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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit Motorvollkapselung, umfassend einen Motor, eine geräuschdämmende Vollkapsel, welche den Motor umschließt, einen Motorkühler, der außerhalb der Vollkapsel angeordnet ist und dessen Abluft an der Vollkapsel vorbeigeleitet ist, wobei an der Vollkapsel eine Zwangsbelüftung mit mindestens einem Lüfter zur ausschließlichen Versorgung der Vollkapsel mit Frischluft vorgesehen ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die Kapselung von Motoren ist eine bereits seit langem bekannte Maßnahme zur Schalldämmung an Kraftfahrzeugen. Um die Schallemissionen gering zu halten, wird angestrebt, etwaige Öffnungen in der Kapselung möglichst klein auszubilden oder aber in solche Bereiche zu verlegen, wo sie durch weitere Bleche und dergleichen verdeckt werden.
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Durch die Kapselung des Motors wird jedoch die Durchströmung des Motorraums mit Luft stark vermindert oder bei einer Vollkapselung auch vollständig unterbunden. Dies führt in der Regel zu Problemen mit der Motorkühlung. Ein Grund hier für ist, dass das Strömungsverhalten durch einen Motorkühler, der der Kapsel räumlich vorgeschaltet ist, beeinträchtigt wird, womit dessen Kühlleistung sinkt. Aus dem Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang vielfältige Umlenkmaßnahmen bekannt, welche die Strömungsverhältnisse durch den Kühler und an der Kapsel vorbei verbessern sollen. In der Regel ist dies jedoch mit einem Anwachsen der Baugröße des Kühlers verbunden, da strömungstechnische Maßnahmen allein für die Kompensation des Kühlleistungsverlusts nicht ausreichen. Dies führt jedoch bei leistungsstarken Motoren und engen Motorräumen zu Schwierigkeiten.
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Bei einer Vollkapsel, welche gegen die anströmende Luft abgeschottet ist, muss überdies für eine Be- und Entlüftung der Kapsel gesorgt werden.
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Aus der
DE 27 22 089 C2 ist im Zusammenhang mit Nutzfahrzeug-Motoren bekannt, einen vom Motor angetriebenen Gebläselüfter so anzuordnen, dass dessen Luftstrom geteilt wird. Ein erster Teil des Luftstroms wird dabei über den Kühler geführt, ein zweiter Teil des Luftstroms hingegen von dem Kühler unbeeinflusst in die Kapsel gefördert. Die Einströmöffnung an der Kapsel ist dabei verhältnismäßig groß, so dass zusätzliche Maßnahmen in Form von schallabsorbierenden Einsatzblechen erforderlich sind, um die Schallemissionen in Grenzen zu halten. Der Antrieb des Gebläselüfters unmittelbar über den Motor bedingt eine räumlich extensive Bauweise, die für die engen Motorräume von kompakten Personenkraftfahrzeugen ungeeignet ist.
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Ein Kraftfahrzeug mit einer Motorvollkapselung ist aus der
DE 39 17 108 C1 bekannt. Insbesondere werden dort strömungstechnische Maßnahmen offenbart, um bei einer kompakten Bauweise im Motorraum die Luftführung durch den Kühler und an der Kapsel vorbei zu verbessern. Im Hinblick auf eine Erhöhung der Kühlleistung wird vorgeschlagen, an den Kühler anschließende Luftleitschaufeln in den Kühlmittelkreislauf einzubinden, so dass diese ebenfalls mit Kühlmittel durchströmt werden. Eine gezielte Be- und Entlüftung der Vollkapsel, welche den Motor gegen die durch den Kühler einströmende Luft vollständig abschottet, ist jedoch nicht erkennbar.
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Weiterhin ist aus der
EP 0 391 391 B1 eine Motorkapselung bekannt, bei der die vom Kühler kommende Abluft mit Frischluft vermischt und im Bereich eines Motorgetriebes von der Bodenseite her in die Kapsel eingeleitet wird. Dazu sind in einem Bodenblech der Kapsel geeignete Belüftungsöffnungen und Luftleitflächen vorgesehen. Zur Verminderung der Schallemissionen im Bereich der Belüftungsöffnungen dient ein bodenseitig vorgelagertes Abdeckblech. Nachteilig ist hierbei jedoch eine unnötige Wärmezufuhr in den Motorraum durch die Kühlerabluft.
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Schließlich wird in der
DE 199 10 651 A1 ein Kraftfahrzeug mit Motorkapselung offenbart, bei dem in Abhängigkeit des Motorbetriebs durch verschiedene Klappen Abluft des Kühlers in die Kapsel hinein oder an dieser vorbei gefördert werden kann. Ziel hierbei ist eine möglichst schnelle Motorerwärmung im Winterbetrieb, indem mittels der Klappen die Strömung durch den Kühler gedrosselt wird. Zur Unterstützung der gewünschten Strömung sind zwei Gebläse vorgesehen, welche im Verbund mit den Klappen elektronisch angesteuert sind. Wie im Falle der
EP 0 391 391 B1 wird auch hier bei normalen Betriebsbedingungen Abluft des Kühlers in den Motorraum geleitet, was mit einer unnötigen Wärmezufuhr in den Motorraum verbunden ist.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 28 35 032 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit schalldämmender Verschalung bekannt. Die Verschalung weist eine mit einer Auskleidung aus schallschluckendem Material versehene Lufteintrittsöffnung auf, die schnorchelartig bis zu einem Wasserkühler mir Ventilator vorgezogen ist, so dass keine vom Wasserkühler erhitzte und vom Ventilator geförderte Luft in die Lufteintrittsöffnung gelangen kann. Innerhalb der Verschalung ist ein Gebläse angeordnet, das von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über einen Keilriementrieb angetrieben wird. Das Gebläse fördert Kühlluft von der Eintrittsöffnung über die Brennkraftmaschine und ein Getriebe. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Drehzahl des Gebläses von einer Motordrehzahl abhängig ist und bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, beispielsweise bei einer Fahrt bergauf mir 20% Steigung und 2to anhängelast, ein Luftförderstrom in die Verschalung ggf. nicht ausreichend ist.
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Im Hinblick auf immer enger werdende Motorraumabmessungen, den Einsatz stärkerer Motoren und strengere Anforderungen an die Schallemissionen sind die vorstehend erläuterten Lösungskonzepte bei Personenkraftwagen langfristig nicht mehr tragfähig. Zudem stößt die Kühlleistung von herkömmlichen Wasserkühlern bei leistungsstärkeren Motoren an ihre Grenzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Motorkühlung bei Einhaltung strenger Schallemissionswerte an Kraftfahrzeugen mit einem kompakten Motorraum und/oder hoher Motorleistng zu verbessern
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei einem Krafrtfahrzeug der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Lüfter vom Motor entkoppelt ist und über ein Bordnetz mit Strom versorgt wird, so dass die Förderleistung des Lüfters von der Motordrehzahl unabhängig ist, wobei eine temperaturabhängige Drehzahlregelung für den Lüfter vorgesehen ist.
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Das erfindungsgemäße Lösungskonzept beruht auf einer Trennung von Motorkühlung und Motorraum. Es ermöglicht eine optimale akustische Kapselung des Motors. Durch die aktive Zwangsbelüftung der Vollkapsel mit Frischluft wird ein zusätzlicher Kühlungseffekt erzielt, der ein zu starkes Anwachsen der Baugröße des Kühlers bei leistungsstarken Motoren verhindert. Dabei wird gezielt vermieden, auch Abluft des Kühlers in die Vollkapsel zu fördern. Auf diese Weise kann bei einer kompakten Bauweise eine ausreichende Motorkühlung realisiert werden. Die Vorschaltung des Lüfters verringert überdies die Schallemissionen durch die für die Frischluftzufuhr notwendigerweise vorhandenen Öffnungen. Da die Frischluft mit einem gewissen Überdruck zugeführt wird, können die Öffnungen verhältnismäßig klein gewählt werden.
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Der oder die Lüfter für die Zwangsbelüftung sind außerhalb der Vollkapsel angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die thermische Beanspruchung des bzw. der Lüfter im Vergleich zu einer Anordnung innerhalb der Vollkapsel gering bleibt.
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Vorzugsweise weisen der bzw. die Lüfter einen Ansatzstutzen mit mindestens einer Ansaugöffnung in der Fahrzeugfront auf. Auf diese Weise kann während des Fahrbetriebs ein hoher Durchsatz an Frischluft und damit eine gute Kühlwirkung am Motor erhalten werden.
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Die Ansaugöffnungen für den bzw. die Lüfter können in der Fahrzeugfront neben Lufteinlassöffnungen für den Motorkühler, jedoch auch an anderer Stelle angeordnet sein. Beispielsweise lassen sich die Ansaugöffnung bzw. -öffnungen des bzw. der Lüfter in einen Frontspoiler integrieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind für die Frischluftzufuhr von dem bzw. den Lüftern in die Vollkapsel Lufteinblaskanäle vorgesehen. Vorzugsweise münden diese Lufteinblaskanäle in einen unteren Abschnitt der Vollkapsel, um den innerhalb derselben angeordneten Motor optimal zu kühlen. Mittels innerhalb der Vollkapsel angeordneter Luftleiteinrichtungen ist es überdies möglich, die Frischluft an ausgewählte, besonders zu kühlende Stellen zu fördern. Dies ist beispielsweise über geeignete Düsen oder Luftleitbleche möglich.
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Im Hinblick auf eine günstige Leitungsführung und geringe Strömungsverluste ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Lufteinblaskanäle für die Frischluftzufuhr von dem bzw. den Lüftern in die Vollkapsel im Bereich einer Frontwand der Vollkapsel in diese einmünden.
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Bevorzugt werden für die Zwangsbelüftung zwei Lüfter vorgesehen, die kleiner als ein einzelner Lüfter ausgeführt werden können und sich so leichter in einem engen Motorraum unterbringen lassen. In vorteilhafter Weiterbildung ist für jeden Lüfter ein eigener Einblaskanal vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind für den Luftaustritt aus der Vollkapsel Öffnungen im Bereich eines Abgasanlagentunnels und/oder eines Getriebetunnels vorgesehen. Die am Motor vorbeiströmende oder gegebenenfalls an diesem innerhalb der Kapsel vorbeigeleitete Frischluft kann dann dort ebenfalls zu Kühlzwecken eingesetzt werden.
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Im Hinblick auf eine leichte Bauweise ist die Vollkapsel im wesentlichen aus einem Schallabsorptionsmaterial hergestellt, das vorzugsweise das ein Metallblech-Kunststoff-Laminat umfasst. Hierfür kommen insbesondere Sandwichmaterialien in Frage, wie beispielsweise ein Lochblech mit einlaminiertem Glasfaserkunststoff.
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Zusätzlich kann die Vollkapsel an der Innenseite mit einer Schaumschicht ausgekleidet werden, um das Schallabsorptionsvermögen weiter zu verbessern.
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Vorzugsweise werden bestehende Karosserieteile als Kapsel genutzt, die für diesen Zweck modifiziert und gegebenenfalls mit einer Schaumschicht versehen werden. Zum Einsatz gelangen insbesondere akustisch aktive Materialien wie beispielsweise Sandwichmaterialien.
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Nach außen führende Komponenten, insbesondere Wellen, Stangen, Leitungen und Kabel, sind gegen das Gehäuse der Vollkapsel abgedichtet. Dadurch werden die Schallemissionen weiter vermindert.
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Zu diesem Zwecke wird vorzugsweise die Vollkapsel im Unterboden des Kraftfahrzeugs entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung nach hinten fortgeführt, so dass diese auch einen Abgasanlagentunnel abschnittsweise einkapselt.
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Die Fortführung der Vollkapsel kann dabei bis etwa auf die Höhe der B-Säule der Fahrzeugkarosserie nach hinten erfolgen.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung wird die Vollkapsel im Motorraum von der Karosserie getragen.
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Im Hinblick auf eine großseriengeeignete, das heißt insbesondere kostengünstige Fertigung und ein leichtes Gewicht wird gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ein den Motor und/oder das Getriebe umschließender Abschnitt der Vollkapsel als Blasformteil oder auch als Sandwichblech, z.B. rostfreier Stahl, Polypropylen (PP), rostfreier Stahl, ausgebildet.
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Bei leistungsstarken Motoren und sehr beengten Raumverhältnissen ist es weiterhin möglich, den Motorkühler durch zwei separate Kühlelemente zu bilden, welche in der Fahrzeugfront rechts und links nebeneinanderliegen, jedoch voneinander beabstandet sind. Diese Elemente lassen sich dann flexibler im Motorraum neben der Vollkapsel unterbringen als ein großer Kühler.
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Die Vollkapsel kann sich dabei zwischen den Kühlelementen in Fahrzeuglängsrichtung nach vorn hindurch erstrecken. Auf diese Weise lassen sich Abschnitte der Außenwand der Vollkapsel zur Luftleitung auf die Kühlelemente verwenden und damit die Kühlleistung verbessern. Zudem lässt sich die Frischluftzufuhr in die Vollkapsel dann sehr einfach zentral bewerkstelligen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Seitenansicht des Vorderwagens eines Kraftfahrzeugs mit einer Motorvollkapselung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine Ansicht von oben auf den Vorderwagen aus 1,
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3 einen Schnitt entlang der Linie I-I in 1, und in
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4 eine schematische Ansicht von oben auf den Motorraum eines Kraftfahrzeugs mit einer Motorvollkapselung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das in den 1 bis 3 dargestellte, erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem kompakten Motorraum 1, der rückseitig durch eine Spritzwand 2 begrenzt wird. Innerhalb des Motorraums 1 ist eine Einheit bestehend aus einem Motor 3 und einem Getriebe 4 sowie weiteren Hilfsaggregaten angeordnet. In Fahrzeuglängsrichtung vor dem Motor 3 sitzt ein Motorkühler 5 herkömmlicher Bauart, beispielsweise ein Wasserkühler, der im Fahrbetrieb vom Fahrtwind angeströmt wird, um den Motor zu kühlen.
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Wie insbesondere den 1 und 2 entnommen werden kann, ist die Einheit aus Motor 3 und Getriebe 4 von einer geräuschdämmenden Vollkapsel 6 umschlossen. Durch den Motorkühler 5 strömende Luft (vgl. Pfeil a) wird mittels geeigneter Luftleiteinrichtungen 7 an der Vollkapsel 6 vorbeigeführt, die gegen die Abluft (vgl. Pfeile b) des Motorkühlers 5 abgeschottet ist. Die Abluft des Motorkühlers 5 wird unter dem Fahrzeug abgeführt (vgl. Pfeil c).
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Zur Be- und Entlüftung der Vollkapsel 6 ist eine aktive Zwangsbelüftung vorgesehen, über welche vom Kühler 5 unbeeinflusste Frischluft am Motor 3 und dem Getriebe 4 vorbeigeführt wird, um diese zusätzlich zu kühlen. Die Frischluftzufuhr erfolgt über einen Lüfter, der ausschließlich der Versorgung der Vollkapsel 6 mit Frischluft dient. Dieser Lüfter ist vom Motor entkoppelt und wird über das Bordnetz mit Strom versorgt. Seine Förderleistung ist damit von der Motordrehzahl nahezu unabhängig. Die Ansteuerung des Lüfters erfolgt über eine hier nicht näher dargestellte Motorsteuereinrichtung und ist in den Regelkreis der Motorkühlung einbezogen.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind zwei Gebläselüfter 8 und 9 vorgesehen, die jeweils außerhalb der Vollkapsel 6 angeordnet und dadurch gegen die Motorwärme abgeschirmt sind. Jeder der beiden Lüfter 8 und 9 ist über einen eigenen Ansaugstutzen 10 bzw. 11 mit jeweils einer Ansaugöffnung 12 bzw. 13 in der Fahrzeugfront 14 verbunden. Die anströmende Luft unterstützt im Fahrbetrieb die Förderleistung der Lüfter 8 und 9, so dass verhältnismäßig kleine Öffnungsquerschnitte in der Vollkapsel 6 für die Frischluftzufuhr gewählt werden können. Dies wirkt sich günstig auf die Schalldämmung aus.
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Die Ansaugöffnungen 12 und 13 liegen hier seitlich und etwas unterhalb neben Lufteinlassöffnungen für den Motorkühler 5 in einer Bugschürze oder in einem Frontspoiler der Fahrzeugfront 14. Ihre Anordnung ist jedoch verhältnismäßig frei gestaltbar. So können die Ansaugöffnungen 12 und 13 auch neben, unterhalb oder innerhalb der Lufteinlassöffnungen für den Motorkühler 5 angeordnet werden. Denkbar ist auch, die Ansaugöffnung 12 und 13 der einzelnen Lüfter 8 und 9 mit einander zu vereinigen. In jedem Fall wird durch die Ansaugöffnungen 12 und 13 nur Frischluft angesaugt.
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Von den Lüftern 8 und 9 führt jeweils ein Lufteinblaskanal 15 bzw. 16 zu der Vollkapsel 6. Die Einmündung der Lufteinblaskanäle 15 und 16 liegt dabei in einem unteren Abschnitt der Vollkapsel 6, so dass eine optimale Kühlung des Motors 3 und Getriebes 4 möglich ist. Nicht näher dargestellte Luftleiteinrichtungen, insbesondere Luftleitbleche erlauben die Anströmung besonders temperaturbelasteter Bereiche mit Frischluft. Zu diesem Zweck können die Lufteinblaskanäle 15 und 16 im Bereich ihrer Einmündung auch oder zusätzlich düsenartig ausgebildet werden. Wie den 1 und 2 weiter entnommen werden kann, sind die Lufteinblaskanäle 15 und 16 an die Frontwand 17 der Vollkapsel 6 angeschlossen.
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Die Strömungswege für die Frischluft sind dabei möglichst kurz und biegungsfrei gehalten, um die Verluste gering zu halten. Entsprechend verlaufen bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Lufteinblaskanäle 15 und 16 so, dass sie im vorderen Bereich unten links und rechts in die Vollkapsel 6 einmünden. Die Pfeile d, e, f und g geben den Weg der Luft in und durch die Vollkapsel 6 an.
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Für den Luftaustritt aus der Vollkapsel 6 sind im Bereich eines Tunnels 18 der Abgasanlage 19 Öffnungen 20 vorgesehen. Es ist auch möglich, entsprechende Öffnungen im Bereich eines Getriebetunnels anzubringen. Die Vollkapsel 6 ist dazu im Unterboden des Kraftfahrzeugs entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung nach hinten fortgeführt. Sie ist dabei so ausgebildet, dass der Abgasanlagentunnel 19 abschnittsweise miteingekapselt wird. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vollkapsel 6 bis auf die Höhe der B-Säule 21 der Fahrzeugkarosserie nach hinten gezogen, um einen Schalldämpfer der Abgasanlage 18 miteinzuschließen.
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Im Motorraum 1 wird die Vollkapsel 6 bzw. der dort angeordnete Abschnitt desselben von der Karosserie getragen. Nach außen führende Komponenten wie insbesondere Wellen, Stangen, Leitungen und Kabel sind gegen das Gehäuse der Vollkapsel 6 schalldicht abgedichtet. Die Dichtung von Schläuchen und Kabeln erfolgt dabei bevorzugt mit Silicon, wohingegen für Gelenkwellen Gummibälge in Verbindung mit entsprechenden Wälzlagern vorgesehen werden. Die Abdichtungen von Spurstangen erfolgt über flexible Manschetten.
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Vorzugsweise sollte die Vollkapsel 6 in die Karosserie integriert und aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden. Dabei ist ein den Motor 3 und das Getriebe 4 umschließender Abschnitt 22 als Sandwichblech oder Blasformteil ausgebildet. Dessen Wand besteht aus einem Schallabsorptionsmaterial. Hier kommt beispielhaft ein Aluminium-Lochblech mit einlaminiertem Glasfaserkunststoff zum Einsatz. Möglich ist beispielsweise auch ein Sandwichblech aus Stahl, insbesondere rostfreiem Stahl, im Verbund mit einem Kunststoff wie Polypropylen (PP). Überdies ist die Vollkapsel 6 an ihrer Innenseite mit einer Schaumschicht ausgekleidet. Im Bereich des Abgasanlagentunnels 19 werden hingegen mikroperforierte Bleche verwendet, wie dies in 3 anhand der Teile 23 und 24 angedeutet ist.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in 4 dargestellt. Dieses zeigt wiederum ein Kraftfahrzeug mit Motorvollkapselung, bei dem der Motor 25 und das Getriebe 26 von einer geräuschdämmenden Vollkapsel 27 umschlossen sind. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist hierbei jedoch der Motorkühler zweiteilig ausgebildet. Dieser weist zwei separate Kühlelemente 28 und 29 auf, welche in der Fahrzeugfront rechts und links nebeneinanderliegen, jedoch voneinander beabstandet sind. Zwischen den Kühlelementen 28 und 29 erstreckt sich die Vollkapsel 27 nach vorn hindurch. Durch eine entsprechende Formgebung ihrer frontseitigen Außenwand 30 unterstützt die Vollkapsel 27 die Strömung durch die Kühlelemente 28 und 29, die nach unten und außen abgelenkt wird.
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Im Bereich zwischen den Kühlelementen 28 und 29 ist ein zentraler Lüfter 31 vorgesehen, über den die Zwangsbelüftung der Vollkapsel 27 mit Frischluft erfolgt.
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Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele ermöglichen bei einem gekapselten Motor trotz eines engen Motorraums eine hohe Kühlleistung. Ein übermäßiges Anwachsen des Motorkühlers wird dabei vermieden. Gleichzeitig wird eine gute Schalldämmung erzielt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die alle durch die Patentansprüche erfassten Ausgestaltungen.
