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Die
Erfindung betrifft einen Kraftwagen mit einer Abgasanlage nach dem
Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Kühlen
einer Abgasanlage eines Kraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
10.
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Aufgrund
der hohen Packungsdichte von Komponenten in Motorräumen
von Kraftwagen wird die Abfuhr von im Betrieb des Kraftwagens erzeugter Wärme
zunehmend zu einem Problem. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Heckantrieb
ist eine effiziente Kühlung notwendig, da durch die Nähe
der Abgasanlage zum Motor zusätzliche Wärme in
den Motorraum eingetragen wird bzw. Wärme aus dem Motorraum schlechter
abführbar ist. Mit der Lösung dieses Problems
befasst sich die
US 2 529 995 ,
sie beschreibt eine Anordnung eines Abgasschalldämpfers
in einem Fahrzeug mit Heckantrieb. Der Abgasschalldämpfer
ist in einem separaten, vom Motorraum durch eine Trennwand abgetrennten
Raum angeordnet, welchem durch eine Lufteintrittsöffnung
im Betrieb des Fahrzeuges Luft zugeführt wird. Über
eine weitere Öffnung kann die zugeführte Luft
nach Umströmen des Schalldämpfers in Richtung
des Fahrzeughecks wieder austreten. Die Luftströmung entsteht
dabei aufgrund der Luftdruckdifferenz zwischen den beiden Öffnungen
im Fahrtbetrieb des Fahrzeuges. Aufgrund unterschiedlicher Druckverhältnisse bei
Langsam- und Schnell-Fahrbetrieb eines Kraftwagens vermag eine derartige
Anordnung jedoch nicht in allen Betriebszuständen des Kraftwagens eine
hinreichende Kühlung der Abgasanlage zu gewährleisten.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftwagen mit
einer Abgasanlage derart weiterzuentwickeln, dass in allen Betriebszuständen
des Kraftwagens eine gute Kühlung der Abgasanlage ermöglicht
wird und ein verbessertes Verfahren zum Kühlen einer Abgasanlage
bereitzustellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
10 gelöst.
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Ein
derartiger Kraftwagen umfasst einen Motor, von dem im Betrieb Abgas über
eine Abgasanlage an die Umgebungsluft abgegeben wird. Zum Kühlen
der Abgasanlage wird Luft über eine in der Karosserie des
Kraftwagens angeordnete Lufteinlassöffnung der Abgasanlage
zugeführt. In der Karosserie des Kraftwagens ist eine erste
weitere Öffnung bereitgestellt, so dass eine Luftbewegung über
die Lufteintrittsöffnung an zumindest Teilen der Abgasanlage vorbei
zur ersten weiteren Öffnung ermöglicht wird. Erfindungsgemäß ist
eine zweite weitere Öffnung in der Karosserie des Kraftwagens
vorgesehen, durch welche ebenfalls eine Luftbewegung über
die Lufteintrittsöffnung an zumindest Teilen der Abgasanlage vorbei
ermöglicht wird. Der gesamte Luftmassenstrom an der Abgasanlage
vorbei wird somit verstärkt und die Kühlung der
Abgasanlage verbessert.
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Die
erfindungsgemäße Maßnahme lässt
sich dadurch verwirklichen, dass die Abgasanlage von einem Gehäuse
umgeben ist. Hierbei soll ein Luftpfad von der Lufteintrittsöffnung
zu der zweiten weiteren Öffnung durch das Gehäuse
sowie gleichzeitig ein Luftpfad von der ersten weiteren Öffnung
zu der zweiten weiteren Öffnung durch das Gehäuse
bestehen. Somit kann sich abhängig von der Fahrtgeschwindigkeit
und damit von den Staudruck- bzw. Unterdruckverhältnissen
an den jeweiligen Öffnungen entweder ein Luftstrom von
der Lufteintrittsöffnung zur ersten weiteren Öffnung
oder ein Luftstrom von der Lufteintrittsöffnung zur zweiten
weiteren Öffnung sowie zusätzlich ein Luftstrom
zwischen den beiden weiteren Öffnungen einstellen. Der
höchste Druck liegt dabei aufgrund des Staudruckes der
anströmenden Luft im Fahrbetrieb des Kraftfahrwagens an
der Lufteintrittsöffnung an. Je nach Anordnung der ersten und
zweiten weiteren Öffnung unterscheiden sich die anliegenden
Drücke an diesen Öffnungen. So wird beispielsweise
im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs und im Nahbereich eines
Fahrzeugsspoilers jeweils ein Unterdruck durch den vom sich bewegenden
Fahrzeug erzeugten Sog anliegen. Die Luft strömt somit
zum Einen von der Lufteintrittsöffnung zu derjenigen weiteren Öffnung,
an welcher der niedrigere Druck anliegt. Ein weiterer Luftstrom
stellt sich zwischen den beiden weiteren Öffnungen ein
und führt von derjenigen weiteren Öffnung mit
höherem anliegenden Druck zu derjenigen mit niedrigerem
anliegenden Druck. Änderungen dieser Druckverhält nisse
werden im Wesentlichen durch die Fahrgeschwindigkeit des Kraftwagens
bedingt. Die Strömungsverhältnisse stellen sich
somit selbsttätig geschwindigkeitsabhängig ein.
Bei allen Betriebszuständen des Kraftwagens ist somit eine
hinreichende Umströmung der Abgasanlage mit Luft sichergestellt. Das
Gehäuse reduziert weiterhin auf vorteilhafte Weise die
Abgabe von Strahlungshitze von der Abgasanlage zu weiteren Komponenten
des Kraftwagens.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
zweite weitere Öffnung verschließbar ausgestaltet.
Damit wird eine aktive Einstellung der Strömungsverhältnisse
um die Abgasanlage herum möglich. Die zweite weitere Öffnung
befindet sich dabei bevorzugter Weise in einer Heckabdeckung des
Kraftwagens. Bevorzugter Weise ist an dieser Heckabdeckung zudem
ein Heckspoiler angeordnet, welcher in Abhängigkeit von
einer Fahrtgeschwindigkeit des Kraftwagens zwischen einer ersten
Stellung, in welcher er die zweite weitere Öffnung verschließt, z.
B. in dem er sie abdeckt und einer zweiten Stellung, in welcher
der Heckspoiler die zweite weitere Öffnung freigibt, bewegbar
ist. Zum Öffnen und Schließen der zweiten weiteren Öffnung
muss somit keine eigene Vorrichtung bereitgestellt werden, der Vorgang
erfolgt fahrgeschwindigkeitsabhängig durch einen bereits
vorhandenen, an sich bekannten verstellbaren Heckspoiler.
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Bevorzugt
befindet sich die erste weitere Öffnung in einem Unterboden
des Kraftwagens sowie die Lufteintrittsöffnung in einer
Seitenwand des Kraftwagens. Bei Langsamfahrt des Kraftwagens strömt Luft
durch die Lufteintrittsöffnung in der Seitenwand des Kraftwagens,
welche in Form von Kiemen oder einer Lüfterhutze ausgebildet
sein kann, auf die Abgasanlage zu und tritt zunächst durch
die im Unterboden angeordnete erste weitere Öffnung aus.
Bei schneller Fahrt des Kraftwagens und Öffnen der zweiten
weiteren Öffnung durch den Heckspoiler verändern
sich die Strömungsverhältnisse, so dass Luft durch
die Lufteintrittsöffnung eintritt und durch die zweite
weitere Öffnung in der Heckabdeckung des Kraftwagens austritt.
Da im Bereich eines Heckspoilers aus aerodynamischen Gründen
ein starker Unterdruck auftritt, kehrt sich nun die Strömungsrichtung
im Bereich der ersten weiteren Öffnung um, so dass auch
durch die erste weitere Öffnung Luft angesogen wird und
durch die zweite weitere Öffnung austritt. Der Gesamtluftstrom
um die Abgasanlage erhöht sich also, die Kühlung
wird verbessert.
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Üblicherweise
ist die genannte Lufteintrittsöffnung derart angeordnet,
dass sie mit einem Luftkanal in Verbindung steht. In diesem ist
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Wärmetauscher
angeordnet, so dass der Luftstrom vorteilhaft zur Kühlung weiterer
Komponenten genutzt werden kann. Bei dem Wärmetauscher
kann es sich beispielsweise um den Wärmetauscher eines
Ladeluftkühlers, Kühlwasserkühlers oder Ölkühlers
handeln. In einer weiteren Ausführungsform ist in diesem
Luftkanal zusätzlich ein Gebläse angeordnet. Bei
Stillstand oder extremer Langsamfahrt des Wagens, bzw. bei deutlich
erhöhten Temperaturen der Abgasanlage kann durch ein derartiges
Gebläse aktiv eine größere Luftmenge
zur Abgasanlage hin gefördert werden, so dass auch in diesen
Betriebszuständen des Kraftwagens eine hinreichende Kühlung
gewährleistet ist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Kühlen einer
Abgasanlage eines Kraftwagens. Hierbei wird unterhalb einer vorgegebenen
Geschwindigkeit des Kraftwagens ein Luftstrom von einer Lufteintrittsöffnung
an der Abgasanlage vorbei zu einer ersten weiteren Öffnung
geführt. Bei Überschreiten der vorgegebenen Geschwindigkeit
wird der Luftstrom der Lufteintrittsöffnung zu einer zweiten weiteren Öffnung
umgelenkt, sowie ein weiterer Luftstrom von der ersten weiteren Öffnung
zu der zweiten weiteren Öffnung geführt, wobei
alle genannten Luftströme jeweils an der Abgasanlage vorbei
geführt werden. Bei höheren Geschwindigkeiten,
die mit einer höheren Wärmeabgabe des Motors und
damit auch mit einer höheren Abgastemperatur einher gehen,
wird so die Kühlung der Abgasanlage verbessert.
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Bevorzugt
wird die zweite weitere Öffnung unterhalb der vorgebenen
Geschwindigkeit verschlossen und oberhalb der vorgegebenen Geschwindigkeit
geöffnet. Wie bereits eingangs geschildert, können
sich die gewünschten Strömungsverhältnisse
dann allein aufgrund der Druckverhältnisse an den jeweiligen Öffnung
einstellen.
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Im
Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen
näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Heckbereichs einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kraftwagens bei niedrigen
Fahrgeschwindigkeiten und
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1 eine
schematische Darstellung des Heckbereichs des gleichen Kraftwagens
bei hohen Fahrtgeschwindigkeiten.
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Im
schematisch in 1 dargestellten Kraftwagen 10 ist
im Heckbereich ein Motor 12 angeordnet. Abgase des Motors 12 werden über
eine Abgasleitung 14 zu einer Abgasanlage 16 geleitet
und schließlich über einen Auspuff 18 an
die Umgebungsluft abgegeben. Die Abgasanlage 16 ist von
einem Gehäuse 20 umgeben, welches mit einem Luftkanal 22 in
Verbindung steht. In Richtung des Pfeiles 24 anströmender
Fahrtwind tritt zunächst durch eine Lufteintrittsöffnung 26 ein,
welche an der Seitenwand des Kraftwagens angeordnet ist und in Form
einer Lüfterhutze oder in Form von Kiemen ausgebildet sein kann.
Die durch die Lufteintrittsöffnung eingetretene Luft durchströmt
nun einen Wärmetauscher 28, welcher beispielsweise
einem Ladeluftkühler, einem Wasserkühler, einem Ölkühler
oder dergleichen zugeordnet sein kann. Zu kühlendes Medium
tritt über die Einlassöffnung 30 in den
Wärmetauscher 28 ein, durchströmt diesen
und wird von der Auslassöffnung 32 wieder abgeführt.
Die Temperatur des zu kühlenden Mediums ist also im Nahbereich
der Einlassöffnung 30 am höchsten. Hinter
dem Wärmetauscher 28 ist ein Trennelement 34 angeordnet,
welches den eintretenden Luftstrom nach dem Wärmetauscher
in zwei Teilluftströme aufteilt. Ein erster Teilluftstrom durchströmt
den Nahbereich der Einlassöffnung 30 des Wärmetauschers 28 und
wird durch das Trennelement in Richtung des Pfeiles 36 abgeleitet,
so dass es durch eine Luftaustrittsöffnung 38 im
Bereich eines Radhauses 40 wieder in die Umgebungsluft
austritt.
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Ein
weiterer Teilluftstrom, welcher den Wärmetauscher im Nahbereich
der Austrittsöffnung 32 durchströmt,
wird in Richtung des Pfeiles 42 in den Luftkanal 22 geleitet.
Da dieser Teilluftstrom den Wärmetauscher 28 auf
seiner kühleren Seite durchströmt hat, ist er
weniger stark aufgeheizt und kann für weitere Kühlzwecke
benutzt werden. Bei langsamer Fahrt des Kraftwagens wird die geförderte
Luftmenge durch einen im Luftkanal 22 angeordneten Lüfter 44 weiter
erhöht. Nach Durchströmen des Luftkanals 22 tritt
dieser Teilluftstrom in das Gehäuse 20 um die
Abgasanlage 16 herum ein, umströmt diese in Richtung
der Pfeile 46, 48 und 50 und tritt durch
eine am Unterboden 52 des Fahrzeughecks angeordnete Austrittsöffnung 54 wieder
in die Umgebung aus. An einer Heckabdeckung 56 ist weiterhin
ein verstellbarer Heckspoiler 58 angeordnet. 1 zeigt
die Stellung des Heckspoilers bei langsamer Fahrt des Kraftwagens.
Der verstellbare Heckspoiler 58 ist hier in eine neutrale
Position verschwenkt und schließt bündig mit der
Heckabde ckung 56 ab. Dadurch verschließt der Heckspoiler
gleichzeitig eine weitere Öffnung 60 im Gehäuse 20 um
die Abgasanlage 16.
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2 zeigt
den gleichen Kraftwagen bei höherer Fahrtgeschwindigkeit.
Durch die größere in Richtung des Pfeiles 24 in
die Lufteintrittsöffnung 26 einströmende
Luftmenge erhöht sich auch der in dem Luftkanal 22 eintretende
Teilluftstrom. Ein Betrieb des Lüfters 44 zur
Unterstützung der Luftförderung ist hier also
nicht mehr nötig. Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten
wird weiterhin der Heckspoiler 58 in seine aktive Position
geschwenkt, wie in 2 gezeigt. Hierdurch wird gleichzeitig
die Öffnung 60 im Gehäuse 20 um
die Abgasanlage 16 freigegeben, wodurch sich die Strömungsverhältnisse
um die Abgasanlage 16 verändern. Im Bereich 62 auf
der Unterseite des Heckspoilers 58 entsteht aus aerodynamischen
Gründen ein deutlicher Unterdruck, weshalb sich insbesondere
die Strömungsverhältnisse an der Öffnung 54 des
Gehäuses 20 am Unterboden 52 des Kraftwagens 10 ändern.
Aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Öffnungen 54 und 60 wird
nun Luft durch die Öffnung 54 angesaugt und strömt
in Richtung der Pfeile 64, 66 und 68 an
der Abgasanlage 16 vorbei um durch die Öffnung 60 wieder
auszutreten. Aus dem Luftkanal 22 in das Gehäuse 22 eintretende Luft
folgt dem Pfeil 70 und tritt ebenfalls durch die Öffnung 60 wieder
aus. Die aufgrund der erhöhten Leistungsabgabe des Motors 12 in
diesem Fahrzustand deutlich wärmere Abgasanlage 16 wird
also nicht nur mit einem Luftstrom durch den Luftkanal 22,
sondern nun auch durch einen zusätzlichen Luftstrom von
der Öffnung 54 zur Austrittsöffnung 60 hin
beaufschlagt. Die Kühlung der Abgasanlage 16 ist
somit bei höheren Fahrgeschwindigkeiten gegenüber
konventionellen Kühlungsanordnungen verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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