DE69204050T2

DE69204050T2 - Motorraumbelüftung mit ummantelten lüfter und abluftkanal.

Info

Publication number: DE69204050T2
Application number: DE69204050T
Authority: DE
Inventors: Noel Herbert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-01-03
Filing date: 1992-01-03
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2012-01-04
Also published as: EP0564522A1; DE69204050D1; WO1992012023A1; US5495909A; EP0564522B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft die Belüftung des Motorraums eines Kraftfahrzeugs.

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei den meisten heute gebräuchlichen Kraftfahrzeugen ist der Motorraum an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet. Typischerweise überbrückt eine innere Querwand die Vorderseite des Motorraums und trägt einen Kühler, der einen Teil des Motor-Kühlsystems bildet. Wenn das Fahrzeug mit einer Klimaanlage ausgerüstet ist, ist ein Kondensator vor dem Kühler untergebracht. Der Kühler und der Kondensator werden durch Luft gekühlt, die durch sie hindurchströmt, wobei die Luft durch den Kühler und Kondensator durch Stauluftwirkung getrieben wird, wenn sich das Fahrzeug vorwärtsbewegt, und/oder durch den Kühler und Kondensator von einem Gebläse oder Gebläsen gesaugt wird, die unmittelbar hinter dem Kühler und Kondensator angeordnet sind. Als Folge wird der Motorraum durch Luft belüftet, die von dem Kühler und Kondensator erwärmt worden ist. Ehe diese Luft den Motorraum verläßt, wird sie durch Wärme, die direkt von dem Motor abgegeben wird, weiter erwärmt. Somit können erhöhte Temperaturen in dem Motorraum und an anderen Stellen, die erwärmter Luft aus dem Motorraum ausgesetzt sind, auftreten. Diese erhöhten Temperaturen können ausreichend hoch sein, um thermisch bedingte Probleme in bestimmten Bereichen oder Teilen eines Kraftfahrzeugs zu erzeugen.
Die auf den Patentinhaber zurückgehende U.S. Patentanmeldung 4,979,584 im Namen von Herbert N. Charles offenbart eine neue Anordnung zum Belüften eines Motorraums, um die Temperaturen zu verringern. Die Erfindung jener Patentanmeldung setzt ein Mantelgebläsesystem ein, um Kühlluft durch den Kühler und Kondensator zu saugen und die heiße Abluft aus dem Kühler und Kondensator durch eine Leitung zu fördern, welche an einer Stelle mündet, die außerhalb des Motorraums liegt, so daß der Motorraum nicht durch die heiße Abluft belüftet wird. Öffnungen sind in der Querwand vorgesehen, die die Wärmetauscheranordnung für den Kühler/Kondensator trägt, so daß der Motorraum durch Umgebungsstauluft belüftet werden kann, wenn sich das Fahrzeug vorwärts bewegt. Eine Anordnung dieser Gattung bildet somit ein Mittel zum Erzeugen beträchtlicher Temperaturverringerungen in dem Motorraum im Vergleich zu herkömmlichen Einrichtungen, bei denen der Motorraum durch heile Abluft aus der Wärmetauscheranordnung des Kühlers/Kondensators belüftet wird.
Es wurde nun entdeckt, daß ein Mantelgebläsesystem wie das oben beschriebene dazu benutzt werden kann, die Belüftung des Motorraums durch Einbau eines Ejektors in das Mantelgebläsesystem an einer Stelle stromab des Gebläses weiter zu verbessern. Die Abluft aus der Wärmetauscheranordnung des Kühlers/Kondensators wird durch den Ejektor geleitet und der Ejektor bewirkt unter bestimmten Betriebsbedingungen des ummantelten Gebläses, daß die durch den Ejektor strömende Abluft einen Bereich relativ niedrigeren Druckes erzeugt, in welchem der Druck kleiner ist als der eines Bereiches relativ höheren Druckes des Motorraums oder einer Stelle neben dem Motorraum, die der Wärme aus dem Motorraum ausgesetzt ist. Der Bereich relativ niedrigeren Druckes des Ejektors wird in Verbindung gesetzt mit dem Bereich relativ höheren Druckes des Motorraums oder einer benachbarten Stelle, beispielsweise mittels einer Belüftungsleitung, die von dem Bereich relativ höheren Druckes des Motorraums oder einer benachbarten Stelle ausgeht und T-förmig in das Mantelgebläsesystem in den Bereich relativ niedrigeren Druckes des Ejektors mündet. Als Folge wird ein Strom in der Belüftungsleitung induziert, und dieser Strom saugt Luft aus dem Bereich relativ höheren Druckes des Motorraums oder der benachbarten Stelle in den Ejektor, wo der Strom mit der durch das Mantelgebläsesystem strömenden Abluft mitgerissen wird, um letztlich aus dem Mantelstromsystem zusammen mit dem Abgas zu einer Stelle außerhalb des Motorraums abgegeben zu werden, wo die Abgabe der Abluft akzeptabel ist. Es wird davon ausgegangen, daß ein entsprechend ausgelegter Ejektor und eine entsprechend ausgelegte Belüftungsleitung in der Belüftungsleitung Ströme von bis zu ungefähr 10% bis 15% des Abluftstroms ohne nennenswerten Wirkungsgradverlust des Mantelgebläsesystems induzieren können. Somit macht die Erfindung es möglich, die Belüftung des Motorraums zu verbessern und insbesondere die Belüftung von "hot spots" im Motorraum oder benachbarten Stellen, die der Wärme aus dem Motorraum ausgesetzt sind, zu verbessern.
Bestimmte Teile eines Kraftfahrzeugs, die sich typischerweise innerhalb des Motorraums befinden, wie z.B. Kraftstoffleitungen und Batterien, können an Stellen angeordnet sein, die ungenügend belüftet sind, um für eine ausreichende Kühlung dieser Teile zu sorgen. Wenn dies der Fall ist, sorgt die vorliegende Erfindung für eine äußerst effektive Lösung, die darin besteht, daß ein Ejektor in das Mantelgebläsesystem eingebaut und eine Belüftungsleitung von dem "hot spot" zu dem Ejektor geführt wird. Die Lösung ist besonders vorteilhaft, da der Ejektor und die Belüftungsleitung keine beweglichen Teile enthalten. Der Ejektor kann durch herkömmliche Kunststoff-Gießtechniken hergestellt werden, und die Belüftungsleitung kann auf unterschiedlichste herkömmliche Weise, wie z.B. unter Verwendung flexibler oder starrer Schläuche bzw. Rohre, hergestellt werden. Bei einem der offenbarten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird in besonders effizienter Weise Gebrauch gemacht von beiden Materialien und dem zur Verfügung stehenden Platz innerhalb des Motorraums, indem der Ejektor in die Spirale des ummantelten Gebläses integriert wird.
Die oben stehenden Merkmale, Vorteile und vorteilhaften Auswirkungen der Erfindung zusammen mit weiteren werden aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu betrachten sind. Die Zeichnungen offenbaren ein gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung nach der zur Zeit für am besten gehaltenen Methode zur praktischen Umsetzung der Erfindung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer repräsentativen Motorraumausgestaltung in Übereinstimmung mit bestimmten Prinzipien der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Draufsicht in vergrößertem Maßstab auf einen Teil der Fig. 1 und zeigt die verschiedenen Teile in zusammengebautem Zustand;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 1;
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine weitere repräsentative Motorraumgestaltung.
Die Zeichnungsfiguren 1 bis 4 zeigen eine repräsentative Konfiguration einer Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung gemäß der Erfindung. Der Motorraum ist mit den Bezugszeichen 10 bezeichnet und ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Er enthält einen Motor 11 und ist an der Rückseite durch ein Instrumentenbrett 12, an den Seiten durch innere Kotflügel 14 und 16 und an der Oberseite durch eine Haube 18 begrenzt, die sämtlich schematisch angedeutet sind. Eine Querwand 20, die die inneren Kotflügel 14 und 16 verbindet, überbrückt die Vorderseite des Motorraums 10. Die Querwand 20 besitzt einen offenen Bereich mit einer Anzahl von Öffnungen 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36 und 38, die durch die Querwand 20 von der Vorderseite zur Rückseite verlaufen. Eine Wärmetauscheranordnung ist vor der Querwand 20 angeordnet und an der Querwand 20 angebracht. Diese Wärmetauscheranordnung besitzt einen Kühler 40 für den Motor 11, und falls das Fahrzeug eine Klimaanlage aufweist, enthält sie ferner einen Kondensator 42. Wenn die verschiedenen Teile zusammengebaut sind, passen Endtanks 46, 48 des Kühlers 40 zu den vertikal länglichen Öffnungen 28, 30, so daß nach hinten ragende Rohre (in Fig. 1 nicht zu sehen) an den Endtanks durch die entsprechenden Öffnungen vorstehen können, um von dem Motor 11 kommende Schläuche (nicht gezeigt) aufzunehmen.
Eine Mantelgebläseanordnung, die allgemein mit 50 bezeichnet ist und zwei ummantelte Gebläse 52, 54 aufweist, ist der Querwand 20, dem Kühler 40 und dem Kondensator 42 funktionsmäßig zugeordnet. Jedes ummantelte Gebläse besitzt einen Einlaßkonus 56 und eine Spirale 58. Die ummantelten Gebläse sind unmittelbar hinter den Kernbereichen des Kühlers und Kondensators angeordnet. Jeder Konus 56 weist eine Einlaßöffnung 59 auf, die zu den entsprechenden Öffnungen 32 und 34 der Querwand 20 paßt. Außerdem besitzt jeder Konus eine kreisförmige Auslaßöffnung 60, die praktisch zentral bezüglich der Einlaßöffnung 58 angeordnet ist. Jede Spirale 58 weist eine kreisförmige Einlaßöffnung 62 auf, die zu der kreisförmigen Auslaßöffnung 60 des entsprechenden Einlaßkonus paßt. Außerdem besitzt jede Spirale einen Spiralenauslaß 64, der auf der Seite angeordnet ist. Jeder Einlaßkonus enthält ferner eine Gruppe von drei Streben 66, die eine Motorlagerung 68 zentral zu jeder Auslaßöffnung 60 tragen. Ein elektrischer Motor 70, typischerweise ein herkömmlicher Gleichstrommmotor, ist an jeder Motorlagerung angebracht und steht nach hinten vor, um in das Innere der entsprechenden Spirale zu passen, wenn die Teile zusammengebaut sind. Die Welle 72 (Fig. 2) jedes Motors ist nach hinten gerichtet, und ein Gebläse bzw. Rad 74 (Fig. 2) ist innerhalb der entsprechenden Spirale angeordnet und an der Welle 72 befestigt. Bei dieser Ausgestaltung ist die Mantelgebläseanordnung auf der Motorraumseite der Wärmetauscheranordnung vorgesehen und umgibt die Motorraumseite der Wärmetauscheranordnung.
Es wird davon ausgegangen, daß die Querwand 20 durch irgendeine herkömmliche Technik hergestellt werden kann. Beispielsweise kann sie ein gestanztes Metallteil oder ein gegossenes Kunststoffteil sein. Es ist ferner möglich, daß die Einlaßkonus 56 mit der Querwand 20 einstückig ausgebildet werden und daß die Streben 66 und die Motorlagerung 68 mit den Einlaßkonus 56 einstückig ausgebildet werden. Die Spiralen 58 werden mit herkömmlichen Techniken hergestellt und können für den leichteren Zugang zu den Motoren und Gebläsen so ausgelegt werden, daß sie ein oberes Teil besitzen, das von einem unteren Teil entfernt werden kann. Die ummantelten Gebläse sind vorzugsweise von einer Bauart, die üblicherweise als Mischstromgebläse bekannt ist.
Wenn die Gebläse 74 durch Erregen der Motoren 70 betrieben werden, saugen sie Luft durch die Kernbereiche des Kondensators 42 und des Kühlers 40, so daß die Luft durch die Einlaßkonus 56 und die Spiralen 58 strömt, um von den Spiralen an den Auslässen 64 der Spiralen abgegeben zu werden. Das Mantelgebläsesystem umfaßt ferner Leitungen 75, die von den entsprechenden Spiralenauslässen 64 wegführen, um die Abluft außerhalb des Motorraums zu fördern, beispielsweise um die Abluft durch die inneren Kotflügelwände 14, 16 zu fördern, von wo sie in die Radkästen austritt.
Gemäß den Prinzipien der Erfindung sind entsprechende Ejektoren 76 in das Mantelgebläsesystem stromab jedes Gebläses 74 eingebaut. Die Ausführungsbeispiele der Ejektoren der Fig. 1 bis 4 sind in die Mantelgebläse-Spiralen 58 und - leitungen 75 in der folgenden Weise integriert. Jeder Spiralenauslaß 64 weist einen konvergenten Abschnitt 78 unmittelbar vor der allgemein rechteckigen Auslaßöffnung 80 auf. Jeder Ejektor 76 weist ein Teil 82 auf, das über den entsprechenden Spiralenauslaß 64 paßt. Das Teil 82 besitzt einen Verbindungsabschnitt 84, der auf den Spiralenauslaß 64 paßt und mit diesem verbunden ist, einen konvergenten Abschnitt 86, der von dem Verbindungsabschnitt 84 zu einem Druckrückgewinnungsabschnitt 88 verläuft, und einen Auslaßabschnitt 90, der von dem Druckrückgewinnungsabschnitt 88 abgeht. Der Auslaßabschnitt 90 kann eine solche Form haben, daß er direkt zu einem Abschnitt des Kraftfahrzeuges wie z.B. der entsprechenden inneren Kotflügelwand paßt, um Abluft durch die Wand in den Radkasten außerhalb des Motorraums abzugeben, oder er kann mit einem getrennten Schlauch-, Rohr- oder Leitungsteil verbunden sein, das dazu dient, die Abluft zu irgendeiner geeigneten Stelle außerhalb des Motorraums 10 zu fördern. Der Teil des Auslaßabschnittes 90 unmittelbar neben dem Druckrückgewinnungsabschnitt 88 kann etwas divergierend ausgebildet sein.
Der Verbindungsabschnitt 84 weist eine Seitenwand 92 von allgemein rechteckiger Form auf und ist etwas größer als der Spiralenauslaß 64. Er weist ferner eine Endwand 94 auf, die abgedichtet auf die Spirale paßt. Die funktionsmäßige Beziehung zwischen dem Verbindungsabschnitt 84 und dem Spiralenauslaß 64 bildet einen Ringraum 96, der den Spiralenauslaß umgibt. Die Spiralenauslaßöffnung 80 ist unmittelbar vor (d.h. stromauf von) dem konvergenten Abschnitt 86 angeordnet. Wenn das ummantelte Gebläse betätigt wird, erzeugt die den Spiralenauslaß 64 verlassende Strömung innerhalb des Ejektors mittels des Venturi-Effektes einen Bereich eines relativ niedrigeren Drucks, der sich zu einem Ringraum 96 erstreckt. Ein Nippel 98 mündet T-förmig in den Ejektor an der Seitenwand 92. Ein Ende einer Belüftungsleitung 100 ist an dem Nippel 98 angeschlossen und das andere Ende ist an einem "Hot Spot" in oder neben dem Motorraum 10 angeordnet. Die Folge ist, daß ein Belüftungsstrom in der Leitung 100 induziert wird, um Umgebungsluft von der Stelle des Hot Spot in den Ejektor zu saugen, wo der Belüftungsstrom mit der Abluft aus dem ummantelten Gebläse gerissen wird, um letztlich aus dem Motorraum 10 über die Leitung 75 abgeführt zu werden. Somit erfährt der Hot Spot eine Belüftung, da der Ejektor Umgebungsluft von dem Hot Spot absaugt.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die gleichen Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind die Ejektoren mit Abstand stromab zu den Spiralen der ummantelten Gebläse angeordnet. Die Belüftungsleitungen zu den Ejektoren dienen dazu, Luft aus der Nähe der Abgasleitung des Motors zu saugen.
Wenn sich das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung bewegt, wird Stauluft durch den Kondensator, den Kühler und das Mantelgebläsesystem gedrückt, wenn die Gebläse nicht von den Motoren 70 angetrieben werden. Gleichzeitig wird Stauluft durch die vertikal länglichen Öffnungen 24, 26 und die horizontal länglichen Öffnungen 36, 38 getrieben, um den Motorraum zu belüften. Die Luft, die durch diese Öffnungen 24, 26, 36 und 38 strömt, wird nicht von dem Kondensator oder Kühler erwärmt, und daher wird der Motorraum mit Umgebungsluft und nicht mit Abluft von dem Kondensator und Kühler belüftet. Wenn die Stauluft unzureichend ist, um den Kühler und den Kondensator zu kühlen, werden die Motoren 70 in Betrieb gesetzt.
Insofern, als bestimmte Hot Spots in oder neben dem Motorraum vorhanden sind, kann der Einsatz von Ejektoren zum Belüften der Hot Spots von Vorteil sein. Wenn es auch in bestimmten Fällen ausreichend sein kann, den Kühler und den Kondensator zu kühlen, kann Stauluft allein unzureichend sein, um zu veranlassen, daß die Ejektoren eine Belüftung der Hot Spots induzieren; in diesem Fall ist eine Betätigung der Motoren 70 für den Antrieb der Gebläse 74 erforderlich. Bestimmte Kraftfahrzeugtypen besitzen nicht einmal Belüftungsöffnungen in der Querwand 20, und in diesem Fall können die mantelgebläsebetriebenen Ejektoren der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft zum Kühlen der Hot Spots sein.
Die spezielle Auslegung eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt unter Verwendung herkömmlicher Ingenieurs-Computertechniken bezüglich des Mantelstromgebläses, der Strömung der Gase durch die Leitungen und der Venturi- Konstruktion.

Claims

1. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung zum Belüften eines Motorraums (10) mit einem Motor (11) zum Betreiben des Fahrzeugs, einer Wärmetauscheranordnung (40), die einen Abschnitt des Motorraums überbrückt und für die Kühlung des Motors sorgt, einem Mantelgebläsesystem, das auf der Motorraumseite der Wärmetauscheranordnung angeordnet ist und eine Mantelgebläseanordnung (50) sowie eine Leitungsanordnung (75) aufweist, von denen die Mantelgebläseanordnung die Motorraumseite der Wärmetauscheranordnung umschließt, um Luft durch die Wärmetauscheranordnung zu ziehen, und die Leitungsanordnung das Abgas aus der Mantelgebläseanordnung zu einer Stelle außerhalb des Motorraums fördert, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsanordnung aufweist: einen Ejektor (76), der stromab der Mantelgebläseanordnung angeordnet ist und durch den Abluft aus der Mantelgebläseanordnung strömt, wenn die Abluft durch die Leitungsanordnung strömt, wobei der Ejektor Mittel aufweist, die bewirken, daß der Abluftstrom einen Bereich relativ niedrigeren Druckes innerhalb des Ejektors erzeugt, in dem der Druck kleiner als in einem Bereich relativ höheren Druckes ist, welcher in einem Gebiet liegt, das aus dem Motorraum und einer der Wärme aus dem Motorraum ausgesetzten Stelle angrenzend an den Motorraum besteht, sowie Belüftungsleitungsmittel (100), die den innerhalb des Gebietes liegenden Bereich relativ höheren Druckes mit dem Bereich relativ niedrigeren Druckes innerhalb des Ejektors verbinden, so daß die Druckdifferenz, die zwischen dem Bereich relativ höheren Druckes und dem Bereich relativ niedrigeren Druckes herrscht, einen Belüftungsstrom aus dem Bereich relativ höheren Druckes durch die Belüftungsleitungsmittel zu dem Ejektor induziert, um mit der durch den Ejektor strömenden Abluft mitgerissen und an eine Stelle außerhalb des Motorraums abgegeben zu werden.

2. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelgebläseanordnung eine Spirale (58) mit einem Spiralenauslaß (64) aufweist, wobei der Spiralenauslaß einen konvergenten Abschnitt (78) aufweist, und der Ejektor einen Verbindungsabschnitt (84) aufweist, der über den Spiralenauslaß sowie über den konvergenten Abschnitt paßt.

3. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor einen konvergenten Abschnitt (86) stromab des Verbindungsabschnittes und einen Druckrückgewinnungsabschnitt (88) stromab des konvergenten Abschnitts des Ejektors aufweist.

4. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der konvergente Abschnitt des Spiralenauslasses in einer Auslaßöffnung (80) endet und der konvergente Abschnitt des Ejektors sich stromab der Auslaßöffnung befindet.

5. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor einen divergenten Auslaßabschnitt (90) stromab des Druckrückgewinnungsabschnittes aufweist.

6. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsleitungsmittel mit dem Ejektor an einem Seitenwandabschnitt (92) des Verbindungsabschnittes des Ejektors in Verbindung stehen.

7. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor aufweist: einen konvergenten Abschnitt (78), durch den Abluft aus der Mantelgebläseanordnung in den Ejektor eintritt, einen Auslaßabschnitt (90), durch den Abluft aus der Mantelgebläseanordnung und ein Strom aus den Belüftungsleitungsmitteln den Ejektor verlassen, und zusätzliche Abschnitte (86,88), die den konvergenten Abschnitt mit dem Auslaßabschnitt verbinden, wobei die zusätzlichen Abschnitte Mittel aufweisen, die bewirken, daß die durch den konvergenten Abschnitt strömende Abluft den Bereich relativ niedrigeren Druckes erzeugt.

8. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Abschnitte einen weiteren konvergenten Abschnitt (86) stromab des erstgenannten konvergenten Abschnitts und einen Druckrückgewinnungsabschnitt (88) stromab des weiteren konvergenten Abschnittes aufweisen.

9. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßabschnitt einen divergenten Abschnitt (90) aufweist.

10. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Abschnitte in einem einzigen Teil (82) verkörpert sind, das außerdem einen Verbindungsabschnitt (84) aufweist, welcher über den erstgenannten konvergenten Abschnitt paßt.

11. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich relativ höheren Druckes innerhalb des Motorraums angeordnet ist.

12. Kraftfahrzeug-Motorraumbelüftung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich relativ höheren Drucks sich an der Abgasleitung des Motors befindet.