DE102017203858A1

DE102017203858A1 - Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Lüfterzarge sowie eine die Kühlvorrichtung aufweisende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017203858A1
Application number: DE102017203858.6A
Authority: DE
Inventors: Falk Gerbig
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, aufweisend: zumindest einen von Frischluft durchströmbaren Wärmetauscher (2), eine in Luftströmungsrichtung hinter oder vor dem zumindest einen Wärmetauscher (2) angeordnete Gebläseeinrichtung (3), und eine Lüfterzarge (100), welche den Wärmetauscher (2) und die Gebläseeinrichtung (3) derart miteinander verbindet, dass durch die Gebläseeinrichtung (3) ein Luftstrom (L) erzeugbar ist, der durch den Wärmetauscher (2) strömt um einen Wärmeaustausch durchzuführen. Die Gebläseeinrichtung (3) so angeordnet ist, dass der erzeugbare Luftstrom (L) in zumindest einer Querrichtung zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) ansaugbar und/oder absaugbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Lüfterzarge (100), eine die Kühlvorrichtung (1) umfassende Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, eine Lüfterzarge für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs sowie eine die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung aufweisende Brennkraftmaschine.
Technischer Hintergrund
In Kraftfahrzeugen werden Kühlvorrichtungen primär zur Kühlung eines Antriebs, insbesondere zur Kühlung einer Brennkraftmaschine, verwendet, optional jedoch auch für die Kühlung eines Kältemittelkreislaufes für eine Klimaanlage. Kühlvorrichtungen für Kraftfahrzeuge umfassen daher im Allgemeinen mehrere Wärmetauscher, wie zum Beispiel einen Kühlmittelkühler, einen Ladeluftkühler, einen Ölkühler sowie einen Kondensator zur Kühlung des Kältemittels der Klimaanlage. Um bei Fahrsituationen mit höherer Antriebslast bei wenig Fahrtwind eine ausreichende Kühlleistung bereitstellen zu können, weist die Kühlvorrichtung ferner einen Lüfter auf, um für einen ausreichenden Wärmeaustausch zu sorgen. Dieser Lüfter ist in der Regel in Strömungsrichtung des Fahrtwindes hinter dem Wärmetauscher angeordnet und saugt somit Frischluft von außerhalb des Kraftfahrzeugs durch den Wärmetauscher an. Damit dieser Lüfter keine Falschluft am Wärmetauscher vorbei ansaugt und somit die Ansaugleistung des Lüfters reduziert wird, wird der meist rechteckige Abströmquerschnitt des Wärmetauschers mit einer Lüfterzarge auf den kreisrunden Ansaugquerschnitt eines Lüfterrads des Lüfters überführt.
In modernen Kraftfahrzeugen ist aufgrund der hohen Anzahl von Komponenten, die in einem Motorraum untergebracht werden müssen, bei gleichzeitiger Optimierung des Gesamtgewichts des Kraftfahrzeugs, im Allgemeinen der Bauraum äußerst begrenzt, weshalb Lüfterzargen in ihrer axialen Erstreckung, die in etwa der Strömungsrichtung der Frischluft (Fahrtwind) sowie der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht, nur knapp bemessen werden. Hier kommt es oft auf jeden Millimeter an. Ferner besteht oft das Problem, dass nicht ausreichend Platz im Motorraum vorhanden ist, um den Lüfter radial so groß auszubilden, dass er den Abströmquerschnitt des Wärmetauschers vollständig abdeckt.
In 1 ist eine bekannte Kühlvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Wie der 1 entnommen werden kann, ist das Lüfterrad 3 des Lüfters radial kleiner ausgebildet als eine Längsseite des Wärmetauschers 4. Ferner ist der Wärmetauscher 4 breiter wie hoch und das Lüfterrad 3 ist aufgrund des verfügbaren Bauraums asymmetrisch angeordnet. Entsprechend ist das Lüfterrad 3 in Bezug auf eine gedachte Mittelachse Mwärm des Wärmetauschers nach links versetzt angeordnet. Wegen der Abweichung von einer quadratischen Form des Wärmetauschers 4 bleibt ein Teil des Wärmetauschers abseits des Lüfters und wird nur bei ausreichend hoher Fahrgeschwindigkeit über Stauluftklappen zum Wärmetausch genutzt. Ferner ist wie oben bereits geschildert, die Lüfterzarge 4 flach, also in ihrer axialen Erstreckung kurz ausgebildet. Des Weiteren ist die Lüfterzarge 4 eng anliegend an das Lüfterrad 3 ausgebildet, um rechts neben dem Lüfterrad 3 Bauraum für weitere Komponenten zu schaffen.
Wie dargestellt kann die Lüfterzarge 4 strömungstechnisch nicht optimal ausgelegt werden. D.h., aufgrund der flachen Ausbildung der Lüfterzarge 4 kann keine günstige Trichterform realisiert werden, weshalb es insbesondere in dem obig skizzierten Fall, dass der Fahrtwind nicht ausreicht, um den Wärmetauscher 2 ausreichend mit Frischluft zu versorgen und daher der Lüfter genutzt wird, um Frischluft von außen durch den Wärmetauscher 2 anzusaugen, nur bedingt möglich ist, Frischluft von außen derart anzusaugen, dass der Wärmetauscher 2 in seinem kompletten Abströmquerschnitt durchströmt wird. Dies liegt insbesondere daran, dass die Lüfter gewöhnlich als Axiallüfter ausgebildet sind, womit die Frischluft nur axial durch den Wärmetauscher 2 angesaugt werden kann. Aus diesem Grund kann die Lüfterzarge 4 eng anliegend (mit einem geringen Luftspalt) an das Lüfterrad 3 ausgebildet werden, da der Lüfter keine radiale Saugleistung aufweist. Aufgrund der kurzen axialen Länge der Lüfterzarge 4 kann die axiale Ansaugströmung jedoch nicht ausreichend aufgefächert werden, womit nur der direkt vor dem Lüfter angeordnete Bereich des Wärmetauschers 2 mit Frischluft durchströmt wird. D.h., lediglich ein Teil des Wärmetauschers 2 kann in diesem Einsatzfall genutzt werden, womit die Kühlleistung des Wärmetauschers 2 reduziert wird.
Um dennoch ausreichend Kühlleistung bereitstellen zu können, ist es somit notwendig, den Lüfter leistungsmäßig größer auszulegen und bei höheren Umdrehungszahlen zu betreiben, was zu einer unerwünschten Erhöhung des Lärmpegels führt. Ferner muss der Lüfter länger betrieben werden. Beides führt zu unerwünschtem Energieverbrauch, insbesondere zu unerwünschtem Brennstoffverbrauch, sowie einer unerwünschten Geräuschbildung.
Falls es der Bauraum im Motorraum zulässt, werden daher teilweise mehrere Lüfter verbaut. In 2 ist ein Beispiel gezeigt, in dem zwei Lüfter verbaut sind. Dies ermöglicht es, die Lüfter, insbesondere die Lüfterräder 3 derart zu dimensionieren, dass für notwendige Komponenten ausreichend Bauraum geschaffen wird und trotzdem der Abströmquerschnitt des Wärmetauschers größtmöglich durch die Lüfter abgedeckt wird. Hinsichtlich der Lüfterzarge besteht jedoch weiterhin das gleiche Problem wie unter Bezug auf 1 geschildert. Entsprechend geht weiterhin ein Teil des Abströmquerschnitts und somit Kühlleistung des Wärmetauschers verloren.
Wie den 1 und 2 ferner entnommen werden kann, haftet den bekannten Lüfteranordnungen weiterhin der Nachteil an, dass aufgrund der axialen Anordnung der Lüfter hinter dem Wärmetauscher die Lüfter weit in den Motorraum hineinragen, und somit wertvollen Bauraum im Motorraum beanspruchen.
Aufgrund der oben genannten Problemstellungen, insbesondere der nicht vollständigen Nutzung der Wärmetauscherfläche, ist es daher bei bekannten Kühlvorrichtungen oftmals notwendig, kostenintensive Maßnahmen wie z.B. CrNi-Abgaskrümmer statt preiswerte Zylinderkopf-Integrierten-Abgaskrümmer und/oder ausgelagerte Kühlmittelkühler einzusetzen.
Gegenstand der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, eine Lüfterzarge für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, eine die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung aufweisende Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, eine strömungsgünstige Anbindung einer Gebläseeinrichtung an einen Wärmetauscher zu schaffen und gleichzeitig eine möglichst gedrungene axiale Bauweise zu realisieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, eine Kühlerzarge nach Anspruch 9 sowie eine die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung aufweisende Brennkraftmaschine nach Anspruch 14. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
Einer der Kerngedanken der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gebläseeinrichtung einer Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom erzeugen zu können, der durch mindestens einen Wärmetauscher der Kühlvorrichtung strömt um einen Wärmeaustausch durchzuführen, so anzuordnen, dass der erzeugbare Luftstrom nach dem Durchströmen des Wärmetauschers in zumindest einer Querrichtung zu einer Luftströmungsrichtung abführbar ist.
Mittels der vorgeschlagenen Kühlvorrichtung ist es auf einfache Weise möglich, anhand der Gebläseeinrichtung, die so angeordnet ist, dass die durch die Gebläseeinrichtung angesaugte Frischluft, die durch den Wärmetauscher strömt bzw. angesaugt wird, in Querrichtung der Luftströmungsrichtung anzusaugen bzw. abzuführen und damit eine möglichst gedrungene axiale Bauweise der Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu erzielen. Ferner kann damit ein Ansaugbereich der Gebläseeinrichtung annährend bis auf einen Abströmquerschnitt des Wärmetauschers, bevorzugt ganz auf den Abströmquerschnitt, ausgeweitet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Kühlleistung des Wärmetauschers zu erhöhen und dadurch gegebenenfalls den Wärmetauscher und/oder die Gebläseeinrichtung kleiner zu dimensionieren als bei herkömmlichen Kühlvorrichtungen. Andererseits kann dadurch auch die Möglichkeit geschaffen werden, dass seitens einer Brennkraftmaschine, die durch die Kühlvorrichtung gekühlt werden kann, und die somit besser bzw. effizienter gekühlt werden kann, konstruktive Änderungen vorzunehmen, die eine höhere Kühlleistung erfordern. Darunter ist zu verstehen, dass Änderungen vorgenommen werden können, die zwar eine höhere Kühlleistung seitens der Kühlvorrichtung fordern, jedoch mit anderen Vorteilen wie Leistungssteigerung des Antriebs, Kosteneinsparung und dergleichen verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, auf: zumindest einen von Frischluft in einer Luftströmungsrichtung durchströmbaren Wärmetauscher, eine Gebläseeinrichtung, mittels der ein Luftstrom durch den Wärmetauscher erzeugbar ist, um einen Wärmeaustausch durchzuführen, und eine Lüfterzarge, welche den Wärmetauscher und die Gebläseeinrichtung miteinander verbindet, insbesondere strömungsführend miteinander verbindet, wobei die Gebläseeinrichtung und die Lüfterzarge so angeordnet sind, dass der Luftstrom nach dem Durchströmen des Wärmetauschers in zumindest einer Querrichtung zur Luftströmungsrichtung abführbar ist.
Hierbei ist bevorzugt die Lüfterzarge so ausgebildet bzw. geformt, dass sie das Abführen des Luftstroms in mindestens einer Querrichtung zur Luftströmungsrichtung fördert.
Anhand dieser Kühlvorrichtung ist es wie oben bereits angeführt möglich, trotz Erweiterung des Ansaugbereichs der Gebläseeinrichtung und der damit verbundenen Steigerung der Kühlleistung des Wärmetauschers eine möglichst gedrungene axiale Bauweise der Kühlvorrichtung, insbesondere einer Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, zu erzielen.
Ferner ist es bevorzugt, die Gebläseeinrichtung in Form von mindestens einem Querstromlüfter, insbesondere eines walzenförmigen Querstromlüfters, und/oder einer Vielzahl von Axiallüftern, die bevorzugt in mindestens einer Reihe angeordnet sind, auszuführen.
Auf diese Weise ist es mit einfachen Mitteln möglich, eine kompakte Gebläseeinrichtung auszubilden, die eine ausreichend große Saugleistung zur Verfügung stellen kann. Hierbei ist insbesondere der Querstromlüfter vorteilhaft, da dieser einen geringen radialen Bauraum beansprucht und dennoch den Wärmetauscher über die komplette Längsseite kühlen kann. D.h., die durch den Querstromlüfter erzeugbare Strömung kann trotz der geringen Ausmaße einen Abströmquerschnitt des Wärmetauschers vollständig abdecken. Die Vielzahl von Axiallüftern hingegen bietet den Vorteil, dass die Saugleistung der Gebläseeinrichtung über die Gesamtfläche des Wärmetauschers gelichmäßiger ist, da es sich um eine axiale Strömung handelt. Ferner sind die einzelnen Axiallüfter kleiner und somit die Anschaffungskosten geringer, was hinsichtlich der Instandhaltungskosten vorteilhaft ist.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass ein Abströmquerschnitt des mindestens einen Wärmetauschers rechteckförmig ist, wobei eine Längsseite des Abströmquerschnitts bevorzugt in etwa rechtwinkelig zur Luftströmungsrichtung und in etwa parallel zu einer Straßenoberfläche verläuft und eine Breitseite (in Höhenrichtung des Wärmetauschers) des Wärmetauschers in etwa rechtwinkelig zur Luftströmungsrichtung und in etwa rechtwinkelig zur Straßenoberfläche verläuft.
Da vorliegende erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gedacht ist, sind als Bezugspunkte die Straßenoberfläche, auf der sich das Kraftfahrzeug in einer Fahrtrichtung vorwärts bzw. rückwärts bewegt und eine Luftströmungsrichtung, die durch einen Fahrtwind während der Fahrt des Kraftfahrzeugs vorgegeben ist, gewählt. D.h., bei der Luftströmungsrichtung handelt es sich um die Richtung der angesaugten Frischluft, die durch den Wärmetauscher strömt, in der Regel senkrecht durch den Wärmetauscher strömt. Entsprechend verläuft die Luftströmungsrichtung in etwa parallel zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs sowie parallel zur Straßenoberfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Rückwand der Lüfterzarge, die bevorzugt zumindest teilweise eine Projektion eines Abströmquerschnitts des Wärmetauschers abdeckt, zumindest teilweise, bevorzugt annähernd vollständig, mit Stauluftklappen und/oder einer Kühlerjalousie versehen, die insbesondere an großflächigen Bereichen der Rückwand vorgesehen sind.
Anhand der Stauluftklappen und/oder der Kühlerjalousie wird es ermöglicht, dass während einer Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit, bei der beispielsweise die Stauluftklappen geschlossen sind, die Frischluft, die durch den Wärmetauscher strömt, insbesondere die Frischluft, die durch die Gebläseeinrichtung angesaugt wird, entlang der Lüfterzarge bzw. der Rückwand der Lüfterzarge zu der Gebläseeinrichtung geführt wird, ohne Falschluft anzusaugen. Andererseits, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem Fahrzustand mit hoher Geschwindigkeit befindet, d.h., ein ausreichend hoher Fahrtwind vorhanden ist, sodass die Gebläseeinrichtung nicht betrieben werden muss, die Möglichkeit geschaffen ist, bei zu hohem Staudruck und somit unnötigem Luftwiderstand die Stauluftklappen zu öffnen und damit zumindest einen Teil des Fahrtwinds durch die Stauluftklappen auszulassen, um den Staudruck und damit den Luftwiderstand zu reduzieren. Die Verwendung einer Kühlerjalousie bietet ferner den Vorteil, dass auf die notwendige Gitterstruktur bzw. Stützstruktur, die notwendig ist um die einzelnen Stauluftklappen aufzuhängen, verzichtet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, den nutzbaren Abströmquerschnitt des Wärmetauschers, weiter zu vergrößern bzw. effektiver zu nutzen.
Ferner ist es bevorzugt, dass mindestens ein Querstromlüfter und/oder eine Vielzahl von Axiallüftern in einer Höhenrichtung (bzw. in Richtung der Breitseite des Wärmetauschers) des mindestens einen Wärmetauschers in einem unteren Bereich des Wärmetauschers, insbesondere zumindest teilweise in Luftströmungsrichtung gesehen unterhalb eines Abströmquerschnitts des Wärmetauschers, angeordnet ist, wobei eine Drehachse des Querstromlüfters sich bevorzugt in etwa senkrecht zur Luftströmungsrichtung und in etwa parallel zu der Straßenoberfläche erstreckt.
Auf diese Weise ist es möglich, den durch den Wärmetauscher strömenden Fahrtwind bzw. die durch die Gebläseeinrichtung angesaugte Frischluft, die durch den Wärmetauscher geströmt ist, nach unten anzusaugen und in einem unteren Bereich eines Motorraums des Kraftfahrzeugs auszulassen. Damit kann die durch den Wärmeaustausch erwärmte Abluft des Wärmetauschers abgesaugt und in einem unteren Bereich des Kraftfahrzeugs ausgelassen werden, womit die Abluft durch einen Fahrtwind, der unter einem Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs strömt, mitgerissen und abgeführt werden kann. Somit ist es möglich, eine möglichst gedrungene axiale Bauweise der Kühlvorrichtung zu realisieren.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, die Lüfterzarge so auszubilden, dass sie in einem Querschnitt, in etwa parallel zur Luftströmungsrichtung und in etwa senkrecht zur Straßenoberfläche gesehen, eine sich erweiternde Form aufweist, insbesondere eine sich nach unten (bzw. zur Straßenoberfläche) hin erweiternde Form aufweist, die bevorzugt keilförmig ist.
Damit ist es möglich, den durch die Gebläseeinrichtung erzeugten Luftstrom in Richtung der Gebläseeinrichtung zu führen und für eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit in den von der Gebläseeinrichtung abgelegenen Bereichen des Wärmetauschers zu sorgen. Ferner ist es dadurch möglich, den durch die Kühleinrichtung, insbesondere durch die Lüfterzarge, beanspruchten Bauraum weiter zu reduzieren und damit die gedrungene axiale Bauweise der Kühleinrichtung zu verbessern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine Leitstruktur vorgesehen, die sich in einem Bereich zwischen der mindestens einen Gebläseeinrichtung und dem Wärmetauscher erstreckt und den erzeugbaren Luftstrom derart leitet, dass ein Teil des erzeugbaren Luftstroms von der Gebläseeinrichtung in Richtung des Endes des Wärmetauschers, das der Gebläseeinrichtung gegenüberliegend ist, geleitet wird. D.h. zu dem Ende des Wärmetauschers geleitet wird, das von der Gebläseeinrichtung am weitesten entfernt liegt.
Die mindestens eine Leitstruktur kann dabei durch integral mit der Lüfterzarge ausgebildete Führungsrippen, durch an der Lüfterzarge befestigte Leitbleche oder durch Saugrohre ausgebildet sein. Mittels der Leitstruktur bzw. den Leitstrukturen kann die Wirkung der Erweiterung des Saugbereichs der Gebläseeinrichtung weiter verbessert werden. Damit ist es insbesondere möglich, das Ansaugen der Frischluft in den Bereichen zu steigern, die von der Gebläseeinrichtung am weitesten entfernt liegen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei Querstromlüfter, deren Drehachse sich in etwa senkrecht zur Luftströmungsrichtung und in etwa senkrecht zu einer Straßenoberfläche erstreckt, und/oder eine Vielzahl von Axiallüftern, die mindestens in einer Reihe angeordnet sind, die sich in etwa senkrecht zur Luftströmungsrichtung und in etwa senkrecht zur Straßenoberfläche erstreckt, vorgesehen sind, und bevorzugt in einer Höhenrichtung des mindestens einen Wärmetauschers auf gleicher Höhe angeordnet sind wie der Wärmetauscher selbst.
Auf diese Weise ist es möglich, den Abströmquerschnitt des Wärmetauschers durch zwei Gebläseeinrichtungen mit Frischluft zu versorgen bzw. zu kühlen. Damit kann die einzelne Gebläseeinrichtung kompakter und hinsichtlich ihrer Leistung kleiner ausgebildet werden. Das Vorsehen von zwei Gebläseeinrichtungen kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Längsseite des Wärmetauschers besonders lang ist und Querstromlüfter zum Einsatz kommen. Da beim Einsatz eines Querstromlüfters gegebenenfalls keine ausreichend gleichmäßige Verteilung des erzeugten Luftstroms auf die Gesamtfläche des Abströmquerschnitts des Wärmetauschers möglich ist.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Lüfterzarge in einem Querschnitt, in etwa senkrecht zur Luftströmungsrichtung und in etwa parallel zur Straßenoberfläche gesehen, eine sich von der Mitte jeweils nach außen erweiternde Form, insbesondere eine sich keilförmig nach außen erweiternde Form, aufweist. Die Mitte bezieht sich hierbei auf die Längsseite des Wärmetauschers bzw. dessen Abströmquerschnitts.
Damit ist es möglich, die durch die Gebläseeinrichtungen erzeugten Luftströmungen jeweils in Richtung der entsprechenden Gebläseeinrichtung zu führen und für eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit in den von der jeweiligen Gebläseeinrichtung abgelegenen Bereichen des Wärmetauschers zu sorgen. Ferner ist es dadurch möglich, den durch die Kühleinrichtung, insbesondere durch die Lüfterzarge, beanspruchten Bauraum weiter zu reduzieren und damit die gedrungene axiale Bauweise der Kühleinrichtung zu verbessern.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Lüfterzarge für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für die oben beschriebene Kühlvorrichtung, aufweisend: eine Befestigungseinrichtung, mittels der die Lüfterzarge an mindestens einem von Frischluft durchströmbaren Wärmetauscher eines Kraftfahrzeugs befestigbar ist, eine Aufnahmeeinrichtung, mittels der eine Gebläseeinrichtung in Luftströmungsrichtung hinter oder vor dem zumindest einen Wärmetauscher aufnehmbar ist, und die Lüfterzarge den Wärmetauscher und die Gebläseeinrichtung miteinander verbindet, insbesondere strömungsführend miteinander verbindet, wobei die Aufnahmeeinrichtung so eingerichtet ist, dass die Gebläseeinrichtung derart aufnehmbar ist, dass der durch die Gebläseeinrichtung erzeugbare Luftstrom nach dem Durchströmen des Wärmetauschers in zumindest einer Querrichtung zur Luftströmungsrichtung ansaugbar bzw. abführbar ist.
Anhand der beschriebenen Lüfterzarge ist es wie oben bereits angeführt möglich, trotz Erweiterung des Ansaugbereichs der Gebläseeinrichtung und der damit verbundenen Steigerung der Kühlleistung des Wärmetauschers eine möglichst gedrungene axiale Bauweise der Lüfterzarge und damit der Kühlvorrichtung, insbesondere einer Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, zu erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Aufnahmeeinrichtung der Lüfterzarge ferner so eingerichtet, dass sie mindestens einen Querstromlüfter, insbesondere einen walzenförmigen Querstromlüfter, und/oder eine Vielzahl von Axiallüftern, die bevorzugt in mindestens einer Reihe angeordnet sind, aufnehmen kann, wobei der mindestens eine Querstromlüfter und/oder die Vielzahl von Axiallüftern bevorzugt in Höhenrichtung des mindestens einen Wärmetauschers in einem unteren Bereich des Wärmetauschers, insbesondere zumindest teilweise in Luftströmungsrichtung gesehen unterhalb eines Abströmquerschnitts des Wärmetauschers, angeordnet ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Lüfterzarge in einem Querschnitt, in etwa parallel zur Luftströmungsrichtung und in etwa senkrecht zur Straßenoberfläche gesehen, eine sich erweiternde Form aufweist, insbesondere eine sich nach unten hin erweiternde Form aufweist, die bevorzugt keilförmig ist.
Damit ist es möglich, den durch die Lüfterzarge beanspruchten Bauraum weiter zu reduzieren und damit die gedrungene axiale Bauweise der Lüfterzarge und der die Lüfterzarge aufweisenden Kühleinrichtung zu verbessern.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Lüfterzarge zumindest abschnittsweise aus einem elastischen Material, insbesondere aus einer Gummihaut, ausgebildet ist. Das bietet den Vorteil, dass beim Ein- und Ausbau der Lüfterzarge etwas Spielraum hinsichtlich der Einbautoleranzen vorliegt, sowie eine versehentliche Beschädigung angrenzender Bauteile vermieden werden kann.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, welche die oben beschriebene Kühlvorrichtung aufweist, wobei die Brennkraftmaschine bevorzugt die ebenfalls oben beschriebene Lüfterzarge aufweist.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine bekannte Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem außermittig angeordneten Lüfter zeigt,
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine andere bekannte Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit zwei außermittig angeordneten Lüftern zeigt,
3a ist eine schematische Rückansicht, die eine erste Ausführungsform einer Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
3b ist eine schematische Seitenansicht der in 3a dargestellten ersten Ausführungsform einer Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug der vorliegenden Erfindung von links,
4a ist eine schematische Rückansicht, die eine Ausführungsform einer Lüfterzarge mit Stauluftklappen zeigt,
4b ist eine schematische Rückansicht, die eine Ausführungsform einer Lüfterzarge mit einer Kühlerjalousie zeigt,
5 ist eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung von links, und
6 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung von oben.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen bestimmter Merkmale können jeweils einzeln miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden.
In 3a ist eine schematische Rückansicht einer Ausführungsform einer Kühlvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die dargestellte Kühlvorrichtung 1 weist einen Wärmetauscher 2, eine Gebläseeinrichtung 3 und eine Lüfterzarge 100 (nicht dargestellt) auf. Die weiteren Komponenten der Kühlvorrichtung 1 wurden zur Vereinfachung der Darstellung sowie im Sinne eines einfachen Verständnisses der vorliegenden Erfindung weggelassen. Die Lüfterzarge 100 ist in der 3b dargestellt.
Eine Längsseite des Wärmetauschers 2 ist für gewöhnlich quer zu einer Fahrtrichtung R_Fahrt des Kraftfahrzeugs, in das die Kühleinrichtung 1 installiert ist, ausgerichtet. Ein Fahrtwind, der während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs auftritt, kann somit durch den Wärmetauscher 2 in Luftströmungsrichtung R_Luft strömen und diesen effizient kühlen. Des Weiteren erstreckt sich eine Breitseite des Wärmetauschers senkrecht zu einer Straßenoberfläche O (siehe 5), auf der das Kraftfahrzeug fährt. Die Breitseite verläuft somit in einer Höhenrichtung des Kraftfahrzeugs.
Wie in 3b (sowie 5) dargestellt ist, verbindet die Lüfterzarge 100 die Gebläseeinrichtung 3 bzw. den Querstromlüfter 4 physikalisch und strömungstechnisch mit dem Wärmetauscher 2. D.h., der Fahrtwind, der in den Wärmetauscher 2 einströmt und/oder die Frischluft L, die in den Wärmetauscher 2 eingesaugt wird, und durch diesen hindurchströmt, wird durch die Lüfterzarge 100 zu der Gebläseeinrichtung 3 geführt. In der in den 3a und 3b gezeigten Ausführungsform ist die Gebläseeinrichtung 3 bzw. der Querstromlüfter 4 in einem unteren Bereich des Wärmetauschers 2, insbesondere unterhalb eines Abströmquerschnitts A des Wärmetauschers 2, angeordnet. Entsprechend ist die Lüfterzarge 100 sich nach unten erweiternd ausgebildet, insbesondere keilförmig ausgebildet. Hierbei besteht jedoch auch die Möglichkeit die Lüfterzarge 100, insbesondere die Rückwand 101 der Lüfterzarge, so zu gestalten, dass sich die Lüfterzarge 100 exponentiell nach unten erweitert. Wie den 3b und 5 entnommen werden kann, erweitert sich die Lüfterzarge 100 in einem Querschnitt, der senkrecht zu der Straßenoberfläche O und parallel zur Luftströmungsrichtung R_Luft bzw. parallel zur Fahrtrichtung R_Fahrt des Kraftfahrzeugs ist. Wie den Figuren weiter entnommen werden kann, wird durch die sich nach unten erweiternde Form der Lüfterzarge 100 sowie der untenliegenden Anordnung der Gebläseeinrichtung 3 der durch den Wärmetauscher 2 strömende Fahrtwind bzw. die durch die Gebläseeinrichtung 3 angesaugte Frischluft nach unten angesaugt und durch eine Öffnung 106, die in einem unteren Bereich der Lüfterzarge 100 und in Fahrtrichtung R_Fahrt gesehen hinter der Gebläseeinrichtung 3 vorgesehen ist, ausgelassen. Damit ist es möglich, die durch den Wärmeaustausch erwärmte Abluft des Wärmetauschers 2 abzusaugen und in einem unteren Bereich des Kraftfahrzeugs auszulassen, womit die Abluft durch einen Fahrtwind, der unter einem Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs strömt, mitgerissen und abgeführt wird. Wie der 3b ferner entnommen werden kann, weist der Querstromlüfter 3 einen Wirbelbildner 107 auf, der dazu dient, im Betrieb des Querstromlüfters 3 einen Wirbel zu bilden, der notwendig ist, um die erforderliche Strömungsrichtungsumkehr zu erzeugen, wodurch die für den Querstromlüfter 3 charakteristische Luftströmung, die scheinbar gegen die Physik arbeitet, ausgebildet werden kann.
Des Weiteren zeigt 4a eine schematische Rückansicht einer Ausführungsform einer Lüfterzarge 100 mit Stauluftklappen 105. Wie der 4a entnommen werden kann, ist es aufgrund der Anordnung der Gebläseeinrichtung 3 außerhalb einer senkrechten Projektion des Abströmquerschnitts A möglich, eine Vielzahl von Stauluftklappen 105 so in der Lüfterzarge 100, insbesondere in der Rückwand 101, vorzusehen, dass die Projektion des Abströmquerschnitts A annähernd vollständig mit Stauluftklappen 105 versehen ist und somit bei einer hohen Fahrtgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch Öffnen der Stauluftklappen 105 der Windwiderstand (Strömungswiderstand) der Kühleinrichtung 1 reduziert werden kann. Ferner kann dadurch die Kühlleistung des Wärmetauschers 2 besonders in einer Fahrsituation mit hoher Fahrgeschwindigkeit und maximaler Motorlast gesteigert werden.
4b zeigt des Weiteren eine schematische Rückansicht einer weiteren Ausführungsform einer Lüfterzarge 100, die mit einer Kühlerjalousie 108 versehen ist. Wie bei der Ausführungsform mit den Stauluftklappen 105, ist es aufgrund der Anordnung der Gebläseeinrichtung 3, außerhalb der senkrechten Projektion des Abströmquerschnitts A möglich, den Anströmquerschnitt A annähernd vollständig mit der Kühlerjalousie 108 zu versehen, womit der Windwiderstand (Strömungswiderstand) der Kühleinrichtung 1 weiter reduziert werden kann. Wie der 4b entnommen werden kann, kann bei der Ausführung mit der Kühlerjalousie 108 auf die störende Gitterstruktur bzw. Stützstruktur, die notwendig ist um die einzelnen Stauluftklappen 105 der in 4a dargestellten Ausführungsform aufzuhängen, verzichtet werden. Auf diese Weise ist es möglich, den nutzbaren Abströmquerschnitt des Wärmetauschers, weiter zu vergrößern bzw. effektiver zu nutzen. In der in 4b gezeigten Ausführungsform ist ferner die Gebläseeinrichtung 3 in Form einer Vielzahl von Axiallüftern 109 ausgebildet. Die Axiallüfter 109 sind in der gezeigten Ausführungsform unterhalb des Abströmquerschnitts A des Wärmetauschers 2 angeordnet, insbesondere in einer Reihe die horizontal verläuft bzw. in einer Richtung verläuft die parallel zur Straßenoberfläche O ist.
In 5 ist ferner eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Kühleinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung von links gezeigt. Die dargestellte Ausführungsform entspricht weitestgehend der in den 3a und 3b gezeigten Ausführungsform, wobei lediglich zur weiteren Erläuterung der Ausbildung der Kühleinrichtung 1 eine Befestigungseinrichtung 102 der Lüfterzarge 100, mittels der die Lüfterzarge 100 an dem Wärmetauscher 2 befestigt ist, und eine Aufnahmeeinrichtung 103 der Lüfterzarge 100, mittels der die Gebläseeinrichtung 3 in Luftströmungsrichtung R_Luft hinter dem Wärmetauscher 2 aufgenommen ist, gezeigt sind. Des Weitern weist die gezeigte Ausführungsform zusätzlich eine Leitstruktur 104 auf, die sich in einem Bereich zwischen der Gebläseeinrichtung 3 und dem Wärmetauscher 2 erstreckt und den durch die Gebläseeinrichtung 3 erzeugbaren Luftstrom L derart leitet, dass ein Teil des erzeugbaren Luftstroms L von der Gebläseeinrichtung 3 in Richtung eines Endes des Wärmetauschers 2, das der Gebläseeinrichtung gegenüberliegend ist, geleitet wird. In der gezeigten Ausführungsform ist die Leitstruktur 104 in Form eines gebogenen Leitblechs ausgebildet.
Die 6 zeigt ferner eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Kühleinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Kühlvorrichtung 1 von oben gezeigt ist. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen weist diese Ausführungsform zwei Gebläseeinrichtungen 3, insbesondere zwei Querstromlüfter 4, auf, die in Fahrtrichtung R_Fahr jeweils seitlich des Wärmetauschers 2, insbesondere seitlich des Abströmquerschnitts A, angeordnet sind. Hierbei sind die beiden Querstromlüfter 4 so angeordnet, dass deren Drehachse senkrecht zur Straßenoberfläche angeordnet ist. Entsprechend ist die Lüfterzarge 100 so ausgebildet, dass sie sich jeweils von der Mitte ausgehend zu den Seiten der Lüfterzarge 100, an denen die Querstromlüfter 4 angeordnet sind, erweitert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die durch die beiden Querstromlüfter 4 erzeugten Luftströme L, die einander entgegengesetzt sind, sich gegenseitig nicht negativ beeinflussen.

Claims

Kühlvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, umfassend: zumindest einen von Frischluft in einer Luftströmungsrichtung (R_Luft) durchströmbaren Wärmetauscher (2), eine Gebläseeinrichtung (3), mittels der ein Luftstrom (L) durch den Wärmetauscher (2) erzeugbar ist, um einen Wärmeaustausch durchzuführen, und eine Lüfterzarge (100), welche den Wärmetauscher (2) und die Gebläseeinrichtung (3) miteinander verbindet, insbesondere strömungsführend miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläseeinrichtung (3) und die Lüfterzarge (100) so angeordnet sind, dass der Luftstrom (L) nach dem Durchströmen des Wärmetauschers in zumindest einer Querrichtung zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) abführbar ist.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläseeinrichtung (3) in Form von mindestens einem Querstromlüfter (4), insbesondere eines walzenförmigen Querstromlüfters (4), und/oder einer Vielzahl von Axiallüftern, die bevorzugt in mindestens einer Reihe angeordnet sind, ausgeführt ist.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abströmquerschnitt (A) des mindestens einen Wärmetauschers (2) rechteckförmig ist, wobei eine Längsseite des Abströmquerschnitts (A) bevorzugt in etwa rechtwinkelig zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) und in etwa parallel zu einer Straßenoberfläche (O) verläuft und eine Breitseite des Wärmetauschers (2) in etwa rechtwinkelig zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) und in etwa rechtwinkelig zur Straßenoberfläche verläuft.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückwand (101) der Lüfterzarge (100), die bevorzugt zumindest teilweise eine Projektion eines Abströmquerschnitts (A) des Wärmetauschers (2) abdeckt, zumindest teilweise, bevorzugt annähernd vollständig, mit Stauluftklappen (105) und/oder einer Kühlerjalousie versehen ist.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Querstromlüfter (4) und/oder eine Vielzahl von Axiallüftern in einer Höhenrichtung des mindestens einen Wärmetauschers (2) in einem unteren Bereich des Wärmetauschers (2), insbesondere zumindest teilweise unterhalb eines Abströmquerschnitts (A) des Wärmetauschers (2), angeordnet ist, wobei bevorzugt eine Drehachse des Querstromlüfters (4) in etwa senkrecht zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) und in etwa parallel zu einer Straßenoberfläche verläuft.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterzarge (100) in einem Querschnitt, in etwa parallel zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) und in etwa senkrecht zur Straßenoberfläche (O) gesehen, eine sich erweiternde Form aufweist, insbesondere eine sich nach unten hin erweiternde Form aufweist, die bevorzugt keilförmig ist.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leitstruktur (104) vorgesehen ist, die sich in einem Bereich zwischen der mindestens einen Gebläseeinrichtung (3) und dem Wärmetauscher (2) erstreckt und den erzeugbaren Luftstrom (L) derart leitet, dass ein Teil des erzeugbaren Luftstroms (L) von der Gebläseeinrichtung (3) in Richtung des Endes des Wärmetauschers (2), das der Gebläseeinrichtung (3) gegenüberliegend ist, geleitet wird.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Querstromlüfter (4), deren Drehachse sich in etwa senkrecht zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) und in etwa senkrecht zu einer Straßenoberfläche (O) erstreckt, und/oder eine Vielzahl von Axiallüftern, die mindestens in einer Reihe angeordnet sind, die sich in etwa senkrecht zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) und in etwa senkrecht zur Straßenoberfläche erstreckt, vorgesehen sind, und bevorzugt in einer Höhenrichtung des mindestens einen Wärmetauschers (2) auf gleicher Höhe angeordnet sind wie der Wärmetauscher (2).
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterzarge (100) in einem Querschnitt, in etwa senkrecht zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) und in etwa parallel zu einer Straßenoberfläche (O) gesehen, eine sich von der Mitte jeweils nach außen erweiternde Form, insbesondere eine sich keilförmig nach außen erweiternde Form, aufweist.
Lüfterzarge (100) für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für die Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: eine Befestigungseinrichtung (102), mittels der die Lüfterzarge (100) an mindestens einem von Frischluft durchströmbaren Wärmetauscher (2) eines Kraftfahrzeugs befestigbar ist, eine Aufnahmeeinrichtung (103), mittels der eine Gebläseeinrichtung (3) in Luftströmungsrichtung (R_Luft)hinter oder vor dem zumindest einen Wärmetauscher (2) aufnehmbar ist, und die Lüfterzarge (100) den Wärmetauscher (2) und die Gebläseeinrichtung (3) miteinander verbindet, insbesondere strömungsführend miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (103) so eingerichtet ist, dass die Gebläseeinrichtung (3) derart aufnehmbar ist, dass ein durch die Gebläseeinrichtung (3) erzeugbarer Luftstrom (L), nach dem Durchströmen des Wärmetauschers (2) in zumindest einer Querrichtung zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) abführbar ist.
Lüfterzarge (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (103) ferner so eingerichtet ist, dass sie mindestens einen Querstromlüfter (4), insbesondere einen walzenförmigen Querstromlüfter (4), und/oder eine Vielzahl von Axiallüftern, die bevorzugt in mindestens einer Reihe angeordnet sind, aufnehmen kann, wobei der mindestens eine Querstromlüfter (4) und/oder die Vielzahl von Axiallüftern bevorzugt in einer Höhenrichtung des mindestens einen Wärmetauschers (2) in einem unteren Bereich des Wärmetauschers (2), insbesondere zumindest teilweise unterhalb eines Abströmquerschnitts (A) des Wärmetauschers (2), angeordnet ist.
Lüfterzarge (100) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterzarge (100) in einem Querschnitt, in etwa parallel zur Luftströmungsrichtung (R_Luft) und in etwa senkrecht zu einer Straßenoberfläche (O) gesehen, eine sich erweiternde Form aufweist, insbesondere eine sich nach unten hin erweiternde Form aufweist, die bevorzugt keilförmig ist.
Lüfterzarge (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterzarge (100) zumindest abschnittsweise aus einem elastischen Material, insbesondere aus einer Gummihaut, ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, wobei die Brennkraftmaschine bevorzugt ferner die Lüfterzarge nach einem der Ansprüche 10 bis 13 umfasst.