung mit einem ansteuerbaren Stellelement aufweist.

Ventilatoren der betreffenden Art sind üblicherweise in unterschiedlichen Drehrichtungen betreibbar, sodass ihre Luftförderrichtung umkehrbar ist.

Der innere Luftführungsbereich ist von Karosserieteilen des Fahrzeugs von der Umwelt getrennt. Er kann, muss jedoch nicht innerhalb eines Fahrgastraums liegen. Der innere

Luftführungsbereich kann beispielsweise einen Aufnahmeraum für einen Fahrzeugantrieb umfassen, also beispielsweise einen Motorraum. Beispielsweise bei Elektrofahrzeugen kann der Fahrzeugantrieb auch an anderer Stelle, als vorne hinter dem Kühler angeordnet sein. Auch kann der innere Luftführungsbereich einen Aufnahmeraum für andere im Innern des Fahrzeugs liegende Fahrzeugkomponenten umfassen oder von Raumbereichen zwischen solchen Fahrzeugkomponenten gebildet werden, beispielsweise durch Montagespalte oder im

Fahrzeuginnern angeordnete Luftführungssysteme.

Ist der Hauptluftkanal einseitig mit dem Sperrelement abgesperrt, kann somit Luft aus Richtung des inneren Luftführungsbereichs angesaugt und in Richtung der Entlüftungsöffnung gefördert werden und bei geöffnetem Stellelement aus dem Hauptluftkanal entweichen, mit anderen Worten seitlich ausgeschleust werden.

Da die Luft aus Richtung des inneren Luftführungsbereichs angesaugt wird und dabei auf ihrem Weg liegende Strukturen, wie beispielsweise den Fahrzeugmotor oder andere Fahrzeugkomponenten umströmt, wird eine Tröpfchenbildung und damit Eisbildung am

Wärmeübertrager im Wärmepumpenbetrieb vorteilhaft vermieden. Sind bereits Tröpfchen in der Luft enthalten, so werden diese bei der Umströmung der Strukturen abgeschieden.

Die Effizienz der Wärmeübertragung wird dadurch deutlich erhöht.

Ist der Fahrzeugantrieb im inneren Luftführungsbereich angeordnet, kann die Luft bei warmem Motor zusätzliche Wärme aufnehmen und die Tröpfchenbildung kann noch besser vermieden werden.

Bei geschlossenem Sperrelement wird auch vorteilhaft vermieden, dass der Ventilator gegen einen möglicherweise von außen her aufgebrachten Staudruck, beispielsweise durch

Fahrtwind, arbeiten muss oder die Luft durch den Hauptluftkanal entweicht. Auch ist die erfindungsgemäße Strömungsführungsanordnung sogar bei stehendem Fahrzeug betreibbar.

Besonders vorteilhaft wirkt sich die erfindungsgemäße Strömungsführungsanordnung aus, wenn eine hohe Luftfeuchtigkeit oder gar Regen in der Außenluft enthalten ist. Bei

Umweltbedingungen, in denen eine Vereisung weniger wahrscheinlich ist, kann die

erfindungsgemäße Strömungsführungsanordnung unter Öffnung des Sperrelements und Betrieb des Ventilators, sodass dieser Luft von dem Sperrelement her ansaugt und in Richtung des Fahrzeugantriebs leitet, auch konventionell betrieben werden und beispielsweise den Fahrtwind nutzen.

Der Hauptluftkanal kann vorzugsweise von einem Luftkanal des Fahrzeugs, beispielsweise einem Luftkanal hinter einem Kühlergrill, gebildet werden. Der Fahrzeugmotor kann sowohl ein Verbrennungsmotor als auch ein Elektromotor umfassen. Vorzugsweise umfasst er einen Elektromotor, da die Effizienzerhöhung der Wärmeübertragung sich hier besonders einer erhöhten Reichweite mit elektrischem Antrieb bemerkbar macht.

Die strömungstechnische Verbindung vom Hauptluftkanal zum inneren Luftführungsbereich kann beispielsweise durch eine dem Fahrzeuginnern zugewandte Öffnung des Hauptluftkanals gebildet sein. Umfasst der innere Luftführungsbereich den Aufnahmeraum für den

Fahrzeugantrieb, kann die strömungstechnische Verbindung beispielsweise durch eine

Verbindung des Hauptluftkanals zu dem Aufnahmeraum des Fahrzeugantriebs gebildet werden. Der Hauptluftkanal ist vorzugsweise ganz oder teilweise mit dem Sperrelement absperrbar. Der Wärmeübertrager und der Ventilator sind vorzugsweise Bestandteile einer Klimatisierung des Fahrzeugs und können zudem auch Bestandteile der Motorkühlung sein. Das Stellelement kann ganz oder teilweise geöffnet oder geschlossen werden und die Entlüftungsöffnung so ganz oder teilweise freigeben.

Das Stellelement kann aktiv oder passiv angesteuert werden.

So ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Strömungsführungsanordnung der Erfindung vorgesehen, dass der Ventilator und das Stellelement derart aufeinander ausgelegt sind, dass das Stellelement bei geschlossenem Sperrelement durch einen von dem Ventilator in Richtung der Entlüftungsöffnung erzeugbaren Luftdruck ansteuerbar ist.

Mit anderen Worten kann das Stellelement durch einen Ventilatorluftstrom geöffnet werden, wobei der durch den Ventilatorluftstrom erzeugte Luftdruck bestimmt, wann und zu welchem Grad sich das Stellelement öffnet und so die Entlüftungsöffnung freigibt.

Dies bietet den Vorteil, dass keine aktive Ansteuerung des Stellelements vorgesehen werden muss, was den Aufwand reduziert.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Strömungsführungsanordnung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellelement derart ausgelegt ist, dass bei einem aus Richtung des Sperrelements in den Hauptluftkanal eintretenden Staudruck, eine durch den Staudruck an dem Stellelement erzeugte Öffnungskraft kleiner ist als eine durch den Staudruck an dem

Stellelement erzeugte Schließkraft.

Der Staudruck kann beispielsweise vom Fahrtwind herrühren. Dabei kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass das Stellelement geschlossen bleibt, solange ein Betriebsmodus der Strömungsführungsanordnung mit geöffnetem Sperrelement und Staudruckbildung vorliegt. Ein Entweichen des Luftstroms vor dem Wärmeübertragungssystem wird dadurch vermieden.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der Strömungsführungsanordnung der Erfindung ist hierzu vorgesehen, dass das Stellelement ein Winkelelement umfasst, das im Bereich der Entlüftungsöffnung gelenkig gelagert ist und einen Dichtschenkel umfasst, der an der

Entlüftungsöffnung abdichtend anlegbar ist und weiterhin einen Sicherungsschenkel umfasst, der in den Hauptluftkanal ragt, wenn der Dichtschenkel an der Entlüftungsöffnung anliegt. Ein den Staudruck hervorrufender Luftstrom aus Richtung des Sperrelements bewirkt so über den Sicherungsschenkel einen sicheren Verschluss der Entlüftungsöffnung mit dem

Stellelement.

Beispielsweise können Flächen des Dichtschenkels und des Sicherungsschenkels, die dem Staudruck ausgesetzt sind, so ausgelegt werden, dass die Kraft, die der Staudruck auf die Fläche des Sicherungsschenkels ausübt, stets größer ist als die Kraft, die der Staudruck auf die Fläche des Dichtschenkels ausübt. Über die gelenkige Lagerung wird der Dichtschenkel so stets an die Entlüftungsöffnung gepresst. Alternativ kann auch ein Getriebe vorgesehen sein, das die vom Staudruck auf die Fläche des Sicherungsschenkels ausgeübte Schließkraft so auf den Dichtschenkel übersetzt, dass diese stets größer ist als die vom Staudruck auf die Fläche des Dichtschenkels ausgeübte Öffnungskraft.

Auf diese Weise wird die gewünschte Funktion mit geringer struktureller Komplexität erreicht, bei hoher funktionaler Sicherheit.

Es kann aber auch eine aktive Ansteuerung des Stellelements erfolgen, beispielsweise durch einen Aktuator, der das Stellelement ansteuert.

In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Strömungsführungsanordnung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sperrelement ein Rollo umfasst, welches über die

Entlüftungsöffnung geführt ist und in welches das Stellelement integriert ist, und dass das Rollo in eine Sperrsteilung bringbar ist, in der das Rollo den Hauptluftkanal und die

Entlüftungsöffnung sperrt, und dass das Rollo in eine Entlüftungsstellung bringbar ist, in der das Rollo den Hauptluftkanal sperrt und die Entlüftungsöffnung freigibt.

Der Begriff des Rollos umfasst vorliegend allgemein eine linear verlagerbare flächige Struktur, die auch über Umlenkungspunkte geführt sein kann und deren Fläche im Rahmen üblicher technischer Toleranzen, luftdicht ist. Das Rollo weist vorzugsweise einen Abschnitt auf, der luftdurchlässig ist. In Sperrsteilung sind vorzugsweise die Entlüftungsöffnung und der

Hauptluftkanal durch einen luftdichten Abschnitt des Rollos versperrt. In Entlüftungsstellung ist vorzugsweise der Hauptluftkanal durch den luftdichten Abschnitt des Rollos versperrt und der luftdurchlässige Abschnitt des Rollos überschneidet sich mit der Entlüftungsöffnung. Wird das Rollo beispielsweis abgewickelt und linear zunächst mit dem luftundurchlässigen Abschnitt über die Entlüftungsöffnung geführt, dann in den Hauptluftkanal umgelenkt und mit dem luftundurchlässigen Abschnitt linear in den Hauptluftkanal geführt, bis dieser verschlossen ist, so kann der luftdurchlässige Abschnitt beispielsweise noch aufgewickelt sein. Wird das Rollo dann weiter abgewickelt, kann beispielsweise der luftundurchlässige Abschnitt linear weiter durch den Hauptluftkanal geführt werden, beispielsweise in einen Bereich unterhalb des Hauptkanals und so eine Abwicklung des luftdurchlässigen Abschnitts ermöglichen. Dieser kann so selektiv über die Entlüftungsöffnung geschoben werden.

In einer aktuierten Ausführung des Stellelements lässt sich dieses besonders gut ansteuern und damit einstellen, was sich positiv auf die Wärmeübertragung auswirkt. In der oben

beschriebenen Ausgestaltung mit Rollo wird dabei zugleich eine geringe strukturelle

Komplexität erreicht, da Stell- und Sperrelement ineinander integriert sind.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer

Strömungsführungsanordnung für ein Fahrzeug, wobei die betriebene

Strömungsführungsanordnung folgende Merkmale umfasst:

- einen Hauptluftkanal, einen inneren Luftführungsbereich, eine strömungstechnische

Verbindung vom Hauptluftkanal zu dem inneren Luftführungsbereich und ein Sperrelement, mit dem der Hauptluftkanal zumindest temporär abgesperrt wird.

Weiterhin umfasst die betriebene Strömungsführungsanordnung:

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest temporär eine Entlüftungsöffnung, die im Hauptluftkanal zwischen dem Sperrelement und dem

Wärmeübertragungssystem angeordnet ist, mit einem ansteuerbaren Stellelement geöffnet wird und mit dem Ventilator ein Luftdruck in Richtung der Entlüftungsöffnung erzeugt wird.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Strömungsführungsanordnung ist vorzugsweise eine erfindungsgemäße Strömungsführungsanordnung gemäß der

vorhergehenden Beschreibung. Die in Bezug auf die erfindungsgemäße

Strömungsführungsanordnung offenbarte technische Lehre ist somit entsprechend auch auf das erfindungsgemäße Verfahren bezogen, sowie umgekehrt. In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass das

Sperrelement geschlossen wird und das Stellelement dann mit dem Luftdruck angesteuert wird, der mit dem Ventilator erzeugt wird.

Die Effizienz des Verfahrens ist so besonders hoch, da wenn der Luftstrom durch den Ventilator erzeugt wird, bereits kein Staudruck mehr in den Hauptluftkanal eintreten kann, der sonst gegen den Luftstrom des Ventilators wirken würde.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sperrelement zunächst in eine Durchlassstellung gebracht wird und aus Richtung des

Sperrelements in dem Hauptluftkanal ein Staudruck erzeugt wird, wobei durch den Staudruck an dem Stellelement eine Schließkraft erzeugt wird, die größer ist als eine durch den Staudruck an dem Stellelement erzeugte Öffnungskraft, und dann der Hauptluftkanal mit dem

Sperrelement abgesperrt wird und mit dem Ventilator der Luftdruck in Richtung der

Entlüftungsöffnung erzeugt wird und das Stellelement mit dem Luftdruck angesteuert wird.

Somit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut für Umweltbedingungen, unter denen zeitweise vereisungskritische und vereisungsunkritische Zustände für den

Wärmeübertrager auftreten können.

In einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sperrelement ein Rollo umfasst, welches über die Entlüftungsöffnung geführt wird und in welches das Stellelement integriert ist und dass das Rollo zunächst in eine Sperrsteilung gebracht wird, in der das Rollo den Hauptluftkanal und die Entlüftungsöffnung sperrt und dass das Rollo dann weiterhin in eine Entlüftungsstellung gebracht wird, in der das Rollo den

Hauptluftkanal sperrt und die Entlüftungsöffnung freigibt.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass eine fortlaufende Prüfung erfolgt, ob ein Wärmepumpenbetrieb vorliegt und wenn ja, weiterhin geprüft wird, ob eine Temperatur am Wärmeübertrager unterhalb von 0 °C liegt und wenn ja, weiterhin geprüft wird ob sich Gischt oder Regen in der Außenluft befindet und wenn ja, dass dann der Hauptluftkanal abgesperrt wird und die Entlüftungsöffnung mit dem

ansteuerbaren Stellelement geöffnet wird und mit dem Ventilator der Luftdruck in Richtung der Entlüftungsöffnung erzeugt wird und dass, wenn zumindest eine der Prüfungen negativ ausfällt, der Hauptluftkanal offen gehalten wird und der Ventilator Außenluft in den Hauptluftkanal in Richtung des inneren Luftführungsbereichs fördert. Somit können die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens optimal in Situationen genutzt werden, in denen zum einen Vereisungsgefahr am Wärmeübertrager aufgrund der Temperatur besteht und zum anderen aufgrund entsprechender Umwelt- und Temperaturbedingungen. Mit anderen Worten kann so vorteilhaft die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens unter vereisungskritischen und vereisungsunkritischen Bedingungen optimiert werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuergerät, eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung.

Dieses ist ausgebildet, den Betrieb der Strömungsführungsanordnung wie oben beschrieben zu steuern. Das Steuergerät ist hierzu vorzugsweise ausgebildet, Daten zu empfangen und für die Steuerung der Strömungsführungsanordnung zu verwenden. Die Daten können beispielsweise einen Zustand der Außenluft wie T emperatur, Relativgeschwindigkeit zum Hauptluftkanal oder Feuchtigkeit umfassen. Auch können die Daten einen Zustand der

Strömungsführungsanordnung beschreiben, die auch aus Zustandsdaten des Fahrzeugs abgeleitet sein können, wie beispielsweise eine Fahrgeschwindigkeit, eine

Klimatisierungseinstellung und auch deren Leistungsbedarf. Dabei können an sich bekannte Sensoren, wie ein Regensensor oder eine Kamera verwendet werden, die in bekannten Fahrzeugen oft schon vorhanden sind. Auf Basis der Daten kann das Steuergerät dann beispielsweise steuern, ob die Strömungsführungsanordnung konventionell betrieben wird oder mit abgesperrtem Hauptluftkanal und Ansaugung der Luft aus Richtung des inneren

Luftführungsbereichs, beispielsweise des Fahrzeugantriebs. Auch kann eine

Zustandsüberwachung des Wärmeübertragers erfolgen und beispielsweise eine Vereisung unter gegebenen Bedingungen prognostiziert werden. Die Prognose kann beispielsweise mit einem tatsächlichen Vereisungszustand des Wärmeübertragers abgeglichen werden. Wenn die Vereisung unerwartet schnell erfolgt, kann so auch indirekt auf vereisungskritische

Bedingungen rückgeschlossen werden, ohne dass diese mit Sensoren direkt erfasst werden müssen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Strömungsführungsanordnung gemäß der vorhergehenden Beschreibung und ein

erfindungsgemäßes Steuergerät gemäß der vorhergehenden Beschreibung.

Nochmals mit anderen Worten ausgedrückt, betrifft der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ein Luftführungssystem und eine Betriebsstrategie dafür, mit dem an einem Wärmeübertrager für ein Fahrzeug auftretende Strömungszustände dahingehend steuerbar sind, dass entweder einströmender Fahrtwind den Wärmeübertrager umströmt oder aber der Fahrtwind abgeschottet wird und mit einem Ventilator eine Strömungsumkehr bewirkt wird, sodass Luft aus dem Motorraum angesaugt und dem Wärmeübertrager zugeführt wird und hinter dem Wärmeübertrager seitlich in die Umgebung ausgeschleust wird.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen

Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Strömungsführungsanordnung;

Figur 2 eine erfindungsgemäße Strömungsführungsanordnung in einer weiteren

Ausführungsform;

Figur 3 eine erfindungsgemäße Strömungsführungsanordnung in einer weiteren

Ausführungsform;

Figur 4 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug; und

Figur 5 ein Blockschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer

Ausführungsform.

Figur 1 zeigt das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Strömungsführungsanordnung 10 für ein Fahrzeug 12. Auf das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der Strömungsführungsanordnung 10 für das Fahrzeug 12 wird ergänzend Bezug genommen.

Figur 1 zeigt die Strömungsführungsanordnung 10, die in diesem Beispiel gemäß der Erfindung in das Fahrzeug 12 (näher beschrieben in Figur 4) integriert ist.

Die Strömungsführungsanordnung 10 umfasst einen Hauptluftkanal 14, einen inneren

Strömungsführungsbereich 80, in dem in diesem Beispiel ein Fahrzeugantrieb 16 angeordnet ist und eine strömungstechnische Verbindung 18, die aus dem Hauptluftkanal 14 in den inneren Strömungsführungsbereich 80 bzw. zu dem Fahrzeugantrieb 16 führt. Bei dem Fahrzeugantrieb 16 handelt es sich exemplarisch um einen Elektromotor 20. Der Elektromotor 20 ist von einem Motorraum 22, der dem inneren Strömungsführungsbereich 80 zugehörig ist, aufgenommen beziehungsweise in diesem angeordnet.

Der Hauptluftkanal 14 verläuft von einem Kühlergrill 24 zur strömungstechnischen Verbindung 18, wo er in den Motorraum 22 übergeht.

Hinter dem Kühlergrill 24 ist ein Sperrelement 26 angeordnet, mit dem der Hauptluftkanal 14 selektiv absperrbar ist, angedeutet durch den vertikalen Doppelpfeil. In dem gezeigten Zustand ist der Hauptluftkanal 14 abgesperrt.

Weiter innen im Hauptluftkanal 14 ist ein Wärmeübertragungssystem 28 vorgesehen, umfassend einen Wärmeübertrager 30 und einen Ventilator 32. Das

Wärmeübertragungssystem 28 ist Teil einer nicht weiter dargestellten Klimatisierung des Fahrzeugs 12 und ausgebildet, über einen Wärmepumpenbetrieb Wärme aus der den

Wärmeübertrager 30 umströmenden Luft zu gewinnen. Das Wärmeübertragungssystem 28 ist in dem Hauptluftkanal 14 zwischen dem Sperrelement 26 und dem inneren

Strömungsführungsbereich 80 angeordnet und im vorliegenden Beispiel somit auch zwischen dem Sperrelement 26 und dem Fahrzeugantrieb 16 angeordnet.

Der Hauptluftkanal 14 weist weiterhin eine Entlüftungsöffnung 34 auf, die mit einem

ansteuerbaren Stellelement 36 geöffnet und verschlossen werden kann. Die Entlüftungsöffnung 34 ist zwischen dem Sperrelement 26 und dem Wärmeübertragungssystem 28 angeordnet.

Unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich die

Strömungsführungsanordnung 10 wie folgt betreiben.

Zunächst wird der Hauptluftkanal 14, wie im in Figur 1 gezeigten Zustand bereits erfolgt, mit dem Sperrelement 26 abgesperrt. Unabhängig davon, ob das Fahrzeug 12 fährt oder nicht, kann so kein Fahrtwind mehr von vorn durch den Kühlergrill 24 in den Hauptluftkanal 14 eindringen.

So dann wird mit dem Ventilator 32 ein Ventilatorluftstrom 38 erzeugt, der Luft vom Motorraum 22 her ansaugt und durch den Wärmeübertrager 30 fördert. In der Folge entsteht vor der Entlüftungsöffnung 34 ein Luftdruck p. Die Entlüftungsöffnung 34 wird über das Stellelement 36 geöffnet, sodass der Ventilatorluftstrom 38 durch die Entlüftungsöffnung 34 gelangen kann. Das Ansteuern des Stellelements 36 kann passiv erfolgen oder aktiv durch einen entsprechenden Aktuator (vergleiche Figur 3). Beispielsweise können der Ventilator 32 und das Stellelement 36 derart aufeinander ausgelegt sein, dass das Stellelement 36 passiv durch den vom Ventilator 32 erzeugten Luftdruck p angesteuert wird und somit beispielsweise aufged rückt wird.

Da der Ventilatorluftstrom 38 den Fahrzeugantrieb 16 und umliegende Strukturen umströmt und dabei zusätzlich Abwärme Q aufnehmen kann, wird eine Vereisung des Wärmeübertragers 30 vermieden. Gleichzeitig kühlt der Ventilatorluftstrom 38 den Fahrzeugantrieb 16. Ist der Motorraum 22 hingegen kalt, kann Feuchtigkeit bereits an den umliegenden Strukturen kondensieren, sodass eine Vereisung des Wärmeübertragers 30 ebenfalls vermieden wird. Auch die Umlenkung des Ventilatorluftstroms 38 bei der Umströmung des Fahrzeugantriebs 16 und der umliegenden Strukturen bewirkt eine Abscheidung von Wassertropfen aus dem

Ventilatorluftstrom 38.

Nach Durchtritt des Ventilatorluftstroms 38 durch die Entlüftungsöffnung 34 kann dieser beispielsweise durch eine Motorhaube 40 in die Umgebung gelangen oder auch zurück in den Motorraum 22 geführt werden und dort beispielsweise erneut Abwärme Q aufnehmen. Auf diese Weise ist auch eine Kreislaufführung möglich.

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Strömungsführungsanordnung 10 in einer weiteren Ausführungsform. Diese ist der in Figur 1 beschriebenen Ausführungsform ähnlich, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Ferner wird wieder auf das erfindungsgemäße Verfahren ergänzend Bezug genommen.

Gezeigt ist, dass das Sperrelement 26 hinter dem Kühlergrill 24 zunächst in eine

Durchlassstellung gebracht wird und aus Richtung des Sperrelements 26 in dem Hauptluftkanal 14 ein Staudruck S erzeugt wird. Der Staudruck S kann beispielsweise durch einen Fahrtwind 42 erzeugt werden, der bei Bewegung des Fahrzeugs 12 durch den Kühlergrill 24 strömt.

Das in Figur 2 gezeigte Stellelement 36 umfasst ein Winkelelement 44, das im Bereich der Entlüftungsöffnung 34 mit einer gelenkigen Lagerung 46 befestigt ist. Das Winkelelement 44 umfasst ferner einen Dichtschenkel 48, der an der Entlüftungsöffnung 34 in dem gezeigten Zustand abdichtend angelegt ist. Weiterhin umfasst das Winkelelement 44 einen

Sicherungsschenkel 50, der in den Hauptluftkanal 14 ragt. Durch den Staudruck S werden an dem Stellelement 36 zwei Kräfte erzeugt. Zum einen wird eine Öffnungskraft FÖ erzeugt, da der Staudruck S auf den Dichtschenkel 48 drückt. Zum anderen wird eine Schließkraft FS erzeugt da der Staudruck S auch gegen den

Sicherungsschenkel 50 drückt.

Über die Verhältnisse der Längen beziehungsweise Flächen des Dichtschenkels 48 und des Sicherungsschenkels 50 ist das Stellelement 36 derart ausgelegt, die Öffnungskraft FÖ stets kleiner ist als die Schließkraft FS. Somit bleibt die Entlüftungsöffnung 34 durch das

Winkelelement 44 sicher verschlossen und die Strömungsführungsanordnung 10 kann mit dem Fahrtwind 42 betrieben werden, solange das Sperrelement 26 in Durchlassstellung konfiguriert ist.

Wird der Hauptluftkanal 14 dann mit dem Sperrelement 26 abgesperrt, entfällt der Staudruck S. Wird dann, wie in Figur 1 beschrieben, mit dem Ventilator 32 der Luftdruck p erzeugt, wird das Winkelelement 44 durch den Luftdruck p um die gelenkige Lagerung 46 herum aufgeschwenkt.

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Strömungsführungsanordnung 10 in einer weiteren Ausführungsform. Diese ist den in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen ähnlich, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Ferner wird wieder auf das erfindungsgemäße Verfahren ergänzend Bezug genommen.

In Figur 3 ist ein Sperrelement 26 gezeigt, welches ein Rollo 52 umfasst. Das Rollo 52 ist über eine Umlenkung 54 geführt und von einem angetriebenen Trommellager 56 abwickelbar und aufwickelbar. Das Trommellager 56 ist hinter der Entlüftungsöffnung 34 angeordnet, sodass das Rollo 52 über die Entlüftungsöffnung 34 geführt ist.

Das Rollo 52 umfasst in dieser Ausführung zugleich auch das Stellelement 36. Das

Stellelement 36 umfasst einen luftdurchlässigen Abschnitt 58, der in dem Rollo 52 vorgesehen ist. Das Sperrelement ist hingegen durch einen luftdichten Abschnitt 60 gebildet, der ebenfalls an dem Rollo 52 vorgesehen ist. Zur Veranschaulichung ist rechts unten in Figur 3 eine Ansicht auf den luftdurchlässigen Abschnitt 58 und den luftdichten Abschnitt 60 des Rollos 52 gezeigt.

Das Rollo 52 ist in eine Sperrsteilung bringbar, in der das Rollo 52 den Hauptluftkanal 14 als Sperrelement 26 und die Entlüftungsöffnung 34 als Stellelement 36 sperrt. Die Sperrsteilung liegt vor, wenn der luftdurchlässige Abschnitt 58 auf dem Trommellager 56 aufgewickelt ist, sodass sich der luftdichte Abschnitt 60 über die Entlüftungsöffnung 34 erstreckt. Das Rollo kann sich dabei innerhalb des Verfahrwegs 62 befinden und sperrt den Hauptluftkanal 14 vollständig, wenn es sich am unteren Ende des Verfahrwegs 62 befindet.

In dem in Figur 3 gezeigten Zustand befindet sich das Rollo 52 in einer Entlüftungsstellung. Diese liegt vor, wenn sich das Rollo 52 über den Verfahrweg 62 hinaus innerhalb eines zusätzlichen Verfahrwegs 64 befindet. Im Entlüftungszustand sperrt das Rollo 52 den

Hauptluftkanal 14 vollständig und gibt die Entlüftungsöffnung 34 über den luftdurchlässigen Abschnitt 58 ganz oder teilweise frei, je nach Überdeckung mit der Entlüftungsöffnung 34. In dem in Figur 3 gezeigten Zustand befindet sich das Rollo 52 am unteren Ende des zusätzlichen Verfahrwegs 64 und gibt die Entlüftungsöffnung 34 vollständig frei.

So kann das Rollo 52 zunächst in die Sperrsteilung gebracht werden, in der das Rollo 52 den Hauptluftkanal 14 und die Entlüftungsöffnung 34 sperrt und dann über den Verfahrweg 62 hinaus weiter abgewickelt werden, sodass das Rollo 52 in die gezeigte Entlüftungsstellung gebracht wird.

Figur 4 zeigt schließlich das erfindungsgemäße Fahrzeug 10 mit der erfindungsgemäßen Strömungsführungsanordnung 10. Es handelt sich dabei exemplarisch um ein Kraftfahrzeug 66 mit Elektromotor 20. Das Kraftfahrzeug 66 umfasst ein erfindungsgemäßes Steuergerät 68, mit dem die Strömungsführungsanordnung 10 erfindungsgemäß betreibbar ist.

Gezeigt ist exemplarisch die Anordnung des Hauptluftkanals 14 mit dem Wärmeübertrager 30 und dem Ventilator 32 vor dem Elektromotor 20. Ferner exemplarisch gezeigt ist das

Sperrelement 26, das den Hauptluftkanal 14 absperrt. Weiterhin exemplarisch gezeigt ist die Entlüftungsöffnung 34 und das Stellelement 36, das vorliegend geöffnet ist. Ferner ist exemplarisch gezeigt, wie der Ventilator 32 den Ventilatorluftstrom 38 durch die

Entlüftungsöffnung 34 fördert.

Figur 5 zeigt ein Blockschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausführungsform. Dieses wird in dem Fahrzeug aus Figur 4 durch das Steuergerät 68 gesteuert.

Das Steuergerät 68 führt eine fortlaufende Prüfung 70 durch, ob ein Wärmepumpenbetrieb der Strömungsführungsanordnung 10 vorliegt. Das Ergebnis der Prüfung ist in Figur 5 mit„0“ gekennzeichnet, für ein negatives Ergebnis und mit„1“ entsprechend einem positiven Ergebnis. Diese Codierung gilt auch für weitere im Folgenden noch beschriebene Prüfungen. Lautet das Ergebnis „1“, erfolgt eine weitere Prüfung 72, ob eine Temperatur am Wärmeübertrager 30 unterhalb von 0 °C liegt.

Lautet das Ergebnis auch hier„1“, erfolgt eine weitere Prüfung 74, ob sich Gischt oder Regen in der Außenluft befindet.

Lautet das Ergebnis auch hier„1“, wird nach dem Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens der Hauptluftkanal 14 abgesperrt und die Entlüftungsöffnung 34 mit dem ansteuerbaren Stellelement 36 geöffnet und mit dem Ventilator 32 der Luftdruck p in Richtung der

Entlüftungsöffnung 34 erzeugt (Steuerungsergebnis 76).

Lautet das Ergebnis zumindest einer der Prüfungen 70, 72, 74„0“, so wird der Hauptluftkanal 14 hingegen offen gehalten und der Ventilator 32 fördert Außenluft in den Hauptluftkanal 14 in Richtung des Fahrzeugantriebs 16, was einem konventionellen Betrieb entspricht

(Steuerungsergebnis 78).

Bezugszeichenliste

10 Strömungsführungsanordnung

12 Fahrzeug

14 Hauptluftkanal

16 Fahrzeugantrieb

18 strömungstechnische Verbindung

20 Elektromotor

22 Motorraum

24 Kühlergrill

26 Sperrelement

28 Wärmeübertragungssystem

30 Wärmeübertrager

32 Ventilator

34 Entlüftungsöffnung

36 Stellelement

38 Ventilatorluftstrom

40 Motorhaube

42 Fahrtwind

44 Winkelelement

46 gelenkige Lagerung

48 Dichtschenkel

50 Sicherungsschenkel

52 Rollo

54 Umlenkung

56 Trommellager

58 luftdurchlässiger Abschnitt

60 luftdichter Abschnitt

62 Verfahrweg

64 zusätzlicher Verfahrweg

66 Kraftfahrzeug

68 Steuergerät

70 Prüfung 72 Prüfung

74 Prüfung

76 Steuerungsergebnis

78 Steuerungsergebnis

80 innerer Luftführungsbereich FÖ Öffnungskraft

FS Schließkraft

p Luftdruck

Q Abwärme

S Staudruck

Claims

Patentansprüche

1. Strömungsführungsanordnung (10) für ein Fahrzeug (12), umfassend:

- einen Hauptluftkanal (14);

- einen inneren Luftführungsbereich (80); und

- eine strömungstechnische Verbindung (18) vom Hauptluftkanal (14) zu dem inneren Luftführungsbereich (80); weiterhin umfassend

- ein Sperrelement (26), mit dem der Hauptluftkanal (14) absperrbar ist; weiterhin umfassend

- ein Wärmeübertragungssystem (28) mit einem Wärmeübertrager (30) und einem Ventilator (32), wobei das Wärmeübertragungssystem (28) in dem Hauptluftkanal (14) zwischen dem Sperrelement (26) und dem inneren Luftführungsbereich (80) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptluftkanal (14) zwischen dem Sperrelement (26) und dem Wärmeübertragungssystem (28) eine Entlüftungsöffnung (34) mit einem ansteuerbaren Stellelement (36) aufweist.

2. Strömungsführungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (32) und das Stellelement (36) derart aufeinander ausgelegt sind, dass das Stellelement (36) bei geschlossenem Sperrelement (26) durch einen von dem Ventilator (32) in Richtung der Entlüftungsöffnung (34) erzeugbaren Luftdruck (p) ansteuerbar ist.

3. Strömungsführungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (36) derart ausgelegt ist, dass bei einem aus Richtung des Sperrelements (26) in den Hauptluftkanal (14) eintretenden Staudruck (S), eine durch den Staudruck (S) an dem Stellelement (36) erzeugte

Öffnungskraft (FÖ) kleiner ist als eine durch den Staudruck (S) an dem Stellelement (36) erzeugte Schließkraft (FS).

4. Strömungsführungsanordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (36) ein Winkelelement (44) umfasst, das im Bereich der

Entlüftungsöffnung (34) gelenkig gelagert ist und einen Dichtschenkel (48) umfasst, der an der Entlüftungsöffnung (34) abdichtend anlegbar ist und weiterhin einen Sicherungsschenkel (50) umfasst, der in den Hauptluftkanal (14) ragt, wenn der Dichtschenkel (48) an der Entlüftungsöffnung (34) anliegt.

5. Strömungsführungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (26) ein Rollo (52) umfasst, welches über die Entlüftungsöffnung (34) geführt ist und in welches das Stellelement (36) integriert ist und dass das Rollo (52) in eine Sperrsteilung bringbar ist, in der das Rollo (52) den Hauptluftkanal (14) und die Entlüftungsöffnung (34) sperrt und dass das Rollo (52) in eine Entlüftungsstellung bringbar ist, in der das Rollo (52) den Hauptluftkanal (14) sperrt und die

Entlüftungsöffnung (34) freigibt.

6. Verfahren zum Betrieb einer Strömungsführungsanordnung (10) für ein Fahrzeug (12), wobei die betriebene Strömungsführungsanordnung (10) folgende Merkmale umfasst:

- einen Hauptluftkanal (14), inneren Luftführungsbereich (80), eine strömungstechnische Verbindung (18) vom Hauptluftkanal (14) zu dem inneren Luftführungsbereich (80) und ein Sperrelement (26), mit dem der Hauptluftkanal (14) zumindest temporär abgesperrt wird; wobei die betriebene Strömungsführungsanordnung (18) weiterhin umfasst:

- ein Wärmeübertragungssystem (28) mit einem Wärmeübertrager (30) und einem Ventilator (32), wobei das Wärmeübertragungssystem (28) in dem Hauptluftkanal (14) zwischen dem Sperrelement (26) und dem inneren Luftführungsbereich (80) angeordnet ist und zumindest temporär in einem Wärmepumpenbetrieb betrieben wird und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest temporär eine

Entlüftungsöffnung (34), die im Hauptluftkanal (14) zwischen dem Sperrelement (26) und dem Wärmeübertragungssystem (28) angeordnet ist, mit einem ansteuerbaren

Stellelement (36) geöffnet wird und mit dem Ventilator (32) ein Luftdruck (p) in Richtung der Entlüftungsöffnung (34) erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (26) geschlossen wird und das Stellelement (36) dann mit dem Luftdruck (p) angesteuert wird, der mit dem Ventilator (32) erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (26) zunächst in eine Durchlassstellung gebracht wird und aus Richtung des

Sperrelements (26) in dem Hauptluftkanal (14) ein Staudruck (S) erzeugt wird, wobei durch den Staudruck (S) an dem Stellelement (36) eine Schließkraft (FS) erzeugt wird, die größer ist als eine durch den Staudruck (S) an dem Stellelement (36) erzeugte Öffnungskraft (FÖ) und dann der Hauptluftkanal (14) mit dem Sperrelement (26) abgesperrt wird und mit dem Ventilator (32) der Luftdruck (p) in Richtung der

Entlüftungsöffnung (34) erzeugt wird und das Stellelement (36) mit dem Luftdruck (p) angesteuert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (26) ein Rollo (52) umfasst, welches über die Entlüftungsöffnung (34) geführt wird und in welches das Stellelement (36) integriert ist und dass das Rollo (52) zunächst in eine

Sperrsteilung gebracht wird, in der das Rollo (52) den Hauptluftkanal (14) und die Entlüftungsöffnung (34) sperrt und dass das Rollo (52) dann weiterhin in eine

Entlüftungsstellung gebracht wird, in der das Rollo (52) den Hauptluftkanal (14) sperrt und die Entlüftungsöffnung (34) freigibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine

fortlaufende Prüfung erfolgt, ob ein Wärmepumpenbetrieb vorliegt und wenn ja, weiterhin geprüft wird, ob eine Temperatur am Wärmeübertrager (30) unterhalb von 0 °C liegt und wenn ja, weiterhin geprüft wird, ob sich Gischt oder Regen in der Außenluft befindet und wenn ja, dass dann der Hauptluftkanal (14) abgesperrt wird und die Entlüftungsöffnung (34) mit dem ansteuerbaren Stellelement (36) geöffnet wird und mit dem Ventilator (32) der Luftdruck (p) in Richtung der Entlüftungsöffnung (34) erzeugt wird und dass, wenn zumindest eine der Prüfungen negativ ausfällt, der Hauptluftkanal (14) offen gehalten wird und der Ventilator (32) Außenluft in den Hauptluftkanal (14) in Richtung des inneren Luftführungsbereichs (80) fördert.

11. Steuergerät (68), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der

Ansprüche 6 bis 10.

12. Fahrzeug (12), umfassend eine Strömungsführungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und ein Steuergerät (68) nach Anspruch 11.