DE4132572A1 - Kraftfahrzeug mit einem thermisch gekapselten antriebsaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem insbe­ sondere thermisch gekapselten Antriebsaggregat, wobei zu­ mindest eine Abtriebswelle und/oder Fluidleitungen des Antriebsaggregates die Kapselwand durchdringen.

Beispielsweise aus der US 31 55 082 ist es bekannt, eine Brennkraftmaschine mit einer thermischen Kapsel zu verse­ hen, um in einer Betriebspause der Brennkraftmaschine Restwärme zu speichern, so daß in einem nachfolgenden Start die Brennkraftmaschine schneller ihre Betriebstem­ peratur erreicht. Weitere Maßnahmen aufzuzeigen, mit denen allgemein bei einem Kraftfahrzeug-Antriebsaggregat, das neben einer Brennkraftmaschine auch ein Elektromotor, eine Speichereinheit für elektrische Antriebsenergie oder eine andere geeignete Einheit darstellen kann, die im Be­ trieb anfallende Wärme auch über eine längere Stillstand­ sphase wirkungsvoll gespeichert werden kann, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Ab­ triebswelle(n) zumindest im Kapseldurchtrittsbereich im wesentlichen nichtmetallisch ist(sind) und nahezu an der Kapselwand anliegt(anliegen) und/oder daß bei Stillstand des Antriebsaggregates in den Fluidleitungen ein Fluid­ übertritt durch die Kapselwand ausgeschlossen ist. Vor­ teilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung be­ schreiben die Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird in der Stillstandsphase des Antrieb­ saggregates jeglicher Wärmeübertritt vom Kapsel-Innenraum in die Umgebung soweit als möglich vermieden. Hierzu wer­ den nicht nur - wie bekannt - eventuell vorhandene Belüf­ tungsöffnungen für den Kapsel-Innenraum geschlossen, son­ dern darüber hinaus soll auch der Wärmeübertritt über Fluidleitungen oder eine Abtriebswelle, die jeweils die Kapselwand durchdringen, möglichst gering gehalten wer­ den. Hierzu kann die üblicherweise metallische und somit eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzende Abtriebswelle zumindest im Bereich der Kapselwand im wesentlichen nichtmetallisch sein, wobei das nichtmetallische Material eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit besitzt. Insbesondere bietet es sich hierfür an, eine ohnehin in der Abtriebswelle erforderliche gummielastische Gelenk­ scheibe, so beispielsweise eine sog. Hardy-Scheibe, in den Bereich der Kapselwand zu legen. Es ist jedoch auch möglich, jede der vorhandenen Abtriebswellen vollständig in einem schlecht wärmeleitenden nichtmetallischen Mate­ rial auszuführen. Dies bietet sich beispielsweise bei der Übertragung geringer Leistungen an, so z. B. beim Antrieb eines außerhalb der thermischen Kapsel angeordneten Lüf­ ters durch das innerhalb der Kapsel liegende Antriebs­ aggregat. Um einen Luftaustausch über die Durchtrittsöff­ nung der Abtriebswelle in der Kapselwand zu verhindern, liegt dabei die Abtriebswelle in diesem Kapseldurch­ trittsbereich nahezu an der Kapselwand an. Auch soll eine Wärmeabfuhr aus dem Kapsel-Innenraum durch den sog. Ther­ mosiphon-Effekt ausgeschlossen sein. Dies wird erreicht, indem durch die Fluidleitungen kein Fluidübertritt über die Kapselwand möglich ist. Hierzu kann in den Fluidlei­ tungen, in denen ein Thermosiphon-Effekt auftreten kann, nahe der Kapselwand ein Sperrventil vorgesehen sein, das bei Stillstand des Antriebsaggregates in seine Schließ­ stellung gebracht wird.

Um die Temperatur im Kapsel-Innenraum gezielt steuern zu können, empfiehlt es sich, eine gezielt steuerbare Belüf­ tung vorzusehen. Handelt es sich bei dem Antriebsaggregat um eine Brennkraftmaschine, so kann darüber hinaus die Abgasanlage dieser Brennkraftmaschine separat gekapselt sein, um eine zu hohe Wärmeabstrahlung zu verhindern. Auch diese separate Kapsel für die Abgasanlage sollte ge­ zielt gesteuert belüftbar sein. Der Luftstrom zur Belüf­ tung der Kapsel bzw. der Kapseln kann dabei von einem au­ ßerhalb der Kapsel angeordneten, ohnehin vorhandenen Ge­ bläse einer Fluidkühler-Einheit gefördert werden. Um den Luftstromanteil in den Kapsel-Innenraum zu erhöhen, kann dabei der nicht in den Kapsel-Innenraum gelangende Küh­ lerabluftstrom teilweise oder vollständig gedrosselt wer­ den. Diese sowie weitere Vorteile werden auch aus den folgenden Beschreibungen zweier bevorzugter Ausführungs­ beispiele ersichtlich. Die beiden Prinzipskizzen (Fig. 1, Fig. 2) zeigen erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Vorderbau­ ten im Schnitt. Erfindungswesentlich können dabei sämtli­ che näher bezeichneten Merkmale sein.

In einem Kraftfahrzeug ist im Bereich zwischen den Vor­ derrädern 1 ein Antriebsaggregat 2 angeordnet. Im konkre­ ten Ausführungsbeispiel stellt dieses Antriebsaggregat 2 eine Brennkraftmaschine 2a dar, an die ein Getriebe 2b angeflanscht ist. Vom Getriebe geht eine Abtriebswelle 3 zur nicht gezeigten Hinterachse des Kraftfahrzeuges. Dar­ gestellt ist weiterhin ein Teil der Abgasanlage 4 der Brennkraftmaschine 2a sowie eine in ihrer Gesamtheit mit 5 bezeichnete Fluidkühler-Einheit. Diese Fluidkühler-Ein­ heit 5 ist als Ringkühler ausgebildet und weist zwei kon­ zentrisch zueinander angeordnete Einzelkühler 5a, 5b auf, wobei der Einzelkühler 5a in den Kühlflüssigkeitskreis­ lauf und der Einzelkühler 5b in den Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine 2a eingebunden ist. Zentrisch zu den Einzelkühlern 5a, 5b befindet sich ein Radialgebläse 6 zur Förderung eines durch Pfeile dargestellten Luft­ stromes. Der Kühler-Abluftstrom ist mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet, ein ebenfalls vom Radialgebläse 6 geförder­ ter, durch ein im oberen Bereich der Fluidkühler-Einheit 5 ausgespartes Segment austretender Frischluftstrom trägt die Bezugsziffer 8a. Dargestellt ist weiterhin ein axial gerichteter Frischluftstrom 8b, der teils durch das Radi­ algebläse 6 gefördert werden kann, teils seitlich dessel­ ben durch den Staudruck bei Fortbewegung des Kraftfahr­ zeuges hervorgerufen wird.

Das Antriebsaggregat 2 ist von einer insbesondere ther­ misch, daneben aber auch akustisch wirkenden Kapsel 9 um­ geben. Diese Kapsel dient u. a. zur Speicherung der beim Betrieb der Brennkraftmaschine 2a anfallenden Wärme auch während einer Stillstandsphase der Brennkraftmaschine 2a, um einen Neustart der Brennkraftmaschine 2a zu erleich­ tern bzw. zu ermöglichen, daß diese ihre Betriebstempera­ tur schneller erreicht. Um eine Überhitzung des Kapsel- Innenraumes 10 zu vermeiden, sind Belüftungsöffnungen 11a, 11b sowie Entlüftungsöffnungen 11c vorgesehen. Über die Belüftungsöffnung 11a, deren Öffnungsquerschnitt durch eine Klappe 12 beeinflußbar ist, kann der Frischluftstrom 8a in den Kapsel-Innenraum 10 gelangen, während die Belüftungsöffnungen 11b, die von einer Ja­ lousie 13 verschließbar sind, dem Frischluftstrom 8b Durchtritt gewähren. Über die Entlüftungsöffnung 11c, die ebenfalls von einer Jalousie 13 verschließbar bzw. in ih­ rem Querschnitt beeinflußbar ist, kann der Luftstrom aus dem Kapsel-Innenraum 10 in die Umgebung gelangen.

Bei Stillstand der Brennkraftmaschine 2a werden die Be­ lüftungsöffnungen 11a, 11b sowie die Entlüftungsöffnungen 11c mittels der Klappe 12 bzw. den Jalousien 13 geschlos­ sen, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kapsel-Innen­ raum 10 sowie der Umgebung zu verhindern. Allerdings könnte eine Wärmeabfuhr noch über die Abtriebswelle 3 so­ wie - durch den Thermosiphon-Effekt - über die lediglich repräsentativ dargestellten Fluidleitungen 14a, 14b zwi­ schen der Brennkraftmaschine 2a sowie der Fluidkühler- Einheit 5 erfolgen. Um auch diesen Wärmetransport über die die Kapselwand 9′ durchdringenden Fluidleitungen 14a, 14b auszuschließen, sind in den Fluidleitungen nahe der Kapselwand 9′ Sperrventile 15a, 15b vorgesehen, die bei Stillstand der Brennkraftmaschine 2a geschlossen werden.

Ein Wärmeübertritt durch die Kapselwand 9 , über die Ab­ triebswelle 3 wird nahezu ausgeschlossen, indem die Ab­ triebswelle 3 im Bereich der Kapselwand 9′ nichtmetallisch ist und nahezu an der Kapselwand 9′ anliegt. Man erkennt eine in die Abtriebswelle 3 eingebundene, nicht­ metallische Gelenkscheibe 16, die zwischen dem Abtriebs­ flansch des Getriebes 2b sowie der eigentlichen Abtriebs­ welle liegt und ein wirksames Hindernis für einen Wärme­ transport über die in ihrer Gesamtheit mit 3 bezeichnete Abtriebswelle darstellt.

Um eine allzu hohe Erwärmung des Kapsel-Innenraumes 10 bei Betrieb der Brennkraftmaschine 2a zu verhindern, ist die innerhalb der Kapsel 9 verlaufende Abgasanlage 4 ebenfalls mit einer umhüllenden thermischen Kapsel 17 versehen. Durch diese Kapsel 17 kann ebenfalls ein Frischluftstrom 8c geführt werden. Beim Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 2 erstreckt sich ein Zufuhrkanal für die­ sen Frischluftstrom Sc nahezu bis zur Belüftungsöffnung 11a, wobei die Klappe 12 die Aufteilung des Frischluft­ stromes 8a auf den Kapsel-Innenraum 10 bzw. die thermi­ sche Kapsel 17 vornimmt. Betätigt wird diese Klappe 12 beispielsweise elektromotorisch von einer zentralen Steuereinheit 18, die gleichzeitig beispielsweise eben­ falls elektromotorisch das Öffnen sowie Schließen der Ja­ lousien 13 sowie der Sperrventile 15a, 15b veranlaßt. Selbstverständlich ist auch eine pneumatische oder einfa­ che thermostatische oder im Falle der Belüftungsöffnung 11b auch eine staudruckabhängige Betätigung möglich. Fig. 2 zeigt weiterhin eine Jalousie 19, die entsprechend ih­ rer Stellung den Kühler-Abluftstrom 7 drosseln kann. Bei Bedarf an intensivster Belüftung des Kapsel-Innenraumes 10 ist es hiermit möglich, den Frischluftstrom 8a über­ proportional zu verstärken.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird das Radialge­ bläse 6 elektromotorisch angetrieben. Alternativ ist je­ doch auch ein hydraulischer Antrieb möglich. Auch ist es möglich, eine Abtriebswelle von der Brennkraftmaschine 2a zum Radialgebläse 6 zu führen. Diese Abtriebswelle sollte dann abermals eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und kann hierzu - beispielsweise als biegsame Welle - aus einem nichtmetallischen Werkstoff gefertigt sein. Insge­ samt wird durch die beschriebenen Maßnahmen bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine 2a die im Kapsel-Innen­ raum 10 gespeicherte Wärmemenge über einen langen Zeit­ raum gehalten, um bei einem späteren Start die Brenn­ kraftmaschine 2a schnell auf ihre Betriebstemperatur zu bringen. Gleichzeitig ist die Fluidkühler-Einheit 5 aus der Kapsel 9 ausgelagert, um thermische Überbelastungen durch den heißen Kühler-Abluftstrom 7 zu vermeiden. Die Kühlung des Kapsel-Innenraumes 10 erfolgt durch gezielt steuerbare Frischluftströme 8a, 8b, ohne daß hierfür ein zusätzliches Gebläse erforderlich ist. In gleicher Weise wird auch die Abluftführung aus der Kapsel 9 optimal ge­ steuert. Dabei können konstruktive Details durchaus ab­ weichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen gestal­ tet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlas­ sen.

Claims (5)

1. Kraftfahrzeug mit einem insbesondere thermisch ge­ kapselten Antriebsaggregat (2), wobei zumindest eine Abtriebswelle (3) und/oder Fluidleitungen (14a, 14b) des Antriebsaggregates (2) die Kapselwand (9′) durchdringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle(n) (3) zumindest im Kapseldurchtrittsbereich im wesentli­ chen nichtmetallisch ist (sind) und nahezu an der Kapselwand (9′) anliegt(anliegen) und/oder daß bei Stillstand des Antriebsaggregates (2) in den Fluid­ leitungen (14a, 14b) ein Fluidübertritt durch die Kapselwand (9′) ausgeschlossen ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine nicht­ metallische Gelenkscheibe (16) in der Abtriebswelle (3) im Bereich der Kapselwand (9′) liegt.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Fluidleitung (14a, 14b) nahe der Kapselwand (9′) ein Sperrventil (15a, 15b) vorgesehen ist.

4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine separat gekapselte Abgasanlage (4) des als Brennkraftmaschine (2a) aus­ gebildeten Antriebsaggregates (2) gesteuert belüft­ bar ist.

5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftstrom (8a) zur Belüftung des Kapsel-Innenraumes (10) vom Gebläse (6) einer außerhalb der Kapsel (9) angeordneten Fluidkühler-Einheit (5) gefördert wird, wobei ein­ stellbare Drosselelemente (Jalousie 19) für den Küh­ ler-Abluftstrom (7) vorgesehen sind.