DE19618396A1 - Belüftungseinrichtung für einen Personenkraftwagen sowie Betriebsverfahren hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für einen Personenkraftwa­ gen mit einem im Frontbereich angeordneten Zuführgebläse sowie einem im Heckbereich vorgesehenen Abluftgebläse, welches über einen Kanal einen Luftstrom aus dem PKW-Innenraum abziehen kann, und geht aus von der DE 30 43 934 A1 Ferner betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren für eine entsprechende Belüftungseinrichtung. Dabei sei darauf hingewiesen, daß unter den Begriff der "Belüftungseinrichtung" selbstverständlich auch all jene Ausführungsformen fallen, bei denen die dem PKW-Innenraum zugeführte Luft weiterbehandelt, d. h. insbesondere temperiert wird. In anderen Worten fallen somit auch die Heiz- und Klimaanlagen mit einem Zuführgebläse unter die vorliegende Erfindung.

Üblicherweise ist, wie bereits angegeben, ein Zuführgebläse im Frontbereich und insbesondere im Stirnwandbereich des PKW′s bzw. Kraftfahrzeuges angeordnet und saugt Frischluft aus der Umgebung durch Eintrittsöffnungen an, wonach diese Frischluft in den Innenraum oder Fahrgastraum gefördert wird. Hierbei entsteht im Innenraum bezogen auf den statischen Umge­ bungsdruck ein Überdruck. Bei den meisten gängigen Personenkraftwagen wird der Innenraum oder Fahrgastraum über Luftaustrittsöffnungen, die sich in der C-Säule oder im Heckbereich des Fahrzeuges befinden, entlüftet. Beim letztgenannten Fall strömt üblicherweise die Luft durch Öffnungen in der Hutablage und in der oberen hinteren Trennwand in den Kofferraum des Kraftfahrzeuges, von dem aus Austriftsöffnungen, die mit Entlüftungsklappen versehen sind, in die Umgebung münden. Lediglich ein geringer Anteil der Innenraumluft tritt über natürliche Undichtigkeiten der Fahrgastzelle ins Freie.

Sind die genannten Entlüftungsklappen an den Austrittsöffnungen, die ver­ hindern, daß Luft aus dem Heckbereich des Fahrzeuges, welche meist mit Abgasen belastet ist, in den Fahrzeug-Innenraum gelangen kann, geöffnet, so können auch Geräusche im gesamten Frequenzband des Schalles na­ hezu ungehindert von außen in den Fahrzeug-Innenraum eindringen. Bei diesen Geräuschen handelt es sich beispielsweise um hörbare Strömungs­ geräusche infolge der Fahrzeugumströmung, um Reifenabrollgeräusche, um Auspuffgeräusche und weitere. Aber auch im tieffrequenten, nicht hörbaren Frequenzbereich des Schalls, dem Infraschallbereich, wird der Schalldruck­ pegel infolge der offenen Entlüftungsklappen wesentlich erhöht. Ursache für hohe Schalldruckpegel im Infraschallbereich sind instationäre turbulente Druckschwankungen, die ihrerseits durch Strömungsablösung kohärenter Wirbelstrukturen im Heckbereich des Fahrzeuges hervorgerufen werden.

Aufgrund des an heutigen Personenkraftwagen relativ beschränkten freien Bauraumes müssen sowohl die Zuführkanäle als auch die Kanäle zur Abfuhr der Innenraum-Luft in die Umgebung relativ eng und teilweise verwinkelt gestaltet werden, was hohe Durchströmungswiderstände im Fahrzeugbelüf­ tungssystem hervorruft. Erforderlich ist somit ein leistungsfähiges Zuführge­ bläse, welches jedoch seinerseits wieder eine hohe Geräuschbelastung her­ vorruft. Als Abhilfemaßnahme hiergegen ist in der DE 38 27 377 C2 ein - grundsätzlich bereits aus der oben genannten DE 30 43 934 A1 bekanntes - zusätzliches Abluftgebläse im Heckbereich des Fahrzeuges vorgesehen, welches es gestattet, die Förderleistung und somit die Geräuschentwicklung des Zuführgebläses zu reduzieren. Abhilfemaßnahmen im Hinblick auf die Geräusch- bzw. Schalldruckeinstrahlung in den Fahrzeug-Innenraum über das Entlüftungssystem sind in diesen Schriften jedoch nicht gezeigt.

Wie oben bereits kurz erläutert, wird der Schalldruck im Innenraum eines PKW′s infolge der zumeist offenen Heck-Entlüftungsklappen erhöht. Neben den akustischen Komforteinbußen im hörbaren Bereich verursachen auch im Infraschallbereich hohe Schalldruckpegel physiologische Reaktionen beim Menschen, die sich unter Umständen in Form von Angstgefühlen, Übelkeit, Änderung der Puls- und Atemfrequenz etc. auswirken können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Schalldruckerhöhungen im PKW-Innen­ raum bzw. Fahrgastraum, die im gesamten Frequenzband des Schalls, ins­ besondere aber am tieffrequenten Bereich durch das offene Heckentlüf­ tungssystem verursacht werden und akustische Komforteinbußen sowie physiologische Fehlreaktionen beim Menschen hervorrufen können, abzu­ bauen oder zumindest weitestgehend zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß im oder am Kanal, der dem Abluftgebläse zugeordnet ist und über welchen ein Luftstrom aus dem PKW-Innenraum abgezogen werden kann, Schalldämpfungs-Maßnahmen vorge­ sehen sind. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteran­ sprüche, ebenso wie ein besonders geeignetes Betriebsverfahren für eine erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung.

Die nähere Erläuterung erfolgt anhand eines bevorzugten Ausführungsbei­ spieles, wobei Fig. 1 eine Teil-Seitenansicht, Fig. 2 die Heckansicht und Fig. 3 eine Teil-Draufsicht eines Personenkraftwagens mit einer derartigen Belüftungseinrichtung zeigt, während in Fig. 4 ein prinzipieller Aufbau einer Steuerung für das in Verbindung mit der Belüftungseinrichtung vorgesehene Abluftgebläse dargestellt ist.

Mit der Bezugsziffer 1 ist der Innenraum eines im wesentlichen üblichen Per­ sonenkraftwagens bezeichnet, dem mittels eines im Frontbereich angeord­ neten, nicht gezeigten Zuführgebläses ein Frischluftstrom oder wahlweise auch ein Umluftstrom zugeführt werden kann, wobei dieser Luftstrom in einem Heiz- und/oder Klimagerät temperiert worden sein kann. Ebenfalls wie üblich kann im Frischluftbetrieb ein Luftstrom aus dem Fahrzeug-Innenraum 1 über den Heckbereich des PKW′s abgeführt werden, während - wie be­ kannt - im sog. Umluftbetrieb die Innenraum-Luft im wesentlichen vollständig über das Zuführgebläse umgewälzt wird.

Für die Abfuhr eines Luftstromes aus dem Innenraum 1 ist ein Kanal 2 vor­ gesehen, der einerseits eine Mündungsöffnung 3 zur Umgebung hin auf­ weist, und der andererseits mit dem Innenraum 1 in Verbindung steht. Wäh­ rend die Mündungsöffnung 3 beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel in Richtung des nicht näher bezeichneten Radhauses des PKW′s zeigt, ist für die Verbindung des Kanales 2 mit dem Innenraum 1 hier ein Abluft-Sammler 4 vorgesehen, der unterhalb der sog. Hutablage 5 angeordnet ist und Luftübertrittsöffnungen 4a aufweist. Über nicht näher dargestellte Schlitze 6 insbesondere im Randbereich dieser Hutablage 5 sowie über die Luftüber­ trittsöffnungen 4a kann ein Luftstrom aus dem Innenraum 1 somit zunächst in den Abluft-Sammler 4 gelangen und von diesem aus in den sich daran anschließenden Kanal 2 eintreten.

Im Kanal 2 ist ferner ein Abluftgebläse 7 angeordnet, stromab dessen eine als Rückschlagklappe ausgebildete Entlüftungsklappe 8 vorgesehen ist. Ein Zweck des Abluftgebläses 7 ist es, sicherzustellen, daß auch bei einem rela­ tiv geringen Querschnitt des Kanales 2 ein ausreichend großer Luftstrom aus dem Innenraum 1 abgeführt werden kann, so daß ein ebenso entsprechend großer Frischluftstrom wieder in den Innenraum 1 zugeführt werden kann. Das Abluftgebläse 7 soll somit das Zuführgebläse in seiner Wirkung unter­ stützen, den durch den Kanal 2, den Abluft-Sammler 4, sowie die Hutablage 5 erhöhten Strömungswiderstand kompensieren und somit insgesamt für eine angenehme Belüftung des Innenraumes 1 sorgen. Ein Zweck der Ent­ lüftungsklappe 8 hingegen ist es, zu verhindern, daß über die Mündungsöff­ nung 3 verschmutzte Umgebungsluft in den Kanal 2 und letztlich in den In­ nenraum 1 gelangen kann, wenn das Abluftgebläse 7 stillsteht, d. h. keinen Luftstrom aus dem Innenraum 1 oder Fahrgastraum abzieht.

Sowohl im bzw. am Kanal 2 als auch am Abluft-Sammler 4 sind Schall­ dämpfungs-Maßnahmen vorgesehen. Insbesondere sind wesentliche Ab­ schnitte der Innenwand des Kanales 2 sowie sämtliche Innenwände des Abluft-Sammlers 4 mit einer schalldämpfenden Verkleidung 9 versehen. Diese Schalldämpfungs-Maßnahmen, beispielsweise in Form der schall­ dämpfenden bzw. schallabsorbierenden Verkleidung 9 verhindern eine Schalldruckerhöhung im Innenraum 1, die sich ansonsten bei offener Entlüf­ tungsklappe 8 u. a. durch turbulente Druckschwankungen im Heckbereich des fahrenden Personenkraftwagens einstellen würden. Eine weitere Schall­ dämm-Maßnahme besteht in einem an sich bekannten Helmholtz-Resonator, der vom Kanal 2 abzweigen kann. Durch den Kanal 2 mit darin angeordne­ tem Abluftgebläse 7 wird aufgrund der gezielten Luftführung somit eine op­ timale Belüftung des Innenraumes 1 ermöglicht, wobei gleichzeitig durch die Schalldämpfungs-Maßnahmen eine deutliche Komfortsteigerung im Innen­ raum 1 erzielt wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die gleichen Vorteile auch mit einer Anordnung erzielt werden, bei der kein Abluft-Sammler 4 vorgesehen ist, wenngleich dieser als Beruhigungsvolu­ men wirkend eine nochmalige Komfortsteigerung durch nochmals verbes­ serte Schalldämpfung wirkt. Selbstverständlich kann linksseitig sowie rechts­ seitig am PKW jeweils ein separater Kanal 2 mit eigenem Abluftgebläse 7 vorgesehen sein, ferner kann im Rahmen einer Abwandlung vom gezeigten Ausführungsbeispiel die Entlüftungsklappe 8 entfallen, wobei mit entspre­ chender Gestaltung das Abluftgebläse 7 deren Funktion übernehmen kann. Auch kann die Austrittsöffnung des Abluftgebläses 7 mit der Mündungsöff­ nung 3 des Kanales 2 zusammenfallen, daneben ist es auch möglich, das Abluftgebläse 7 deutlich näher am Abluft-Sammler 4 anzuordnen, als dies hier gezeigt ist.

Ebenfalls im Hinblick auf eine optimale Belüftung des Innenraumes bzw. eine reduzierte Belastung desselben durch Schallwellen im gesamten Spek­ trum (d. h. auch durch Infraschall) wird weiterhin vorgeschlagen, das Abluft­ gebläse 7 nur dann zu betreiben, wenn das Zuführgebläse im wesentlichen Frischluft aus der Umgebung in den Innenraum fördert und wenn Luft aus dem Innenraum 1 im wesentlichen nicht anderweitig als über das Abluftge­ bläse 7 in die Umgebung abgeführt werden kann. In anderen Worten bedeu­ tet dies, daß das Abluftgebläse 7 dann nicht betrieben werden soll, wenn der Innenraum 1 im sog. Umluftbetrieb klimatisiert wird, d. h. wenn das Zuführ­ gebläse seinerseits selbst Luft aus dem Innenraum 1 absaugt. Ebenfalls nicht betrieben werden soll das Abluftgebläse aber auch dann, wenn Luft aus den Innenraum 1 anderweitig als über das Abluftgebläse 7 in die Umge­ bung gelangen kann, d. h. dann, wenn beispielsweise ein oder mehrere Fenster oder das Schiebedach des PKW′s geöffnet sind.

Der Komfort im Innenraum 1 kann sowohl hinsichtlich der Belüftung als auch der Geräusch- bzw. Schallbelastung optimiert werden, wenn die beiden Ge­ bläse, nämlich das Zuführgebläse und das Abluftgebläse hinsichtlich ihrer Förderleistung jeweils derart betrieben werden, daß sich im Innenraum 1 ein geringer Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck einstellt. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, die Förderleistung des Abluftgebläses 7 in Abhängigkeit von der Größe des Zuluftstromes zu steuern. Die Größe des Zuluftstromes in den Innenraum 1 kann dabei ermittelt werden aus der För­ derleistung des Zuführgebläses, d. h. dessen Drehzahl, sowie aus der Posi­ tion von üblichen Frischluftklappen im nicht gezeigten Zufuhr-Kanalsystem unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit des Personenkraftwagens.

Aufwendige regelungstechnische Schritte sind somit nicht erforderlich, viel­ mehr ist eine einfache Steuerung ausreichend, wie auch anhand von Fig. 4 ersichtlich wird. Hier ist mit der Bezugsziffer 11 eine Steuerungsschaltung bezeichnet, die die Stellgrößen y₁ sowie y₂ verarbeitet, und die eine Steuer­ größe z ausgibt, welche nach Passieren einer Freischaltung 12 ein Stell­ signal x für den Motor des Abluftgebläses 7 darstellt. In der Freischaltung 12 werden dabei diverse Freischaltbedingungen 13 abgefragt.

Wie bereits erläutert, kann es sich bei der Stellgröße y₁ um die Förderlei­ stung des Zuführgebläses handeln, während die Stellgröße y₂ für den ohne Zuführgebläse in den Innenraum 1 gelangenden Luftstrom steht. Die Stell­ größe y₂ ist somit abhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges sowie von der Position der dem Fachmann bekannten Frischluftklappen und liegt an modernen PKW′s ebenso wie die Fahrgeschwindigkeit als elektroni­ sches Signal im sog. Karosserie-Datenbus vor. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn das Fahrzeug steht und auch das Zuführgebläse nicht betrieben ist, kein Frischluftstrom in den Innenraum 1 gelangt so daß dann auch das Abluftgebläse 7 nicht betrieben werden sollte. Als Freischaltbedingungen 13 können verschiedene Randbedingun­ gen berücksichtigt werden, insbesondere jedoch - wie ebenfalls bereits er­ läutert - die Größe eines sog. Leckageluftstromes, beispielsweise über geöff­ nete Fenster oder ein geöffnetes Schiebedach des PKW′s. Liegt aufgrund eines geöffneten Fensters ein hoher Leckageluftstrom vor, so wird das Ab­ luftgebläse 7 nicht betrieben, wenngleich durchaus die Steuergröße z einen positiven, d. h. einen das Abluftgebläse 7 eigentlichen betreibenden Wert aufweist. Als weitere Freischaltbedingungen 13 seien beispielshalber aber­ mals ein Zuluftmassenstrom, ein Abluftmassenstrom, der Absolut- oder Re­ lativdruck im Innenraum 1 oder auch die Innenraumtemperatur zu nennen.

Im übrigen sei noch darauf hingewiesen, daß selbstverständlich eine Viel­ zahl von Details durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. So kann beispielsweise die über den Kanal 2 sowie Abluft-Sammler 4 abge­ führte Innenraumluft zu Kühlzwecken, beispielsweise für Elektronikeinheiten im Kofferraum des Kraftfahrzeuges, herangezogen werden. Stets erhält man mit den wesentlichen Merkmalen eine weitgehende Abminderung des Schalldruckpegels im Innenraum 1 des PKW′s. Die Wirkungsweise läßt sich dabei auch anhand eines physikalischen Modells erklären. Demnach bilden der nicht gezeigte, den Frischluftstrom in den Innenraum 1 leitende Zuführ­ kanal, der Innenraum 1 selbst, der Abluft-Sammler 4 sowie der Kanal 2 ein­ schließlich der Entlüftungsklappe 8 einen Zwei-Massenschwinger mit dem Innenraum als Feder und den Kanälen als schwingende, akustische Massen.

Durch konstruktive Gestaltung der Kanäle, der Kanalquerschnitte sowie der einzelnen Volumina sind die Eigenfrequenzen und Eigenschwingungsformen dieses Masse-Federsystemes derart abstimmbar, daß sie in einem für Fahrzeuginsassen physiologisch angenehmen Bereich liegen. Zwar kann grundsätzlich auch bereits durch eine labyrinthartige Form der einzelnen Kanäle und insbesondere des Kanales 2 die direkte Schalleinstrahlung ver­ mieden, insbesondere werden jedoch durch die sog. Schalldämpfungs-Maß­ nahmen, d. h. beispielsweise durch die Verkleidung mit schalldämpfendem Material oder auch Schallabsorptionsmaterial von außen eindringende Ge­ räusche sowie die Geräusche des Abluftgebläses selbst auf einer ausrei­ chend langen Strecke absorbiert.

Claims (7)

1. Belüftungseinrichtung für einen PKW mit einem im Frontbereich an­ geordneten Zuführgebläse sowie einem im Heckbereich vorgesehe­ nen Abluftgebläse (7), welches über einen Kanal (2) einen Luftstrom aus dem PKW-Innenraum (1) abziehen kann, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Kanal (2) Schalldämpfungs-Maß­ nahmen vorgesehen sind.

2. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kanal (2) ein mit Schall­ dämpfungs-Maßnahmen versehener Abluft-Sammler (4) vorgeschaltet ist.

3. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalldämpfungs-Maßnahmen in Form einer schallabsorbierenden Verkleidung der Kanal-Innenwand ausgebildet sind.

4. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalldämpfungs-Maßnahmen aus einem mit dem Kanal (2) zusammenwirkenden Helmholtz-Resonator bestehen.

5. Betriebsverfahren für eine Belüftungseinrichtung nach einem der vor­ angegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abluftgebläse (7) nur dann betrie­ ben wird, wenn das Zuführgebläse im wesentlichen Frischluft aus der Umgebung in den Innenraum (1) fördert und wenn Luft aus dem In­ nenraum (1) im wesentlichen nicht anderweitig als über das Abluftge­ bläse (7) in die Umgebung abgeführt werden kann.

6. Betriebsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung des Abluftgebläses (7) in Abhängigkeit von der Größe des Zuluftstromes gesteuert wird.

7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Zuluftstromes aus der Förderleistung des Zuführgebläses sowie der Position von Frischluft­ klappen unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit des PKW′s ermittelt wird.