DE10350375A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung des Achsdifferenzials einer Kfz-Antriebsachse - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung des Achsdifferenzials einer Kfz-Antriebsachse Download PDF

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung des Achsdifferenzials einer Kfz-Antriebsachse, wobei das Kraftfahrzeug insbesondere eine Frontanordnung des Antriebsmotors und eine angetriebene Hinterachse mit einem Achsdifferenzial aufweist, wobei zur Kühlung des Achsdifferenzials (4) der Hinterachse (3) ein verstellbarer Kühllufteinlauf (12) an dem Unterboden (8) des Kraftfahrzeugs (1) vor der Hinterachse (3) angeordnet ist, dass der Kühllufteinlauf (12) oben durch die Unterseite (11) des Unterbodens (8) oder den Boden (10) eines Kraftstofftanks (9) und unten und seitlich durch einen im Querschnitt U-förmigen Diffusorkörper (13) mit einer Bodenwand (14) und beidseitig jeweils einer Seitenwand (15) begrenzt ist, wobei der Diffusorkörper (13) eine nach hinten horizontal konvergente Kontur mit vorne einem niedrigen und breiten Eintrittsquerschnitt (16) und hinten einem an das Gehäuse (18) des Achsdifferenzials (4) angepassten schmalen Austrittsquerschnittt (19) aufweist, und dass der Diffusorkörper (13) zwischen einer geschlossenen Diffusorstellung, in der die Vorderkante (24) der Bodenwand (14) an der Unterseite (11) des Unterbodens (8) oder dem Boden (10) des Kraftstofftanks (9) anliegt, und einer geöffneten Diffusorstellung (25), in der die Vorderkante (24) der Bodenwand (14) von der Unterseite (11) des Unterbodens (8) oder dem Boden (10) des Kraftstofftanks (9) einen Maximalabstand (26) aufweist, verstellbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung des Achsdifferenzials einer Kfz-Antriebsachse, wobei das Kraftfahrzeug insbesondere eine Frontanordnung des Antriebsmotors und eine angetriebene Hinterachse mit einem Achsdifferenzial aufweist.
  • Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Kühlung des Achsdifferenzials einer Kfz-Antriebsachse mit einer Vorrichtung der vorgenannten Art.
  • Moderne Kraftfahrzeuge werden zur Erzielung hoher Fahrleistungen und eines geringen Treibstoffverbrauchs aerodynamisch optimiert. Hierzu wird außer einer strömungsgünstigen und damit widerstandsarmen Gestaltung der äußeren Fahrzeugkarosserie häufig auch der Unterboden möglichst eben und aerodynamisch glatt ausgebildet. Zu diesem Zweck werden nach unten aus der Kontur des Unterbodens hervorstehende oder freiliegende Bauteile, wie die Ölwanne des Antriebsmotors, die Auspuffanlage, die Kardanwelle, das Achsdifferenzial, und die Triebwellen gegenüber der Kontur des umgebenden Unterbodens möglichst versenkt angeordnet, in speziellen Ausnehmungen des Unterbodens platziert, und ggf. mit Abdeckelementen verkleidet. Einem auf diese Weise erzielten niedrigen Luftwiderstand bzw. cw-Wert des betreffenden Kraftfahrzeugs steht allerdings der Nachteil einer möglicherweise unzureichenden Kühlung der betreffenden Bauteile durch die Luftströmung zwischen dem Unterboden und der Fahrbahn entgegen. Dies gilt insbesondere für das Achsdifferenzial der Hinterachse eines Kraftfahrzeugs mit einer Frontanordnung des Antriebsmotors und einer angetriebenen Hinterachse. Es kann sich dabei um ein Kraftfahrzeug mit reinem Heckantrieb, d.h. ausschließlich mit einer angetriebenen Hinterachse, oder um ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb, d.h. sowohl mit einer angetriebenen Vorderachse als auch mit einer angetriebenen Hinterachse, handeln. Bei einem derartigen Kraftfahrzeug ist der Unterboden vor der Hinterachse zumeist weitgehend eben und aerodynamisch glatt ausgebildet, so dass der dortige Luftstrom bei einer verdeckten Anordnung des Achsdifferenzials dessen Gehäuse kaum umströmt und somit weitgehend ohne Kühlwirkung ist. Andererseits ist bei einem solchen Kraftfahrzeug durch die längs eingebaute Kardanwelle, eine ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Auspuffanlage, und ggf. einen unter der Rücksitzbank angeordneten Kraftstofftank wenig Bauraum vor der Hinterachse vorhanden, um dort einen speziellen Kühllufteinlauf für die Zuführung von Kühlluft zu dem Achsdifferenzial anzuordnen. Bei einer Heckanordnung des Motors tritt prinzipiell das gleiche Differenzialproblem im Heckbereich auf.
  • Als Bauformen eines Kühllufteinlaufs zur Anordnung am Unterboden eines Kraftfahrzeugs sind prinzipiell eine Lufthutze und ein NACA-Lufteinlauf bekannt. Bei einer Lufthutze handelt es sich um ein aus der umgebenden Fahrzeugkontur hervorstehenden Lufteinlauf, durch den bei einer Fahrzeugbewegung ein weitgehend dem Eintrittsquerschnitt der Lufthutze entsprechender Luftstrom der die Fahrzeugkontur umströmenden Umgebungsluft aufgefangen und über einen nachfolgenden Führungskanal einem zu kühlenden Bauteil zugeleitet werden kann. Dagegen ist ein NACA-Lufteinlauf versenkt in der Fahrzeugkontur angeordnet und weist eine nach hinten abfallende Rampe mit zwei düsenförmig geschwungenen divergenten Seitenwänden auf. Durch nach innen auf die Rampe gerichtete Luftwirbel, die bei einer fahrtbedingten Umströmung des Einbauortes an den Außenkanten der Seitenwände entstehen, wird ein Teil der wandnahen Strömungsluft in Richtung der Rampe in einen nachfolgenden, weitgehend rechteckigen Einlaufkanal gefördert und kann von dort einem zu kühlenden Bauteil zugeführt werden.
  • So ist in der US 40 49 309 ein Kraftfahrzeug beschrieben, dass an seinem Unterboden vor der Hinterachse eine starre Lufthutze aufweist, die zur Aufnahme und Weiterleitung von Kühl- und Verbrennungsluft in den Motorraum eines im Fahrzeugheck angeordneten Verbrennungsmotors dient. Durch die starre Lufthutze ist die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs vor der Hinterachse nachteilig dauerhaft eingeschränkt, so dass beim Befahren von Fahrbahnschwellen in verkehrsberuhigten Straßen, von unbefestigten Wegen, und von Tiefgaragen und Hofeinfahrten mit starken Gefälleübergängen die Gefahr einer Bodenberührung verbunden mit einem Abreißen oder zumindest einer Beschädigung der Lufthutze besteht. Aus der DE 42 29 945 A1 ist dagegen ein Kraftfahrzeug mit einem verstellbaren NACA-Lufteinlauf bekannt, der jeweils beidseitig im Unterboden vor der Vorderachse angeordnet ist und zur Zuführung zusätzlicher Kühlluft zu den Bremssätteln der Vorderräder dient. Die Rampe dieses NACA-Lufteinlaufs ist jeweils mittels einer Verstellmechanik zwischen einer geschlossenen Stellung, in der der Lufteinlauf geschlossen ist und die Rampe glatt mit der Unterseite des Unterbodens abschließt, und einer geöffneten Stellung, in der der Lufteinlauf zur Zuführung zusätzlicher Kühlluft geöffnet ist und die Rampe gegenüber dem Unterboden hinten nach innen bzw. oben geneigt ist, verstellbar. Ein derartiger NACA-Lufteinlauf erfordert zur Unterbringung der Konturbauteile und der Verstellmechanik einen nicht unerheblichen Bauraum innerhalb der Fahrzeugkontur, d.h. oberhalb des Unterbodens. Bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art, d.h. mit einer Frontanordnung des Antriebsmotors und einer angetriebenen Hinterachse, sind die Platzverhältnisse vor der Hinterachse bzw. dem Achsdifferenzial aber, wie zuvor schon erläutert wurde, derart beengt, dass in diesem Fall ein NACA-Lufteinlauf zur Kühlung des Achsdifferenzials nicht in Frage kommt.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für ein Kraftfahrzeug mit einer Frontanordnung des Antriebsmotors und einer angetriebenen Hinterachse eine Vorrichtung zur Kühlung des Achsdifferenzials der Hinterachse vorzuschlagen, mit der die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Des weiteren soll ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung dieser Vorrichtung angegeben werden.
  • Die Aufgabe die Vorrichtung betreffend wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zur Kühlung des Achsdifferenzials der Hinterachse ein verstellbarer Kühllufteinlauf an dem Unterboden des Kraftfahrzeugs vor der Hinterachse angeordnet ist, dass der Kühllufteinlauf oben durch die Unterseite des Unterbodens oder den Boden eines Kraftstofftanks und unten und seitlich durch einen im Querschnitt U-förmigen Diffusorkörper mit einer Bodenwand und beidseitig jeweils einer Seitenwand begrenzt ist, wobei der Diffusorkörper eine nach hinten horizontal konvergente Kontur mit vorne einem niedrigen und breiten Eintrittsquerschnitt und hinten einem an das Gehäuse des Achsdifferenzials angepassten schmalen Austrittsquerschnitt aufweist, und dass der Diffusorkörper zwischen einer geschlossenen Diffusorstellung, in der die Vorderkante der Bodenwand an der Unterseite des Unterbodens oder dem Boden des Kraftstofftanks anliegt, und einer geöffneten Diffusorstellung, in der die Vorderkante der Bodenwand von der Unterseite des Unterbodens oder dem Boden des Kraftstofftanks einen Maximalabstand aufweist, verstellbar ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angegeben.
  • Die Aufgabe das Verfahren betreffend wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 11 dadurch gelöst, dass mittels eines in dem Gehäuse des Achsdifferenzials angeordneten Temperatursensors eine Differenzialtemperatur ermittelt wird, dass die Differenzialtemperatur mit einer vorab festgelegten Solltemperatur verglichen wird, und dass in einem Regelvorgang der Diffusorkörper bei einer Überschreitung der Solltemperatur durch die Differenzialtemperatur in Richtung der geöffneten Diffusorstellung und bei einer Unterschreitung der Solltemperatur in Richtung der geschlossenen Diffusorstellung verstellt wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 12 bis 14 aufgeführt.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kühllufteinlaufs, dessen Strömungskanal einerseits durch die Unterseite des Unterbodens bzw. des Bodens eines bündig mit dem Unterboden abschließenden Kraftstofftanks und andererseits durch den als U-förmige Schale ausgebildeten Diffusorkörper begrenzt wird, ergibt sich eine relativ leichte und platzsparende Einlaufstruktur. Die Kontur des Diffusorkörpers kann dabei bezüglich der Fahrzeugsymmetrieebene symmetrisch oder, z.B. zur Umgehung eines störenden Fahrzeugbauteils, auch asymmetrisch ausgebildet und angeordnet sein, wobei der Diffusorkörper seitlich linear konvergent oder mit einer strömungstechnisch optimierten düsenförmig konvergenten Kontur ausgebildet sein kann. Im ausgefahrenen Zustand, d.h. wenn sich der Diffusorkörper in der vorne abgesenkten geöffneten Diffusorstellung befindet, wird bei reduzierter Bodenfreiheit vor der Hinterachse des Kraftfahrzeugs über den vorgelagerten Unterboden strömende Umgebungsluft in dem Eintrittsquerschnitt aufgefangen, nachfolgend beschleunigt, und die Luft tritt schließlich im Austrittsquerschnitt als konzentrierter Kühlluftstrahl aus, der auf das Gehäuse des Achsdifferenzials gerichtet ist und dieses mit entsprechender Kühlwirkung umströmt. Somit kann im Bedarfsfall, d.h. bei einem Auftreten einer unzulässig hohen Differenzialtemperatur eine ausreichende Kühlung des Achsdifferenzials erzielt werden. Im eingefahrenen Zustand, d.h. wenn sich der Diffusorkörper in der vorne angehobenen geschlossenen Diffusorstellung befindet, ist die Bodenfreiheit vor der Hinterachse des Kraftfahrzeugs praktisch wieder auf das Normalmaß erhöht.
  • Zur Regelung der Differenzialtemperatur ist vorgesehen, dass der Diffusorkörper temperaturabhängig geöffnet und geschlossen wird, indem mittels eines in dem Gehäuse des Achsdifferenzials angeordneten Temperatursensors die aktuelle Differenzialtemperatur ermittelt wird, und der Diffusorkörper bei Überschreitung einer vorab festgelegten Solltemperatur durch die Differenzialtemperatur geöffnet, d.h. in Richtung der geöffneten Diffusorstellung verstellt, und bei einer Unterschreitung der Solltemperatur geschlossen, d.h. in Richtung der geschlossenen Diffusorstellung verstellt wird. Hierdurch ist eine bedarfsgerechte Zufuhr von Kühlluft zu dem Achsdifferenzial und eine Minimierung des durch den Diffusorkörper erzeugten Luftwiderstands gewährleistet.
  • Zur Vermeidung einer Bodenberührung des Diffusorkörpers ist dabei als Sicherheitsfunktion vorgesehen, dass der Diffusorkörper geschwindigkeitsabhängig geschlossen bzw. eine Öffnung des Diffusorkörpers verhindert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass mittels eines Geschwindigkeitssensors, der ohnehin vorhanden und zumeist an der Getriebeausgangswelle angeordnet ist, die Fahrgeschwindigkeit ermittelt wird, und dass bei einer Unterschreitung einer vorab festgelegten Mindestgeschwindigkeit durch die Fahrgeschwindigkeit im geöffneten Fall der Diffusorkörper vollständig oder teilweise geschlossen und im geschlossenen Fall eine Öffnung des Diffusorkörpers verhindert wird. Dabei wird vorteilhaft von dem Umstand Gebrauch gemacht, dass einerseits die in Wärme umgesetzte Verlustleistung des Achsdifferenzials und damit der Kühlluftbedarf mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit ansteigt und andererseits schwierige Wegstrecken, wie verkehrsberuhigte Straßen mit Fahrbahnschwellen, unbefestigte Wege, sowie Garagen- und Hofeinfahrten, die eine erhöhte Bodenfreiheit erfordern, zumeist mit relativ geringer Fahrgeschwindigkeit befahren werden.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch als Sicherheitsfunktion vorgesehen sein, dass der Diffusorkörper abhängig von der jeweiligen Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs geschlossen bzw. eine Öffnung des Diffusorkörpers verhindert wird. Hierzu kann mittels eines Abstandssensors die Bodenfreiheit ermittelt werden, und bei einer Unterschreitung eines vorab festgelegten Mindestabstands durch die Bodenfreiheit im geöffneten Fall der Diffusorkörper geschlossen und im geschlossenen Fall eine Öffnung des Diffusorkörpers verhindert werden. Hierzu ist der Abstandssensor bevorzugt benachbart zu dem Eintrittsquerschnitt des Diffusorkörpers an dem Unterboden angeordnet, so dass die Bodenfreiheit vorteilhaft in der Nähe des vorderen Bereichs des Einlaufdiffusors ermittelt wird, wo die Gefahr einer Bodenberührung bei abgesenktem Diffusorkörper wegen des relativ großen Abstands zu der Hinterachse besonders groß ist.
  • Zur Verstellung des Diffusorkörpers kann dieser beispielsweise mit einem jeweils beidseitig an den Seitenwänden angeordneten Hebelmechanismus oder mit einer Kulissenführung versehen sein, wodurch mittels eines zugeordneten Stellantriebs das Absenken und Anheben der Vorderkante der Bodenwand bewerkstelligt werden kann. Da der Platzbedarf für eine derartige Verstellvorrichtung aber ungünstig hoch ist, wird zur Realisierung der Verstellbarkeit bevorzugt eine Schwenklagerung des Diffusorkörpers um eine in der Nähe des Austrittsquerschnitts angeordnete Querachse verwendet.
  • Der Diffusorkörper kann mit seinem Austrittsquerschnitt vor der Stirnseite des Gehäuses des Achsdifferenzials enden, wobei das Gehäuse dann von dem austretenden Kühlluftstrahl frei umströmt wird. Alternativ dazu kann der Diffusorkörper aber auch mit seinem Austrittsquerschnitt mehr oder weniger weit hinter der Stirnseite des Gehäuses, z.B. im Bereich der Rückwand des Gehäuses, enden und mit seiner Bodenwand und seinen Seitenwänden das Gehäuse des Achsdifferenzials unten und seitlich beabstandet umfassen. In diesem Fall weist der Diffusorkörper zur Vermeidung einer zu starken Blockierung des Kühlluftstrahls vorteilhaft an der Bodenwand und den Seitenwänden im Bereich des Gehäuses Öffnungen zum Kühlluftaustritt auf.
  • Zur platzsparenden und widerstandsarmen Versenkung der Seitenwände des Diffusorkörpers in der geschlossenen Diffusorstellung weist der Unterboden des Kraftfahrzeugs oder der Boden eines dort eingebauten Kraftstofftanks vorteilhaft den Oberkanten der Seitenwände des Diffusorkörpers gegenüberliegende schlitzförmige Vertiefungen auf.
  • Zur Vermeidung einer über die geöffnete Diffusorstellung hinausgehenden Öffnung des Diffusorkörpers ist zweckmäßig eine Begrenzungsvorrichtung vorgesehen, die einfach und platzsparend aus zwei beidseitig in der Nähe des Eintrittsquerschnitts an dem Diffusorkörper angeordneten Anschlagwinkeln und zwei damit in Kontakt bringbare karosseriefeste Anschlagelemente gebildet sein kann.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des zugeordneten Verfahrens dienen.
  • Hierzu zeigt:
  • 1 Den Heckbereich eines Kraftfahrzeugs mit einem Diffusorkörper in einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht,
  • 2 den Heckbereich nach 1 in einer teilweise aufgeschnittenen Bodenansicht, und
  • 3 den Diffusorkörper nach 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten.
  • Ein Kraftfahrzeug 1, dessen Heckbereich 2 jeweils in 1 und in 2 abgebildet ist, weist einen (nicht abgebildeten) Antriebsmotor in Frontanordnung und eine angetriebene Hinterachse 3 auf. Die Hinterachse 3 umfasst ein Achsdifferenzial 4, zwei beidseitig angeordnete Triebwellen 5, und zwei außenliegende angetriebene Räder 6. Zur Übertragung eines Antriebsmomentes steht das Achsdifferenzial 4 über eine Kardanwelle 7 mit dem Antriebsmotor in Verbindung. Zur Erzielung eines geringen Luftwiderstands ist der Unterboden 8 des Kraftfahrzeugs 1 weitgehend eben und glatt ausgebildet. Vor der Hinterachse 3 ist ein Kraftstofftank 9 aufprallsicher angeordnet, der mit seinem Boden 10 bündig mit der Unterseite 11 des umgebenden Unterbodens 8 abschließt.
  • Zur Kühlung des Achsdifferenzials 4 ist an dem Unterboden 8 vor der Hinterachse 3 ein verstellbarer Kühllufteinlauf 12 angeordnet, der oben durch die Unterseite 11 des Unterbodens 8 bzw. den Boden 10 des Kraftstofftanks 9 und unten und seitlich durch einen im Querschnitt U-förmigen Diffusorkörper 13 mit einer Bodenwand 14 und beidseitig jeweils einer Seitenwand 15 begrenzt ist. Der als Einzelteil in 3 abgebildete Diffusorkörper weist mit einer trichterförmig nach hinten konvergenten Kontur vorne einen niedrigen und breiten Eintrittsquerschnitt 16 und hinten einen an das mit Kühlrippen 17 versehene Gehäuse 18 des Achsdifferenzials 4 angepassten schmalen Austrittsquerschnitt 19 auf. Der Diffusorkörper 13 ist durch eine in der Nähe des Austrittsquerschnitts 19 angeordnete Lagerachse 20, die vorliegend in zwei an der Rückwand 21 des Gehäuses 18 befestigte Lagerösen 22 drehbar gelagert ist, um eine hierzu konzentrische Querachse 23 schwenkbar. Hierdurch kann der Diffusorkörper 13 zwischen einer geschlossenen Diffusorstellung, in der die Vorderkante 24 der Bodenwand 14 an der Unterseite 11 des Unterbodens 8 bzw. an dem Boden 10 des Kraftstofftanks 9 anliegt, und einer in 1 dargestellten geöffneten Diffusorstellung 25, in der die Vorderkante 24 der Bodenwand 14 von der Unterseite 11 des Unterbodens 8 bzw. dem Boden 10 des Kraftstofftanks 9 einen Maximalabstand 26 aufweist, mittels eines nicht abgebildeten Stellantriebs verstellt werden.
  • Vorliegend umfasst der Diffusorkörper 13 mit seiner Bodenwand 14 und seinen Seitenwänden 15 das Gehäuse 18 des Achsdifferenzials 4 unten und seitlich beabstandet und endet mit seinem Austrittsquerschnitt 19 in der Nähe der Rückwand 21 des Gehäuses 18. Zur Vermeidung einer stärkeren Blockierung der Kühlluftströmung weist der Diffusorkörper an der Bodenwand 14 und an den Seitenwänden 15 im Bereich des Gehäuses 18 mehrere Öffnungen 27 zum Kühlluftaustritt auf. Zur Vermeidung einer über die geöffnete Diffusorstellung 25 hinausgehenden Öffnung des Diffusorkörpers 13 ist eine Begrenzungsvorrichtung 28 vorgesehen, die vorliegend durch zwei beidseitig in der Nähe des Eintrittsquerschnitts 16 an dem Diffusorkörper 13 angeordnete Anschlagwinkel 29 und zwei damit in Kontakt bringbare karosseriefeste Anschlagelemente 30 gebildet ist. Zur Aufnahme der Seitenwände 15 des Diffusorkörpers 13 in der geschlossenen Diffusorstellung weist der Unterboden 8 bzw. der Boden 10 des bündig eingebauten Kraftstofftanks 9 den Oberkanten 31 der Seitenwände 15 gegenüberliegende schlitzförmige Vertiefungen 32 auf.
  • Bei fahrendem Kraftfahrzeug 1 und geöffneter Diffusorstellung 25 wird ein wandnaher Teil der zwischen der Fahrbahn 33 und dem Unterboden 8 strömenden Umgebungsluft im Eintrittsquerschnitt 16 von dem Diffusorkörper 13 aufgefangen und unter seitlicher Bündelung dem Achsdifferenzial 4 zugeleitet (siehe einströmende Kühlluft 34). Das Achsdifferenzial 4 wird dann durch Wärmeleitung von dem Gehäuse 18 und den Kühlrippen 17 zu der umströmenden Kühlluft gekühlt, wobei ein Teil der Kühlluft den Diffusorkörper 13 vor Erreichen des Austrittsquerschnitts 19 über die Öffnungen 27 verlässt (siehe ausströmende Kühlluft 35).
  • Ausgehend von der geschlossenen Diffusorstellung, in der praktisch keine Zuführung von Kühlluft über den Kühllufteinlauf 12 zu dem Achsdifferenzial 4 erfolgt, ist vorgesehen, dass der Diffusorkörper 13 bei einer erhöhten Differenzialtemperatur zunächst auf eine Position geschwenkt wird, die zwischen der geschlossenen und der geöffneten Diffusorstellung 25 liegt. Nachfolgend wird der Diffusorkörper 13 dann in einem Regelvorgang bei einer Überschreitung einer vorab festgelegten Solltemperatur durch die Differenzialtemperatur weiter geöffnet und bei einer Unterschreitung der Solltemperatur weiter geschlossen. Zur Vermeidung einer Bodenberührung und Beschädigung des Diffusorkörpers 13 wird dieser bei verminderter Fahrgeschwindigkeit, bei der eine erhöhte Gefahr des Befahrens schwieriger Wegabschnitte und gleichzeitig ein verringerter Kühlluftbedarf besteht, in einer Sicherheitsfunktion zumindest teilweise geschlossen. Darüber hinaus kann auch die Bodenfreiheit 36 bevorzugt in der Nähe des Eintrittsquerschnitts 16 des Diffusorkörpers 13 ermittelt und der Diffusorkörper 13 bei Unterschreiten eines vorab festgelegten Mindestabstands geschlossen werden.
  • In Verbindung mit dem vorgenannten Steuerungsverfahren kann mit dem erfindungsgemäßen Kühllufteinlauf 12 bei dem zu Grunde gelegten Kraftfahrzeug 1 bei hinreichender Betriebssicherheit eine wirksame Kühlung des Achsdifferenzials 4 erzielt werden.
  • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Heckbereich
    3
    Hinterachse
    4
    Achsdifferenzial
    5
    Triebwelle
    6
    angetriebenes Rad
    7
    Kardanwelle
    8
    Unterboden
    9
    Kraftstofftank
    10
    Boden
    11
    Unterseite
    12
    Kühllufteinlauf
    13
    Diffusorkörper
    14
    Bodenwand
    15
    Seitenwand
    16
    Eintrittsquerschnitt
    17
    Kühlrippe
    18
    Gehäuse
    19
    Austrittsquerschnitt
    20
    Lagerachse
    21
    Rückwand
    22
    Lageröse
    23
    Querachse
    24
    Vorderkante
    25
    geöffnete Diffusorstellung
    26
    Maximalabstand
    27
    Öffnung
    28
    Begrenzungsvorrichtung
    29
    Anschlagwinkel
    30
    Anschlagelement
    31
    Oberkante
    32
    Vertiefung
    33
    Fahrbahn
    34
    einströmende Kühlluft
    35
    ausströmende Kühlluft
    36
    Bodenfreiheit

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Kühlung des Achsdifferenzials einer Kfz-Antriebsachse, wobei das Kraftfahrzeug insbesondere eine Frontanordnung des Antriebsmotors und eine angetriebene Hinterachse mit einem Achsdifferenzial aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Achsdifferenzials (4) der Hinterachse (3) ein verstellbarer Kühllufteinlauf (12) an dem Unterboden (8) des Kraftfahrzeugs (1) vor der Hinterachse (3) angeordnet ist, dass der Kühllufteinlauf (12) oben durch die Unterseite (11) des Unterbodens (8) oder den Boden (10) eines Kraftstofftanks (9) und unten und seitlich durch einen im Querschnitt U-förmigen Diffusorkörper (13) mit einer Bodenwand (14) und beidseitig jeweils einer Seitenwand (15) begrenzt ist, wobei der Diffusorkörper (13) eine nach hinten horizontal konvergente Kontur mit vorne einem niedrigen und breiten Eintrittsquerschnitt (16) und hinten einem an das Gehäuse (18) des Achsdifferenzials (4) angepassten schmalen Austrittsquerschnitt (19) aufweist, und dass der Diffusorkörper (13) zwischen einer geschlossenen Diffusorstellung, in der die Vorderkante (24) der Bodenwand (14) an der Unterseite (11) des Unterbodens (8) oder dem Boden (10) des Kraftstofftanks (9) anliegt, und einer geöffneten Diffusorstellung (25), in der die Vorderkante (24) der Bodenwand (14) von der Unterseite (11) des Unterbodens (8) oder dem Boden (10) des Kraftstofftanks (9) einen Maximalabstand (26) aufweist, verstellbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusorkörper (13) um eine in der Nähe des Austrittsquerschnitts (19) angeordnete Querachse (23) relativ zu der Fahrzeugkarosserie schwenkbar gelagert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusorkörper (13) mit seinem Austrittsquerschnitt (19) vor der Stirnseite des Gehäuses (18) endet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusorkörper (13) mit seinem Austrittsquerschnitt (19) hinter der Stirnseite des Gehäuses (18) endet und mit seiner Bodenwand (14) und seinen Seitenwänden (15) das Gehäuse (18) des Achsdifferenzials (4) unten und seitlich beabstandet umfasst.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusorkörper (13) an der Bodenwand (14) und/oder an einer der Seitenwände (15) im Bereich des Gehäuses (18) mindestens eine Öffnung (27) zum Kühlluftaustritt aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden (8) des Kraftfahrzeugs (1) oder der Boden (10) des Kraftstofftanks (9) den Oberkanten (31) der Seitenwände (15) des Diffusorkörpers (13) gegenüberliegende schlitzförmige Vertiefungen (32) zur Aufnahme der Seitenwände (15) in der geschlossenen Diffusorstellung aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungsvorrichtung (28) zur Vermeidung einer über die geöffnete Diffusorstellung (25) hinausgehenden Öffnung des Diffusorkörpers (13) vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsvorrichtung (28) durch zwei beidseitig in der Nähe des Eintrittsquerschnitts (16) an dem Diffusorkörper (13) angeordnete Anschlagwinkel (29) und zwei damit in Kontakt bringbare karosseriefeste Anschlagelemente (30) gebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungsvorrichtung zur temperatur- und/oder geschwindigkeitsabhängigen Regelung der Diffusorstellung mit einer Rechnereinheit, einem mit dem Diffusorkörper (13) in Wirkverbindung stehenden und über eine Steuerleitung mit der Rechnereinheit verbundenen Stellantrieb zur Verschwenkung des Diffusorkörpers (13), einem in dem Gehäuse (18) des Achsdifferenzials (4) angeordneten und über eine Signalleitung mit der Rechnereinheit verbundenen Temperatursensor, und/oder einem über eine Signalleitung mit der Rechnereinheit verbundenen Geschwindigkeitssensor vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung einen benachbart zu dem Eintrittsquerschnitt (16) des Diffusorkörpers (13) an dem Unterboden (8) des Kraftfahrzeugs (1) angeordneten und über eine Signalleitung mit der Rechnereinheit verbundenen Abstandssensor zur Ermittlung der Bodenfreiheit (36) des Kraftfahrzeugs (1) aufweist.
  11. Verfahren zur Kühlung des Achsdifferenzials einer Kfz-Antriebsachse mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines in dem Gehäuse (18) des Achsdifferenzials (4) angeordneten Temperatursensors eine Differenzialtemperatur ermittelt wird, dass die Differenzialtemperatur mit einer vorab festgelegten Solltemperatur verglichen wird, und dass in einem Regelvorgang der Diffusorkörper (13) bei einer Überschreitung der Solltemperatur durch die Differenzialtemperatur in Richtung der geöffneten Diffusorstellung (25) und bei einer Unterschreitung der Solltemperatur in Richtung der geschlossenen Diffusorstellung verstellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialtemperatur mit einem vorab festgelegten unteren Temperaturgrenzwert und mit einem vorab festgelegten oberen Temperaturgrenzwert verglichen wird, und dass bei Erreichen oder Unterschreiten des unteren Temperaturgrenzwertes durch die Differenzialtemperatur der Diffusorkörper vollständig geschlossen und bei Erreichen oder Überschreiten des oberen Temperaturgrenzwertes vollständig geöffnet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Geschwindigkeitssensors die Fahrgeschwindigkeit ermittelt wird, dass die Fahrgeschwindigkeit mit einer vorab festgelegten Mindestgeschwindigkeit verglichen wird, und dass bei einer Unterschreitung der Mindestgeschwindigkeit durch die Fahrgeschwindigkeit im geöffneten Fall der Diffusorkörper (13) geschlossen und im geschlossenen Fall eine Öffnung des Diffusorkörpers (13) verhindert wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines an dem Unterboden (8) des Kraftfahrzeugs (1) angeordneten Abstandssensors eine Bodenfreiheit (36) ermittelt wird, dass die Bodenfreiheit (36) mit einem vorab festgelegten Mindestabstand verglichen wird, und dass bei einer Unterschreitung des Mindestabstands durch die Bodenfreiheit im geöffneten Fall der Diffusorkörper (13) geschlossen und im geschlossenen Fall eine Öffnung des Diffusorkörpers (13) verhindert wird.
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