DE102008039726A1

DE102008039726A1 - Luftführungseinrichtung

Info

Publication number: DE102008039726A1
Application number: DE200810039726
Authority: DE
Inventors: Peter Hayes
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Ein Kraftfahrzeug (2) mit einem durch eine Ablufthaube (34) gegenüber dem restlichen Motorraum (24) gekapselten Wärmetauscher (28) für ein Antriebsaggregat (26) weist wenigstens einen Luftführungskanal (36) auf, der die Abluft stromabwärts des Wärmetauschers (28) in ein Radhaus (10) des Kraftfahrzeugs (2) einleitet. Hierdurch wird innerhalb des Radhauses (10) ein Druckanstieg erzeugt, der die Strömungsverhältnisse innerhalb des Radhauses (10) und/oder die Verhältnisse zwischen der Unterbodenströmung (18) und der Strömung im Radhaus (10) und/oder die Verhältnisse zwischen der seitlichen Umströmung des Kraftfahrzeugs (2) und der Strömung im Radhaus (10) im Sinn einer Reduzierung des Luftwiderstands beeinflusst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftführungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Luftführungseinrichtungen sind beispielsweise aus der DE 29 13 648 A1 , der GB 2 174 652 A und der EP 0 122 254 B1 bekannt. Durch die bekannten Luftführungseinrichtungen wird erreicht, dass die den Wärmetauscher durchströmende Kühlluft nicht noch zusätzlich den Motorraum durchströmt. Stattdessen wird der Kühlluftstrom unmittelbar stromabwärts des Wärmetauschers gezielt und mit geringen Strömungsverlusten in Richtung des Unterbodens abgeleitet.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Luftführungseinrichtung derart weiterzubilden, dass der Luftwiderstandsbeiwert des Kraftfahrzeugs weiter minimiert wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Luftführungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Kerngedanke ist es hierbei, zumindest einen Teil der mittels der Ummantelung des Wärmetauschers gesammelten Abluft in ein Radhaus des Kraftfahrzeugs einzuleiten, um bei Fahrt des Kraftfahrzeugs den Druck im Radhaus zu erhöhen.
Der Anteil der Radhäuser, insbesondere der vorderen Radhäuser von Personenkraftwagen, am Luftwiderstand ist recht hoch. Dies liegt daran, dass Radhäuser vorrangig nicht nach aerodynamischen, sondern nach funktionalen Gesichtspunkten, wie beispielsweise einer ausreichenden Freigängigkeit der Räder, ausgelegt werden.
Die Luftwiderstände im Bereich des Radhauses entstehen vor allem durch die Umlenkung der etwa parallel zur Fahrtrichtung verlaufenden Unterbodenströmung in eine aufwärts gerichtete Strömung im vorderen Teil des Radhauses infolge des Unterdrucks im Radhaus. Eine weitere Ursache für die Luftwiderstände im Radhausbereich ist das Aufstauen der Strömung im Bereich der hinteren Wandung des Radhauses. Schließlich wird der Luftwiderstand auch durch Verwirbelungen mit der seitlich am Kotflügel des Kraftfahrzeugs vorbei strömenden Luft erhöht.
Durch die erfindungsgemäße Lufteinleitung wird der Druck im Radhaus erhöht. Dies hat zur Folge, dass aus der während der Fahrt des Kraftfahrzeugs sich einstellenden Unterbodenströmung signifikant weniger Luft in das Radhaus einströmt, wodurch der Luftwiderstand, resultierend aus den Strömungsverlusten der Unterbodenströmung, deutlich reduziert wird.
Vor allem bei Kraftfahrzeugen mit einem kleinen vorderen Überhang, bei denen also die Radhäuser weit vorne positioniert sind, ist der Druck an den offenen Bereichen des Radhauses sehr gering. Somit ist bei derartigen Kraftfahrzeugen die Einströmung in das Radhaus und/oder die Durchströmung des Radhauses mit Luft aus der Unterbodenströmung besonders hoch. Deshalb wirkt sich bei diesen Kraftfahrzeugen die Erfindung besonders vorteilhaft aus.
Die Erfindung ist nicht auf vordere Radhäuser von Kraftfahrzeugen beschränkt, sondern kann selbstverständlich in analoger Weise auch bei hinteren Radhäusern, bevorzugt in Kombination mit einem im Heck des Kraftfahrzeugs angeordneten Antriebsaggregat, angewandt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Luftführungseinrichtung in der Seitenansicht,
2 einen schematischen Längsschnitt des Kraftfahrzeugs von 1,
3 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers für das Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs, mit einer Ummantelung,
4 eine schematische Draufsicht auf den Motorraum des Kraftfahrzeugs und
5 einen schematischen Querschnitt durch die Ummantelung, mit Blickrichtung in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs.
Von einem in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichneten Kraftfahrzeug ist in 1 lediglich der vordere Abschnitt mit einer Fahrzeugfront 4, einer Motorhaube 6, einem Kotflügel 8, einem Radhaus 10 und einem Vorderrad 12 dargestellt. Der vordere Überhang, also das Maß von der vordersten Begrenzung der Fahrzeugfront 4 bis zur Mitte des Vorderrads 12, ist mit 14 bezeichnet. Bei Fahrt des Kraftfahrzeugs 2 in Fahrtrichtung 16 stellt sich eine Unterbodenströmung 18 ein. Ein Teil des Luftstroms aus der Unterbodenströmung 18 wird als Radhauseinströmung 20 nach oben in Richtung des Radhauses 10 abgelenkt. Außerdem stellen sich im Seitenbereich des Kotflügels 8 Verwirbelungen 22 ein, die aus Interferenzen zwischen der seitlichen Umströmung des Kraftfahrzeugs 2 und der Luft im Radhaus 10 resultieren. Die Radhauseinströmung 20 wird maßgeblich durch den innerhalb des Radhauses 20 herrschenden Unterdruck verursacht, der sich bei Fahrt des Kraftfahrzeugs 2 einstellt. Auch das Aufstauen der Strömung 23 im hinteren Bereich des Radhauses 10 erhöht den Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs 2.
Wie aus 2 hervorgeht, ist unterhalb der Motorhaube 6 im Motorraum 24 des Kraftfahrzeugs 2 ein wassergekühltes Antriebsaggregat 26 angeordnet. Das Kühlwasser des Antriebsaggregats 26 wird in einem Wärmetauscher 28 durch die angeströmte Luft 29 oder die von einem Lüfter 30 geförderte Luft 29 gekühlt. Der Wärmetauscher 28 ist zusammen mit dem Lüfter 30 hinter Lufteinlässen 32 in der Fahrzeugfront 4 angeordnet. An den Wärmetauscher 28 schließt sich stromabwärts eine Ummantelung in Form einer Ablufthaube 34 an. Die Ablufthaube 34 sammelt die gesamte durch den Wärmetauscher 28 hindurchströmende Kühlluft und verhindert, dass die Kühlluft nach dem Durchtritt durch den Wärmetauscher 28 den restlichen Motorraum 24 durchströmt. Hierdurch werden unkontrollierte Luftströmungen im Motorraum 24 vermieden. Durch die Senkung des „Kühlluftwiderstands”, der aus Strömungs- und Impulsverlusten bei diffuser Motorraumdurchströmung resultiert, wird der Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs 2 insgesamt reduziert. Auch kann die Warmlaufphase des Antriebsaggregats 26 verkürzt werden, da bei einer konventionellen Durchströmung des Motorraums 24 die anfangs kalte Abluft des Wärmetauschers 28 dem schnellen Erreichen der Betriebstemperatur des Antriebsaggregats 26 entgegenwirkt.
Die Ablufthaube 34 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den 2 und 3 mehrere Luftführungskanäle 36 bis 40 auf. Die oberen Luftführungskanäle 36 reichen bis an die Innenseite der Kotflügel 8 und haben einen vergleichsweise großen Querschnitt. Sie leiten den Hauptanteil des durch den Wärmetauscher 28 hindurch tretenden Luftstroms ab. Die oberen Luftführungskanäle 36 münden in Luftaustrittsöffnungen 42 in den Radhäusern 10, wie in 1 anhand des linken Radhauses 3 dargestellt ist. Die Luftführungskanäle 38 und 40 dienen einer gezielten Bauteilkühlung, im Fall der Luftführungskanäle 38 zum Beispiel zur Kühlung eines Abgaskrümmers oder eines Turboladers. Die unteren Luftführungskanäle 40 leiten Kühlluft zum Bereich einer Ölwanne oder eines Vorderachsgetriebes. Die Luftführungskanäle 36 bis 40 können über Klappen geöffnet bzw. verschlossen werden, wie beispielhaft anhand der Klappe 44 im Luftführungskanal 36 dargestellt. Die aus den Luftführungskanälen 36 bis 40 ausströmende Abluft ist trotz ihrer im Vergleich zur Umgebungstemperatur höheren Temperatur noch in der Lage, insbesondere Bauteile mit sehr hohen Betriebstemperaturen, wie Abgasanlagen oder Turbolader, wirkungsvoll zu kühlen.
Durch den erfindungsgemäß mittels der Luftführungskanäle 36 und den Luftaustrittsöffnungen 42 erzeugten Luftstrom 46 (siehe 1) wird im Radhaus 10 ein Druckanstieg erzeugt. Dieser Druckerhöhung vermindert die Radhauseinströmung 20, wodurch der Luftwiderstand deutlich reduziert werden kann. Wie aus 1 hervorgeht, ist die Luftaustrittsöffnung 42 in der oberen Hälfte des Radhauses 10 angeordnet.
Durch die Anordnung und/oder Gestaltung des Luftführungskanals 36 und/oder der Luftaustrittsöffnung 42 kann die Strömungsrichtung des austretenden Luftstroms 46 beeinflusst werden. Auch kann zu diesem Zweck im Bereich der Luftaustrittsöffnung 42 eine nicht dargestellte Düse und/oder eine Luftleiteinrichtung vorgesehen sein, um eine zum Unterboden gerichtete Strömung zu erzeugen.
Die aus der Luftaustrittsöffnung 42 ausströmende Luft 46 ist bevorzugt in Richtung auf den Unterboden, also senkrecht nach unten, gerichtet. Hierzu sind beispielsweise an den Endabschnitten der etwa horizontal und quer zur Fahrtrichtung 16 verlaufenden Luftführungskanäle 36 plattenartige Luftleitbleche mit einem Anstellwinkel von etwa 45° vorgesehen. Der Impuls der nach unten ausströmenden Luft 46 wirkt – zusätzlich zum erzeugten Druckanstieg im Radhaus 10 – der einströmenden Luft aus der Unterbodenströmung 20 entgegen.
Wie aus 4 hervorgeht, wird die Abluft 52 stromabwärts des Wärmetauschers 28 möglichst frei von strömungsmechanischen Verlusten innerhalb der Ablufthaube 34 und den Luftführungskanälen 36 bis 40 geführt. Um eine möglichst anliegende Strömung zu erzielen, ist die gesamte Abluftführung in geschwungener Geometrie 54 ausgeführt. Zu demselben Zweck ist auch die Position und/oder die Ausrichtung der Abgriffe für die Luftführungskanäle 36 bis 40 entsprechend optimiert.
Neben dieser strömungsmechanischen Optimierung wirkt sich die Position der Abgriffe für die Luftführungskanäle 36 bis 40 auch auf die Aufteilung der Luftmenge auf die einzelnen Luftführungskanäle 36 bis 40 aus.
Entscheidend für die Verteilung der Luftmengen ist weiterhin die Drehrichtung 56 des Lüfters 30. Wie aus dem Ausführungsbeispiel der 5 hervorgeht, ist bei links drehendem Lüfter 30 die im rechten Luftführungskanal 36 (führt zum rechten Radhaus 10) geförderte Luftmenge größer als im linken Luftführungskanal 36. Die Anbringung des Luftführungskanals 38 zur Bauteilkühlung sorgt für den nötigen Ausgleich der unterschiedlichen Luftfördermengen, indem ein Teil der Luftmenge aus dem rechten Luftführungskanal 36 entnommen wird. Dieser Ausgleich ist erforderlich, um in beide Radhäuser 62 eine etwa gleich große Luftmenge einzubringen, also im rechten und im linken Radhaus 62 eine etwa gleich große Druckerhöhung zu erreichen. Die unterschiedlichen Luftfördermengen können insbesondere bei Kraftfahrzeugen 2 ausgeglichen werden, in deren Motorraum 24 unterschiedlich hohe Temperaturen auftreten, beispielsweise infolge der Anordnung der Abgasanlage des Antriebsaggregats 26. So bietet sich der links drehende Lüfter 30 gemäß 5 für eine rechts angeordnete Abgasanlage an, da in diesem Fall einerseits für die Luftzuführung in das rechte Radhaus 10 aus dem rechten Luftführungskanal 36 und für die Kühlung der Abgasanlage aus dem Luftführungskanal 38 zusammen ein höherer Kühlluftbedarf besteht als andererseits für die Luftzuführung in das linke Radhaus 10 aus dem linken Luftführungskanal 36. Mit anderen Worten ist die Drehrichtung 56 des Lüfters 30 auf den Luftmengenbedarf von rechter und linker Fahrzeugseite abzustimmen.
Der Übergang 58 von der Ablufthaube 34 in die Luftführungskanäle 36 ist nach Möglichkeit ohne Stufen und Knicke und mit gerundeten Übergängen ausgeführt, um Strömungsablösungen weitestgehend zu vermeiden. Auch der Übergang 60 von der Ablufthaube 34 in die Luftführungskanäle 38, die Kühlluft zu Bauteilen im Motorraum 24 führen, ist möglichst rund und mit großem Radius auszuführen, um Strömungsablösungen zu vermeiden.
Zusammenfassend lässt sich die Erfindung wie folgt beschreiben: Ein Kraftfahrzeug 2 mit einem durch eine Ablufthaube 34 gegenüber dem restlichen Motorraum 24 gekapselten Wärmetauscher 28 für ein Antriebsaggregat 26 weist wenigstens einen Luftführungskanal 36 auf, der die Abluft stromabwärts des Wärmetauschers 28 in ein Radhaus 10 des Kraftfahrzeugs 2 einleitet. Hierdurch wird innerhalb des Radhauses 10 ein Druckanstieg erzeugt, der die Strömungsverhältnisse innerhalb des Radhauses 10 und/oder die Verhältnisse zwischen der Unterbodenströmung 18 und der Strömung im Radhaus 10 und/oder die Verhältnisse zwischen der seitlichen Umströmung des Kraftfahrzeugs 2 und der Strömung im Radhaus 10 im Sinn einer Reduzierung des Luftwiderstands beeinflusst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2913648 A1 [0002]
- GB 2174652 A [0002]
- EP 0122254 B1 [0002]

Claims

Luftführungseinrichtung in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs, die eine einen Wärmetauscher eines Antriebsaggregats stromabwärts umschließende Ummantelung aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens einen Luftführungskanal (36), der Luft aus dem Inneren der Ummantelung (34) in ein Radhaus (10) des Kraftfahrzeugs (2) führt, um den Druck im Radhaus (10) zu erhöhen.
Luftführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftführungskanal (36) im oberen Bereich der Ummantelung (34) ansetzt.
Luftführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens eine Luftaustrittsöffnung (42) am Ende des Luftführungskanals (36), die in der oberen Hälfte des Radhauses (10) angeordnet ist.
Luftführungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Luftaustrittsöffnung (42) am Ende des Luftführungskanals (36), die gegenüberliegend der Lauffläche (48) eines im Radhaus (10) angeordneten Rades (12) angeordnet ist.
Luftführungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftführungskanal (36) und/oder die Luftaustrittsöffnung (42) so angeordnet und/oder gestaltet ist bzw. sind, dass ein abwärts gerichteter Luftstrom (46) entsteht.
Luftführungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am radhausseitigen Endabschnitt des Luftführungskanals (36) wenigstens eine Düse und/oder ein Luftleitblech angeordnet ist.
Luftführungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung (56) eines dem Wärmetauscher (28) zugeordneten Lüfters (30) auf den Luftmengenbedarf von rechter und linker Fahrzeugseite abgestimmt ist.