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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Frontendmodul eines Fahrzeugs mit einem stehend angeordneten Hauptwärmetauscher und einem liegend angeordneten Zusatzwärmetauscher. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem.
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Ein gattungsbildendes Kühlsystem für ein Frontendmodul eines Fahrzeugs ist aus der
DE 10 2007 062 346 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Kühlsystem wird der Zusatzwärmetauscher in Fahrrichtung gesehen rückseitig am unteren Ende des Hauptwärmetauschers oder alternativ unter dem Hauptwärmetauscher angeordnet, wobei ein Zuluftschacht vorgesehen ist, der den frontseitig einströmenden Luftstrom dem Zusatzwärmetauscher zuführt. Hierbei erfolgt innerhalb des Zuluftschachtes eine Strömungsumlenkung nach oben, so dass der Zusatzwärmetauscher von unten nach oben mit dem in den Zuluftschacht eingeströmten Luftstrom durchströmt wird. Mit diesem derart liegend angeordneten Zusatzwärmetauscher soll in vertikaler Richtung nur wenig Einbauraum benötigt werden, so dass ein insgesamt kompakter und sparsamer Aufbau für dieses bekannte Kühlsystem erzielt wird.
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Bei dieser bekannten Anordnung des Zusatzwärmetauschers gemäß der
DE 10 2007 062 346 A1 kann nicht ausgeschlossen werden, dass die von einem den Zusatzwärmetauscher durchströmenden Luftstrom aufgenommene Abwärme in unerwünschter Weise auf den Hauptwärmetauscher übertragen wird.
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Die
DE 10 2007 062 346 A1 beschreibt eine Kühleranordnung für Fahrzeuge mit einem ersten Kühler für das Kühlmittel einer Brennkraftmaschine und einem weiteren Kühler für ein anderes zu kühlendes Medium mit einem Luftkanal zur geführten Ableitung der Abluft des weiteren Kühlers. Dieser weitere Kühler ist in einen diesen umfassenden und zugleich den Luftkanal enthaltenden Luftkasten eingesetzt, dessen Einlassöffnung in der gleichen Ebene wie der Lufteinlass des ersten Kühlers verläuft und der sich mit einem Luftkanal über den Luftaustritt des ersten Kühlers hinaus erstreckt. Der Luftkasten mit dem darin enthaltenen weiteren Kühler ist ohne Abstand an einer Unterseite des ersten Kühlers angeordnet und erstreckt sich über die gesamte Breite des ersten Kühlers. Der Luftkasten bildet zugleich eine strömungsgünstige Luftleiteinrichtung mit einem Luftkanal zur Luftführung der rückseitigen Abluft durch einen schrägen, nach unten zeigenden Abschnitt zur nachfolgenden Kühlung weiterer Aggregate der Brennkraftmaschine.
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Aus der
DE 44 37 946 A1 ist eine Kühleranordnung für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Wasserkühler bekannt. Hinter dem Wasserkühler ist ein von einem Motor angetriebenes und von einer Lüfterhaube ummanteltes Lüfterrad angeordnet, wodurch der durch die Lüfterhaube strömende Kühlluftstrom durch eine hinter dem Wasserkühler angeordnete Absperreinrichtung absperrbar ist. Ein weiterer Kühler ist im unteren Bereich vor dem Wasserkühler angeordnet, so dass sich die Lüfterhaube nur über einen Teilbereich erstreckt und dabei hinter dem weiteren Kühler ein Luftkanal mit einer Austrittsöffnung entsteht, die im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Eine Kühleranordnung gemäß der
GB 2 326 626 A umfasst einen Wasserkühler einer Brennkraftmaschine, dem entgegen der Strömungsrichtung der Kühlluft aus einer oberen Lufteintrittsöffnung oberhalb einer Stoßstange ein Kondensator oberhalb einer Stoßstange angeordnet ist. Eine unterhalb der Stoßstange liegende untere Lufteintrittsöffnung führt Kühlluft auf einen weiteren Kühler. Ein hinter dem Wasserkühler angeordneter Lüfter fördert sowohl Kühlluft über die obere als auch über die untere Lufteintrittsöffnung. Ein vor dem Kondensator angeordneter weiterer Lüfter fördert jedoch nur Kühlluft über die obere Lufteintrittsöffnung.
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Die
US 2010/0 163 324 A1 beschreibt eine Kühleranordnung für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Wasserkühler und einem Klimakondensator, die hintereinander angeordnet sind. Ein zusätzlicher Kühler ist frontseitig im unteren Bereich vor dem Klimakondensator angeordnet, wobei der Wasserkühler in Fahrtrichtung gesehen rückseitig am Kondensator montiert ist.
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Die
DE 10 2012 014 874 A1 zeigt eine Kühleranordnung für ein Fahrzeug mit einem Wasserkühler sowie einem in Fahrtrichtung betrachtet vor dem Wasserkühler angeordneten Klimakondensator, der oberhalb eines vorderen Querträgers angeordnet ist. Dieser Klimakondensator ist U-förmig ausgebildet und umfasst eine erste und zweite Kühlfläche, wobei die beiden Kühlflächen parallel zueinander verlaufen. Zudem sind zwei weitere Kühler vorgesehen, nämlich ein unterhalb des vorderen Querträgers angeordneter Ladeluftkühler und ein weiterer unterhalb des Wasserkühlers angeordneter Zusatzwasserkühler.
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Schließlich ist aus der
JP 2015-128 923 A eine Kühleranordnung für ein Fahrzeug mit einem Wasserkühler sowie einem in Fahrtrichtung betrachtet vor dem Wasserkühler angeordneten Klimakondensator. Ein weiterer Kühler schließt sich unterhalb des Wasserkühlers an.
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Aufgabe der Erfindung ist ein Kühlsystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass keine aus dem Zusatzwärmetauscher aufgenommene Abwärme auf den Hauptwärmetauscher übertragen wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Ein solches Kühlsystem für ein Frontendmodul eines Fahrzeugs mit einem stehend angeordneten Hauptwärmetauscher und einem liegend angeordneten Zusatzwärmetauscher zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- – der Zusatzwärmetauscher mit in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Wärmetauscherröhren ausgebildet ist, die jeweils endseitig mit einem Sammelkasten strömungsverbunden sind,
- – der Zusatzwärmetauscher mit einer frontseitigen Lufteintrittsöffnung ausgebildet ist, mit welcher ein Luftstrom in Fahrzeuglängsrichtung in den Zusatzwärmetauscher geleitet wird,
- – der Zusatzwärmetauscher mit einem Luftaustrittsöffnungen aufweisenden, in Fahrzeughochrichtung unteren Luftabflusswandelement ausgebildet ist, und
- – der Zusatzwärmetauscher rückseitig mit einem in Fahrzeughochrichtung nach unten offenen Luftleitelement ausgebildet ist, mit welchem der eingeleitete Luftstrom nach unten umgelenkt und nach unten aus den Luftaustrittsöffnungen des Luftabflusswandelementes und dem nach unten offenen Luftleitelement ausgeleitet wird.
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Dieser Zusatzwärmetauscher ist so angeordnet und aufgebaut, dass er von vorne, also frontseitig direkt angeströmt wird und dabei die Wärmetauscherröhren umströmt werden. Aufgrund des Luftleitelementes liegt der volle Staudruck an dem Zusatzwärmetauscher an, so dass die eingeleitete Strömung sowohl über das nach unten offene Luftleitelement als auch über die Luftaustrittsöffnungen des Luftabflusswandelementes, ohne in Kontakt mit dem Hauptwärmetauscher zu kommen, nach unten abströmen kann.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Wärmetauscherröhren zumindest in einer in Längsrichtung verlaufenden Ebene beabstandet angeordnet, wobei in einer Parallelprojektion der Wärmetauscherröhren auf das Luftabflusswandelement die Luftaustrittsöffnungen zwischen den projizierten Wärmetauscherröhren angeordnet sind.
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Des Weiteren ist weiterbildungsgemäß das Luftleitelement als rückseitiges Wandelement des Zusatzwärmetauschers ausgebildet, welches ausgehend von einem oberen Wandelement des Zusatzwärmetauschers in der Ebene des Luftabflussbodenelementes beabstandet zu demselben unter Ausbildung einer weiteren Luftaustrittsöffnung endet. Ohne erheblichen Druckverlust wird eine optimale Durchströmung des Zusatzwärmetauschers erreicht.
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Vorteilhaft ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, wenn der Zusatzwärmetauscher in Fahrzeughochrichtung im unteren Bereich des Hauptwärmetauschers in Fahrrichtung des Fahrzeugs vor demselben angeordnet ist. Alternativ ist eine Anordnung des Wärmetauschers in Fahrzeughochrichtung auch unterhalb des Hauptwärmetauschers möglich.
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Eine optimale Luftzuführung zu dem Kühlsystem ergibt sich dann, wenn ein Lufteintrittskanal von einem Stoßfänger und/oder einem unteren CW-Bodenelement gebildet ist, so dass dem Hauptwärmetauscher und dem Zusatzwärmetauscher ein Luftstrom über den Lufteintrittskanal zuführbar ist.
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Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann in allen Fahrzeugarten eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische und perspektivische Ansicht auf ein Frontendmodul eines Fahrzeugs mit einem Hauptwärmetauscher und einem Zusatzwärmetauscher,
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2 eine Schnittdarstellung des Zusatzwärmetauschers gemäß Schnitt I-I nach 1,
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3 eine Schnittdarstellung des Wärmetauschers gemäß Schnitt II-II nach 1, und
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4 eine Schnittdarstellung des Frontendmoduls des Fahrzeugs nach 1 in Fahrzeuglängsrichtung.
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Die 1 zeigt ein Frontendmodul 11 eines Fahrzeugs 10 mit einem mit einem Kühlpaket, welches neben einem Hauptwasserkühler als Hauptwärmetauscher 1, einem Niedertemperaturkühler 1.1 auch einen Klimakondensator umfasst. Ferner ist in dem Frontendmodul 11 ein Zusatzwasserkühler als Zusatzwärmetauscher 2 angeordnet, wobei dieses Frontendmodul 11 zusammen mit den wesentlichen Komponenten, also insbesondere mit dem Hauptwasserkühler 1, dem Niedertemperaturkühler 1.1 und dem Zusatzwärmetauscher 2 in dem Längsschnitt nach 4 dargestellt ist.
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Das Frontendmodul 11 gemäß 1 umfasst zwei Crashboxen als Typschadenselemente 11.1, die frontseitig mit einem Querträger 11.2 verbunden sind. Mit diesen beiden Typschadenselementen 11.1 ist ein Frontend-Trägerteil 11.3 verbunden, welches die Kühlkomponenten des Frontendmoduls 11 aufnimmt.
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Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, sind der Hauptwasserkühler 1 und der Niedertemperaturkühler 1.1 stehend angeordnet, wobei diese beiden Komponenten 1 und 1.1 in bekannter Weise ausgeführt sind. In Fahrrichtung F des Fahrzeugs 10 gesehen, ist der Zusatzwasserkühler 2 vor diesen beiden Komponenten 1 und 1.1 in deren unteren Bereich, jedoch nicht stehend sondern liegend angeordnet und weist eine flache quaderförmige Gestalt auf, so dass der Zusatzwasserkühler 2 von einem Luftstrom P1 stirnseitig angeströmt werden kann. Der Aufbau dieses Zusatzwasserkühlers 2 wird nachfolgend, insbesondere anhand der 2 und 3 im Detail erläutert.
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Der Zusatzwasserkühler 2 umfasst mehrere Ebenen von als Flachröhren ausgebildeten Wärmetauscherröhren 3. So sind gemäß 3 bspw. in drei in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) übereinander angeordneten Ebenen jeweils vier Wärmetauscherröhren 3.1, 3.2 und 3.3 beabstandet angeordnet. Dabei sind die Wärmetauscherröhren 3.1, 3.2 und 3.3 der drei Ebenen jeweils kongruent übereinander angeordnet und weisen in den drei Ebenen jeweils gleiche Abstände auf. Diese Wärmetauscherröhren 3 sind endseitig jeweils mit einem Sammelkasten 4.1 und 4.2 strömungsverbunden und weisen in bekannter Weise senkrecht zur Längsrichtung verlaufende Finnen (in den Figuren nicht dargestellt) auf. Diese Sammelkästen 4.1 und 4.2 setzen sich aus einem Sammelkastendeckel 4.10 bzw. 4.20 und einem Rohrboden 4.11 bzw. 4.21 zusammen, wobei die Wärmetauscherröhren 3 mit den Rohrböden 4.11 und 4.21 endseitig verbunden sind. Der Sammelkastendeckel 4.10 weist einen Anschlussstutzen 4.12 als Zulauf für das Kühlmittel K, hier Wasser auf, während an dem Sammelkastendeckel 4.20 als Rücklauf für das Kühlmittel K ebenso ein Anschlussstutzen 4.22 angeformt ist.
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In Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) werden die Wärmetauscherröhren 3 von jeweils einem Wandelement eingeschlossen, nämlich von einem unteren Luftabflusswandelement 6 und einem oberen Wandelement 8, die jeweils plattenförmig ausgebildet und in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) jeweils randseitig mit den Rohrböden 4.11 und 4.21 mediendicht verbunden sind. Frontseitig in Fahrtrichtung F gesehen werden die Wärmetauscherröhren 3 von keinem Wandelement verschlossen, so dass eine Lufteintrittsöffnung 5 für den den Zusatzwasserkühler 2 frontseitig anströmenden Luftstrom P1 entsteht, der damit direkt zwischen die beiden Wandelemente 6 und 8 in den Zusatzwasserkühler 2 einströmen kann. Über in dem Luftabflusswandelement 6 eingebrachte Luftaustrittsöffnungen 6.1 kann der Luftstrom P1 aus dem Zusatzwasserkühler 2 in Fahrzeughochrichtung gesehen als Luftstrom P2 nach unten austreten.
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Rückseitig werden die Wärmetauscherröhren 3 in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) von einem Luftleitelement 7 als Wandelement begrenzt, welches als Luftleitblech ausgehend von dem oberen Wandelement 8 sich in Fahrzeughochrichtung nach unten bis in die Ebene des Luftabflusswandelementes 6 erstreckt, so dass zwischen dem unteren Ende dieses Luftleitelementes 7 und dem benachbarten Rand des Luftabflusswandelementes 6 eine weitere Luftaustrittsöffnung 6.2 für den abströmenden Luftstrom P2 entsteht.
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Die als Langloch ausgeführten Luftaustrittsöffnungen 6.1 sind in dem Luftabflusswandelement 6 derart angeordnet, dass diese mit den Abständen der jeweils in einer Ebene angeordneten Wärmetauscherröhren 3.1, 3.2 und 3.3 fluchten, wie dies insbesondere aus 2 ersichtlich ist. Daher befinden sich diese Luftaustrittsöffnungen 6.1 in Bereichen des Luftabflusswandelementes 6, die durch eine Parallelprojektion in Fahrzeughochrichtung der Wärmetauscherröhren 3 auf das Luftabflusswandelement 6 entstehen. In Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) sind Luftaustrittsöffnungen 6.1 entsprechend der Darstellung nach 1 mit kurzen Abständen angeordnet. Damit wird mit diesen nach unten gerichteten Luftausströmöffnungen 6.1 und 6.2 ein Durchströmen eines besonders breiten (in Fahrzeuglängsrichtung) und langen (in Fahrzeugquerrichtung) Zusatzwasserkühlers 2 ermöglicht.
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Der über die Lufteintrittsöffnung 5 in den Zusatzwasserkühler 2 einströmende Luftstrom P1 wird durch das Luftleitelement 7 aufgrund des von demselben bewirkten hohen Staudruckes in Fahrzeughochrichtung nach unten umgelenkt, so dass eine L-förmige Durchströmung des Zusatzwasserkühlers 2 entsteht und der Luftstrom über die Luftaustrittsöffnungen 6.1 sowie die weitere Luftaustrittsöffnung 6.2 als ausströmender Luftstrom P2 aus dem Zusatzwasserkühler 2 ausströmen kann. Damit wird dieser Zusatzwasserkühler 2 in seiner liegenden Anordnung in Fahrtrichtung F gesehen von vorne mit Luft angeströmt, anschließend L-durchströmt, so dass die Luft in Fahrzeughochrichtung nach unten abströmen kann.
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Um die frontseitig am Fahrzeug 10 anströmende Luft möglichst optimal dem Zusatzwasserkühler 2 zuzuführen, befindet sich gemäß 4 am Fahrzeug 10 frontseitig ein Lufteintrittskanal 9, der in Fahrzeughochrichtung von oben von einem Stoßfänger 12 und von unten von einem CW-Bodenelement 13 gebildet wird. Die über diesen Lufteintrittskanal 9 einströmende Luft wird zum einen als Luftstrom P1 dem Zusatzwasserkühler 2 und zum anderen als Luftstrom P1.1 dem Hauptwasserkühler 1, dem Niedertemperaturkühler 1.1 und dem Klimakondensator zugeführt. Ein Luftleitteil 14 überdeckt eine Lücke zwischen dem Zusatzwasserkühler 2 und dem Niedertemperaturkühler 1.1, so dass der Luftstrom P1.1 nicht nach unten vorbei an dem Niedertemperaturkühler 1.1 entweichen kann.
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Dieses CW-Bodenelement 13 erstreckt sich über den gesamten Bereich des Frontendmoduls 11 bis in den Bereich des Hauptwasserkühlers 1. Am frontseitigen Ende weist dieses CW-Bodenelement 13 ein Luftführungselement 13.1 auf, welches den anströmenden Luftstrom P1 in den Zusatzwasserkühler 2 führt, um zu verhindern, dass Luft in den Zwischenraum zwischen dem Zusatzwasserkühler 2 und dem CW-Bodenelement 13 geleitet wird. Der aus dem Zusatzwasserkühler 2 abströmende Luftstrom P2 wird über Öffnungen in dem CW-Bodenelement 12 nach unten abgeleitet.
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Der in den 1 und 4 dargestellte Zusatzwasserkühler 2 ist in dem Frontendmodul 11 des Fahrzeugs 10 nicht exakt in der Ebene der Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) nicht stehend sondern liegend angeordnet und gegenüber dieser Ebene leicht geneigt, so dass die Lufteintrittsöffnung 5 gegenüber dem rückseitig angeordneten Luftleitelement 7 geringfügig höher liegt. Als liegende Anordnung des Zusatzwasserkühlers 2 wird daher auch eine gegenüber der Ebene der Fahrzeuglängsrichtung geneigte Anordnung um weniger als 45° angesehen.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 ist der Zusatzwasserkühler 2 in Fahrrichtung F gesehen vor dem Niedertemperaturkühler 1.1 angeordnet. Es ist auch möglich, einen solchen Zusatzwasserkühler 2 direkt unterhalb des Niedertemperaturkühlers 1.1 und/oder des Hauptwasserkühlers 1 anzuordnen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptwärmetauscher, Hauptwasserkühler
- 1.1
- Niedertemperaturkühler
- 2
- Zusatzwärmetauscher, Zusatzwasserkühler
- 3
- Wärmetauscherrohr
- 3.1
- Wärmetauscherrohr
- 3.2
- Wärmetauscherrohr
- 3.3
- Wärmetauscherrohr
- 4.1
- Sammelkasten
- 4.10
- Sammelkastendeckel
- 4.11
- Rohrboden
- 4.12
- Anschlussstutzen, Zulauf
- 4.2
- Sammelkasten
- 4.20
- Sammelkastendeckel
- 4.21
- Rohrboden
- 4.22
- Anschlussstutzen, Ablauf
- 5
- Lufteintrittsöffnung des Zusatzwärmetauschers 2
- 6
- Luftabflusswandelement
- 6.1
- Luftaustrittsöffnung des Luftabflusswandelementes 6
- 6.2
- weitere Luftaustrittsöffnung
- 7
- Luftleitelement
- 8
- oberes Wandelement
- 9
- Lufteintrittskanal
- 10
- Fahrzeug
- 11
- Frontendmodul des Fahrzeugs 10
- 11.1
- Crashbox, Typschadenselement
- 11.2
- Querträger
- 11.3
- Frontend-Trägerteil
- 12
- Stoßfänger des Fahrzeugs 10
- 13
- CW-Bodenelement des Fahrzeugs 10
- 13.1
- Luftführungselement
- 14
- Luftleitteil
