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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeübertrageranordnung für ein Frontend eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer derartigen Wärmeübertrageranordnung ausgestattetes Fahrzeug.
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In der
DE 10 2004 050 436 A1 ist eine Kühleinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Kühleinrichtung drei Kühler in Parallelschaltung miteinander verbunden aufweist und mit der Brennkraftmaschine in fluidischem Kontakt stehen.
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Die
DE 198 49 619 A1 offenbart einen Lüfter, welcher einen Kühlluftstrom eines Kühlmittelkühlers sowie eine Luftleitung zur Luftführung eines Zusatzkühlers aufweist.
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Die
DE 10 2004 034 313 A1 beschreibt eine Kühlmittelleitungsanordnung, wobei ein Kühler ein Lüfter und einen weiteren Wärmetauscher ohne Lüfter umfasst.
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In der
DE 10 2004 035 741 A1 ist eine Anordnung eines Wärmetauschers in einer unteren vorderen Ebene eines Kraftfahrzeugs bekannt, so dass elektrische Hilfseinrichtungen außerhalb einer primären Crashzone positioniert werden können.
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Die
DE 102 42 788 A1 offenbart einen Kühler, dem ein erster Luftführungskanal mit einer Kühllufteintrittsöffnung vorgelagert und ein zweiter Luftführungskanal mit einer Kühlluftausströmöffnung nachgeschaltet und am angrenzenden Aufbau mit einem Tragrahmen befestigt ist.
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Aus der
DE 199 43 002 A1 sind drei miteinander fluidisch kommunizierende Kühler in einem Kraftfahrzeug bekannt, welche mit einer Sammeleinrichtung mit Kühlwasseraustrittsleitungen an eine gemeinsame Zuführungsleitung angeschlossen sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte Kühlung einer Brennkraftmaschine und/oder Komponenten eines Fahrzeugs auch bei kleinen und mittleren Geschwindigkeiten bereitzustellen. Zum Kühlen der Brennkraftmaschine sowie zum Kühlen anderer Komponenten des Fahrzeugs ist das jeweilige Fahrzeug mit einem Kühlkreis ausgestattet. In diesen Kühlkreis ist eine Wärmeübertrageranordnung eingebunden, die an einem Frontend des Fahrzeugs untergebracht ist. Auf diese Weise kann ein Wärmeübertrager der Wärmeübertrageranordnung bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs bereits durch den Fahrtwind mit Luft beaufschlagt und durchströmt werden. Zur Unterstützung der Durchströmung kann zumindest ein Lüfter vorgesehen sein, um auch bei langsamer Fahrt eine hinreichende Kühlwirkung zu erzielen.
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Bei bestimmten Bauraumsituationen kann es erforderlich sein, anstelle eines großen, mittig angeordneten Wärmeübertragers zwei oder mehr kleine Wärmeübertrager vorzusehen. Dementsprechend kann eine Wärmeübertrageranordnung einen Mitten-Wärmeübertrager aufweisen, der im Einbauzustand im Bereich einer Längsmittelachse des Fahrzeugs am Frontend angeordnet ist und der zumindest einen Abluftkanal aufweist, der Abluft des Mitten-Wärmeübertragers nach unten abführt. Zusätzlich weist die jeweilige Wärmeübertrageranordnung zumindest einen Seiten-Wärmeübertrager auf, der im Einbauzustand im Bereich einer Fahrzeugseite am Frontend angeordnet ist und der mit wenigstens einem Lüfter ausgestattet ist. Eine derartige Konstruktion mit einem Mitten-Wärmeübertrager sowie mit einem oder zwei Seiten-Wärmeübertragern kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn das Fahrzeug einen Heckmotor oder einen Mittelmotor aufweist und ein frontseitig angeordneter Stauraum eine bestimmte Mindestgröße aufweisen soll. Aus dieser Bauraumsituation heraus kann es außerdem erforderlich sein, auf einen dem Mitten-Wärmeübertrager zugeordneten Lüfter zu verzichten. Ausgehend von diesen Bauraumvorgaben kann eine ausreichende Kühlung bei bestimmten Fahrzuständen nicht mehr gewährleistet werden. Bei mittleren Fahrgeschwindigkeiten kann ein extrem hoher Kühlbedarf entstehen, wenn hohe fahrdynamische Belastungen an das Fahrzeug gestellt werden, wie z.B. relativ viele Lenkvorgänge, Bremsvorgänge und Beschleunigungsvorgänge. Da bei niedrigen oder mittleren Geschwindigkeiten der Fahrtwind bzw. der Staudruck der Luft nicht ausreicht, die einzelnen Wärmeübertrager hinreichend mit Luft zu durchströmen, ist die Wärmeübertrageranordnung hier auf den Betrieb des oder der Lüfter angewiesen. Dies ist jedoch dann kritisch, wenn aufgrund der geschilderten Bauraumsituation der Einbau eines Lüfters für den Mitten-Wärmeübertrager nicht möglich ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Wärmeübertrageranordnung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch charakterisiert, dass auch bei fehlendem Lüfter am Mitten-Wärmeübertrager eine hinreichende Kühlleistung bei kleineren und mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten realisierbar ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Mitten-Wärmeübertrager abluftseitig mit Hilfe wenigstens eines Verbindungskanals an zumindest einen Lüfter des wenigstens einen Seiten-Wärmeübertragers anzuschließen. Gleichzeitig wird zumindest eine Steuerklappe vorgesehen, mit deren Hilfe der Abluftkanal gesteuert werden kann. Durch die vorgeschlagene Bauweise ist es möglich, bei niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten durch Sperren des Abluftkanals auch den Mitten-Wärmeübertrager zwangsweise zu belüften bzw. mit Luft zu durchströmen, indem der oder die Lüfter des wenigstens einen Seiten-Wärmeübertragers nicht nur Luft durch den jeweiligen Seiten-Wärmeübertrager saugen, sondern gleichzeitig auch dazu genutzt werden, die Luft durch den Mitten-Wärmeübertrager zu saugen.
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Bei größerer Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch entsprechende Betätigung der Steuerklappe der Abluftkanal des Mitten-Wärmeübertragers wieder geöffnet werden, so dass in der Folge der am Mitten-Wärmeübertrager anstehende Staudruck die gewünschte Durchströmung bewirken kann.
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Die jeweilige Steuerklappe des Mitten-Wärmeübertragers kann entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform so ausgestaltet sein, dass sie passiv, nämlich durch den Staudruck der Abluft des Mitten-Wärmeübertragers betätigbar ist. Bei kleinem Staudruck schließt sie den Abluftkanal, während sie ihn bei größerem Staudruck freigibt.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, die wenigstens eine Steuerklappe mittels eines Stellantriebs aktiv zu betätigen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, wenigstens eine weitere Steuerklappe vorzusehen, mit deren Hilfe der wenigstens eine Verbindungskanal gesteuert werden kann, die aktiv, also mittels eines Stellantriebs betätigbar ist. Hierdurch kann der jeweilige Verbindungskanal insbesondere zum Öffnen und Schließen seines durchströmbaren Querschnitts gesteuert werden. In der Folge ist es insbesondere möglich, bei einem geringen Kühlbedarf den Abluftkanal und den jeweiligen Verbindungskanal zu sperren, um so eine Durchströmung des Mitten-Wärmeübertragers mit Luft zu verhindern. Bei fehlender Durchströmung des Mitten-Wärmeübertragers kann die Aerodynamik des Fahrzeugs verbessert werden, was sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine perspektivische Ansicht einer Wärmeübertrageranordnung von hinten und oben,
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2 eine perspektivische Ansicht der Wärmeübertrageranordnung von vorn und unten, bei geöffneten Abluftkanälen,
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3 eine Ansicht wie in 2, jedoch bei geschlossenen Abluftkanälen.
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Entsprechend den 1 bis 3 umfasst eine Wärmeübertrageranordnung 1 einen Mitten-Wärmeübertrager 2 und zumindest einen Seiten-Wärmeübertrager 3. Im Beispiel sind zwei derartige Seiten-Wärmeübertrager 3 vorgesehen. Die Wärmeübertrageranordnung 1 ist für einen Einbau in ein nicht gezeigtes Frontend eines ebenfalls nicht gezeigten Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, vorgesehen.
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Der Mitten-Wärmeübertrager 2 ist im Einbauzustand im Bereich einer Längsmittelachse des Fahrzeugs am Frontend angeordnet. Im Unterschied dazu sind die Seiten-Wärmeübertrager 3 im Einbauszustand jeweils im Bereich einer Fahrzeugseite am Frontend angeordnet, wobei die beiden Seiten-Wärmeübertrager 3 an gegenüberliegenden Fahrzeugseiten angeordnet sind. Der Mitten-Wärmeübertrager 2 weist eine Zarge 4 auf, mit deren Hilfe der Mitten-Wärmeübertrager 2 am Frontend befestigt werden kann. Die Zarge 4 bildet einen Abluftraum für den Mitten-Wärmeübertrager 2. Ferner weist sie zumindest einen Abluftkanal 5 auf, der so ausgestaltet ist, dass er die Abluft des Mitten-Wärmeübertragers 2 nach unten abführt. Im gezeigten Beispiel sind zwei Abluftkanäle 5 vorgesehen. Insbesondere kann dabei der in der Zarge 4 ausgebildete Abluftraum entsprechend in separate Teilräume unterteilt sein, denen jeweils einer der Abluftkanäle 5 zugeordnet ist.
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Auch die Seiten-Wärmeübertrager 3 weisen jeweils eine Zarge 6 auf, mit deren Hilfe der jeweilige Seiten-Wärmeübertrager 3 am Frontend befestigt werden kann. Auch bei den Seiten-Wärmeübertragern 3 umschließt die jeweilige Zarge 6 einen Abluftraum. Zusätzlich trägt die jeweilige Zarge 6 zumindest einen Lüfter 7, mit dessen Hilfe Abluft des jeweiligen Seiten-Wärmeübertragers 3 abgeführt werden kann. Gleichzeitig kann der jeweilige Lüfter 7 eine Zwangsbelüftung des jeweiligen Seiten-Wärmeübertragers 3 bewirken.
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Erfindungsgemäß ist die Wärmeübertrageranordnung 1 außerdem mit mindestens einem Verbindungskanal 8 ausgestattet. Im gezeigten Beispiel sind zwei derartige Verbindungskanäle 8 vorgesehen. Der jeweilige Verbindungskanal 8 kann nun Abluft des Mitten-Wärmeübertragers 2 zur Saugseite des jeweiligen Lüfters 7 des jeweiligen Seiten-Wärmeübertragers 3 führen. Mit anderen Worten, der jeweilige Verbindungskanal 8 stellt eine kommunzierende Verbindung zwischen den Ablufträumen des Mitten-Wärmeübertragers 2 und des jeweiligen Seiten-Wärmeübertragers 3 her. Auf diese Weise kann der jeweilige Lüfter 7 auch die Abluft des Mitten-Wärmeübertragers 2 absaugen und dadurch eine Zwangsbelüftung oder Zwangsdurchströmung des Mitten-Wärmeübertragers 2 mit Luft bewirken. Zu diesem Zweck ist außerdem wenigstens eine in den 2 und 3 erkennbare Steuerklappe 9 vorgesehen, mit deren Hilfe der jeweilige Abluftkanal 5 steuerbar ist. Im Beispiel sind zwei Abluftkanäle 5 vorgesehen, die mit zwei Steuerklappen 9 steuerbar sind. 2 zeigt dabei einen Zustand, bei dem die Steuerklappen 9 so betätigt sind, dass sie den jeweiligen Abluftkanal 5 öffnen bzw. freigeben. Im Unterschied dazu sind die Steuerklappen 9 in 3 in einem Zustand wiedergegeben, in dem sie den jeweiligen Abluftkanal 5 schließen bzw. sperren.
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Zweckmäßig bildet die Wärmeübertrageranordnung 1 eine Einheit, die insgesamt an einen einzigen Kühlkreis des Fahrzeugs anschließbar ist. Hierzu sind der Mitten-Wärmeübertrager 2 und der wenigstens eine Seiten-Wärmeübertrager 3 hydraulisch miteinander so verschaltet, dass sie im Einbauzustand gemeinsam an den gemeinsamen Fahrzeugkühlkreis anschließbar sind. Dazu weist die Wärmeübertrageranordnung 1 beispielsweise einen ersten Vorlaufanschluss 10, einen zweiten Vorlaufanschluss 11, einen ersten Rücklaufanschluss 12 sowie einen zweiten Rücklaufanschluss 13 auf. Mit dem ersten Vorlaufanschluss 10 ist die Wärmeübertrageranordnung 1 im Einbauzustand an einen hier nicht gezeigten ersten Vorlauf des Kühlkreises des Fahrzeugs anschließbar. Mit dem zweiten Vorlaufanschluss 11 ist die Wärmeübertrageranordnung 1 an einen zweiten Vorlauf des Fahrzeugkühlkreises anschließbar. Mit dem ersten Rücklaufanschluss 12 ist die Wärmeübertrageranordnung 1 im eingebauten Zustand an einen ersten Rücklauf des Kühlkreises anschließbar. Mit dem zweiten Rücklaufanschluss 13 ist sie an einen zweiten Rücklauf des Kühlkreises anschließbar.
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Der erste Vorlaufanschluss 10 ist mit einer Vorlaufleitung 14 des Mitten-Wärmeübertragers 2 und mit einer Vorlaufleitung 15 des einen Seiten-Wärmeübertragers 3 verbunden. Der erste Rücklaufanschluss 12 ist nur mit einer Rücklaufleitung 16 des einen Seiten-Wärmeübertragers 3 verbunden. Im Unterschied dazu ist der zweite Rücklaufanschluss 13 mit einer Rücklaufleitung 17 des Mitten-Wärmeübertragers 2 und mit einer Rücklaufleitung 18 des anderen Seiten-Wärmeübertragers 3 verbunden. Schließlich ist der zweite Vorlaufanschluss 11 nur mit einer Vorlaufleitung 19 des anderen Seiten-Wärmeübertragers 3 verbunden.
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Die jeweilige Steuerklappe 9 kann so ausgestaltet werden, dass sie passiv oder aktiv betätigbar ist. Eine passiv betätigbare Steuerklappe 9 kann beispielsweise durch den Staudruck der Abluft des Mitten-Wärmeübertragers 2 zum Öffnen des jeweiligen Abluftkanals 5 betätigt werden. Zweckmäßig kann die jeweilige Steuerklappe 9 hierzu in ihre Schließstellung vorgespannt sein, beispielsweise mittels einer entsprechenden Federeinrichtung.
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Bei einer aktiv betätigbaren Steuerklappe 9 kann ein entsprechender, hier nicht dargestellter Stellantrieb vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die jeweilige Steuerklappe 9 zum Öffnen und Sperren des jeweiligen Abluftkanals 5 betätigt werden kann. Während die passiv arbeitende Steuerklappe 9 in Abhängigkeit des Staudrucks, also in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit verstellt wird, kann die aktiv betätigbare Steuerklappe 9 in Abhängigkeit des Kühlbedarfs des Fahrzeugkühlkreises verstellt werden.
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Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, den wenigstens einen Verbindungskanal 8 steuerbar auszugestalten. Zu diesem Zweck kann zumindest eine weitere Steuerklappe 20 vorgesehen sein, die hier durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist. Zur Betätigung dieser weiteren Steuerklappe 20 kann ein geeigneter, hier nicht gezeigter Stellantrieb vorgesehen sein, um die jeweilige weitere Steuerklappe 20 aktiv betätigen zu können. Im Beispiel sind zwei derartige weitere Steuerklappen 20 vorgesehen, um beide Verbindungskanäle 8 steuern, also zumindest zum Öffnen und Schließen betätigen zu können.
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Im Einbauzustand kann nun eine hier nicht gezeigte Steuereinrichtung vorgesehen sein, die auf geeignete Weise mit den Stellantrieben zum Betätigen der Steuerklappen 9 der Abluftkanäle 5 sowie mit den Stellantrieben zum Betätigen der Steuerklappen 20 der Verbindungskanäle 8 verbunden ist. Diese Steuereinrichtung kann zweckmäßig so ausgestaltet sein, dass sie für die Wärmeübertrageranordnung 1 zumindest drei verschiedene Kühlleitungsstufen einstellen kann. Eine erste Kühlleistungsstufe kann bei einem relativ niedrigen Kühlbedarf des Fahrzeugkühlkreises dadurch eingestellt werden, dass die Abluftkanäle 5 und die Verbindungskanäle 8 geschlossen werden. In dieser ersten Kühlleistungsstufe ist der Mitten-Wärmeübertrager 2 quasi deaktiviert. Insbesondere ist er nicht von Luft durchströmbar, was die Aerodynamik des Fahrzeugs verbessert.
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Eine zweite Kühlleistungsstufe, die einem relativen mittleren Kühlbedarf des Kühlkreises zugeordnet ist, lässt sich durch Schließen der Abluftkanäle 5 und durch Öffnen der Verbindungskanäle 8 realisieren. Hierdurch kann die Abluft des Mitten-Wärmeübertragers 2 über die Lüfter 7 der Seiten-Wärmeübertrager 3 abgeführt werden.
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In einer dritten Kühlleistungsstufe, die einem relativ großen Kühlbedarf des Kühlkreises zugeordnet ist, werden die Abluftkanäle 5 geöffnet. Der hier genannte große Kühlbedarf entsteht regelmäßig bei großer Fahrzeuggeschwindigkeit, so dass dann der Staudruck ausreicht, genügend Luft durch den Mitten-Wärmeübertrager 2 zu transportieren. In dieser dritten Kühlleistungsstufe können die zum Steuern der Verbindungskanäle 8 vorgesehenen Steuerklappen 20 geöffnet oder geschlossen sein.
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Die Lüfter 7 der Seiten-Wärmeübertrager 3 fördern im Einbauzustand der Wärmeübertrageranordnung 1 die Abluft jeweils in Richtung eines der jeweiligen Fahrzeugseite zugeordneten, hier nicht dargestellten Radhauses einer Fahrzeugkarosserie.