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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung der Kühlluftzuströmung zu einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Einrichtung.
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Aus der
DE 692 00 726 T2 ist eine Drosselklappeneinrichtung zur Regelung des Luftstroms durch den Kühler eines Kraftfahrzeuges bekannt. Diese herkömmliche Drosselklappeneinrichtung umfasst mehrere, als Drehklappen ausgebildete Drosselorgane, die durch eine Kurvenbahnstruktur über einen Stelltrieb ansteuerbar sind. Die Kurvenbahnstruktur ist derart ausgebildet, dass die Drehklappen zeitlich versetzt geschwenkt werden, wodurch eine Vergleichmäßigung der hierzu erforderlichen Gesamt-Betätigungskräfte erreicht werden kann.
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Durch die bekannte Drehklappeneinrichtung wird es möglich, den Luftzustrom zum Motorraum eines Kraftfahrzeuges derart abzustimmen, dass insbesondere während einer Motor-Warmlaufphase eine unerwünschte Abkühlung der Brennkraftmaschine durch den Luftstrom vermieden werden kann.
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Die
FR 2 738 779 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Steuern des Kühlluftstroms eines Kraftfahrzeugs, wobei diese Vorrichtung einen Lufteinlass und einen Mechanismus zum Verschließen dieses Lufteinlasses umfasst. Der Mechanismus umfasst dabei eine Rolljalousie, mit der der Lufteinlass zumindest abschnittsweise verschlossen werden kann.
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Aus der
DE 100 11 927 A1 ist eine Verstelleinrichtung an einem mit einer Brennkraftmaschine versehenen Kraftfahrzeug bekannt, die aus einer dem Strom der Kühlluft steuernden Abstellvorrichtung besteht, die im Strom der Kühlluft im Bereich des Kühlmittelwärmetauschers angeordnet und durch einen Steller betriebsparameterabhängig verstellbar ist.
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Die
DE 35 22 592 A1 zeigt eine Jalousie für einen Kühler einer Brennkraftmaschine eines Personenkraftwagens, bei der mehrere quer zur Kühlerstirnfläche sich erstreckende Leisten vorgesehen sind.
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Die Druckschrift
CH 291974 A betrifft eine automatisch in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur betätigte Einrichtung an Automobilen zum Drosseln des Kühlluftstromes.
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Aus der
DE 815 866 B ist eine Vorrichtung an Kühlern für Motoren, insbesondere Kraftfahrzeugmotoren zum Schutz gegen durch Kälteeinwirkung beeinflusstes Absinken der Kühlflüssigkeitstemperatur bekannt, bestehend aus einer Mehrzahl die Kühlerfläche abdeckender beweglicher Jalousieklappen.
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Aus der
DE 37 31 980 C1 ist eine Jalousie zum bedarfsweisen Verschließen einer durchströmbaren Öffnung bekannt, umfassend ein Stützgitter und ein Stellgitter, die sich in gleichen Abständen und parallel zueinander erstreckende Gitterstäbe aufweisen und parallel zueinander und quer zur Richtung der Gitterstäbe aus einer ersten Position, in der sich die Gitterstäbe zumindest teilweise überdecken, um etwa die Größe des gegenseitigen Abstandes relativ verschiebbar sind.
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Die
DE 31 51 435 A1 zeigt einen in einem vorderen Bereich an einem Kraftfahrzeug anzubringenden Kühlergrill, der ein fest mit der Fahrzeugkarosserie verbundenes Gitter mit einer Anzahl waagrechter, in senkrechtem Abstand zueinander verlaufenden Lamellen umfasst, die jeweils einen abwärts und nach vorne abgebogenen vorderen Randabschnitt aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abstimmung der Kühlluftzuströmung zu einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, die sich durch eine günstige Steuerung der Kühlluftzuströmung auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die Kühlluftzuströmung zu einem Motorraum derart zu steuern, dass auf zuverlässige Weise vermieden ist, dass im Falle eines Versagens der Stelltriebeinrichtung unzulässig hohe Temperaturen im Bereich des Motorraumes auftreten.
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Dadurch wird es zudem auf vorteilhafte Weise möglich, den durch einen Ziergitterbereich einem Fahrzeugmotorraum zufließenden Luftstrom auf den momentanen Fahrzeugbetriebszustand abzustimmen, wobei es durch die erfindungsgemäße Anordnung des Rahmenelementes möglich wird, den Kühlluftstrom vor dessen Aufweitung mit einer kompakten Drosseleinrichtung zu steuern. Durch die Anordnung der erfindungsgemäß durch ein Rahmenelement zusammengefassten Baugruppe hinter dem Ziergitter ergeben sich insbesondere unter aerodynamischen Gesichtspunkten Vorteile. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es möglich, die Abstimmung der Kühlluftzuströmung derart vorzunehmen, dass einerseits eine hinreichende Kühlleistung gewährleistet ist und andererseits das Fahrzeug in einer möglichst günstigen aerodynamischen Einstellung betrieben wird. Bei überwiegend vorherrschenden Umgebungstemperaturen kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung über einen großen Fahrzeugbetriebsbereich hinweg eine Absenkung des Luftwiderstands erreicht werden kann.
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Insbesondere bei einer Fahrzeugfrontgestaltung mit zwei nebeneinander liegend angeordneten Ziergitterzonen ist das Rahmenelement in vorteilhafter Weise derart ausgebildet, dass dieses einen Anschlussbereich aufweist der sich in Einbauposition einer Ziergittereinrichtung, insbesondere einem Ziergitterrahmen benachbart erstreckt und derart konturiert ist, dass der Anschlussabschnitt den durch die Ziergittereinrichtung zufließenden Luftstrom kanalwandungsartig umgreift.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Drosselorgane der Drosseleinrichtung als Drosselklappen ausgebildet. Diese Drosselklappen sind vorzugsweise um eine in Einbauposition im wesentlichen horizontal ausgerichtete Achse schwenkbar angeordnet. Diese Drosselklappen sind vorzugsweise derart großflächig ausgebildet, dass bereits durch zwei oder drei Drosselklappen-Zeilen der gesamte, zu regulierende Luftdurchtrittsquerschnitt abgedeckt ist.
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Es ist möglich, die Drosseleinrichtung derart auszubilden, dass diese nur einen Teil des zu dem Motorraum führenden Querschnitts des Luftströmungsweges abdeckt. Die Querschnittsverhältnisse des durch die Drosseleinrichtung regulierbaren Durchgangsquerschnitts zu dem verbleibenden Querschnitt sind vorzugsweise derart abgestimmt, dass durch den nicht regulierbaren Strömungsquerschnitt ein hinreichender Mindestluftstrom gewährleistbar ist.
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Im Falle der Ausgestaltung der Drosselorgane als Drosselklappen sind letztere erfindungsgemäß derart gelagert oder miteinander gekoppelt, dass diese unter Wirkung der anstehenden oder durchfließenden Luft in eine Offenstellung gedrängt werden, d. h. dass zum Schließen der Drosselklappen es der Aufbringung von Schließkräften bedarf.
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Vorzugsweise sind wenigstens zwei benachbarte Drosselklappen miteinander gelenkig gekoppelt. Diese gelenkige Koppelung kann insbesondere durch eine Scharniereinrichtung bewerkstelligt sein, die vorzugsweise durch eine Filmscharnierstruktur gebildet ist.
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Die Ansteuerung der Stelltriebeinrichtung erfolgt in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von Fahrzeugbetriebsparametern wie insbesondere der Motortemperatur, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Umgebungstemperatur und/oder der Luftfeuchte. Die Stelltriebeinrichtung kann als Unterdruckdose ausgebildet sein. Es ist auch möglich, die Stelltriebeinrichtung mit einem temperaturabhängig eine Schaltbewegung verursachenden Element, insbesondere einem Wachs-Element auszustatten, das vorzugsweise unmittelbar über den Motorkühlkreis angesteuert wird.
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Unter dem Begriff – Ziergitter – ist im vorliegenden Fall eine Gittereinrichtung zu verstehen, die im Fahrzeugfrontbereich zur luftdurchgängigen Abdeckung einer Lufteintrittsöffnung vorgesehen ist. Unter – polygonalen Durchgangsöffnungen – sind insbesondere nierenartig konturierte Durchgangsöffnungen zu verstehen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1a eine perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer unmittelbar hinter einer Ziergittereinrichtung anordbaren Drosseleinrichtung mit schwenkbewegbar gelagerten Drosselklappen,
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1b eine perspektivische Detail-Explosionsansicht zur Erläuterung der Einbausituation der Drosseleinrichtung nach 1a;
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2a eine vereinfachte Schnittansicht durch einen hinter einem Ziergitter liegenden Bereich mit einer mehrere Faltklappen umfassenden, zwischen dem Ziergitter und einem Fahrzeugkühler angeordneten Faltklappeneinrichtung,
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2b drei Funktionsskizzen zur Erläuterung von drei Krafteinleitungsvarianten zur Betätigung der Faltklappen bei der Ausführungsform nach 2a;
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2c eine Skizze zur Erläuterung einer in Filmscharnier-Bauweise ausgeführten Faltklappenanordnung,
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2d eine Skizze zur Erläuterung einer Faltklappenausführungsform unter Verwendung eines durchgängigen Gelenkstiftes,
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2e eine weitere Skizze zur Erläuterung einer weiteren Faltklappen-Variante mit einer mehrere kurze Gelenkstifte umfassenden Scharnieranordnung,
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3 eine Schemadarstellung zur Erläuterung einer zwei Horizontal-Faltklappen umfassenden Ausführungsform der Erfindung,
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4 eine Schemadarstellung einer je Ziergitterhälfte nur jeweils eine Horizontal-Faltklappe umfassenden Ausführungsform,
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5a eine Funktionsskizze zur Beschreibung einer Hebel-Variante zur staudruckabhängigen Öffnung einer in Klappenbauweise ausgeführten erfindungsgemäßen Drosseleinrichtung,
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5b eine Prinzipskizze zur Variante nach 5a,
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5c ebenfalls eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Variante nach 5a, hier jedoch in Schließstellung.
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In 1a ist eine in Drehklappen-Bauweise ausgeführte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung zur Einstellung der Kühlluftzuströmung zu einem Motorraum eines Kraftfahrzeuges ist in Einbauposition in einem zwischen einem Sichtziergitter und einem Kühlwasserwärmetauscher liegenden Bereich angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hier als vormontierte Baueinheit ausgeführt und umfasst eine, ein Rahmenelement bildende Rahmenstruktur 1, die unmittelbar hinter dem Ziergitter eines Kraftfahrzeuges anbringbar ist. Die Rahmenstruktur 1 umschließt eine erste polygonale Durchtrittsöffnung 2a und eine zweite polygonale Durchgangsöffnung 2b, die aus Luftanströmungsrichtung gesehen, im wesentlichen die gleiche Umfangskontur aufweisen wie die Ziergitteröffnungen des Kraftfahrzeuges. Die erste Durchgangsöffnung 2a und die zweite Durchgangsöffnung 2b sind jeweils benachbarten, im Fahrzeugfrontbereich ausgebildeten und durch ein Ziergitter abgedeckten Fronteintrittsöffnungen zugeordnet. Die Rahmenstruktur 1 kann als Luftführungsschacht ausgebildet sein, der sich im wesentlichen spaltfrei an eine im Bereich der Rückseite eines Ziergitterrahmens erstreckende Anschlussstruktur anschließt. Ein Zwischenbereich zwischen der Rahmenstruktur 1 und einer die Fronteinlassöffnungen definierenden Struktur kann auch durch ein an die Rahmenstruktur 1 anschließendes Elastomerbauteil abgedeckt sein.
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Die Vorrichtung umfasst eine hier in Schwenkklappenbauweise ausgeführte Drosseleinrichtung zur Einstellung des einem zum Motorraum zufließenden Luftstromes und eine Stelltriebeinrichtung 10, zur Ansteuerung der Drosseleinrichtung, zur Bereitstellung unterschiedlicher Durchgangsquerschnitte. Die Drosseleinrichtung ist in der Rahmenstruktur 1 gelagert.
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Die Rahmenstruktur 1 trägt eine Schwenkklappen-Einrichtung, die hier obere Schwenkklappen 3 sowie untere Schwenkklappen 4 aufweist. Die Schwenkklappen 3, 4 sind über Schwenkachsen 5, 6 schwenkbewegbar in der Rahmenstruktur 1 gelagert. [0049] Die Schwenkachsen 5, 6 sind mit Betätigungshebeln 7, 8 versehen, die wiederum über Verbindungsglieder 9 miteinander gekoppelt sind. Die Betätigungshebel 7, 8 und die Verbindungsglieder 9 bilden eine Getriebeeinrichtung, durch welche die oberen und unteren Schwenkklappen 3, 4 operativ miteinander gekoppelt sind. Zur Betätigung der Schwenkklappen 3, 4, d. h. zum Schwenken der Schwenkklappen 3, 4 um die Schwenkachsen 5, 6 ist eine Stelltriebeinrichtung 10 vorgesehen, die bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als elektrisch ansteuerbarer Aktuator ausgebildet ist.
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Die Stelltriebeinrichtung 10 ist über einen Betätigungshebel 11 operativ mit den Schwenkklappen 3, 4 gekoppelt. Die Stelltriebeinrichtung 10 ist über eine integral mit der Rahmenstruktur 1 ausgebildete Fixierstruktur 12 in die hier dargestellte Baueinheit eingebunden.
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Die untere Schwenkklappe 4 ist derart ausgebildet, dass die durch diese Schwenkklappe 4 gebildete Sperrfläche durch die Schwenkachse 6 in zwei Schwenkklappenzonen 4a, 4b unterteilt wird, wobei diese beiden Sperrklappenzonen 4a, 4b unter Wirkung des über die Durchtrittsöffnungen 2a, 2b zuströmenden Fahrtwindes unterschiedliche Drehmomente auf die Schwenkachse 6 aufbringen.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die untere Schwenkklappe 4 derart ausgebildet, dass diese unter Wirkung des hier durch das Pfeilsymbol P1 angedeuteten Fahrtwindes in die durch das Pfeilsymbol P2 angedeutete Schwenkrichtung gedrängt wird. Über den Betätigungshebel 8 und das an dem oberen Betätigungshebel 7 angelenkte Verbindungsglied 9 kann unter der Wirkung dieses Drehmoments auch die Schwenkachse 5 in Richtung des Pfeils P3 tordiert werden.
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Insgesamt ist die Lagerung der Schwenkklappen 3, 4 sowie die Koppelung derselben derart bewerkstelligt, dass diese unter Wirkung des Fahrtwindes tendenziell in eine Offenstellung gedrängt werden. Der insbesondere fahrtwindabhängig auf die Schwenkklappen 3, 4 aufgebrachten Öffnungskraft kann über die Stelltriebeinrichtung 10 bzw. den mit dieser gekoppelten Betätigungshebel 11 derart definiert entgegengewirkt werden, dass sich der jeweils gewünschte Öffnungszustand der Schwenkklappen 3, 4 ergibt. Die Koppelung der Schwenkachsen 5, 6 kann alternativ zu den hier seitlich angeordneten Koppelungsorganen (Betätigungshebel 7, 8 und Verbindungsglieder 9) auch durch anderweitige Getriebeeinrichtungen, insbesondere im Zwischenbereich zwischen den Durchtrittsöffnungen 2a, 2b angeordnete Getriebeglieder, erreicht werden.
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Das Steuersystem liegt im Luftkanal zwischen einem durch ein Ziergitter abgedeckten Lufteinlassbereich und der Vorderwand bzw. einem Kühler. Das System kann derart ausgebildet sein, dass die Klappen durch den Fahrtwind und/oder den Lüfter (Standbetrieb) geöffnet werden. Vorzugsweise sind die Klappen derart ausgebildet, dass möglichst keine Spalten am Rand auftreten. Es ist möglich, die Ansteuerung der Klappen derart vorzunehmen, dass bei Steuerungsausfall sich die Klappen 3, 4 selbständig öffnen. Die Klappen 3, 4 sind vorzugsweise derart biegesteif ausgebildet, dass diese unter Wirkung des Staudruckes keine unzulässige starke Durchbiegung erleiden.
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In 1b ist in Form einer Detailexplosionsdarstellung eine bevorzugte Einbauvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. [0056] Die Rahmenstruktur 1 ist derart ausgebildet, dass diese wenigstens einen Durchtrittsquerschnitt umgreift, dessen Umfangskontur im wesentlichen der Umfangskontur eines Luftdurchtrittsquerschnittes im Bereich eines Ziergitters 17 entspricht.
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Die Rahmenstruktur 1 weist einen, einem Ziergitterrahmen 17a zugewandten Anschlussbereich 1a auf der sich in Einbauposition dem Ziergitter, insbesondere dem Ziergitterrahmen 17a benachbart erstreckt. Die durch die Rahmenstruktur 1 gebildete Wandung ist derart konturiert, dass diese den durch die Ziergittereinrichtung zufließenden Luftstrom ringwandungsartig umgreift. Die Einbindung der Rahmenstruktur 1 in den Fahrzeugfrontbereich ist bei dieser Ausführungsform derart bewerkstelligt, dass ein etwaig durch die Drosseleinrichtung aufgebauter Staudruck sich in den Ziergitterbereich hinein fortsetzt, so dass im wesentlichen nur der durch die Drosseleinrichtung abfließende Luftstrom durch das Ziergitter 17 hindurchtritt und anderweitig anströmender Fahrtwind über die Fahrzeugfront abfließt.
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Auf einer dem Ziergitter 17 abgewandten Seite ist die Rahmenstruktur 1 derart ausgebildet, dass diese mit einem Luftführungselement 50 zusammenfügbar ist. Das Luftführungselement 50 bildet bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Schachtabschnitte 51, 52 die jeweils einer linken bzw. rechten Ziergitterhälfte zugeordnet sind. Die Schachtabschnitte 51, 52 sind derart ausgebildet, dass ein Umfangsrandbereich 1b der Rahmenstruktur 1 auf den jeweils zugeordneten Schachtabschnitt 51, 52 aufsetzbar ist.
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Der Ziergitterrahmen 17a, die Rahmenstruktur 1 und das Luftführungselement 50 bilden eine einem Kühlwasserwärmetauscher vorgelagerte Luftführungseinrichtung durch welche es möglich wird, den Luftzustrom zu dem Kühlwasserwärmetauscher präzise zu steuern.
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In 2a ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die hier drei vertikal übereinander liegend angeordnete, horizontal ausgerichtete Faltklappenelemente 14, 15, 16 aufweist. Diese Faltklappenelemente 14, 15, 16 sind hier in durchgezogenen Linien in einer Schließstellung dargestellt. In Strichpunktlinien sind die Faltklappenelemente 14, 15, 16 in einer Zwischenstellung sowie in einer, den maximalen Durchgangsquerschnitt bereitstellenden Offenstellung dargestellt.
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Die Faltklappenelemente 14, 15 befinden sich in einem Zwischenbereich zwischen einem Kühlergrill-Ziergitter 17 und dem in Anströmungsrichtung dahinterliegenden Fahrzeugkühler 18. Die Faltklappenelemente 14, 15 können ähnlich wie die Schwenkklappen 3, 4 der in Verbindung mit 1 beschriebenen Ausführungsform über eine entsprechende Rahmenstruktur zu einer weitgehend vormontierten Baugruppe zusammengefasst sein.
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In 2b sind drei Faltklappen-Varianten dargestellt, die sich insbesondere im Hinblick auf die Betätigung der Klappenabschnitte 14a, 14b unterscheiden. Bei der in dieser Figur dargestellten Variante Nr. 1 erfolgt die Betätigung beider Klappenelemente 14a, 14b durch die Einleitung eines Drehmoments im Bereich der Faltklappenachse 19. Bei der Variante Nr. 2 werden die Faltklappenelemente 14a, 14b durch Kraftkomponenten betätigt, die im Bereich der Faltklappenachse 19 zwischen den beiden Faltklappenelementen 14a, 14b übertragen werden sowie im Bereich zusätzlicher Schwenklagerungen 20 ebenfalls auf diese Faltklappenelemente 14a, 14b aufgebracht werden.
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Die Variante Nr. 3 unterscheidet sich von der Variante Nr. 2 im Hinblick auf die Position der Schwenklagerungen 20, die sich bei diesem Ausführungsbeispiel auf Höhe der jeweiligen Längskanten der Faltklappenelemente 14a, 14b befinden.
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In 2c ist eine Faltklappen-Variante dargestellt, deren Faltklappenabschnitte 14a, 14b über eine Filmscharnierstruktur 21 gekoppelt sind. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besonders hohe Schmutzunempfindlichkeit aus und ist unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten kostensparend realisierbar.
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In 2d ist eine Faltklappen-Variante dargestellt, deren Faltklappenabschnitte 14a, 14b durch eine Scharniereinrichtung 22 gekoppelt sind, wobei diese Scharniereinrichtung bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel neben einem integral mit den Faltklappenabschnitten 14a, 14b jeweils ausgebildeten Buchsenabschnitt 14c, 14d auch ein Scharnierstift 23 aufweist, über welchen die Faltklappenabschnitte 14a, 14b gelenkig miteinander gekoppelt sind.
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In 2e ist eine weitere Faltklappen-Variante dargestellt, die ebenfalls eine Scharniereinrichtung 22 aufweist, wobei abweichend von der in 2d dargestellten Variante der Scharnierstift 23 hier verkürzt ausgebildet ist und sich nicht durchgängig durch den Buchsenabschnitt 14c des Faltenbalgabschnitts 14a hindurch erstreckt.
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In 3 ist in Form einer Funktionsskizze eine erfindungsgemäße Drosseleinrichtung dargestellt, die hier über die vorangehend unter Bezugnahme auf 2c erläuterte Filmscharnierstruktur 21 gekoppelte Faltklappenabschnitte 14a, 14b, 15a, 15b aufweist.
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In 4 ist eine Variante der Drosseleinrichtung dargestellt, bei welcher eine obere Ziergitterhälfte (z. B. linke oder rechte Nierenöffnung) durch ein einziges Faltklappenelement 14 selektiv sperrbar ist. Die Betätigung dieses Faltklappenelementes 14 kann durch einen hier nicht näher dargestellten Betätigungsmechanismus erfolgen, der vorzugsweise die erforderlichen Betätigungskräfte im Randbereich der Faltklappenelemente 14 in diese einleitet.
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In den 5a, 5b und 5c ist eine Hebel-Koppelungsstruktur für eine erfindungsgemäße Klappenanordnung dargestellt, deren Umschwenkachsen 5', 6' schwenkbewegbare Schwenkklappen 3, 4 über eine Hebelstruktur derart miteinander gekoppelt sind, dass diese Schwenkklappen unter Wirkung des Fahrtwindes tendenziell in eine Offenstellung gedrängt werden.
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Die 5a und 5b zeigen hierbei die Schwenkklappenanordnung in einer Offenstellung, die einen maximalen Luftdurchgangsquerschnitt bereitstellt. In 5c ist die Schwenkklappenanordnung in einer Schließstellung dargestellt, in welcher ein Luftdurchgangsquerschnitt vollständig durch die Schwenkklappen 3‚ 4 blockiert ist.
