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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lüftungsvorrichtung zum Kühlen des Motorraums eines Fahrzeugs, des so genannten Antriebsstrangraums, wobei die Lüftung vom Kühlluftgebläse beeinflusst wird, aber die Luft, die das Kühlerpaket passiert, nicht den Motorraum erreicht. Die Erfindung betrifft insbesondere das Kühlen eines geschlossenen Motorraums, der vom Kühlerpaket des Fahrzeugs getrennt ist, wobei die Erfindung insbesondere schwerere Nutzfahrzeuge wie Busse mit am Heck montierten Motoren oder ähnliche Fahrzeuge betrifft. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein mit einer Lüftungsvorrichtung gemäß der Erfindung ausgestattetes Fahrzeug.
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Technischer Hintergrund
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Mit Motoren mit hoher Leistung ausgestattete Fahrzeuge haben nicht selten Probleme mit dem Abführen von überschüssiger Wärme aus dem Motorraum. Bestimmte Teile der Motoren wie beispielsweise Turbolader, Abgaskrümmer usw. können sehr warm werden und andere Teile, die im Motorraum angeordnet sind, wie beispielsweise Gummiteile, Dichtungen, Stromleitungen usw. können mit der Zeit durch die hohen Temperaturen beschädigt werden. Insbesondere Busse mit am Heck montierten Motoren, bei denen der kühlende Fahrtwind nicht direkt zum Erzeugen eines Luftstroms durch den Motorraum oder das Kühlerpaket genutzt werden kann, haben üblicherweise Probleme mit hohen Temperaturen im Antriebsstrangraum. Bei Fahrzeugen mit vorne montierten Motoren kann ein kühlender Luftstrom einfacher erzeugt werden und ist das Problem mit hohen Temperaturen geringer. Auf irgendeine Weise muss also die Aufgabe der Lüftung des Motorraums gelöst werden. Ein momentan häufig verwendetes Verfahren besteht darin, dass der Luft, die das Kühlluftgebläse von der Umgebung und durch das Kühlerpaket ansaugt, auch das Passieren des Motorraums ermöglicht wird. Die Luft ist jedoch bereits warm, da sie Energie vom Kühlerpaket, beispielsweise vom Kühlmittel o. Ä. (in einem Kühlerpaket sind üblicherweise mehrere Wärmetauscher beispielsweise für Ladeluft, Kühlmittel, Öl usw. angeordnet) beim Passieren des Kühlerpakets aufgenommen hat, und die Luft kühlt/lüftet daher den Motorraum weniger wirksam, sondern erwärmt vielmehr den Bereich im Raum.
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Gemäß dem Stand der Technik sind auch andere Strategien zum Lüften eines Motorraums bekannt. Das am weitesten verbreitete Verfahren besteht darin, dass das Kühlluftgebläse die Umgebungsluft durch das Kühlerpaket ansaugt, die anschließen über die Komponenten des Antriebsstrangs eingeblasen/-gedrückt wird. Dies schafft einen Überdruck im Motorraum, der anschließend durch die Auslässe heckseitig in der Karosserie des Fahrzeugs entlüftet wird, üblicherweise über eine oder mehrere hoch angeordnete Auslassöffnungen in der heckseitig angeordneten Motorklappe des Fahrzeugs. Natürlich ist es auch möglich, ein Kühlluftgebläse anzuordnen, das stattdessen die Luft vom Motorraum durch das Kühlerpaket drückt/saugt. Es bildet sich dann ein Unterdruck im Motorraum, der bewirkt, dass kältere Umgebungsluft in den Motorraum durch die hierfür angeordneten Öffnungen eingesaugt wird. Dies führt jedoch zu einer schlechteren Kühlleistung des Kühlerpakets, weil sich die Luft, die das Kühlerpaket passiert, beim Strömen durch den Motorraum erwärmt, und führt ferner zu einem stärker verschmutzten Motorraum, weil eine große Menge staubiger/schmutziger Luft in den Motorraum eingesaugt wird. In allen Fällen wurde also die Gebläseluft direkt in den Motorraum eingesaugt oder -gedrückt, um diesen zu kühlen.
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Bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik ist man gezwungen, zwischen einem warmen Motorraum und einer besseren Kühlleistung des Kühlerpakets oder einem kühleren Motorraum mit schlechterer Kühlleistung des Kühlerpakets und einem stärker verschmutzten Motorraum zu wählen.
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Zum Beheben dieses Problems kann der Kühlluftstrom durch das Kühlerpaket vom Strom durch den Motorraum getrennt werden. Dies bedeutet aber, dass der Luftstrom am Motor ggf. verringert wird oder mehr oder weniger zum Stillstand kommt und unerwünschte und ungünstige Wärmestaus entstehen können. Dies ist insbesondere bei einem Betrieb mit niedrigen Geschwindigkeiten, wie er häufig im gewerblichen Verkehr, beispielsweise im Busverkehr, auftritt, ein Risikofaktor. Ausreichend dimensionierte Lüftungsöffnungen im Anschluss an den Motorraum des Fahrzeugs können diesem unerwünschten Wärmeaufbau entgegenwirken, aber die Wirkung ist häufig unzureichend und es entsteht außerdem eine unvorteilhaft erhöhte Schallemission sowie wie bereits beschrieben ein stärker verschmutzter Motorraum, insbesondere wenn die Einlassflächen vergrößert werden.
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Diese Nachteile müssen verringert werden. Höhere Anforderungen an niedrigere Schallemissionen führen ebenso dazu, dass die Lüftungsöffnungen in der Außenkarosserie des Fahrzeugs verringert/verkleinert werden müssen.
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Die Aufgabe besteht somit darin, ein Lüftungssystem zu konstruieren, das die Emission von störendem Schall vom Fahrzeug verringert, aber gleichzeitig zu einer besseren Kühlung von Motorraum sowie Kühlerpaket führt und dennoch nicht bewirkt, dass mehr Schmutz und Staub in den Motorraum gelangen.
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Es wurden bereits mehrere Versuche unternommen, diese Aufgabe zu lösen und ein Lüftungssystem vorzuschlagen, das die Emission von störendem Schall vom Fahrzeug verringert, aber die Kühlung von Motorraum und Kühlerpaket erhält oder verbessert, ohne dass bewirkt wird, dass mehr Schmutz und Staub in den Motorraum gelangen.
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GB2045183 beschreibt beispielsweise ein Kühlsystem für einen Motor umfassend einen Kühler und einen Kühlgebläsemotor. Kühler und Kühlluftgebläse sind vom Motorraum getrennt und die erwärmte Luft, die den Kühler passiert hat, wird aus dem Fahrzeug in die Umgebungsluft geleitet, ohne den Motorraum zu passieren. Auch ein Vermischen der Abgase mit dieser Luft wird ermöglicht, wodurch eine Verringerung von störendem Schall vom Fahrzeug erreicht wird. Ein Nachteil dieses Systems ist, dass der Motorraum nicht wirksam gekühlt wird. Ferner muss hier ein Teil der Kühlluft zum Kühlen des Auspuffrohrs des Fahrzeugs verwendet werden.
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SE532810 beschreibt eine Vorrichtung zur Motorraumlüftung, die ein Kühlerpaket sowie ein Kühlluftgebläse, das auf den Luftstrom durch das Kühlerpaket einwirkt, umfasst. Das Kühlerpaket ist vom Motorraum abgeschirmt und das Kühlluftgebläse saugt Luft auch vom Motorraum durch einen hierfür angeordneten Kanal oder eine hierfür angeordnete Öffnung an. Durch den Unterdruck, der sich im Motorraum bildet, wird Umgebungsluft über wenigstens eine Öffnung zwischen Motorraum und Außenseite des Fahrzeugs in den Motorraum gesaugt, was dazu führt, dass zu hohe Temperaturen im Motorraum vermieden werden. Ein Nachteil dieses Systems ist, dass ein größerer Kühlgebläsemotor verwendet werden muss, um die größere Luftmenge bewältigen zu können. Ein größerer Motor braucht mehr Energie für den Betrieb.
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EP0735252 beschreibt ferner ein Kühlsystem für einen Motor in einem Nutzfahrzeug. Der Motorraum ist vom Kühlsystem durch eine Schalldämmung getrennt. Motorraum und Kühlsystem werden durch verschiedene Einlässe mit Luft aus der Umgebung versorgt. Das Kühlluftgebläse ist mit einem Diffusor versehen, der bewirkt, dass Luft ebenfalls vom Motorraum angesaugt und aus dem Fahrzeug zusammen mit der Luft, die das Kühlerpaket passiert hat, geleitet wird. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, dass auch hier ein größerer Kühlgebläsemotor erforderlich ist, der die größere Luftmenge bewältigen kann, die durch Kühlerpaket und Motorraum strömen muss.
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US6523520 beschreibt ferner eine andere Variante eines Kühlsystems für einen Motor, der vom Kühlsystem abgetrennt ist. Ein am Kühler des Fahrzeugs angeordnetes Kühlluftgebläse saugt Luft gleichzeitig durch das Kühlpaket und vom Motor über ein hierfür angeordnetes Kanalsystem. Das Kanalsystem leitet die Umgebungsluft insbesondere an warmen Teilen des Motors vorbei, bevor diese durch einen Auslass im Fahrzeug nach außen geleitet wird.
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Gemäß dem Stand der Technik ist somit kein Lüftungssystem bekannt, das die Emission von störendem Schall vom Fahrzeug verringert und die Kühlung von Motorraum sowie Kühlerpaket erhält oder verbessert, ohne dass mehr Schmutz und Staub in den Motorraum gelangen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist somit das Lösen der oben genannten Aufgabe und das Nachweisen eines Lüftungssystems, das die Emission von störendem Schall vom Fahrzeug in die Umgebung verringert, aber gleichzeitig die Kühlung von Motorraum sowie Kühlerpaket erhält oder verbessert.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass die Lösung selbstregelnd ist, d. h. wenn der Motorraum warmer wird, muss die Lüftung automatisch zunehmen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die Größe der Lüftungsöffnungen und/oder deren Anzahl an den Karosserieseiten des Fahrzeugs zu verringern.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass die Lüftungsvorrichtung so wenig Energie wie möglich für ihren Betrieb braucht.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass die Konstruktion ebenfalls die Menge an Schmutz und Staub, die in den Motorraum gelangt, verringert.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass die Lösung grundsätzlich einfach ist und die Teile einfach und kostengünstig herzustellen sind.
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Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden gemäß der Erfindung durch eine Lüftungsvorrichtung gelöst, welche die besonderen Merkmale aufweist, die im kennzeichnenden Teil der unabhängigen Patentansprüche 1 und 6 angegeben sind.
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Die Erfindung betrifft somit insbesondere Nutzfahrzeuge wie Busse, kann aber selbstverständlich auch für andere Fahrzeuge wie Lastkraftwagen, Baumaschinen oder andere Typen von Fahrzeugen verwendet werden, bei denen ein Bedarf einer Lüftungsvorrichtung besteht, welche die Emission von störendem Schall verringert, aber dennoch die Kühlung von Motorraum sowie Kühlerpaket erhält oder verbessert, ohne den Grad der Verschmutzung des Motorraums zu erhöhen.
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Die erfindungsgemäße Lösung betrifft insbesondere Fahrzeuginstallationen, bei denen das Kühlluftgebläse seitlich im Fahrzeug/Bus in einem separaten Kühlluftschacht angeordnet ist. Bei einer solchen Motorraumanordnung, bei dem Gebläseluft vom Kühlerpaket in einen vom Motorraum/Antriebsstrangraum getrennten Kühlschacht geleitet wird, vermischt sich die warme Luft nicht mit der Luft im Motorraum und das Kühlluftgebläse kann somit nicht direkt für das Bewirken einer Lüftung im Motorraum verwendet werden.
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Die Erfindung wird also dadurch erzielt, dass eine Motorraumlüftung in einem Fahrzeug umfassend einen Lüftungskanal, beispielsweise ein Rohr, vom oberen Teil des Motorraums angeordnet wird und dass der Auslass des Lüftungskanals im Kühlluftschacht angeordnet ist, um einen Unterdruck im Lüftungskanal und somit im Motorraum zu erzeugen. Der Unterdruck, der am Auslass des Lüftungskanals erzeugt wird, bewirkt somit eine Strömung aus dem Lüftungskanal und somit aus dem Motorraum heraus, die wiederum dazu führt, dass Umgebungsluft in den Motorraum über wenigstens eine Öffnung zwischen dem Motorraum und der Außenseite/Unterseite des Fahrzeugs gesaugt wird.
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Der Lufteinlass zum Motorraum ist vorschlagsgemäß niedrig angebracht, beispielsweise an der Kardanwelle des Fahrzeugs oder in deren Nähe. Die vom Motor anschließend erwärmte Luft strömt durch den Lüftungskanal heraus, dessen Einlass vorzugsweise im oberen Teil des Motorraums angeordnet ist und dessen Auslass im Kühlluftschacht angeordnet ist, beispielsweise so, dass die Luft aus dem Lüftungskanal im Wesentlichen parallel zum Luftstrom des Kühlluftschachts strömt.
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Die Drehrichtung des Kühlluftgebläses wird vorteilhafterweise so gewählt, dass die Luft vom Kühlluftgebläse auf optimale Weise durch das Dach des Kühlluftschachts und nach außen durch den in der Außenkarosserie des Fahrzeugs angeordneten Auslass/das Gitter des Kühlluftschachts abgeführt/gedrückt wird. Die Geschwindigkeit des Luftstroms wird in der Nähe des Dachs und im hinteren Teil des Kühlschachts am höchsten und im Wesentlichen laminar.
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Alternativ kann der Lüftungskanal aus einem oder mehreren in der Innenwand des Kühlluftschachts, in der zum Motorraum hin angeordneten Wand, angeordneten Schlitzen/Spalten/Ritzen bestehen. Die Schlitze sind jeweils beispielsweise mit einer schrägen Fläche oder oder einem schrägen Flügel mit der breiten Fläche zum Luftstrom des Kühlluftschachts hin ausgebildet, wobei eine Öffnung hinter diesem angeordnet in Richtung des Luftstroms des Kühlluftschachts erzeugt wird. Der Luftstrom des Kühlluftschachts, der mit hoher Geschwindigkeit diesen Schlitz und diesen Flügel passiert, erzeugt einen Unterdruck stromabwärts nach dem Schlitz und zieht somit durch Ejektorwirkung Luft vom Motorraum mit sich.
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Die Geschwindigkeit der Luft im Kühlluftschacht und somit der Sog vom Motorraum nimmt automatisch zu, wenn die Temperatur des Motors und/oder im Motorraum steigt und das System anzeigt, dass Kühlung erforderlich ist.
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Vorteil dieser erfindungsgemäßen Konstruktion ist, dass eine so genannte aktive Lüftung des Motorraums entsteht, ohne dass zusätzliche Kühlluftgebläse installiert werden müssen. Die Kühlwirkung für das Kühlerpaket wird im Wesentlichen nicht beeinflusst und das System verwendet ferner grundsätzlich „verbrauchte” Kühlluft, um einen Unterdruck im Lüftungskanal/Schlitz und damit einen höheren Sog vom Motorraum zu erzeugen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass keine weitere Software zum Steuern der Lüftung aufgrund des Kühlbedarfs des Motors entwickelt werden muss. Wenn der Motor warm wird und über das Basissystem mehr Gebläse anfordert, um die Temperatur des Kühlmittels zu senken, erhöht sich automatisch der Sog aus dem Lüftungskanal. Wenn der Motor am meisten Wärme abstrahlt, ist auch der Luftstrom/Sog am größten. Es spielt auch keine Rolle, welcher Typ von Kühlluftgebläse bzw. wie viele Kühlluftgebläse im Fahrzeug vorhanden sind und verwendet werden.
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Die Lösung ist betriebssicher und erfordert gleichzeitig verhältnismäßig wenig Einbauraum im Fahrzeug. Dies macht die Implementierung der Lösung beispielsweise bei der Neuproduktion eines Fahrzeugs kostengünstig.
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Weitere besondere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung sowie aus den beigefügten Zeichnungen und sonstigen Patentansprüchen hervor.
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Kurzes Zeichnungsverzeichnis
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Die Erfindung wird nachfolgend näher in einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt einen Schnitt des Hecks eines Busses von oben, aus dem u. a. der Motorraum und ein Kühlluftschacht hervorgehen und bei dem ein Lüftungskanal dargestellt ist.
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2 zeigt prinzipiell die gleiche Skizze wie in 1, bei der aber der Lüftungskanal aus einem Schlitz oder Spalt besteht.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt also prinzipiell einen Schnitt des Hecks eines Fahrzeugs 1, hier eines Busses, von oben, aus dem u. a. der Motorraum 2 mit dessen Motor 3 und Getriebe 4 hervorgehen. Eine Kardanwelle 5 überträgt das Drehmoment vom Motor 3 und vom Getriebe 4 auf die Antriebsräder 6.
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Motor 3 und Getriebe 4 sind hier in einem gemeinsam abgetrennten Gehäuse 7 eingeschlossen, das einen im Wesentlichen geschlossenen Motorraum 2 bildet. Das Gehäuse 7 kann vorteilhafterweise mit einer hierfür vorgesehenen Matte (nicht dargestellt) schallgedämmt sein, die vorzugsweise an der Innenseite des Gehäuses 7 angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung betrifft insbesondere Motorinstallationen, bei denen ein Kühlluftgebläse 8 und ein Kühlerpaket 9 in einem an der Seite des Motorraums 2 angeordneten separaten Kühlluftschacht 10 angeordnet sind. Da der Kühlluftschacht 10 vollständig vom Motorraum 2 getrennt ist, vermischt sich die warme Luft, die das Kühlerpaket 9 passiert hat, nicht mit der Luft, die zum Motorraum 2 geleitet wird.
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Der Lufteinlass 11 zum Motorraum 2 ist vorteilhafterweise niedrig im Fahrzeug 1 angeordnet, beispielsweise wie hier unten an der Kardanwelle 5, und ist geeignet ausgebildet, so dass die Luft an der Durchführung der Kardanwelle 5 in der Wand 12 zum Gehäuse 7 des Motorraums passiert.
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Die über den Lufteinlass 11 einströmende Luft strömt um den Motor 3 und steigt, wenn sie von den verschiedenen Komponenten des Motors wie Turbolader, Abgaskrümmer usw. (nicht dargestellt) erwärmt wird, aufgrund der Konvektion im Motorraum 2 nach oben und erreicht den oberen Teil oder das Dach des Gehäuses (nicht dargestellt). Im Dach oder in dessen Nähe ist ein Lüftungskanal 13 in Form eines Rohrs angeordnet. Der Lüftungskanal 13 erstreckt sich vom Motorraum 2 in den Kühlluftschacht 10 und mündet in diesem über eine Auslassöffnung 14. Die Auslassöffnung 14 kann vorteilhafterweise gewinkelt oder so ausgerichtet sein, dass deren äußeres Teil parallel zur Längsrichtung des Kühlluftschachts 10 und zur im Kühlluftschacht 10 strömenden Luft angeordnet ist.
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Am Auslass des Lüftungskanals 13 bildet sich durch den Luftstrom vom Kühlluftgebläse 8 ein Unterdruck, der von der Geschwindigkeitserhöhung erzeugt wird, die von der Luft, welche die Auslassöffnung 14 des Lüftungskanals 13 passiert, bewirkt wird. Dies schafft eine Ejektorwirkung, die Luft aus dem Lüftungskanal 13 und damit aus dem Motorraum 2 mit sich zieht.
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2 zeigt prinzipiell die gleiche Skizze wie in 1, aber hier ist ist der Lüftungskanal 13 als wenigstens ein in der Innenwand 15 des Kühlluftschachts 10, d. h. in der Wand 15, die zwischen Motorraum 2 und Kühlluftschacht 10 angeordnet ist, angeordneter Schlitz in Form einer Aussparung (Spalt oder Ritze) ausgebildet. Der Schlitz kann beispielsweise mit einem schrägen Rand 17 oder Flügel versehen sein, der von der Wand 15 nach außen gewinkelt ist und dessen Außenfläche entgegen der Strömungsrichtung des Luftstroms im Kühlluftschacht 10 zeigt. Somit wird hinter diesem Rand 17 ein Lüftungskanal 13 gebildet, der durch die vorbeiströmende Luft eine Ejektorwirkung hervorruft, die Luft vom Motorraum 2 in den Kühlluftschacht 10 mit sich zieht. Die Auslassöffnung 14 des Schlitzes ist somit stromabwärts nach dem Kühlluftgebläse 8 und dem Kühlerpaket 9 angeordnet. Der Lüftungskanal 13 kann aus mehreren nacheinander in der Wand 15 angeordneten Schlitzen mit Rand 17 bestehen (nicht dargestellt).
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Ein Vorteil der beschriebenen Lösung ist, dass eine aktive Lüftung des Motorraums 2 bewirkt wird, ohne dass zusätzliche Kühlluftgebläse 8 installiert werden müssen. Die Steuerung des Luftstroms erfolgt ferner automatisch und die Kühlwirkung des Luftstroms ist direkt damit verknüpft, wie stark das Kühlluftgebläse 8 von der vorhandenen Motorsteuerung gesteuert wird. Die Lösung verringert den Bedarf an Einbauraum und hält die Schallemissionen des Fahrzeugs 1 auf einem niedrigen Niveau.
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Die vorhergehende Beschreibung ist in erster Linie dafür vorgesehen, das Verstehen der Erfindung zu erleichtern, und ist natürlich nicht auf die angegebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind auch andere Varianten der Erfindung im Rahmen des Erfindungsgedankens und des Schutzumfangs der folgenden Patentansprüche möglich und denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2045183 [0009]
- SE 532810 [0010]
- EP 0735252 [0011]
- US 6523520 [0012]
