DE3643050A1 - Kuehleranordnung bei einem kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleranordnung bei einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Fahrzeugen, die von einer wassergekühlten, aufge­ ladenen Brennkraftmaschine angetrieben werden und eine Klimaanlage enthalten, bereitet die Unterbringung der drei von Kühlluft durchströmten Kühler (der Kondensator kann auch als Kühler angesehen werden) im Motorraum des Fahrzeuges infolge der dort herrschenden, sehr beengten Platzverhältnisse, erhebliche Schwierigkeiten, wenn die Kühler in ausreichendem Maße von dem Fahrtwind durch­ strömt werden sollen. Man behilft sich daher häufig dadurch, daß mindestens einem der Kühler ein elektrisch angetriebenes Kühlgebläse zugeordnet wird, da die Luftein­ trittsöffnung in der Front jedes Kraftfahrzeuges im all­ gemeinen nicht so groß werden kann, daß hinter ihr drei Kühler nebeneinander angeordnet werden können. Selbst wenn dies möglich wäre, würde durch die dann sehr große Lufteintrittsöffnung der CW-Wert des Fahrzeuges in un­ erwünschter Weise vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühler­ anordnung zu schaffen, bei der alle drei Kühler in aus­ reichendem Maße von dem Fahrtwind durchströmt werden, die Kühler jedoch nur so wenig Raum beanspruchen, daß die Lufteintrittsöffnung gegenüber einem Fahrzeug mit nur einem Kühler nicht oder jedenfalls nicht nennens­ wert vergrößert werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rückkühler, der Kondensator und der Motorwasser­ kühler in dieser Reihenfolge unmittelbar hintereinander­ liegend hinter der Lufteintrittsöffnung in der Front­ partie des Kraftfahrzeuges angeordnet sind.

Da bei dieser Kühleranordnung die Stirnfläche der drei zusammengefaßten Kühler nicht größer oder jedenfalls nicht nennenswert größer sein muß als die Stirnfläche des Motorwasserkühlers bei einem Fahrzeug ohne Klima­ anlage und ohne Ladeluftkühler, braucht auch die Luft­ eintrittsöffnung nicht größer zu sein als bei solchen Fahrzeugen. Durch die Hintereinanderanordnung der drei Kühler kann der Kühlluftdurchsatz durch alle drei Kühler im Bedarfsfall durch einen einzigen Ventilator erzeugt werden, der in üblicher Weise von der Brennkraftmaschine, gegebenenfalls jedoch auch von einem Elektromotor ange­ trieben werden kann.

Durch die vorgeschlagene Reihenfolge der drei Kühler wird trotz der Hintereinanderanordnung eine ausreichende Kühlung aller drei Kühler durch den Fahrtluftstrom und/oder durch den von einem Ventilator erzeugten Luftstrom erreicht. Die Erfindung macht sich dabei den Umstand zunutze, daß der maximale Kühlluftbedarf der einzelnen Kühler bei unterschiedlichen Betriebs­ zuständen auftritt. Im Leerlauf und langsamer Fahrt findet keine Aufladung der Brennkraftmaschine statt, so daß die Flüssigkeit im zweiten Kühlkreislauf und damit auch der Rückkühler nicht erwärmt wird. Dagegen wird in diesen Betriebszuständen die Klimaanlage an heißen Tagen am stärksten belastet, da kein das Fahrzeug kühlender Fahrtwind vorhanden ist. Durch die Anordnung des Kondensators der Klimaanlage hinter dem Rückkühler wird der Kondensator als erster von kalter Kühlluft durchströmt, da der Rückkühler, wie erwähnt, in diesen Betriebszuständen keine Wärme abgibt. Der an letzter Stelle angeordnete Motorwasserkühler hat zwar auch bei langsamer Fahrt, beispielsweise bei Bergfahrten oder bei Fahrten mit Anhänger, sowie im Leerlauf nach hoher Belastung der Brennkraftmaschine einen hohen Kühlbedarf jedoch kann dieser Kühlbedarf trotz des Umstandes, daß die den Motorwasserkühler durchströmende Luft vorher durch den Kondensator der Klimaanlage er­ wärmt wurde, gedeckt werden, da die Kühlleistung des Kondensators nur einen Bruchteil, beispielsweise 1/6 der Kühlleistung des Motorwasserkühlers beträgt. Die Aufladung der Brennkraftmaschine erfolgt erst bei einem größeren Leistungsbedarf und höheren Fahrgeschwindig­ keiten. Hierbei erfolgt eine optimale Kühlung der Lade­ luft, da der Rückkühler an erster Stelle angeordnet ist, also als erster von dem Fahrtwind durchströmt wird. Die Wärmeabgabe des Kondensators ist bei hohen Fahrgeschwin­ digkeiten gering, da das Fahrzeug durch den Fahrtwind ausreichend gekühlt wird.

Es ist daher nicht schädlich, daß der Kondensator von bereits durch den Rückkühler erwärmter Luft durchströmt wird. Der Motorwasserkühler hat zwar bei Vollast eben­ falls einen großen Kühlbedarf, der jedoch durch den starken Fahrtwind gedeckt werden kann, auch wenn die den Motorwasserkühler durchströmende Luft durch den Rückkühler bereits vorgewärmt wurde. Diese Vorwärmung macht sich deswegen kaum bemerkbar, weil auch in diesem Fall die Kühlleistung des Rückkühlers nur einen Bruch­ teil, beispielsweise nur 1/5 der Kühlleistung des Motorwasserkühlers beträgt.

Da, wie vorher erwähnt, im Leerlauf und bei langsamer Fahrt keine Ladeluftkühlung stattfindet, der Motor­ wasserkühler jedoch unter Umständen einen hohen Kühl­ bedarf hat, kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Rückkühler in diesen Betriebszuständen parallel zu dem Motorwasserkühler an den ersten Kühl­ kreislauf angeschaltet werden, so daß eine zusätz­ liche Kühlfläche für das Motorkühlwasser zur Verfügung steht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht des offenen Motorraumes eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kühlkreis­ läufe, und

Fig. 3 ein Diagramm, aus dem der Kühlluftbedarf für die einzelnen Kühlkreisläufe hervorgeht.

Es sei zunächst auf Fig. 1 bezug genommen, in welcher der Motorraum 1 eines Kraftfahrzeuges 2 dargestellt ist, dessen Frontpartie 3 eine Lufteintrittsöffnung 4 ent­ hält. Im Motorraum 1 ist eine wassergekühlte Brenn­ kraftmaschine 5 angeordnet, deren Kühlkreislauf einen Wasserkühler 6 und eine Umwälzpumpe 6 a enthält. Die Ansaugleitung 7 der Brennkraftmaschine 5 enthält einen mechanisch oder durch eine Abgasturbine angetriebenen Lader 8 und einen flüssigkeitsdurchströmten Ladeluft­ kühler 9, in dessen Kühlkreislauf ein von Kühlluft durch­ strömter Flüssigkeitsrückkühler 10 angeordnet ist. Das Fahrzeug ist mit einer Klimaanlage ausgestattet, die einen Kühlkreislauf enthält, von dem lediglich der Kompressor 11, der Kondensator 12 und der Verdampfer 13 dargestellt sind.

Der Rückkühler 10, der Kondensator 12 und der Motor­ wasserkühler 6 sind, wie ersichtlich, in dieser Reihenfolge unmittelbar hintereinanderliegend hinter der Lufteintrittsöffnung 4 angeordnet. Sie werden somit nacheinander von dem Fahrtluftstrom und/oder von dem Luftstrom durchströmt, der von einem vor­ zugsweise direkt von der Brennkraftmaschine 5 ange­ triebenen Ventilator 14 erzeugt wird. Da der Kühlbe­ darf des Kühlers 12, des Kondensators 10 und des Motor­ wasserkühlers 6 sehr unterschiedlich ist - die maximale Kühlleistung beträgt für den Rückkühler 10 nur etwa 1/5 und für den Kondensator 12 nur etwa 1/6 der maxiamalen Kühlleistung des Motorwasserkühlers 6 - ist die Höhe des Rückkühlers 10 und des Kondensators 12 erheblich geringer als die Höhe des Motorwasserkühlers 6, wenn man für alle drei Bauteile 6, 10 und 12 gleich große Stirnflächen wählt, was im Hinblick auf den geringst­ möglichen Platzbedarf dieser drei Bauteile von Vorteil ist. Es wäre jedoch grundsätzlich auch möglich, die Stirnflächen des Rückkühlers 10 und des Kondensators 12 schmäler oder kürzer auszuführen als die Stirn­ fläche des Motorwasserkühlers 6, so daß ein Teil des letzteren direkt von Kühlluft durchströmt wird, aller­ dings unter Inkaufnahme einer entsprechenden Ver­ größerung der Höhe des Rückkühlers 10 und des Konden­ sators 12.

Durch die Hintereinanderanordnung der drei Bauteile 10, 12 und 6 wird erreicht, daß die Lufteintritts­ öffnung 4 nicht größer zu sein braucht als dies durch die Größe des Motorwasserkühlers 6 bedingt ist. Da­ durch, daß zuerst der Rückkühler 10, dann der Konden­ sator 12 und schließlich der Motorwasserkühler 6 von der Kühlluft durchströmt werden, ergibt sich kein nachteiliger Einfluß dieser Hintereinanderschaltung auf die Wärmeabgabe in den einzelnen Bauteilen 10, 12 und 6, da der maximale Kühlbedarf für diese Bau­ teile bei unterschiedlichen Betriebsarten bzw. Fahrt­ geschwindigkeiten auftritt.

Hierzu sei auf das Diagramm in Fig. 3 Bezug genommen, in dem auf der Abzisse die Fahrgeschwindigkeit V und auf der Ordinate die Kühlleistung N aufgetragen ist. Der Linienzug A veranschaulicht den Kühlbedarf des Motor­ wasserkühlers 6, der Linienzug B den Kühlbedarf des Kondensators 12 und der Linienzug C den Kühlbedarf des Rückkühlers 10. Es ist ersichtlich, daß der Rückkühler 12 erst ab einer bestimmten Geschwindigkeit V 1 gekühlt werden muß, da erst dann die Aufladung einsetzt. Im Bereich von V 0-V 1 findet somit keine Kühlung der den Rückkühler 12 durchströmenden Flüssigkeit und da­ mit auch keine oder nur geringe Erwärmung der diesen durchströmenden Luft statt. Demzufolge durchströmt in diesem Bereich nicht vorgewärmte Luft den Kondensator 12 und den Motorwasserkühler 6, wodurch eine aus­ reichende Wärmeabführung aus dem Motorkühlwasser und aus dem Kältemittel der Klimaanlage erreicht wird. Die Erwärmung der Luft beim Durchströmen des Kondensators 12 wirkt sich nicht wesentlich auf die Wärmeabführung in dem Motorwasserkühler 6 aus, da dessen Kühlleistung ein Mehrfaches der Kühlleistung des Kondensators 12 beträgt. Im Punkt V 1, bei dem die Erwärmung der Kühl­ luft durch den Rückkühler 10 einsetzt, ist der Kühl­ bedarf des Kondensators 12 bereits stark abgesunken, da bei dieser Geschwindigkeit schon eine starke Kühlung des Fahrzeuges durch den Fahrtwind stattfindet. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit und entsprechend zu­ nehmender Belastung der Brennkraftmaschine steigt der Kühlbedarf des Rückkühlers 10 bis zur Höchstgeschwindig­ keit V 2 an und ebenso auch der Kühlbedarf des Motor­ wasserkühlers 6. Da der Rückkühler 12 an erster Stelle angeordnet ist, also direkt von dem Fahrtluftstrom be­ aufschlagt wird, findet eine sehr intensive Kühlung der Ladeluft statt. Die dadurch erfolgte Erwärmung der Kühl­ luft wirkt sich wiederum auf die Kühlung des Motorwasser­ kühlers 6 nicht wesentlich aus, da dessen Kühlleistung ein Vielfaches der Kühlleistung des Rückkühlers 10 be­ trägt. Somit kann trotz Hintereinanderanordnung der drei Kühlelemente 10, 12 und 6 durch die gewählte Reihenfolge eine ausreichende Kühlung sowohl der Ladeluft als auch des Motorkühlwassers und des Kältemittels der Klima­ anlage erreicht werden.

In Fig. 2 sind schematisch die Kühlkreisläufe der Brennkraftmaschine 5, des Ladeluftkühlers 9 und der Klimaanlage dargestellt. Da beim Stillstand und im unteren Fahrbereich des Fahrzeuges sowie im Leerlauf der Brennkraftmaschine keine Ladeluftkühlung erfolgt, kann der Rückkühler in diesen Betriebsbereichen zur zusätzlichen Kühlung des Motorkühlwassers herangezogen werden. Zu diesem Zweck ist der Rückkühler 10 parallel zum Kühler 6 in den Kühlwasserkreislauf der Brennkraft­ maschine 5 eingeschaltet. Die Förderung der Kühlflüssig­ keit für die Ladeluft erfolgt durch die Pumpe 6 a, von deren Förderseite eine Abzweigung 16 zum Rückkühler 10 ausgeht. Nach Durchströmen des Rückkühlers 10 und des Ladeluftkühlers 9 gelangt die Kühlflüssigkeit durch die Leitung 17 wieder in die Ansaugleitung 18 der Pumpe 6 a. Mit 19 ist die übliche Bypaßleitung be­ zeichnet, die von einem Thermostatventil 20 beherrscht wird, welches den Motorwasserkühler 6 umgeht, wenn die Betriebstemperatur noch nicht erreicht ist.

Sei dieser Ausführung ist der Rückkühler 10 zum Motorwasserkühler 6 ständig parallel geschaltet und er unterstützt somit die Wärmeabführung aus dem Motorkühlwasser, wenn keine Kühlung der Lade­ luft im Ladeluftkühler 9 erfolgt.

Claims (2)

1. Kühleranordnung bei einem Kraftfahrzeug mit einer flüssigkeitsgekühlten, aufgeladenen Brennkraft­ maschine, die einen ersten Kühlkreislauf mit einer Pumpe und einem von Kühlluft durchströmten Motor­ wasserkühler und einem zweiten Kühlkreislauf mit einem flüssigkeitsdurchströmten Ladeluftkühler und einem von Kühlluft durchströmten Flüssigkeits-Rück­ kühler aufweist, und mit einer Klimaanlage, die einen von Kühlluft durchströmten Kondensator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkühler (10), der Kondensator (12) und der Motorwasserkühler (6) in dieser Reihenfolge unmittelbar hintereinanderliegend hinter einer Lufteintrittsöffnung (4) in der Frontpartie (3) des Kraftfahrzeuges (1) angeordnet sind.

2. Kühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rückkühler (12) parallel zu dem Motorwasserkühler (6) an den ersten Kühlkreislauf angeschaltet ist.