专利名称：冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车的冷却系统，其具有至少一个热交换器，特别是冷却器，一种介质(特别是冷却剂)流经该冷却器，该冷却剂例如用于冷却发动机，并且该冷却器具有热交换器-空气流通面，在第一运行状态中，特别是在所谓的背压运行中，气流沿着第一气流路径流经该空气流通面，以及在第二运行状态中，特别是在所谓的通风运行中，气流额外地或者可选地沿着第二气流路径流经该空气流通面，该第二气流路径穿过空气输送装置，该空气输送装置设置在热交换器和发动机之间并且其具有输送装置-空气流通面。
背景技术：
在这类冷却系统中，空气输送装置例如由风机构成。风机的任务是，当迎面风不足时，例如当机动车慢速行驶或机动车处于静止状态时，使充足的冷空气流量流经冷却器及发动机舱。因此，视机动车的运行状态而定，风机的必要的输送体积有很大的不同。在低速时，为了输送冷空气流由风机提供必要的压力。在高速时，风机阻碍冷空气流，因此压力损失上升。在现有技术中，为了减少风机对冷空气流的阻碍而公开了不同的措施。在德国公开文件DE 43 04336 A1、DE 39 42 010 A1以及英国专利申请GB 2311 843A中公开了一种带有冷却-空气瓣的冷却系统，该空气瓣依赖于背压或机动车的速度来开启或关闭，以便影响冷空气流。冷却-空气瓣在高背压时开启，并且这样能实现由风机以及也许由风机框架引起的气流阻力的局部旁通。在国际专利申请WO 03/013894 A2和欧洲专利申请EP 0 919 705 A2中公开了一种冷却系统，在该冷却系统中，风机运行中的冷空气流借助于相关于冷却器的流通方向侧面设置的风机侧向地排放。
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于机动车的冷却系统，其具有至少一个热交换器，特别是冷却器，一种介质(特别是冷却剂)流经该冷却器，该冷却剂例如用于冷却发动机，并且该冷却系统具有热交换器-空气流通面，在第一运行状态中，特别是在所谓的背压运行中，气流沿着第一气流路径流经该空气流通面，以及在第二运行状态中，特别是在所谓的通风运行中，气流额外地或者可选地沿着第二气流路径流经该空气流通面，第二气流路径穿过空气输送装置，该空气输送装置具有输送器-空气流通面，在该冷却系统中，一方面在第一运行状态中尽可能少地阻碍沿着第一气流路径流动的冷空气流，并且另一方面在第二运行状态中沿着第二气流路径能够实现很小损耗冷空气流的输送。
该目的通过一种用于机动车的冷却系统实现，该冷却系统具有至少一个热交换器，特别是冷却器，一种介质(特别是冷却剂)流经该冷却器，该冷却剂例如用于冷却发动机，并且该冷却系统具有热交换器-空气流通面，在第一运行状态中，特别是在所谓的背压运行中，气流沿着第一气流路径流过该空气流通面，以及在第二运行状态中，特别是在所谓的通风运行中，气流额外地或者可选地沿着第二气流路径流经该空气流通面，第二气流路径穿过空气输送装置，该空气输送装置具有输送装置-空气流通面，该空气输送装置如此设计和设置，即输送装置-空气流通面在机动车的纵向方向上的平行投影在平面上至少部分地超过热交换器-空气流通面突出，热交换器-空气流通面位于该平面中，并且热交换器-空气流通面的较大部分未被输送装置-空气流通面的平行投影覆盖。在本发明的范畴中发现，即在公开的冷却系统中一个或多个风机经常阻挡冷却器-空气流通面的较大部分。公开的风机侧向安置导致冷空气流被多次偏转，并且必须经过相对长的直到风机的流通路线。通过空气输送装置的离心布置而在冷却器之后形成较大的面，该面借助于控制或调节冷空气流的装置选择性地闭锁或开启。借此，在高速度时能够提高冷空气流量。尽管空气输送装置的离心设置，在慢速度时还是确保了冷却器良好的通风，所以在风机运行中，不需要冷空气流强烈地偏转。
冷却系统的优选实施例的特征在于，空气输送装置和热交换器这样地设计和设置，即热交换器-空气流通面的40％到70％未被输送装置-空气流通面的平行投影覆盖。因此，冷空气流量在100km/h以上的行驶速度时被提高大约20％，这显著地提高了冷却效率。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，在未被输送装置-空气流通面的平行投影覆盖的区域中，在热交换器和发动机之间设置用于控制气流的装置。另外，可以在低温环境中使用用于控制冷空气流的装置，使冷空气流中断或急剧减少，以便于实现发动机及同时乘客舱的快速加热。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，用于控制气流的装置包括冷空气百叶窗。冷空气百叶窗优选地通过主动控制装置来操作。可选地，可以是基于背压的控制或调节装置。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，即输送装置-空气流通面基本上平行于热交换器-空气流通面来设置。由此而确保沿着第二气流路径流动的冷空气流不需要强烈地偏转。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，即输送装置-空气流通面相对于热交换器-空气流通面倾斜地设置。倾斜角优选地这样选择，即不强烈地偏转冷空气流而保证冷却系统和发动机舱的最佳化流通。当输送装置-空气流通面和热交换器-空气流通面形成的角度规定为在10°和40°之间时，在本发明的范畴内被证明是特别有利的。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，空气输送装置包括至少一个轴向风机。视冷却效率的需要而定可以使用一个或多个风机。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，即轴向风机具有250mm到400mm的直径。根据使用情况而定与之不同的直径也适合的。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，轴向风机具有转轴，该转轴径向地设置在热交换器-空气流通面的外部。该设置在本发明的范畴内被证明是特别有利的。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，空气输送装置被风机框架围住。风机框架用于，将冷空气流向空气输送装置引导。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，风机框架设计为自承载单元，因此确保了风机框架的足够的机械稳定性。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，风机框架具有两个支柱，该支柱侧面地限制用于控制气流的装置。以这种方法和方式，大的控制面可以集成到风机框架中，而不减弱机械稳定性。
当控制面划分为两个部分，并且除了侧向支柱之外在部分-控制面之间插入中间支柱时，也是同样有利的。另外当风机框架在控制面的上部和/或下部具有横支柱时，也是有利的。通过这些额外的支柱实现了风机框架的高稳定性，并且降低了这种可能性，即由于风机框架的变形，控制面的可移动部分可能被夹紧。围绕控制面的支柱也能够设计为属于控制面的边框。
有利的是，中间支柱在具有至少两个轴向风机的空气输送装置中这样设置，即该中间支柱环形围绕地连接到冷却器框架上或连接到热交换器-空气流通面上。由此实现并确保了加固，即在冷却器的故障时，通过中间支柱分隔的区域不会被故障影响。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，气流通过机动车前部的至少一个进气口引导到热交换器。冷空气流可以例如通过具有多个进气口的冷却器架引导。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，进气口设置在机动车前部保险杠的下方。这有利于，相对小地设置冷却器的尺寸，以及冷空气流通过保险杠下方的一个或多个进气口导向冷却器。由此而实现，即获得紧凑的冷却系统，并且可以实现具有较小偏转的冷空气流的导向。该紧密的设计是可行的，因为冷却器的小型化实现了良好的空气供应。在保险杠下方的进气口上的限制是有利的，因为借此可以充分利用用于提高冷空气流的保险杠之下的背压。通过根据本发明的进气口的设置，在机动车的前端区域的安装空间被空出，该安装空间可以应用于行人保护措施、降低发动机罩线或安置其他组件。
基于机动车和空气输送装置的布置，附加或代替保险杠下方的进气口而使用保险杠上方的进气口是有利的。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，进气口的平行投影相反于机动车的纵向方向在平面上处于热交换器-空气流通面之内，热交换器-空气流通面位于该平面中。由此，确保了冷空气流从进气口到冷却器的直线的走向。
冷却系统的另一个优选实施例的特征在于，进气口的平行投影相反于机动车的纵向方向在平面上处于热交换器-空气流通面的一部分之内，热交换器-空气流通面位于该平面中，该部分没有被输送装置-空气流通面的平行投影覆盖。在用于控制冷空气流的装置的打开状态中，确保了冷空气流从进气口到控制冷空气流的装置的直线的走向。
在具有冷却系统的机动车中，上述目的通过安装之前描述的冷却系统来实现。
本发明的其他优点、特征及细节将从接下来的描述中得出，在描述中将参照不同实施列的附图来详细描述。图中示出图1是以示意性的图示示出的在风机运行中根据本发明的冷却系统的第一实施例的截面图；图2是图1中的在背压运行中的冷却系统；图3是图1中的冷却系统从左侧在风机上的侧视图；图4是如图3具有两个风机的侧视图；图5是在示意性的图中在风机运行中根据本发明的冷却系统的第二实施例的截面图；图6是在背压运行中的图5的冷却系统；图7是以示意性的图示示出的在风机运行中根据本发明的冷却系统的第三实施例的截面图；
图8是图7中在背压运行中的冷却系统；图9是如图4具有附加的风机框架的支柱的侧视图；图10是图7中的具有附加的风机框架的支柱的冷却系统的侧视图。
具体实施例方式
接下来描述的冷却系统1通常用于机动车，例如客车、卡车、公共汽车等等，其具有例如作为驱动机组的内燃机。冷却系统也可以毫无问题地适用于电动机动车或混合燃料机动车。
图1示出了冷却系统1的第一实施例的原理图，该冷却系统在机动车3的前端部5上设置在发动机舱7中。在向前行驶时，机动车3以根据图1的图示从左向右移动，如利用箭头8来表示，该箭头也定义为机动车的纵向方向。冷却系统1设置在发动机9和机动车3的前端部5之间。
保险杠11安装在机动车3的前端部5上，在该保险杠的下方设置有进气口12。也可以在保险杠11的下方设置多个进气口来代替一个进气口。进气口12用于在机动车3行驶时向冷却系统1供应水平方向的气流。气流通过进气口12到达第一热交换器14，该气流也表示为冷气流和冷空气流。
热交换器14和多个热交换器14的布置例如由增压空气冷却器和/或冷凝器和/或空调设备的其他热交换器组成或形成。热交换器14具有连接管，介质通过该连接管到达热交换器14中，并且具有至少另一个第二连接管，介质再通过其排出。这类热交换器14的结构和功能通常是公开的，因此在此并未详细叙述。在运行时，通过进气口12引导的气流经过热交换器14。从而，气流从热交换器14的前侧进入，并且从热交换器14的后侧出来，而没有在热交换器中偏转。这就是说，以水平方向流进热交换器14并且基本上垂直碰到热交换器前侧的气流基本上直线地经过热交换器14，并且又从热交换器后侧出来。
在热交换器14的相对内燃机9的侧面上，在内燃机9和热交换器14之间设置另一个热交换器15，该热交换器由冷却器形成，其如在图3和4中所示，具有连接管17，例如冷却剂通过该连接管到达热交换器15中，并且具有至少另一个连接管16，冷却剂通过该连接管再次流出并随后向内燃机引导。像热交换器14一样，冷空气流以水平方向经过热交换器15(如冷却器)。
热交换器15(如冷却器)和内燃机9之间设置有冷空气百叶窗18。在图1中，冷空气百叶窗被关闭，从而没有空气穿过冷空气百叶窗18到达发动机舱7。冷空气百叶窗18的上方设置风机20，其向上超过热交换器14和15突出。风机20由风机框架22包围，该风机框架也表示为风机罩。风机框架22用于将通过进气口12进入的气流向风机20输送。气流绕过封闭的冷空气百叶窗18，通过气流路径24标示。冷空气流通过风机20吹入到发动机舱7中。
在图2中，冷空气百叶窗18处于打开位置，从而如通过气流路径26标示的冷空气流直线地从进气口12吹向内燃机9并在该内燃机上经过。
风机20的空气流通面也表示为输送装置-空气流通面。热交换器的空气流通面也表示为热交换器-空气流通面。风机20的输送装置-空气流通面仅在相对小的基本上弓形的区域中与热交换器-空气流通面重叠。热交换器-空气流通面的大约百分之40到70被冷空气百叶窗18覆盖。冷空气百叶窗18通过主动控制装置来操作。可选地也可以基于背压来控制。
在图3中可看出，风机框架22设计为自承载单元，其中，风机框架22的形状稳定性起到了重要的作用。自承载单元通过两根杆34和35来支撑，两根杆侧面地限定冷空气百叶窗18。以这种方式，大的百叶窗面可以集成在风机框架22中，而不会降低其机械稳定性。
在图4中示出了具有两个风机41和42的实施例。如在图3中的风机20一样，风机41、42也是轴向风机，其具有大约为300mm的直径。两个风机41和42在水平方向上并排地设置。
图5示出了冷却系统1的第二实施例的原理图，其与图1示出的第一实施例的区别在于，进气口51设置在保险杠11的上方。在冷空气百叶窗18封闭时，气流路径24从上面的进气口51延伸到风机20。
在图6中，冷空气百叶窗18处于打开位置，从而气流路径26自上而下从上面的进气口51延伸到内燃机9并从其旁边经过。
图7示出了冷却系统1的第三实施例的原理图，第三实施例与图1和2示出的实施例的区别在于，风机20不是设置在冷空气百叶窗18的上方而是设置在其下方。风机20相应地不是向上而是向下超过热交换器14和15突出。在图7中进气口12、52设置在保险杠的上方和下方。在冷空气百叶窗18封闭时，气流路径24分别从进气口的上面和下面延伸到风机20。因此优选地，气流路径是从上面的空气流通面52到风机20，因为该气流路径保证了冷空气的极小的偏转。涉及到在风机20之后的冷空气的排出，当开口位于机动车底板53，通过该开口气流能够排放出发动机舱7时，这是有利的。
图8示出了根据图7的具有开启的冷空气百叶窗18的实施例。在这个位置中，气流路径26从上面和下面的进气口自下而上延伸到内燃机9并从其旁边经过。因此气流路径优选地是从下面的进气口12直到打开的冷空气百叶窗，因为该气流路径保证了冷空气的较小的偏转。
在图9中示出，如可以进一步改进在冷空气百叶窗的区域中的风机框架的形状稳定性，以便于阻止基本上平坦的、被冷空气百叶窗遮盖的面的扭曲。扭曲的限制对于冷空气百叶窗的活动部件的易流通性具有实际意义。为了该目的，在冷空气百叶窗的上方和下方插入横支柱54、56。为了满足进一步的稳定性，冷空气百叶窗分割为两个部分面式的冷空气百叶窗，并且在部分面式的冷空气百叶窗之间插入中间支柱55。通过中间支柱55获得最大化的稳定效果，当中间支柱55，也和侧向的支柱34和35一样，在风机框架22的全部高度上延伸并且一直接触到热交换器15时。中间支柱55也可以采纳风机框架22的侧向投影的形状。
横支柱54、56和可能的中间支柱55一同与侧向支柱34和35构成可在图9中识别的冷空气百叶窗或部分面式百叶窗的边框。该边框可以是风机框架22或冷空气百叶窗18的部件，其中在最后一个情况中，冷空气百叶窗利用边框安装到无边框的风机框架中。
图10示出了通过用于风机框架22的支柱34、35、57、58、59的加固，如该加固在根据图7和图8的设置中的使用一样。基本上该设置来自轴向风机41、42的位置与风机框架18连同图9的边框的位置的调换。
权利要求
1.一种用于机动车(3)的冷却系统，其具有至少一个热交换器(14、15)，特别是冷却器，一种介质(特别是冷却剂)流经所述冷却器，所述冷却剂例如用于冷却发动机(9)，并且所述冷却系统具有热交换器-空气流通面，在第一运行状态中，特别是在所谓的背压运行中，气流沿着第一气流路径(26)流经所述空气流通面，以及在第二运行状态中，特别是在所谓的通风运行中，气流额外地或者可选地沿着第二气流路径(24)流经所述空气流通面，所述第二气流路径穿过空气输送装置(20；41、42)，所述空气输送装置设置在所述热交换器(14、15)和所述发动机(9)之间，并且具有空气流通面，其特征在于，所述空气输送装置(20；41、42)和热交换器(14、15)这样地设计和设置，输送装置-空气流通面在机动车(3)的纵向方向(8)上的平行投影在平面上至少部分地超过所述热交换器-空气流通面突出，所述热交换器-空气流通面位于所述平面中，并且所述热交换器-空气流通面的较大部分未被所述输送装置-空气流通面的平行投影覆盖。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述空气输送装置(20；41、42)和所述热交换器(14、15)这样地设计和设置，即所述热交换器-空气流通面的40％到70％未被所述输送装置-空气流通面的平行投影覆盖。
3.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，在未被所述输送装置-空气流通面的平行投影覆盖的区域中，在所述热交换器(14、15)和所述发动机(9)之间设置用于控制气流的装置(18)。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述用于控制气流的装置包括冷空气百叶窗(18)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述输送装置-空气流通面基本上平行于所述热交换器-空气流通面来设置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述输送装置-空气流通面相对于所述热交换器-空气流通面倾斜地设置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述空气输送装置(20；41、42)包括至少一个轴向风机。
8.根据权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述轴向风机(20；41、42)具有250mm到400mm的直径。
9.根据权利要求7或8所述的冷却系统，其特征在于，所述轴向风机(20；41、42)具有转轴，所述转轴径向地设置在所述热交换器-空气流通面的外部。
10.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述空气输送装置(20；41、42)被冷却器框架(22)围住。
11.根据权利要求10所述的冷却系统，其特征在于，所述风机框架(22)设计为自承载单元。
12.根据权利要求10或11所述的冷却系统，其特征在于，所述风机框架(22)具有两个支柱(34、35)，所述支柱侧面地限制所述用于控制气流的装置(18)。
13.根据权利要求10、11或12所述的冷却系统，其特征在于，所述风机(22)具有上面的横支柱和/或下面的横支柱，其在上方和/下方上限制所述用于控制气流的装置(18)。
14.根据权利要求10、11、12或13所述的冷却系统，其特征在于，所述用于控制气流的装置(18)划分为两个部分，并且所述风机框架(22)在分界面上具有中间支柱。
15.根据权利要求13或14所述的冷却系统，其特征在于，带有所述支柱的所述用于控制气流的装置(18)的边框是所述风机框架(22)的一部分。
16.根据权利要求13或14所述的冷却系统，其特征在于，带有所述支柱的所述用于控制气流的装置(18)的边框是用于控制气流的所述装置(18)的一部分。
17.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，气流通过在所述机动车(3)前部的至少一个所述进气口(12)流向所述热交换器(14、15)。
18.根据权利要求17所述的冷却系统，其特征在于，所述进气口(12)设置在所述机动车(3)前部的保险杠(11)的下方。
19.根据权利要求17所述的冷却系统，其特征在于，所述进气口设置在所述机动车(3)前部的所述保险杠(11)的上方。
20.根据权利要求17所述的冷却系统，其特征在于，所述进气口设置在所述机动车(3)前部的保险杠(11)的上方和下方。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述进气口(12)的平行投影相反于所述机动车(3)的纵向方向(8)在平面上处于所述热交换器-空气流通面之内，所述热交换器-空气流通面位于所述平面中。
22.根据权利要求21所述的冷却系统，其特征在于，所述进气口(12)的平行投影相反于所述机动车(3)的纵向方向(8)在平面上处于所述热交换器-空气流通面的一部分之内，所述热交换器-空气流通面位于所述平面中。
23.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统(1)的机动车。
全文摘要
本发明涉及一种用于机动车(3)的冷却系统(1)，其具有至少一个热交换器(14、15)，特别是冷却器，一种介质(特别是冷却剂)流经该冷却器，该冷却剂例如用于冷却发动机(9)，并且该冷却器具有热交换器－空气流通面，在第一运行状态中，特别是在所谓的背压运行中，气流沿着第一气流路径(26)流经该空气流通面，以及在第二运行状态中，特别是在所谓的通风运行中，气流额外地或者可选地沿着第二气流路径(24)流过该空气流通面，该第二气流路径穿过空气输送装置(20)，其设置在热交换器(14、15)和发动机(9)之间，并且其具有输送装置－空气流通面。本发明的目的是提出一种冷却系统，在该冷却系统中，一方面在第一运行状态中尽可能少地阻碍沿着第一气流路径(26)流动的冷空气流，并且另一方面在第二运行状态中实现沿着第二气流路径(24)的损耗很小的冷空气流的输送，空气输送装置(20)和热交换器(14、15)这样来设计和设置，即输送装置－空气流通面在机动车(3)的纵向方向(8)上的平行投影在平面上至少部分地超过热交换器－空气流通面突出，热交换器－空气流通面位于该平面中，并且热交换器－空气流通面的较大部分未被输送装置－空气流通面的平行投影覆盖。
文档编号F01P5/06GK1957165SQ200580016576
公开日2007年5月2日 申请日期2005年5月24日 优先权日2004年5月26日
发明者斯特凡·罗格 申请人:贝洱公司