DE10307632A1

DE10307632A1 - Vorrichtung zur Regelung des Kühlluftdurchsatzes für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE10307632A1
Application number: DE10307632A
Authority: DE
Inventors: Rolf Ewert; Eric Koch
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2003-02-22
Filing date: 2003-02-22
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-23
Also published as: DE10307632B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur Regelung des Kühlluftdurchsatzes für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges (1) umfasst mehrere in eine frontseitige Lüftungsöffnung (3) des Kraftfahrzeuges (1) eingesetzte, über eine Zwangssteuerung (9) schwenkbare Klappen (6). Die Klappen (6) gehen aus einem geöffneten Zustand bei einer Beaufschlagung durch einen in Richtung des Verbrennungsmotors wirkenden Winddruck bestimmter Größe entgegen der Wirkung der Zwangssteuerung (9) in einen geschlossenen Zustand über.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung des Kühlluftdurchsatzes für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die mehrere in eine frontseitige Lüftungsöffnung des Kraftfahrzeuges eingesetzte, über eine Zwangssteuerung schwenkbare Klappen umfasst.

Der Luftwiderstand (F_L = c_W A X) bestimmt insbesondere bei einer relativ hohen Fahrgeschwindigkeit, beispielsweise über 80 km/h, den Fahrwiderstand des Kraftfahrzeuges und damit dessen Kraftstoffverbrauch. Zur Reduzierung des Luftwiderstandes und des damit einhergehenden Treibstoffverbrauchs werden Öffnungen im Frontbereich des Kraftfahrzeuges derart klein ausgeführt, dass der vorhandene Querschnitt einen zur Kühlung des Verbrennungsmotors bzw. des ihn durchströmenden Kühlwassers genügenden Kühlluftdurchsatz gewährleistet, wobei der Kühlluftdurchsatz bei einer relativ geringen Fahrgeschwindigkeit bei hoher Last relativ groß sein muss, um eine ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors sicherzustellen.

Die DE 30 19 599 A offenbart ein Kraftfahrzeug mit einer Vorderwand, die den Motorraum nach vorn abschließt und die vor dem Kühler für die Kühlflüssigkeit des Motors angeordnet ist. Der Vorderwand sind klappenartige Mittel zum Regeln des während der Fahrt auf den Küh ler auftreffenden Kühlluftstromes zugeordnet, die durch einen die Temperatur der Kühlflüssigkeit des Motors fühlenden Thermostaten regelbar sind. Die Vorderwand ist als Zweiflach mit horizontalen Erzeugenden und nach vorn gerichteter Kante ausgebildet. In jede Fläche des Zweiflach ist eine Öffnung für den Lufteintritt eingearbeitet, in der mehrere, die klappen artigen Mittel bildende Verschlusselemente angeordnet sind, die um querverlaufende, horizontale Achsen schwenkbar sind und in ihrer geschlossenen Stellung in der Ebene der zugehörigen Fläche des Zweiflach liegen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine Kühlung des Verbrennungsmotors bei gleichzeitig geringem Luftwiderstand und damit geringem Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges gegeben ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Klappen aus einem geöffneten Zustand bei einer Beaufschlagung durch einen in Richtung des Verbrennungsmotors wirkenden Winddruck bestimmter Größe entgegen der Wirkung der Zwangssteuerung in einen geschlossenen Zustand übergehen.

Bei einem unterhalb des Winddrucks bestimmter Größe liegenden Winddruck, der in der Regel bei einer geringen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges herrscht, bei der der Luftwiderstand keinen erheblichen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch hat, geben die Klappen die Lüftungsöffnung frei, so dass die Kühlluft ungehindert in den Motorraum strömen kann. Dem hohen Kühlluftbedarf des Verbrennungsmotors bei einer geringen Geschwindigkeit unter hoher Last ist damit Genüge getan. Der Winddruck auf die Klappen steigt mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit und beim Überschreiten des Winddrucks bestimmter Größe bewirkt der zunehmende Winddruck eine stetige Verkleinerung des freien Strömungsquerschnittes der Lüftungsöffnung aufgrund der sich schließenden Klappen. Mit dem Schließen der Klappen nimmt der Luftwiderstand ab. Bei Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, die bei normalen Windverhältnissen beispielsweise zwischen 60 und 100 km/h, bevorzugt zwischen 70 und 90 km/h und besonders bevorzugt bei ca. 80 km/h liegt, sind die Klappen derart verschwenkt, dass die Lüftungsöffnung komplett verschlossen ist. Damit einhergehend weist die Front des Kraftfahrzeuges eine einen relativ geringen Luftwiderstand bietende Geometrie auf, die sich günstig auf den Kraftstoffbedarf auswirkt. Die Zwangssteuerung der Klappen bringt eine dem Winddruck entgegengerichtete Kraft auf, mit der die Schwenkbewegung der Klappen regulierbar ist.

Zweckmäßigerweise sind zwei Klappen vorgesehen, die jeweils mit der einen Längsseite an einer mittig in der Lüftungsöffnung befestigten Horizontalachse schwenkbar angeordnet sind und mit der anderen Längsseite sowie den Breitseiten an die Lüftungsöffnung umfangsseitig begrenzenden Wandungen anliegen. Bevorzugt verschließen die Klappen die Lüftungsöffnung abgedichtet. Die Abdichtung der Klappen gegenüber den zugeordneten Wandungen der Lüftungsöffnung kann beispielsweise durch die Ausbildung von Strömungskanälen, auch in Labyrinthform, oder die Anordnung von Dichtungsprofilen erfolgen.

Vorzugsweise bilden die beiden Klappen im geöffneten Zustand der Lüftungsöffnung eine V-Form, deren in Richtung des Verbrennungsmotors weisende Spitze der Horizontalachse zugeordnet ist. Aufgrund dieser konstruktiven Ausgestaltung fängt sich der Fahrtwind in der von den Klappen gebildeten V-Form und an jeder Klappe steht ein mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit ansteigender Winddruck an, der das Verschwenken der Klappen um die Horizontalachse beim Überschreiten des Winddrucks bestimmter Größe bewirkt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Zwangssteuerung zumindest eine Zugfeder für jede Klappe, die zum einen über einen Ansatz ander schwenkbar festgelegten Längsseite und zum anderen an der der gegenüberliegenden Längsseite zugeordneten Wandung befestigt ist. Die Zugfedern bewirken eine dem auf die Klappen wirkenden Winddruck entgegengesetzte Kraftbeaufschlagung der Klappen und steuern der Schwenkbewegung zum Schließen der Lüftungsöffnung entgegen. Darüber hinaus stellen sie ein Öffnen der Lüftungsöffnung bei einem abnehmenden Winddruck unterhalb des Winddrucks bestimmter Größe sicher. Zur Anpassung der Zwangssteuerung an unterschiedliche Geometrien von Lüftungsöffnungen lassen sich beispielsweise die Federkennlinien der Zugfedern mit einem relativ geringen Aufwand verändern.

Bei einer alternativen Weiterbildung des Erfindungsgedankens umfasst die Zwangssteuerung ein Hebelgestänge, das unter der Wirkung einer karosseriefesten Druckfeder eine derartige Verschiebung der Horizontalachse in Richtung des Verbrennungsmotors bewirkt, dass die Klappen die Lüftungsöffnung öffnen. Zweckmäßigerweise liegt das Hebelgestänge zum einen an der Horizontalachse und zum anderen an einem Ende der Druckfeder an, wobei sich das andere Ende der Druckfeder an einem die Lüftungsöffnung durchragenden Steg abstützt. Das Hebelgestänge spannt sonach bei zunehmendem Winddruck auf die Klappen dieselben entgegen der Wirkung der Druckfeder auf, wobei die Klappen die Lüftungsöffnung schließen.

Um in einem Notfall, d.h. kurz vor dem Überhitzen des Verbrennungsmotors, ein Öffnen der Lüftungsöff nung auch bei einem hohen auf die Klappen wirkenden Winddruck, der also gleich oder größer als der Winddruck bestimmter Größe ist, zu bewerkstelligen, ist vorzugsweise den Klappen eine Öffnungseinrichtung zugeordnet, die beim Überschreiten einer vorgegebenen Kühlwassertemperatur ein zwangsweises Verschwenken der Klappen zum Öffnen der Lüftungsöffnung bewirkt. Die Öffnungseinrichtung kann beispielsweise mit einem einem Kühler zugeordneten Lüftermotor gekoppelt sein, der über eine Fliehkraftkupplung die Klappen oder die Horizontalachse zum Verschwenken der Klappen zur Freigabe der Lüftungsöffnung ansteuert.

Vorzugsweise umfasst die Lüftungsöffnung mehrere horizontale Lüftungsschlitze. Die Klappen können derart ausgelegt sein, dass sie die Gesamtheit der in der Lüftungsöffnung vorhandenen Lüftungsschlitze verschließen. Daher ist es nicht erforderlich, jedem Lüftungsschlitz ein separates Paar Klappen zuzuordnen.

Zweckmäßigerweise ist die Lüftungsöffnung als Kühlergrill des Kraftfahrzeuges ausgebildet. Alternativ ist die Lüftungsöffnung in eine Stoßstange des Kraftfahrzeuges eingelassen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung einer Vorderansicht eines Kraftfahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung des Kühlluftdurchsatzes für einen Verbrennungsmotor,
2 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit II nach 1
3 eine vergrößerte Darstellung der Vorrichtung im Schnitt gemäß der Linie III-III nach 1 und
4 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung nach 3 in einer alternativen Ausgestaltung.
Das Kraftfahrzeug 1 weist auf seiner Frontseite einen Kühlergrill 2 sowie eine Lüftungsöffnungen 3 umfassende Stoßstange 4 auf. Die Lüftungsöffnungen 3 stellen den Durchlass von Kühlluft für einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges sicher, der zur Vermeidung einer Überhitzung bei einer geringen Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges einen hohen Kühlluftbedarf hat. Zur Reduzierung des Luftwiderstandes (F_L = c_W A X) bei einer relativ hohen Fahrgeschwindigkeit, ist es vorteilhaft, wenn die Lüftungsöffnungen 3 in der Stoßstange 4 verschlossen werden.
Eine jeder der Lüftungsöffnungen 3 zugeordnete Vorrichtung 5 dient zur Regulierung des Kühlluftdurchsatzes, indem Klappen 6 die Lüftungsöffnung 3 verschließen oder öffnen. Hierzu sind die beiden Klappen 6 an einer gemeinsamen Horizontalachse 7 schwenkbar angeordnet, wobei die eine Klappe 6 im Lagerbereich eine Aussparung 8 aufweist, in die die andere Klappe 6 eingesetzt ist. Um die Klappen 6 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bzw. dem dazu korrespondierenden Winddruck, der auf die Klappen 6 wirkt, zu steuern, ist den Klappen 6 eine Zwangssteuerung 9 zugeordnet. Falls kein oder lediglich ein sehr geringer Winddruck, beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug mit langsamer Fahrgeschwindigkeit und normalen Windverhältnissen, auf die Klappen 6 wirkt, bewirkt die Zwangssteuerung 9 ein Öffnen der Lüftungsöffnung 3. Hierbei bilden die Klappen 6 eine V-Form 10, deren in Richtung des Verbrennungsmotors weisende Spitze 11 der Horizontalachse 7 zugeordnet ist. Bei zunehmendem Winddruck über einen Winddruck bestimmter Größe verschwenken die Klappen 6 gemäß der Pfeile A entgegen der Wirkung der Zwangssteuerung 9 solange, bis sie die Lüftungsöffnung 3 verschließen. In dieser Stellung liegen jeweils eine Längsseite 12 sowie die Breitseiten 13 der im Wesentlichen rechteckförmigen Klappen 6 abgedichtet an die Lüftungsöffnung 3 umfangsseitig begrenzenden Wandungen 14 an, wobei die andere Längsseite 15 an der Horizontalachse 7 gelagert ist.
Die Zwangssteuerung 9 gemäß 3 umfasst eine Zugfeder 16 für jede Klappe 6, die zum einen über einen Ansatz 17 an der schwenkbar festgelegten Längsseite 15 und zum anderen an der der gegenüberliegenden Längsseite 12 zugeordneten Wandung 14 befestigt ist.
Nach 4 ist der Zwangssteuerung 9 ein Hebelgestänge 18 zugeordnet, das unter der Wirkung einer karosseriefesten Druckfeder 19 eine derartige Verschiebung der Horizontalachse 7 in Richtung des Verbrennungsmotors bewirkt, dass die Klappen 6 die Lüftungsschlitze 20 aufweisende Lüftungsöffnung 3 öffnen. Das Hebelgestänge 18 greift zum einen an der Horizontalachse 7 und zum anderen an einem Ende der Druckfeder 19 an, die sich mit ihren anderen Ende an einem die Lüftungsöffnung 3 durchragenden Steg 21 abstützt.

1.: Kraftfahrzeug
2.: Kühlergrill
3.: Lüftungsöffnung
4: Stoßstange
5.: Vorrichtung
6.: Klappe
7.: Horizontalachse
8.: Aussparung
9.: Zwangssteuerung
10.: V-Form
11.: Spitze
12.: Längsseite
13.: Breitseite
14.: Wandung
15.: Längsseite
16.: Zugfeder
17.: Ansatz
18.: Hebelgestänge
19.: Druckfeder
20.: Lüftungsschlitz
21.: Steg
A: Pfeil

Claims

Vorrichtung zur Regelung des Kühlluftdurchsatzes für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges (1), die mehrere in eine frontseitige Lüftungsöffnung (3) desKraftfahrzeuges (1)eingesetzte, über eine Zwangssteuerung (9) schwenkbare Klappen (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen (6) aus einem geöffneten Zustand bei einer Beaufschlagung durch einen in Richtung des Verbrennungsmotors wirkenden Winddruck bestimmter Größe entgegen der Wirkung der Zwangssteuerung (9) in einen geschlossenen Zustand übergehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Klappen (6) vorgesehen sind, die jeweils mit der einen Längsseite (15) an einer mittig in der Lüftungsöffnung (3) befestigten Horizontalachse (7) schwenkbar angeordnet sind und mit der anderen Längsseite (12) sowie den Breitseiten (13) an die Lüftungsöffnung (3) umfangsseitig begrenzenden Wandungen (14) anliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen (6) die Lüftungsöffnung (3) abgedichtet verschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Klappen (6) im geöffneten Zustand der Lüftungsöffnung (3) eine V-Form (10) bilden, deren in Richtung des Verbrennungsmotors weisende Spitze (11) der Horizontalachse (7) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangssteuerung (9) zumindest eine Zugfeder (16) für jede Klappe (6) umfasst, die zum einen über einen Ansatz (17) an der schwenkbar festgelegten Längsseite (15) und zum anderen an der der gegenüberliegenden Längsseite (12) zugeordneten Wandung (14) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwangssteuerung (9) ein Hebelgestänge (18) umfasst, das unter der Wirkung einer karosseriefesten Druckfeder (19) eine derartige Verschiebung der Horizontalachse (7) in Richtung des Verbrennungsmotors bewirkt, dass die Klappen (6) die Lüftungsöffnung (3) öffnen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelgestänge (18) zum einen an der Horizontalachse (7) und zum anderen an einem Ende der Druckfeder (19) anliegt, wobei sich das andere Ende der Druckfeder (19) an einem die Lüftungsöffnung (3) durchragenden Steg (21) abstützt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Klappen (6) eine Öffnungseinrichtung zugeordnet ist, die beim Überschreiten einer vorgegebenen Kühlwassertemperatur ein zwangsweises Verschwenken der Klappen (6) in den geöffneten Zustand bewirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungsöffnung (3) mehrere horizontale Lüftungsschlitze (20) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungsöffnung (3) als Kühlergrill (2) des Kraftfahrzeuges (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungsöffnung (3) in eine Stoßstange (4) des Kraftfahrzeuges (1) eingelassen ist.