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Die
Erfindung betrifft eine Frischluftzuführ- und Wasserabscheideeinrichtung
eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus
dem Stand der Technik sind großvolumige
Wasserkästen
im Motorraum zur Wasserabscheidung aus einem Kraftfahrzeug zugeführter Frischluft durch
Luftumlenkung bekannt. Derartige bekannte Systeme realisieren die
Tropfenabscheidung durch Luftberuhigung, d.h. große Strömungsquerschnitte, und
Ausfällung
von Tropfen durch Eigengewicht, d.h. die Luftströmung ist im Allgemeinen nicht
aktiv am Abscheidevorgang beteiligt.
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Die
DE 199 44 530 C1 offenbart
eine Frischluftzuführ-
und Wasserabscheideeinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer Eintrittsöffnung,
einer Austrittsöffnung
und einem dazwischen ausgebildeten Wasserkasten mit einem Tropfenauffangsystem
und einer Wasserabfuhröffnung,
wobei zwischen der Eintrittsöffnung
und der Austrittsöffnung
eine Trennwand derart ausgebildet ist, dass sich ein Querschnitt
an der Eintrittsöffnung
auf einen Querschnitt auf Höhe einer
Trennwandunterkante verjüngt,
und ein Querschnitt zwischen der Trennwandunterkante und einer Bodenfläche des Wasserkastens
deutlich größer ist als
der Querschnitt auf der Höhe
der Trennwandunterkante. Dabei können
bei zu geringer Baugröße der Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung an der Trennwandunterkante befindliche
Tropfen mitgerissen werden.
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Die
DE 197 56 983 C1 offenbart
eine Luftzuführeinrichtung
für einen
in einer Fahrzeugkarosserie ausgebildeten Fahrzeuginnenraum, die
einen in der Karosserieoberseite angeordneten Lufteinlass, einen diesem
nachgeordneten Luftströmungsweg
und eine im Luftströmungsweg
zur Wasserabscheidung angeordnete Leitschaufel aufweist, die den
Luftstrom um ihr Schaufelende herum umlenkt. Zur Erzielung eines reduzierten
Strömungswiderstands
im Luftströmungsweg
ist die Leitschaufel so ausgebildet, dass sie durch Öffnen eines
Bypasses die Luftstromumlenkung um das Schaufelende herum kurzzuschließen vermag.
Das Öffnen
und Schließen
des Bypasses wird wetterabhängig
durch Steuerungsmittel vorgenommen.
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Weiterhin
ist aus der
DE 199
44 530 C1 eine Luftzuführeinrichtung
für die
Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs mit einem Luftein- und -auslass
aufweisenden Luftsammelkasten bekannt. In dem Luftsammelkasten sind
ein von der Kastenwand frei abstehender, sich über die Kastenbreite erstreckender Luftumlenksteg
zur Wasserabscheidung sowie stromabwärts davon ein die lichte Querschnittsfläche des
Luftsammelkastens überdeckender
Luftfilter angeordnet. Unterhalb des Luftumlenkstegs im Kastenboden
ist ein Wasserablauf vorgesehen. Zwecks Optimierung der Wasserabscheidung
unabhängig
von der Anordnung oder Ausbildung von Lufteinlass und Luftauslass
sind zwischen dem Luftumlenksteg und einer diesem gegenüberliegenden
Kastenwand mehrere, voneinander beabstandete, parallele Trennwände angeordnet,
die einerseits bis nahe dem Lufteinlass und andererseits bis zum
freien Ende des Luftumlenkstegs reichen.
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Zudem
ist aus der
DE 102
37 235 B3 eine Luftzuführeinrichtung
bekannt, die eine Wasserabscheideeinrichtung mit einer Umlenkschaufel
aufweist. Zum Lenken (und Laminieren) des Luftstroms sind an der
Umlenkschaufel Leitschaufeln vorgesehen, die nahezu senkrecht zur
Umlenkschaufel angeordnet sind. Durch die Leitschaufel werden Geschwindigkeitsspitzen
des Luftstroms im Abscheidungsquerschnitt vermieden.
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Jedoch
treten in diesen verschiedenen Systemen zur Frischluftzufuhr und
Wasserabscheidung, die zur Luftumlenkung Luftumlenkelemente, wie
beispielsweise einen großflächigen Luftumlenksteg,
verwenden, große
Druckverluste auf.
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Weiterhin
ist aus der
DE 103
28 671 B3 eine Frischluftzuführ- und Wasserabscheideeinrichtung eines
Kraftfahrzeugs bekannt, mit einer Umlenkkammer zur Wasserabscheidung,
die eine in Einbaulage oben liegende Einlassöffnung, eine im Wesentlichen rechtwinklig
dazu angeordnete Auslassöffnung
und einen in Einbaulage unter der Einlassöffnung gelegenen Ablaufboden
zum Sammeln und Ableiten von Wasser aufweist. Um ein Zerplatzen
von aus der Luft abgeschiedenen Wassertropfen und eine Bildung von
Sprühnebel
zu verhindern, werden steil aufragende Lamellen der Umlenkkammer
derart angeordnet, dass die Lamellen im freien Querschnitt zwischen
Einlassöffnung
und Ablaufboden in einem spitzen Winkel zur Einfallrichtung der
Wassertropfen ausgerichtet sind und den Ablaufboden in Einfallrichtung
vollständig überdecken.
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Jedoch
besteht bei vielen herkömmlichen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtungen eines Kraftfahrzeugs das Problem, dass
viel Bauraum erforderlich ist, da lange Wegstrecken zwischen Frischlufteintritt
und Luftaustritt zum Klimagebläse
erforderlich sind, um die gewünschte
Wasserabscheidung zu erreichen. Zudem ist aufgrund des großen Bauraumbedarfs
eine fahrzeugspezifische Gestaltung der Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung eines Kraftfahrzeugs nötig.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung eines Kraftfahrzeugs derart weiterzubilden,
dass weniger Bauraum als bisher erforderlich und eine kompakte,
einfache, standardisierte Bauweise erreichbar ist, bei der Frischlufteintritt
und Luftaustritt nahe beieinander liegen können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Frischluftzuführ-
und Wasserabscheideeinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit Merkmalen
von Patentanspruch 1 gelöst.
In den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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In
der erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung ist die Luftströmung durch lokal hohe Luftgeschwindigkeiten
im Bereich des Lufteintritts aktiv am Wasserabscheidevorgang beteiligt.
Dadurch erfolgt eine gezielte Mitführung der Tropfen zu bestimmten
Wandbereichen, an denen sie durch Tropfenauffangelemente gesammelt und
abgeführt
werden. Dazu ist zwischen Lufteintritt- und -austritt eine Trennwand
ausgebildet, insbesondere eine Trennwand mit einer scharfen Trennwandunterkante
ohne Rundung, die auf beiden Seiten durch eine gleichgerichtete
Luftströmung
umspült wird.
Dadurch werden die an dieser Kante abgehenden, besonders kritischen
Tropfen gezielt in eine gewünschte
Richtung gelenkt.
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Auf
diese Weise ist deutlich weniger Bauraum für die Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung erforderlich als im Stand der Technik.
Dadurch kann eine kompakte, einfache, standardisierte Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung ausgebildet werden. Durch die lokal hohen
Luftgeschwindigkeiten kann ergänzend
auch eine Partikelvorabscheidung erfolgen. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung mittels unterschiedlicher Adapter einfach
für eine
Luftansaugung über
ein Haubengitter oder einen Haubenschacht verwendet werden.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung mit Luftansaugung durch ein Haubengitter,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
der Trennwandunterkante aus 1,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung mit Luftansaugung durch einen Haubenschacht,
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4a und 4b verschiedene „Kapillar"-Rinnen an der Trennwand,
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5 eine
Trennwand mit quergeneigter Trennwandunterkante,
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6 eine
Trennwand mit gegenüber
der Trennwandunterkante quergeneigter Luftströmung,
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7 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung mit einer zweiten Trennwand und
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8 ein
viertes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung mit Leitelementen im Lufteintrittsbereich.
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Nachfolgend
werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung genauer beschrieben.
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Das
Grundprinzip der erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung besteht in einer Wasserabscheidung durch
lokal hohe Luftströmungsgeschwindigkeiten.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung mit einer Luftansaugung durch ein Haubengitter
gezeigt. Hierbei wird, wie in 1 gezeigt,
zuströmende
Frischluft L durch gezielten Transport von über ein Lufteintrittsgitter 1 in
einer Motorhaube 6 in einen Wasserkasten eingetragenen
Regentropfen W mittels lokal hoher Luftströmungsgeschwindigkeiten in einem
Querschnitt B aktiv an einer Tropfenabscheidung beteiligt. Durch
die lokal hohen Luftströmungsgeschwindigkeiten
mit hohem Impuls nach unten transportierte Tropfen W werden im Bereich
ihres Auftreffens am Boden des Wasserkasten durch ein Tropfenauffangsystem 3 ohne
Zerplatzen aufgefangen und über
eine Wasserabfuhr 5 abgeführt. Ein bevorzugtes Tropfenauffangsystem 3 weist
Lamellen auf, die derart geneigt sind, dass die Tropfen in einem spitzen
Winkel auftreffen, wobei die Lamellen entweder quer über die
Modellbreite verlaufen, wie in 1 gezeigt,
oder sich längs
erstrecken.
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Die
erfindungsgemäßen lokal
hohen Luftströmungsgeschwindigkeiten
werden durch eine Trennwand 2 zwischen Lufteintritt 1 und
-austritt 4 erreicht, wobei die Trennwand 2 eine
scharfe Trennwandunterkante 2a ohne Rundung aufweist. Durch die
scharfe Trennwandunterkante 2a sind Oberflächen- oder
Kapillarkräfte
reduziert und es erfolgt ein geringeres Haften der Tropfen W an
der Trennwandunterkante 2a. Zudem verhindert die scharfe
Trennwandunterkante oder Abrisskante 2a gleichzeitig ein Wandern
von Tropfen W von einer Vorder- zur Rückseite der Trennwand 2.
Bevorzugt ist die Trennwandunterkante 2a vertikal oder
bis zu ca. 20 Grad gegenüber
der Vertikalen vom Luftaustritt 4 weg geneigt.
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Nach
unten gerichtete Strömungsgeschwindigkeiten
an Vorder- und Rückseite
der Trennwandunterkante 2a, d.h. eine anliegende, gesunde,
stationäre
Schichtströmung,
wie in 2 gezeigt, damit an der Trennwandunterkante 2a abreißende Tropfen
W einen hohen Impuls nach unten bekommen und nicht direkt zum Luftaustritt 4 fliegen,
werden dadurch erreicht, dass sich ein Querschnitt zwischen Lufteintritt 1,
in 1 als Querschnitt A bezeichnet, und ein Querschnitt
auf Höhe
der Trennwandunterkante 2a, in 1 als Querschnitt
B bezeichnet, verjüngt.
Hierdurch bildet sich eine beschleunigte Strömung L aus, die an der Trennwand 2 sauber
anliegt, d.h. eine ablöse-
und verwirbelungsfreie Schichtströmung. Zudem ist die Trennwand 2,
deren unterer Bereich in 2 im Detail gezeigt ist, derart
gestaltet, dass sich stromabwärts
der Trennwand 2 ein stabiler Strömungswirbel StrW ausbildet,
so dass auch auf der Rückseite
der Trennwand 2 die Hauptströmung L nach unten gerichtet
ist. In 2 bezeichnet WF einen Wasserfilm
auf der Oberseite der Trennwand 2.
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Schließlich ist
der Strömungsquerschnitt
zwischen Trennwandunterkante 2a und Boden des Wasserkastens,
in 1 als Querschnitt C bezeichnet, deutlich größer als
der Querschnitt B; er kann beispielsweise ungefähr um einen Faktor 2 größer sein. Auf
diese Weise wird ein hoher Strömungsimpuls nach
unten im Querschnitt B und ein niedriger Strömungsimpuls nach rechts zum
Luftaustritt 4 in Querschnitt C erzielt.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung, das in 3 gezeigt
ist, erfolgt die Luftansaugung durch einen Haubenschacht 1a zwischen
Motorhaube und Windschutzscheibe 7. Von der Windschutzscheibe 7 ablaufendes
Wasser wird dabei mittels einer Schwallwasserrinne 8 an
einem Eindringen in die Frischluftzuführ- und Wasserabscheideeinrichtung
gehindert. Zusätzlich
kann auf der Oberseite der Trennwand 2 optional noch eine zweite
Rinne 9 ausgebildet sein, in der sich an der Trennwand 2 ablaufendes
Wasser sammelt.
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In
diesem zweiten Ausführungsbeispiel
erfolgt eine Querschnittsverjüngung
zwischen einem Querschnitt A und einem Querschnitt B. Die Querschnittsverjüngung kann
genau wie im Fall der Luftansaugung über ein Haubengitter (Lufteintrittsgitter 1 gemäß 1)
auch durch Reduktion der Modellbreite realisiert werden. Die Oberfläche der Trennwandunterkante 2a,
durch die die Größe und Verteilung
der an der Unterkante 2a abreißenden Tropfen W vorteilhaft
beeinflusst werden kann, ist vorteilhafterweise beispielsweise hydrophob
oder hydrophil.
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Weiterhin
können
in einer Weiterbildung der Erfindung an der Trennwandvorderseite
Kapillar-Rinnen 10, wie in 4a und 4b gezeigt,
ausgebildet sein. Die Kapillar-Rinnen 10 führen zu
einer vorteilhaften Verteilung des Wasserfilmes und der an der Trennwandunterkante 2a abreißenden Tropfen
W über
die Modellbreite in y-Richtung. In den 4a und 4b sind
verschiedene Varianten für
Kapillar-Rinnen 10 gezeigt.
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Zudem
kann die Trennwandunterkante 2a, wie in 5 gezeigt,
in Querrichtung geneigt sein bzw. es kann, wie in 6 gezeigt,
auch die in 6 durch Pfeile veranschaulichte
Luftströmung
im Bereich der Trennwandunterkante 2a eine Quergeschwindigkeitskomponente
aufweisen. Dadurch werden die Tropfen W entlang der Trennwandunterkante 2a in
Querrichtung transportiert und können
an einer Seitenwand 11 des Wasserkastens abgeführt werden.
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Ergänzend kann,
wie in 3 gezeigt, eine zweite Rinne 9 ausgebildet
sein, um einen Teil des Wasserfilms schon vor der Trennwandunterkante 2a abzuführen.
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Weiterhin
kann gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung, wie in 7 gezeigt,
eine zweite Trennwand 12 stromabwärts der ersten Trennwand 2 ausgebildet
sein. Dabei bildet die erste Trennwand 2 mit der zweiten
Trennwand 12 einen sich verjüngenden Kanal 13 und
erhöht
dadurch auf der Rückseite
der ersten, nassen Trennwand 2 den Strömungsimpuls nach unten. Ansonsten
unterscheiden sich der Aufbau und die Funktionsweise nicht von dem
in 1 beschriebenen Aufbau und der Funktionsweise.
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Alternativ
zu der in 1 gezeigten Anordnung des Wasserkastens,
kann der Querschnitt B auch in vertikaler Richtung liegen, d.h.
der Wasserkasten um 90 Grad gedreht, ausgebildet sein.
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Weiterhin
können
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Frischluftzuführ- und
Wasserabscheideeinrichtung, wie in 8 gezeigt,
ergänzend
zu dem in 1 gezeigten Aufbau im Lufteintrittsbereich 1 zwischen
dem Querschnitt A und B zusätzlich
Leitelemente 15 ausgebildet sein. Dadurch ergeben sich
sich verjüngende Strömungskanäle 14 zwischen
den Leitelementen bzw. Lamellen 15, durch die eine anliegende,
beschleunigte Strömung
auf beiden Lamellenseiten entsteht. An den Lamellen 15 werden
die einfallenden Tropfen W aufgefangen, als Wasserfilm gesammelt
und an der Lamellenunterkante als große Tropfen mit der Luftströmung abtransportiert.
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Aufgrund
dieser zusätzlichen
Leitelemente 15 ergibt sich eine zusätzliche Führung der Luftströmung L und
eine Reduktion von Einströmverlusten. Zudem
wird ein direkter Tropfendurchschlag von außen bis zum Wasserkastenboden
verhindert, da die Leitelemente 15 bereits im Lufteintrittsquerschnitt
die einfallenden Tropfen W aufnehmen und mit Wasser benetzt werden.
Dadurch werden an der jeweiligen Lamellenunterkante Tropfen W aus
dem Wasserwandfilm herausgerissen und durch die hohen lokalen Luftströmungsgeschwindigkeiten
nach unten transportiert. Zusätzlich
erfolgt eine Entlastung der Trennwandunterkante 2a, wobei
die einfallende Wassermenge auf mehrere Kanten, nämlich die
Lamellenunterkanten und die Trennwandunterkante 2a verteilt
wird. Dadurch wird auch der Wassereinfall am Wasserkastenboden über eine
größere Fläche verteilt,
wodurch eine geringere Gefahr der Lachenbildung entsteht. Schließlich erfolgt
eine verbesserte Abscheidung von kleinen Tröpfchen, die aufgrund ihres
geringen Eigengewichts für
die Wasserabscheidung besonders kritisch sind. Die kleinen Tröpfchen gelangen
auf die im Luftstrom stehenden Oberflächen der Lamellen 15,
benetzen diese und reißen dann
als große
Tropfen an der Trennwandunterkante 2a ab. Ansonsten unterscheiden
sich Aufbau und Funktionsweise nicht von der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen.
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Die
erfindungsgemäße Frischluftzuführ- und Wasserabscheideeinrichtung
mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann als standardisierte
Box mit unterschiedlichen Adaptern zum Haubenschlitz, d.h. vertikaler
Luftansaugung, bzw. Haubenschacht, d.h. horizontaler Luftansaugung,
d.h. zur Motorhaube, und/oder unterschiedlichen Adaptern zum Klimagebläse verwendet
werden.