DE19931731A1

DE19931731A1 - Kraftfahrzeug mit Unterflur-Flächenkühler

Info

Publication number: DE19931731A1
Application number: DE1999131731
Authority: DE
Inventors: Rainer Wieland
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2001-01-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein von einem Verbrennungsmotor (13) angetriebenes Kraftfahrzeug (1) mit einem Unterflur-Wärmeübertrager (5), welcher primärseitig von mindestens einem Medium durchströmt und sekundärseitig vom Fahrtwind beaufschlagt wird. Der Wärmeübertrager (5) ist als Flächen-Wärmeübertrager ausgebildet und etwa parallel zur Fahrbahnfläche sowie unterhalb des Verbrennungsmotors (13) angeordnet, vorzugsweise im Frontbereich des Fahrzeuges. Der Flächen-Wärmeübertrager (5) wird sowohl an seiner Unterseite (5c) als auch an seiner Oberseite (5b) vom Fahrtwind überströmt; zur Förderung der Kühlluft bei langsamer Fahrt oder im Stand ist ein Elektrogebläse (15) vorgesehen. Dieser Flächen-Wärmeübertrager dient vorzugsweise als Kühlmittelkühler für den Verbrennungsmotor, aber auch als Ladeluft- oder Ölkühler.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit Unterflur- Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, entsprechend der DE-A 197 55 095.

Diese gattungsbildende Druckschrift offenbart ein Kraftfahrzeug mit einem im Unterbodenbereich angeordneten Wärmeübertrager, der als Flächen- Wärmeübertrager ausgebildet und sowohl parallel zum Unterbodenbereich als auch parallel zur Fahrbahnfläche angeordnet ist. Dieser Wärmeübertrager weist in Längsrichtung des Fahrzeuges verlaufende Kühlmittelkanäle zur Führung des Kühlmittels und ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Kühlrippen auf, die einerseits nach unten (zur Fahrbahn) und andererseits nach oben (zur Fahrgastzelle) abragen, wo sie mit dem Unterbodenbereich Luftführungskanäle bilden. Der Wärmeübertrager wird kühlmittelseitig entweder mehrflutig (Fig. 2) oder einflutig (Fig. 3), jedoch jeweils bezüglich seiner gesamten Fläche bzw. seines gesamten Querschnittes durchströmt.

Durch die DE-A 197 29 857 wurde ein weiterer Unterboden- Wärmeübertrager bekannt, dessen Bauweise durch einen Grundkörper für die Aufnahme von Kühlkanälen und einen separaten Kühlkörper für die Wärmeabfuhr über Kühlrippen gekennzeichnet ist. Dieser Wäremeübertrager ist ebenfalls am Unterboden des Fahrzeuges, d. h. unterhalb der Fahrgastzelle befestigt.

Durch die Unterbodenanordnung dieser bekannten Wärmeübertrager soll der c_w-Wert des Fahrzeuges verbessert und die Einbauenge im Motorraum vermindert werden. Dabei soll die Verbesserung Aerodynamik dadurch erreicht werden, daß der herkömmliche, senkrecht im Motorraum angeordnete Kühler nicht mehr quer durchströmt, sondern durch Verlagerung in den Unterbodenbereich in Längsrichtung überströmt wird. Hierdurch wird zwar eine Verbesserung des Luftwiderstandes im Motorraum erreicht, aber gleichzeitig eine Verschlechterung des Luftwiderstandes im Unterbodenbereich bewirkt, weil durch den Unterboden-Wärmeübertrager ein zusätzlicher Luftwiderstand auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art eine weitere Verbesserung der Aerodynamik des Fahrzeuges zu erreichen, wobei die bekannten Vorteile möglichst beibehalten werden sollen.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt in den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere dessen kennzeichnenden Teiles und den weiteren Ausgestaltungen nach den Unteransprüchen 2-7.

Durch die Anordnung des Flächen-Wärmeübertragers unterhalb des Motorraumes wird ein weiteres Potential zur Verbesserung der Aerodynamik des gesamten Fahrzeuges ausgeschöpft, indem nämlich der Flächen- Wärmeübertrager zur Abdeckung und aerodynamisch günstigen Verkleidung des nach unten (zur Fahrbahnseite) zerklüfteten Motorraumes verwendet wird. Während der Unterboden-Wärmeübertrager beim Stand der Technik in einem Bereich angeordnet ist, der ohnehin bereits aerodynamisch günstig und luftwiderstandsarm ausgebildet ist und durch die Anordnung eines zusätzlichen Wärmeübertragers eine aerodynamische Widerstandserhöhung erfährt, ergibt sich durch die Anordnung des Flächen-Wärmeübertragers unterhalb des Motorraumes per Saldo eine Verbesserung des Gesamtluftwiderstandes für das Fahrzeug, weil der Luftwiderstand unterhalb des Motorraumes verringert wird und gleichzeitig der konventionelle Kühler im Motorraum mit seinem erhöhten Luftwiderstand entfällt.

Weitere Vorteile sind der Wegfall eines Lüfters für den herkömmlichen Kühler und ein tiefer gelegter Schwerpunkt des Fahrzeuges. Ferner ergibt sich durch die Lage des Unterflur-Wärmeübertragers zwischen den Vorderrädern des Fahrzeuges eine geringere Verschmutzungs- und Steinschlaggefahr als bei einer Anordnung im Unterbodenbereich. Schließlich ist die Luftgeschwindigkeit durch eine Düsenwirkung zwischen den Vorderrädern höher als im Unterbodenbereich, was die Wärmeabfuhr begünstigt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus den Unteransprüchen 8-11: Danach wird der Flächen-Wärmeübertrager auch an seiner Oberseite vom Fahrtwind beaufschlagt, wodurch die Leistung des Wärmeübertragers erhöht wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Ansprüchen 14 und 15 sieht bedarfsweise eine Teildurchströmung des Flächen-Wärmeübertragers vor, indem dieser in Teilflächen unterteilt ist, die separat in Abhängigkeit von bestimmten Parametern wie z. B. der Motor- oder Kühlmitteltemperatur durchströmbar sind. So kann z. B. in der Warmlaufphase des Motors nur das mittlere Drittel der Fläche des Wärmeübertragers, d. h. die dieser reduzierten Fläche zugeordneten Kühlmittelquerschnitte durchströmt werden. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Warmlaufphase des Motor verkürzt. Die Kühlleistung kann somit an den Kühlbedarf angepaßt werden.

Schließlich sind in weiterer Ausbildung der Erfindung gemäß den Ansprüchen 16 und 17 zur Verbesserung der Kühlleistung im Stand und bei Bergfahrten ein Elektrogebläse und zugeordnete Luftführungskanäle auf der Oberseite des Wärmeübertragers vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Teilansicht eines Kraftfahrzeuges von unten im Bereich des Motorraumes und

Fig. 2 eine Seitenansicht des Kraftfahrzeuges gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt den vorderen Teil eines Kraftfahrzeuges 1 von unten gesehen, wobei ein sogenanntes Frontend 2, beispielsweise bestehend aus Stoßfänger und Scheinwerfern, das Fahrzeug nach vorne abschließt. Die Fahrtrichtung des Fahrzeuges 1 ist durch einen Pfeil F, die Luftströmungsrichtung durch einen Pfeil L gekennzeichnet. In Luftströmungsrichtung hinter dem Frontend 2 sind Vorderräder 3 angeordnet, hinter denen sich ein Unterbodenbereich 4 erstreckt. Ausgehend vom Frontend 2, erstreckt sich in Luftströmungsrichtung bis in den Unterbodenbereich 4 ein Flächen- Wärmeübertrager 5, ein sogenannter Unterflur-Kühler, und zwar mit einer Längserstreckung a. In Querrichtung erstreckt sich der Flächen- Wärmeübertrager 5 zwischen den Vorderrädern 3 mit einer Breite b. In Längsrichtung des Fahrzeuges, d. h. in Luftströmungsrichtung verlaufend, sind auf dem Flächen-Wärmeübertrager 5 Längsrippen 5a angeordnet, die der Verbesserung der Wärmeübertragung an die den Flächen-Wärmeübertrager überstreichende Umgebungsluft dienen. In seinem inneren Bereich weist der Flächen-Wärmeübertrager 5 eine Aussparung 6 auf, die der Abmessung einer nicht dargestellten Ölwanne des Motors des Kraftfahrzeuges entspricht und von dieser durchdrungen wird. Ebenso kann eine ähnliche Aussparung (nicht dargestellt) für den Durchtritt eines Abgasrohres vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Flächen-Wärmeübertrager 5 in Teilflächen- Wärmeübertrager 5.1, 5.2 und 5.3 unterteilt, welche unabhängig voneinander, durch nicht dargestellte Thermostatventile geregelt, durchströmt werden können. Durch diese Teildurchströmung kann die Warmlaufphase des Motors verkürzt werden.

Fig. 2 zeigt das Kraftfahrzeug 1 in einer schematischen Seitenansicht. Der Flächen-Wärmeübertrager 5 befindet sich etwa in einer Ebene mit dem Unterbodenbereich 4 des Fahrzeuges. Oberhalb des Flächen- Wärmeübertragers 5 befindet sich ein Motorraum 14, in welchem ein Verbrennungsmotor 13 angeordnet ist. Der Motorraum 14 ist durch eine Motorhaube 10 nach oben und nach vorne abgedeckt; an den hinteren Bereich der Motorhaube 10 schließt sich eine Windschutzscheibe 11 an. Der Flächen- Wärmeübertrager 5 weist eine Oberseite 5b und eine Unterseite 5c auf, die - wie bereits erwähnt - mit Längsrippen 5a versehen ist. An der in Luftströmungsrichtung gesehen vorderen Kante 5d des Flächen- Wärmeübertragers 5 befindet sich ein Lufteinlaß 7, der mittels eines Luftleitbleches 8 die eintretende Luftströmung auf die Oberseite 5b des Flächen-Wärmeübertragers 5 lenkt. Zwischen der Hinterkante des Flächen- Wärmeübertragers 5 und der Vorderkante des Unterbodenbereiches 4 ist ein Luftauslaß 9 angeordnet, durch welchen die Luftströmung von der Oberseite 5b des Flächen-Wärmeübertragers 5 wieder ins Freie tritt. Zusätzlich ist im oberen Bereich des Motorraumes 14 im Übergangsbereich von Motorhaube 10 und. Windschutzscheibe 11 ein weiterer Luftauslaß 12 vorgesehen, durch welchen die durch den Lufteinlaß 7 eingetretene Luft ebenfalls austreten kann. Im Bereich des Lufteinlasses 7 ist ein Elektrogebläse 15 angeordnet, welches der Förderung der Kühlluft über die Oberseite 5b des Flächen- Wärmeübertrgers 5 dient, wenn der Fahrtwind für die Kühlung nicht ausreichend ist. Zur Führung der Kühlluft ist ein Luftführungsblech 16 etwa parallel zur Oberseite 5b des Flächen-Wärmeübertragers 5 angeordnet.

Wie aus beiden Figuren ersichtlich, bildet der Flächen-Wärmeübertrager 5 dadurch eine strömungsgünstige Verkleidung des Motorraumes 14 nach unten, d. h. zur Fahrbahnseite, indem er vom Frontend 2 bis zum Unterbodenbereich 4 eine durchgehende, glatte, mit dem Unterbodenbereich 4 fluchtende Fläche bildet. Die Erstreckung b, d. h. in Querrichtung des Fahrzeuges kann so weit gehen, wie es der Einschlag der Vorderräder 3 erlaubt.

Der Flächen-Wärmeübertrager 5 dient primär der Kühlung des Verbrennungsmotors 13 und ist daher mit diesem durch nicht dargestellte Kühlmittelleitungen verbunden, durch die das Kühlmittel mittels einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe gefördert wird. Der Flächen-Wärmeübertrager 5 kann jedoch auch als Ladeluftkühler oder als Kondensator einer Klimaanlage ausgebildet sein. Möglich ist auch, mehrere Flächen- Wärmeübertrager unterschiedlicher Funktion neben- oder hintereinander, jedoch im wesentlichen zur Fahrbahnseite hin fluchtend, anzuordnen.

Der konstruktive Aufbau des Flächen-Wärmeübertragers 5, seine kühlmittelseitige Durchströmung sowie seine Befestigung am Fahrzeug sind hier nicht dargestellt und entsprechen weitestgehend dem Stand der Technik, insbesondere dem der eingangs genannten Druckschriften.

Claims

1. Von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem Unterflur-Wärmeübertrager, welcher primärseitig von mindestens einem Medium durchströmt und sekundärseitig von Umgebungsluft (Fahrtwind) beaufschlagt wird, wobei der Wärmeübertrager im wesentlichen als Flächen-Wärmeübertrager ausgebildet und etwa parallel zur Fahrbahnfläche am Kraftfahrzeug angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) unterhalb des Verbrennungsmotors (13) angeordnet ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) im Frontbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) im Heckbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmeübertrager (5) in Querrichtung des Kraftfahrzeuges zwischen dessen Vorderrädern (3) erstreckt.

5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmeübertrager (5) in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges bis vor und hinter die Vorderräder (3) erstreckt.

6. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmeübertrager (5) etwa in der Ebene des Unterbodens (4) des Kraftfahrzeuges erstreckt.

7. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) eine aerodynamisch günstige Abdeckung des Motorraumes (14) nach unten zur Fahrbahnfläche bildet.

8. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) sowohl an seiner Unterseite (5c) als auch an seiner Oberseite (5b) von Umgebungsluft entgegen der Fahrtrichtung F beaufschlagt wird.

9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) an seiner Vorderkante (5d) eine Luftleiteinrichtung (7, 8) aufweist, welche die anströmende Luft auf die Oberseite (5b) des Wärmeübertragers (5) umlenkt.

10. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) in Fahrtrichtung verlaufende Rippen (5a) aufweist.

11. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Fahrtrichtung F hinter dem Wärmeübertrager (5) ein Luftauslaß (9) angeordnet ist.

12. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich zwischen Motorhaube (10) und Windschutzscheibe (11) ein weiterer Luftauslaß (12) vorgesehen ist.

13. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) eine Aussparung (6) in Form und Größe einer Ölwanne des Motors (13) aufweist.

14. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Wärmeübertrager (5) in unabhängig voneinander durchströmbare Teilflächen-Wärmeübertrager 5.1, 5.2 und 5.3 unterteilt ist.

15. Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmung der einzelnen Teilflächen-Wärmeübertrager 5.1, 5.2 und 5.3 durch Thermostatventile steuerbar ist.

16. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Wärmeübertragers (5) ein Luftführungsblech (16) zur Führung der Umgebungsluft vorgesehen ist.

17. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung der Umgebungsluft ein Elektrogebläse (15) vorgesehen ist.