DE102008039293A1

DE102008039293A1 - Kraftwagen mit einer in ein Radhaus integrierten Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102008039293A1
Application number: DE102008039293A
Authority: DE
Inventors: Gerd Kalauch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-08-23
Also published as: DE102008039293B4; IT1395360B1; ITMI20091496A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftwagen (10) mit einer Kühlvorrichtung zum Kühlen eines flüssigen oder gasförmigen Mediums. Diese umfasst ein Wärmetauscherelement (12), wobei zumindest ein Bereich einer Wandung des Wärmetauscherelementes (12) als Außenwandung (20) einer Radhausverkleidung des Kraftwagens ausgebildet ist. Das Wärmetauscherelement (12) enthält zwei Strömungskanäle (16, 18), welche durch eine Trennwand (22) getrennt sind. Einer dieser Kanäle wird vom zu kühlenden Medium durchströmt, der andere durch weitere Kühlluft. Eine Wärmeabgabe des zu kühlenden Mediums erfolgt somit einerseits über die Wandung der Radhausverkleidung an die Umgebungsluft und andererseits über die Trennwand (22) zwischen den Strömungskanälen (16, 18) an einen weiteren Kühlluftstrom, welcher bevorzugt im Gegenstrom zum zu kühlenden Medium geführt ist. Damit kann eine hohe Kühlleistung des Wärmetauschers erzielt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftwagen mit einer in ein Radhaus integrierten Kühlvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Eine derartige Kühlvorrichtung ist aus der DE 20 2005 004 484 U1 bekannt.
Die DE 20 2005 004 484 U1 offenbart ein Kühlsystem für Verbrennungsmotoren, bei welchem ein Wärmetauscher zumindest teilweise von einer Radhausverkleidung gebildet wird. Ein Kanal für das zu kühlende Medium folgt dabei dem Umfang der Radhausverkleidung, so dass das zu kühlende Medium mit der Außenwandung der Radhausverkleidung in Kontakt steht. Diese dient somit als Wärmetauscherfläche. Solche Kühlvorrichtungen nutzen den Fahrtwind bzw. durch die Raddrehbewegung verursachte Luftströmungen im Radhaus zur Wärmeabfuhr aus einem zu kühlenden Medium. Durch die damit einhergehende Erwärmung der Radhausverkleidung kann zudem unter winterlichen Bedingungen die Vereisung des Radhauses vermieden werden. Eine derartige Anordnung leidet unter einer relativ geringen Wärmetauscherfläche und einer geringen Kontaktzeit des zu kühlenden Mediums mit dieser Wärmetauscherfläche.
Die US 3,770,049 offenbart eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Mediums in einem Kraftwagen, bei welcher Rohre schlangenförmig im Bereich der Radhäuser angeordnet sind. Derartige Anordnungen stellen zwar eine relativ große Wärmeaustauschfläche zur Verfügung, durch die schlangenförmige Leitungsführung kommt es jedoch zu signifikanten Druckverlusten im Kühlmittelkreislauf. Auch in Bezug auf die Luftströmungsverhältnisse am Kraftwagen sind derartige Anordnungen ungünstig, da sie zu zusätzlichen turbulenten Verwirbelungen der anströmenden Luft führen. Dadurch wird der Gesamtluftwiderstand des Fahrzeugs nachteilig erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Kraftwagen mit einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass eine effizientere Kühlung des zu kühlenden flüssigen oder gasförmigen Mediums ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein derartiger Kraftwagen mit einer Kühlvorrichtung zum Kühlen eines flüssigen oder gasförmigen Mediums weist ein Wärmetauscherelement sowie eine Radhausverkleidung auf. Zumindest ein Bereich einer Wandung des Wärmetauscherelements ist dabei als Außenwandung der Radhausverkleidung ausgebildet. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Wärmetauscherelement zwei Strömungskanäle umfasst, welche durch eine Trennwand getrennt sind. Damit ist es möglich, durch einen der Strömungskanäle strömendes, zu kühlendes Medium effizienter zu kühlen. Der zweite Strömungskanal kann als weiterer Luftkanal dienen, durch welchen Umgebungsluft geleitet werden kann. Das zu kühlende Medium wird also nicht mehr allein durch die an der Radhausaußenwandung vorbeiströmende Außenluft, sondern zusätzlich durch Luft, welche durch den zweiten Strömungskanal strömt, gekühlt. Die effektive Wärmetauscherfläche des Wärmetauscherelementes wird somit vergrößert und die Wärmeabfuhr aus dem zu kühlenden Medium verbessert.
Zur Verwirklichung der Erfindung sind insbesondere Mittel zum Zuführen von Umgebungsluft zu einem ersten Strömungskanal des Wärmetauscherelementes sowie Mittel zum Zuführen von zu kühlendem Medium zu einem zweiten Strömungskanal des Wärmetauscherelementes vorgesehen. Um die Kühlleistung des Wärmetauscherelementes weiter zu verbessern, sind bevorzugt im Innenraum des zweiten Strömungskanals Kühlrippen angeordnet, welche mit der Außenwandung und/oder der Trennwand gekoppelt sind. Die Wärmetauscherfläche und damit die Wärmeabfuhr aus dem zu kühlenden Medium wird so weiter erhöht. Durch eine geeignete strömungsgünstige Anordnung der Kühlrippen kann dabei ein übergroßer Druckverlust im den zweiten Strömungskanal durchströmenden, zu kühlenden Medium vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Zuführen von Umgebungsluft und die Mittel zum Zuführen von zu kühlendem Medium so an geordnet, dass eine Strömungsrichtung des zu kühlenden Mediums im zweiten Strömungskanal gegenläufig zu einer Strömungsrichtung der Luft im ersten Strömungskanal ist. Durch eine derartige Gegenstromkühlung wird die Kühlleistung des Wärmetauscherelementes weiter verbessert, da an jedem Punkt des Wärmetauscherelementes die jeweilige Temperaturdifferenz zwischen zu kühlendem Medium und Kühlluft größer ist als bei gleichsinnigem Strömungsverlauf. Der zweite Strömungskanal ist dabei bevorzugt so ausgebildet, dass er eine Wandung des Wärmetauscherelements umfasst, die als Außenwandung der Radhausverkleidung ausgebildet ist. Die Kühlung des durchströmenden Mediums erfolgt somit auf einer Seite des zweiten Strömungskanals durch die Außenwandung der Radhausverkleidung anströmende Umgebungsluft bzw. durch die Radbewegung verwirbelte Umgebungsluft und auf der anderen Seite des zweiten Strömungskanals durch Kühlluft, welche den ersten Strömungskanal durchströmt.
Eine derartige Kühlvorrichtung kann als Vorkühlen für Ladeluft für den Motor des Kraftwagens dienen. Hierbei umfasst der zweite Strömungskanal eine Medieneintrittsöffnung, welche mit einem Abgasturbolader oder Ladeluftkompressor des Kraftwagens verbunden ist, und eine Medienaustrittsöffnung, welche mit einem Ladeluftkühler des Kraftwagens verbunden ist. Durch die Serienschaltung der genannten Kühlvorrichtung mit einem weiteren Ladeluftkühler wird so eine effizientere Kühlung der Ladeluft erreicht. Aufgrund der größeren Dichte der so gekühlten Ladeluft sind größere Einspritzmengen im Motor möglich, was zu einer Steigerung der Motorleistung und zu einer Senkung des Kraftstoffverbrauches führt.
Alternativ hierzu kann eine derartige Vorrichtung als Kraftstoffkühler dienen. Hierbei umfasst der zweite Strömungskanal eine Medieneintrittsöffnung, welche mit einer Kraftstoffrückführleitung des Kraftwagens verbunden ist, und eine Medienaustrittsöffnung, welche mit einem Kraftstofftank des Kraftwagens verbunden ist. Da, insbesondere bei Direkteinspritzsystemen, grundsätzlich mehr Kraftstoff vom Tank zum Motor gefördert wird, als momentan vom Motor tatsächlich benötigt wird, muss überschüssiger Kraftstoff zum Tank zurückgeführt werden. Da bei Direkteinspritzung der Kraftstoff mit einem Druck beaufschlagt und dadurch erhitzt wird, ist es nötig, diesen vor der Rückführung in den Kraftstofftank zu kühlen. Dies kann besonders bauraumsparend durch die geschilderte Art der Kühlung realisiert werden.
Um die durch den ersten Strömungskanal geförderte Luftmenge, insbesondere bei Langsamfahrt des Kraftwagens, zu erhöhen, kann im Bereich einer Luftaustrittsöffnung des ersten Strömungskanals ein Lüfter angeordnet werden. Damit kann eine gleichmäßige Kühlwirkung auch bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten gewährleistet werden. Die Lufteintrittsöffnung des ersten Strömungskanals ist dabei bevorzugt derart angeordnet, dass ein Eintreten von Luft von einer Fahrzeugfront her gefördert wird. Eine derartige Lufteintrittsöffnung kann sich entweder unmittelbar an der Fahrzeugfront befinden oder in Form von Kiemen oder Luftansaughutzen an einer Seitenwand des Kraftwagens realisiert sein. Ersteres bietet sich an bei der Verwendung der vorderen Radhausverkleidungen als Wärmetauscherflächen, letzteres bei Anordnung eines Wärmetauscherelementes in den hinteren Radhäusern. Die Luftaustrittsöffnung des ersten Strömungskanals weist dabei bevorzugt in Richtung eines Fahrzeughecks. Dadurch wird die Durchströmung des ersten Strömungskanals mit Umgebungsluft weiter verbessert, da sich bei Vorwärtsbewegung des Kraftwagens im Heckbereich ein Unterdruck aufbaut. Der Luftmassenstrom durch den ersten Strömungskanal wird also durch die Druckdifferenz zwischen Staudruck an der Lufteintrittsöffnung und Unterdruck am Fahrzeugheck erhöht und somit die Kühlleistung des Wärmetauscherelementes weiter verbessert.
Im Folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftwagens mit einer Kühlvorrichtung zur Ladeluftvorkühlung; und
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftwagens mit einer Kühlvorrichtung zur Kraftstoffkühlung.
In dem in 1 schematisch dargestellten Heckbereich eines Kraftwagens 10 ist ein Wärmetauscherelement 12 im Bereich eines hinteren Radhauses 14 angeordnet. Das Wärmetauscherelement 12 umfasst einen ersten 16 und einen zweiten Strömungskanal 18. Die Strömungskanäle 16, 18 folgen dabei in ihrem Verlauf der Krümmung der Radhauswandung 20, welche gleichzeitig die Wandung des zweiten Strömungskanals 18 bildet. Erster 16 und zweiter Strömungskanal 18 sind durch eine Trennwand 22 voneinander abgetrennt. Der erste Strömungskanal 12 dient als Luftkanal zum Transport von Kühlluft, der zweite Strömungskanal 18 ist der eigentliche Kühlkanal zum Transport des zu kühlenden Mediums. Das zu kühlende Medium, hier die Ladeluft für den Motor des Kraftwagens 10, wird, von einem Abgasturbolader oder Ladeluftkompressor kommend, über die Eintrittsöffnung 24 dem zweiten Strömungskanal 18 zugeführt. Die Ladeluft durchströmt den Strömungskanal 18 in Richtung des Pfeiles 26 und gibt dabei Wärme über die Wandung 20 der Radhausverkleidung an die Umgebungsluft, sowie über die Trennwand 22 an die den ersten Strömungskanal 12 durchströmende Luft ab. Um den Wärmeübertritt zu fördern, sind im Innenraum des zweiten Strömungskanals 26 Kühlrippen 28 angeordnet, welche mit der Wandung 20 und der Trennwand 22 gekoppelt sind. Nach Durchströmen des zweiten Strömungskanals 18 tritt die Ladeluft über die Austrittsöffnung 30 aus dem zweiten Kühlkanal aus. Über eine Leitung 32 wird die Ladeluft in Richtung des Pfeiles 33 dem eigentlichen Ladeluftkühler 34 zugeführt und gelangt nach Durchströmen des Ladeluftkühlers 34 über dessen Austrittsöffnung 36 und eine weitere, nicht gezeigte Leitung schließlich zum Motor des Kraftwagens.
Im Fahrbetrieb des Kraftwagens 10 wird dieser von Fahrtwind in Richtung des Pfeiles 38 angeströmt. Über eine Ansaughutze 40 wird der Fahrtwind zunächst zum Ladeluftkühler 34 geleitet und durchströmt diesen. In Strömungsrichtung hinter dem Ladeluftkühler 34 wird der Luftstrom durch ein Trennelement 42 aufgeteilt. Ein erster Teil der Luft wird entlang der Richtung des Pfeiles 44 abgeleitet und tritt durch eine Luftaustrittsöffnung 46 wieder in die Umgebung aus. Ein zweiter Teil des Luftstromes 8 wird in Richtung des Pfeiles 48 geleitet und gelangt so in den ersten Strömungskanal 16 des Wärmetauscherelementes 12, den er in Richtung des Pfeiles 50 durchströmt. Das den zweiten Strömungskanal 18 des Wärmetauscherelementes 12 durchströmende, zu kühlende Medium wird somit von der vorbeiströmenden Luft im ersten Strömungskanal 16 nach dem Gegenstromprinzip gekühlt. Um eine hinreichende Kühlleistung auch bei Langsamfahrt des Kraftwagens 10 zu gewährleisten, ist im Bereich der Austrittsöffnung 52 des ersten Strömungskanals 16 ein Lüfter 54 angeordnet, über den gegebenenfalls auf geregelte Weise der gewünschte Luftmassenstrom aufrechterhalten werden kann.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt. Das Wärmetauscherelement 12 ist hier als Kraftstoffkühler eingesetzt. Überschüssiger, vom (nicht gezeigten) Einspritzsystem zurückgeführter Kraftstoff, welcher durch die Verdichtung im Einspritzsystem erhitzt wurde, wird hier über die Medien eintrittsöffnung 24 dem zweiten Strömungskanal 18 des Wärmetauscherelementes 12 zugeführt. Der Kraftstoff durchströmt den zweiten Strömungskanal 18 wiederum in Richtung des Pfeiles 26 und gibt seine Wärme über die Wandung 20 und die Trennwand 22 an die Umgebungsluft bzw. die den ersten Strömungskanal 16 durchströmende Luft ab. Wiederum wird der Wärmeübertritt durch Kühlrippen 28 gefördert. Nach Durchströmen des zweiten Strömungskanals 18 wird der abgekühlte Kraftstoff über die Austrittsöffnung 30 und eine nicht gezeigte Leitung wieder zum Kraftstofftank des Kraftwagens 10 zurückgeführt. Die Kühlung erfolgt hier also lediglich im zweiten Strömungskanal 10 des Wärmetauscherelements 12. Ein zweiter Kühler, der diesem in Strömungsrichtung nachgeschaltet ist, wie der Ladeluftkühler 34 in 1, ist hier nicht nötig. Auch die Führung der Kühlluft unterscheidet sich vom ersten, in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Wiederum tritt Fahrtwind entlang des Pfeiles 38 in eine Ansaughutze 40 ein. Die Luftströmung wird hier allerdings durch das Trennelement 42 bereits aufgeteilt, bevor der Gesamtluftstrom einen Kühler durchtreten hat. Ein Teilluftstrom wird entlang des Pfeiles 44 durch einen Wärmetauscher 56 geleitet, der beispielsweise Bestandteil eines Ölkühlers sein kann und welchem ein weiteres zu kühlendes Medium von einer weiteren Kraftwagenkomponente 57 zugeführt wird. Ein zweiter Teilluftstrom folgt der Richtung des Pfeiles 48. Dieser Teilluftstrom durchtritt den Kühler 56 nicht und gelangt daher mit Umgebungstemperatur in den ersten Strömungskanal 16 des Wärmetauscherelements 12, welchen er in Richtung des Pfeiles 50 durchströmt. Die Kühlwirkung ist in diesem Fall also höher als im ersten Ausführungsbeispiel, was den Verzicht auf einen nachgelagerten Kühler für das den zweiten Strömungskanal 18 durchströmende Medium möglich macht. Wiederum ist im Bereich der Austrittsöffnung 52 des ersten Strömungskanals 16 ein Lüfter 54 angebracht, um auch bei Langsamfahrt oder Stillstand einen hinreichenden Luftmassenstrom zu gewährleisten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202005004484 U1 [0001, 0002]
- US 3770049 [0003]

Claims

Kraftwagen (10) mit einer Kühlvorrichtung zum Kühlen eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, mit einer Radhausverkleidung und einem Wärmetauscherelement (12), wobei zumindest ein Bereich einer Wandung des Wärmetauscherelements als Außenwandung (20) der Radhausverkleidung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherelement (12) zwei Strömungskanäle (16, 18) umfasst, welche durch eine Trennwand (22) getrennt sind.
Kraftwagen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung Mittel (40) zum Zuführen von Umgebungsluft zu einem ersten Strömungskanal (16) des Wärmetauscherelements (12) umfasst.
Kraftwagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung Mittel (24) zum Zuführen von zu kühlendem Medium zu einem zweiten Strömungskanal (18) des Wärmetauscherelements (12) umfasst.
Kraftwagen (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des zweiten Strömungskanals (18) Kühlrippen (28) angeordnet sind, welche mit der Außenwandung (20) und/oder der Trennwand (22) gekoppelt sind.
Kraftwagen (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (40) zum Zuführen von Umgebungsluft und die Mittel (24) zum Zuführen von zu kühlendem Medium so angeordnet sind, dass eine Strömungsrichtung (26) des zu kühlenden Mediums im zweiten Strömungskanal (18) gegenläufig zu einer Strömungsrichtung (50) der Luft im ersten Strömungskanal (16) ist.
Kraftwagen (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal (18) eine Wandung des Wärmetauscherelements umfasst, die als Außenwandung (20) der Radhausverkleidung ausgebildet ist
Kraftwagen (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal (18) eine Medieneintrittsöffnung (24), welche mit einem Abgasturbolader oder Ladeluftkompressor des Kraftwagens (10) verbunden ist, und eine Medienaustrittsöffnung (30) umfasst, welche mit einem Ladeluftkühler des Kraftwagens (10) verbunden ist.
Kraftwagen (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal (18) eine Medieneintrittsöffnung (24), welche mit einer Kraftstoffrückführleitung des Kraftwagens (10) verbunden ist, und eine Medienaustrittsöffnung (30) umfasst, welche mit einem Kraftstofftank des Kraftwagens (10) verbunden ist.
Kraftwagen (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Luftaustrittsöffnung (52) des ersten Strömungskanals (16) ein Lüfter (54) angeordnet ist.
Kraftwagen 810) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lufteintrittsöffnung (40) des ersten Strömungskanals derart angeordnet ist, dass ein Eintreten von Luft von einer Fahrzeugfront her gefördert wird.
Kraftwagen (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftaustrittsöffnung (52) des ersten Strömungskanals in Richtung einer Fahrzeughecks weist.