DE102016108294A1

DE102016108294A1 - Luftkühlsystem

Info

Publication number: DE102016108294A1
Application number: DE102016108294.5A
Authority: DE
Inventors: Sven Lange; Sigfried Loose; Claus Wagner; Tarik Barth
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Volkswagen AG
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV; Volkswagen AG
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-11-09
Also published as: WO2017190731A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem zur Luftkühlung einer Bremsanlage und eines Motors eines Fahrzeugs mit einem Kühlpaket, dass von einem Kühlluftstrom durchströmbar ist. Um die Aerodynamik eines Fahrzeugs zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren wird erfindungsgemäß eine Bremskühleinrichtung mit mindestens einer Öffnung der Radhausschale vorgeschlagen, die derart ausgerichtet ist, dass der Kühlluftstrom zumindest teilweise zu der Bremsanlage geführt wird nachdem der Kühlluftstrom das Kühlpaket durchströmt hat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem zur Luftkühlung einer Bremsanlage und eines Motors eines Fahrzeugs mit einem Kühlpaket, das von einem Kühlluftstrom durchströmbar ist.
In Fahrzeugen, insbesondere in Personenkraftwagen (PKW), muss nicht nur der Motor im laufenden Betrieb mittels eines Kühlpaketes gekühlt werden, das hierzu von einem Kühlluftstrom durchströmt wird, um die Motorwärme abzuführen, sondern auch die Bremsanlage, die eine Bremsscheibe und einen Bremssattel umfasst, weil die gesamte Bewegungsenergie des Fahrzeugs beim Bremsvorgang in Form von Wärmeenergie abgegeben wird. Insbesondere die Vorderradbremsen werden beim üblichen Gebrauch von Fahrzeugen stark beansprucht, was eine effiziente Kühlung der Bremsanlage erfordert.
In herkömmlichen Fahrzeugen sind zur Kühlung der Bremsanlage Bremskühlkanäle angeordnet, die Kühlluft aus der Umströmung des Fahrzeugs abzweigen und zu der Bremsanlage leiten. Das Kühlpaket des Motors wird unabhängig von den Bremskühlkanälen von einem Kühlluftstrom durchströmt, der an einer anderen Stelle des Fahrzeugs aus der Umströmung abgezweigt wird.
Beispielsweise offenbart DE 10 2012 209 980 A1 ein Kühlsystem mit einem solchen Bremskühlkanal mit einem Einlass, der so ausgelegt ist, dass er einen Teil der durch eine vordere Öffnung der Karosserie strömenden Luft unmittelbar zur Bremsanlage leitet, um die Bremsanlage zu kühlen. Der andere Teil der durch die vordere Öffnung der Karosserie strömenden Luft durchströmt das Kühlpaket des Motors und wird nicht gezielt zur Kühlung der Bremsanlage eingesetzt.
Nachteiliger Weise wirkt sich ein Eingriff in die Umströmung des Fahrzeugs negativ auf die Aerodynamik des Fahrzeugs aus, womit der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs steigt und ein Einfluss auf die Achsentlastung (Auftriebsverteilung) vorgenommen wird. Bei Fahrzeugen mit einem verschließbaren Bremskühlkanal haben Vergleichsmessungen z. B. eine Differenz von ca. 4–10 cw-Punkten ergeben.
Es ist daher die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem zur Luftkühlung einer Bremsanlage und eines Motors zu schaffen, das eine effiziente Kühlung der Bremsanlage ermöglicht, die Aerodynamik des Fahrzeugs verbessert und den Kraftstoffverbrauch reduziert.
Diese Aufgabe wird durch das Kühlsystem nach Anspruch 1 gelöst, das erfindungsgemäß eine Bremskühleinrichtung mit mindestens einer Öffnung der Radhausschale besitzt, die derart ausgerichtet ist, dass der Kühlluftstrom zumindest teilweise zu der Bremsanlage geführt wird, nachdem der Kühlluftstrom das Kühlpaket durchströmt hat. Im einfachsten Fall der Erfindung ist die Bremskühleinrichtung ausschließlich durch die Öffnung der Radhausschale gegeben, die das Radhaus zum Motorraum hin öffnet. Der Luftaustritt erfolgt in diesem Fall ohne eine zusätzliche Luftführung im Motorraum und ergibt sich aus den wirkenden Druckunterschieden. Die konkrete Positionierung der Öffnung der Radhausschale ist von dem Fahrzeug abhängig und entsprechend anpassbar.
Die vorliegende Erfindung nutzt zur Kühlung der Bremsanlage keine zusätzliche Luft aus der Umströmung des Fahrzeugs, sondern die Kühlluft, die ohnehin das Kühlpaket des Motors durchströmt hat und die der Umströmung des Fahrzeugs bereits entzogen wurde. Die Temperatur der Kühlluft aus dem Motorraum, die das Kühlpaket zuvor durchströmt hat, ist in Bezug auf die Temperatur der Bremsanlage noch so gering, dass eine ausreichende und effiziente Kühlung der Bremsanlage erfolgt. Die Aerodynamik des Fahrzeugs wird durch dieses Kühlsystem nicht negativ beeinflusst, so dass sich eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs im Vergleich zu solchen Fahrzeugen ergibt, bei denen ein zusätzlicher Bremskühlkanal vorgesehen ist, der einen Teil der Umströmung als Kühlluft abzweigt. Ferner ist durch diese Maßnahme ein gezielter Auslass der Kühlluft aus dem Motorraum möglich, was sich ebenfalls positiv auf die Aerodynamik und mithin den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges auswirkt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich für den Fall, dass der Motor einen Motorlüfter aufweist, der üblicherweise im Kühlpaket integriert ist und mit dem der Kühlluftmassenstrom erhöht werden kann. Durch Einschalten des Lüfters wird bei geringer Geschwindigkeit und beim Stillstand des Fahrzeugs der Kühlluftstrom zur Bremsanlage aufrechterhalten und sichergestellt. Hierdurch ergeben sich bei geringen Geschwindigkeiten und beim Stillstand des Fahrzeugs gegenüber Kühlsystemen nach dem Stand der Technik durch eine erhöhte Kühlleistung Vorteile.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden und in den Unteransprüchen angegeben.
Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bremskühleinrichtung einen ersten Bremskühlkanal mit einem Einlass und einem Auslass aufweist, der in die Öffnung der Radhausschale übergeht. Die Anordnung eines Bremskühlkanals bewirkt eine gezielte Umleitung der Kühlluft, womit sich der Wirkungsgrad der Kühlung erhöht. Der Einlass des ersten Bremskühlkanals ist auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs bezogen hinter dem Kühlpaket des Motors angeordnet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlsystem innerhalb eines Motorraums eines Fahrzeugs angeordnet ist, der eine Kühllufteinlassöffnung aufweist. Üblicherweise sind solche Kühllufteinlassöffnungen an der Stirnwand am vorderen Ende eines Fahrzeugs angeordnet. Hinter der Kühllufteinlassöffnung ist vorzugsweise das Kühlpaket in Form eines Wärmetauschers angeordnet, so dass der Kühlluftstrom passiv durch den Fahrtwind gebildet ist und mithin geschwindigkeitsabhängig ist. Alternativ und/oder additiv ist ein Lüfter vorgesehen, der den Kühlluftstrom aktiv erzeugt und der in Fahrtrichtung gesehen vor oder hinter dem Kühlpaket angeordnet ist. Insbesondere bei langsamen Bergabfahrten, wo der Fahrtwind geschwindigkeitsbedingt gering ist und die Bremsleistung und mithin die abzuführende Wärme vergleichsweise hoch ist, oder auch im Stand der Fahrzeugs, hat sich die Verwendung des Lüfters als besonders vorteilhaft und effizient erwiesen.
Um für alle Fahrsituationen eine optimale Kühlung der Bremsanlage zu ermöglichen, ist nach einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein zweiter Bremskühlkanal mit einem Einlass vorgesehen, der derart angeordnet ist, dass der Kühlluftstrom zu der Bremsanlage geleitet wird, ohne dass der Kühlluftstrom das Kühlpaket durchströmt hat. Der zweite Bremskühlkanal weist vorzugsweise eine Einlassöffnung auf, die zum Unterboden des Fahrzeugs hin geöffnet ist. Vorzugsweise sind Verschlusselemente angeordnet, die ein wahlweises Verschließen des ersten und/oder des zweiten Bremskühlkanals erlauben. Mischzustände, bei denen beide Kanäle teilweise oder vollständig geöffnet sind, sind möglich. Durch diese Ausgestaltung kann die Kühlleistung an die gegebene Fahrsituation optimal angepasst werden.
Konkrete Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend und in den Zeichnungen angegeben. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines Kühlsystems (Stand der Technik) und
2a–d: schematische Darstellungen eines erfindungsgemäßen Kühlsystems in Seitenansichten und einer Draufsicht.
1 zeigt ein Kühlsystem für einen (nicht dargestellten) Motor und eine Bremsanlage 9, wie es in herkömmlichen Fahrzeugen nach dem Stand der Technik angeordnet ist. Hiernach besitzt das Fahrzeug 1, von dem nur die Vorderseite dargestellt ist, ein Kühlpaket 2, das hinter einer Kühllufteinlassöffnung 3 angeordnet ist und das von Kühlluft bzw. einem Kühlluftstrom 4 durchströmt wird. Der Kühlluftstrom 4 kann durch einen Lüfter 5 unterstützt werden. Separat und unabhängig hiervon ist am Unterboden des Fahrzeugs 1 ein Einlass 6 eines Bremskühlkanals 7 vorgesehen, der Kühlluft von der Umströmung des Fahrzeugs 1 abzweigt und diese Kühlluft zur Bremsanlage 9 leitet (Pfeil 8), was sich in oben beschriebener Weise negativ auf die Aerodynamik des Fahrzeugs 1 auswirkt.
Die 2a–d zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. 2a zeigt den einfachsten Fall einer konkreten Ausführungsform der Erfindung, wonach sich die Bremskühleinrichtung des Kühlsystems auf eine Öffnung 10 der Radhausschale 11 beschränkt, die das Radhaus 12 zum Motorraum 13 öffnet. Hierdurch wird der Kühlluftstrom 4 zur Kühlung der Bremsanlage 9 weitergeleitet, nachdem er das Kühlpaket 2 durchströmt hat.
2b zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, wonach die Bremskühleinrichtung zusätzlich einen ersten Bremskühlkanal 22 aufweist. Die Einlassöffnung 21 des ersten Bremskühlkanals 22 ist in Fahrtrichtung (Pfeil 23) gesehen hinter dem Kühlpaket 2 angeordnet, so dass der Kühlluftstrom 4 zunächst das Kühlpaket 2 durchströmt und anschließend über den Bremskühlkanal 22 zu der Bremsanlage 9 geleitet wird. Alternativ kann die Einlassöffnung 21 auch seitlich hinter dem Lüfter 5 positioniert sein, weil der Motorblock (in 2b nicht gezeigt) den Kühlluftstrom 4 nach dem Austreten aus dem Kühlpaket 2 größtenteils zum seitlichen Umströmen zwingt. Auch sind weitere Positionen der Einlassöffnung möglich, solange gewährleistet wird, dass ein ausreichender Kühlluftstrom 4 zur Bremsanlage 9 umgeleitet wird, nachdem der Kühlluftstrom das Kühlpaket 2 durchströmt hat. Auf einen separaten Einlass, der Kühlluft aus der Umströmung des Fahrzeugs 1 abzweigt, kann mithin verzichtet werden, womit sich die angesprochenen Vorteile bezüglich der Aerodynamik und des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs 1 ergeben.
Ergänzend zu dem ersten Bremskühlkanal 22 ist optional ein zweiter Bremskühlkanal 24 vorgesehen, dessen Einlass 25 am Unterboden des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsvariante ist ein Verschlusselement 26 in Form einer Klappe vorgesehen, das einen der Bremskühlkanäle 22 oder 24 schließt und den jeweils anderen Bremskühlkanal öffnet, so dass die Kühlung der Bremsanlage 9 an die Fahrsituation anpassbar ist. 2b zeigt eine Einstellung, bei der der Bremskühlkanal 22 geöffnet ist, während der Bremskühlkanal 24 durch das Verschlusselement 26 geschlossen ist, so dass der Kühlluftstrom 4 zunächst das Kühlpaket 2 durchströmt, bevor es auf die Bremsanlage geleitet wird. 2c zeigt die umgekehrte Einstellung, bei der das Verschlusselement 26 den Bremskühlkanal 22 schließt und den Bremskühlkanal 24 öffnet.
2d zeigt die Ausführungsformen gemäß 2b und 2c in einer Draufsicht, wobei die zweiten Bremskühlkanäle 24 sowie das Verschlusselement nicht dargestellt sind.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Kühlpaket
3: Kühllufteinlassöffnung
4: Kühlluftstrom
5: Lüfter
6: Einlass
7: Bremskühlkanal
8: Pfeil
9: Bremsanlage
10: Öffnung
11: Radhausschale
12: Radhaus
13: Motorraum
21: Einlassöffnung
22: erster Bremskühlkanal
23: Fahrtrichtung
24: zweiter Bremskühlkanal
25: Einlass
26: Verschlusselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012209980 A1 [0004]

Claims

Kühlsystem zur Luftkühlung einer Bremsanlage (9) und eines Motors eines Fahrzeugs (1) mit einem Kühlpaket (2), das von einem Kühlluftstrom (4) durchströmbar ist, gekennzeichnet durch eine Bremskühleinrichtung mit mindestens einer Öffnung (10) der Radhausschale (11), die derart ausgerichtet ist, dass der Kühlluftstrom (4) zumindest teilweise zu der Bremsanlage (9) geführt wird nachdem der Kühlluftstrom (4) das Kühlpaket (2) durchströmt hat.
Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Bremskühleinrichtung einen ersten Bremskühlkanal (22) mit einem Einlass (21) und einem Auslass aufweist, der in die Öffnung (10) der Radhausschale (11) übergeht.
Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem innerhalb eines Motorraums (13) eines Fahrzeugs (1) angeordnet ist, der eine Kühllufteinlassöffnung (3) aufweist.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlpaket (2) hinter der Kühllufteinlassöffnung (3) angeordnet ist, so dass der Kühlluftstrom (4) passiv durch den Fahrtwind gebildet ist und mithin geschwindigkeitsabhängig ist.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Lüfter (5), der den Kühlluftstrom (4) aktiv erzeugt.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen zweiten Bremskühlkanal (24) mit einem Einlass (25), der derart angeordnet ist, dass der Kühlluftstrom (4) zu der Bremsanlage (9) geleitet wird, ohne dass der Kühlluftstrom (4) das Kühlpaket (2) zuvor durchströmt hat.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens ein Verschlusselement (26), dass ein wahlweises Verschließen/Öffnen der Bremskühleinrichtung und/oder des zweiten Bremskühlkanals (22, 24) erlaubt.