DE102009006503A1

DE102009006503A1 - Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009006503A1
Application number: DE200910006503
Authority: DE
Inventors: Harry Krebbers; Olaf Nuland; Wim Van Der Stappen; Pieter Van Den Eijkel
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug, welche eine Abgasleitung 2 und eine Abgasbehandlungseinheit 3 aufweist. Kerngedanke der Erfindung ist die Kombination der Abgasanlage mit einer Fahrwerkskomponente 4 des Kraftfahrzeugs. Die Abgasleitung 2 und/oder die Abgasbehandlungseinheit 3, insbesondere ein Schalldämpfer 5, sind zumindest partiell in eine Fahrwerkskomponente 4 integriert, vorzugsweise in einem Hilfsrahmen 6 des Kraftfahrzeugs. Vorhandene Bauräume im Bereich des Unterbodens des Kraftfahrzeugs werden synergistisch genutzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug, welche eine Abgasleitung und eine Abgasbehandlungseinheit, beispielsweise einen Schalldämpfer, aufweist.
Eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug zählt beispielsweise durch die EP 0 807 749 A2 oder die EP 0 875 409 A1 zum Stand der Technik.
Zu den Hauptaufgaben einer Abgasanlage zählen die Ableitung der Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsmotor und die Dämpfung von Druckstößen, die bei der explosionsartigen Verbrennung im Verbrennungsmotor entstehen, um die Schallimmisionen zu reduzieren. Die Abgasanlage hat einen deutlichen Einfluß auf den Betrieb des Verbrennungsmotors, insbesondere auf das zur Verfügung stehende Drehmoment im nutzbaren Drehzahlbereich. Die gasführenden Bauteile sollen weiterhin in Form, Volumen und Querschnitt so aufeinander abgestimmt sein, dass ein möglichst optimales akustisches Dämpfungsmaß erreicht wird. Die Anforderungen an moderne Abgasanlagen und die darin integrierten Schalldämpfer sind folglich komplex. Neben einer effizienten Geräuschminderung sollen sie nach Möglichkeit auch zur Abgasentgiftung beitragen. Außerdem sollen die Abgase gefahrlos abgeleitet und das Leistungsvermögen des Verbrennungsmotors möglichst wenig beeinträchtigt werden. Daneben strebt man eine gewichtssparende und korrosionsbeständige Bauweise an.
Aus Kostengründen werden heutige Abgasanlagen bei Neuwagen überwiegend als Einheit eingebaut und unterhalb des Kraftfahrzeugs verlegt. Die Abgasleitung und die Abgasbehandlungseinheiten werden elastisch mit Gummihaltern am Unterboden befestigt. Der Verlauf der Abgasanlage bzw. der Abgasleitung unterhalb des Kraftfahrzeugs erfolgt in Abstimmung mit den übrigen, in diesem Bereich vorhandenen Fahrzeugkomponenten, beispielsweise Achsen, Achsträgern oder Hilfsrahmen.
Moderne Kraftfahrzeuge weisen Hilfsrahmen auf, die zur Aufnahme von Komponenten des Fahrwerks und/oder des Antriebaggregates des Kraftfahrzeugs dienen. Derartige Hilfsrahmen sind somit gleichzeitig Bestandteil der Fahrzeugachse. Sie steifen die Vorder- und/oder die Hinterwagenstruktur aus. Hierzu sind die Hilfsrahmen mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs fest verbunden. Die Steifigkeit eines solchen Hilfsrahmens ist von besonderer Bedeutung, da während des normalen Fahrbetriebs sehr hohe statische und auch hohe dynamische Kräfte angreifen. Es handelt sich daher um relativ komplexe Bauteile, an die zunehmend höhere Anforderungen gestellt werden. Zum einen muss das Deformationsverhalten im Hinblick auf einen Crash optimiert werden. Zum anderen wird eine besonders leichte und gleichzeitig biege- und verbindungssteife Konstruktion gewünscht.
Die Abgasanlage und die verschiedenen Fahrwerkskomponenten bilden damit Systeme des Kraftfahrzeugs, welche unabhängig voneinander vorhanden sind, sich jedoch zumindest bereichsweise den gleichen Bauraum teilen.
Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, mögliche Synergieeffekte und den vorhandenen Bauraum im Kraftfahrzeug besser zu nutzen und eine anwendungstechnisch verbesserte Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.
Kerngedanke der Erfindung bildet die Kombination des Fahrwerks bzw. Fahrwerkskomponenten und der Abgasanlage bzw. Teilen oder Baugruppen der Abgasanlage. Die Abgasleitung und/oder die Abgasbehandlungseinheit sind zumindest partiell in einer Fahrwerkskomponente des Kraftfahrzeugs integriert.
Dies ermöglicht einen effizienteren Nutzen der vorhandenen Bauräume sowie einen verringerten Materialeinsatz durch Materialsynergien. Darüber hinaus lässt die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine größere akustische Effizienz erwarten durch eine innovative Gestaltung des Fahrzeugunterbodens und geraden Rohrverläufen. Der vorhandene Bauraum im Bereich des Unterbodens des Kraftfahrzeugs wird synergetisch genutzt.
Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
Für die Praxis besonders vorteilhaft erscheint die Kombination eines Hilfsrahmens des Fahrwerks mit einem Schalldämpfer der Abgasanlage. Die im Hilfsrahmen vorhandenen Bauräume werden zur Integration des Schalldämpfers genutzt. Hierbei trägt der Hilfsrahmen das Schalldämpfergehäuse. Der Schalldämpfer kann mehrere Kammern, Einbauten und/oder Umlenkungen sowie Prallwände und Querschnittserweiterungen oder -verengungen enthalten, um das Prinzip der Schallreflexion zu nutzen. Des Weiteren kann in dem Schalldämpfer poröses Material eingebaut sein, welches die Schallenergie absorbiert und in Wärme umwandelt.
Der Hilfsrahmen wird damit zu einem Mehrfunktionsbauteil, welches sowohl zur Aufnahme von Komponenten des Fahrwerks und/oder des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs dient als auch als Abgasbehandlungseinheit, durch welche die vom Verbrennungsmotor kommenden Abgase geleitet und Schall infolge von Reflexion und/oder Absorption gedämmt wird.
Zweckmäßiger Weise ist ein Hohlträger der Fahrwerkskomponente, insbesondere ein Hohlträger des Hilfsrahmens, als Schallabsorber ausgebildet. Hierbei kann der Hohlträger perforierte Wandabschnitte aufweisen.
Vorteilhafter Weise sind Bestandteile der Fahrwerkskomponente mit Isolationsstoff versehen. Hierbei kann es sich um akustische Isolationsstoffe, beispielsweise Isolationswolle, handeln, um Schallenergie zu absorbieren. Weiterhin kommen thermische Isolationsstoffe zum Einsatz, wie beispielsweise Basaltwolle, zum Schutz der Fahrwerkskomponenten gegen unzulässig hohe thermische Einflüsse.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des grundsätzlichen Erfindungsgedankens ist zwischen zwei Hohlträgern der Fahrwerkskomponente ein Schallreflexionsraum ausgebildet. Der Raum zwischen den Hohlträgern wird durch obere und untere Bleche sowie Kopfbleche gasdicht geschlossen. Der Innenaufbau des Schallreflexionraums wird optimiert hinsichtlich Gegendruck, Strömungsrauschen, akustisches Übertragungsverhalten, Kondensat-Abfluss, Abstrahlgeräusch und Festigkeit. Die äußere Struktur des Hilfsrahmens mit dem darin integrierten Schalldämpfer kann durch Versteifungsdicken und/oder -streben in den oberen und unteren Blechen erhöht werden.
Zur schwingungstechnischen Entkopplung können Schlauchelemente oder Dehnungsausgleicher in die Abgasleitung integriert sein. Vorzugsweise ist ein Schlauchelement in dem der Abgasbehandlungseinheit vorgelagerten Eingangsrohr integriert, welches thermische Ausdehnung kompensiert. Grundsätzlich ist im Rahmen der Erfindung eine möglichst geradlinige Führung der Abgasleitung angestrebt. Dementsprechend tritt die Abgasleitung mit einem geraden Eingangsrohr in die Abgasbehandlungseinheit ein und mit einem geraden Ausgangsrohr aus der Abgasbehandlungseinheit aus.
Neben dem Schalldämpfer können auch Katalysatoren, Kondensatsammler und/oder -ableiter, Abgasklappen sowie Wärmetauscher in eine Fahrwerkskomponente integriert werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt technisch schematisiert bzw. vereinfacht einen Ausschnitt aus einer Abgasanlage und einer Fahrwerkskomponente mit integrierter Abgasbehandlungseinheit in einer perspektivischen Ansicht.
Die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs ist in der Zeichnung allgemein mit 1 bezeichnet. Die Abgasanlage 1 umfasst eine Abgasleitung 2 und eine Abgasbehandlungseinheit 3 in Form eines Schalldämpfers 5. Die Abgasbehandlungseinheit 3 ist in einer Fahrwerkskomponente 4 des Kraftfahrzeugs integriert, wobei es sich bei der Fahrwerkskomponente 4 um einen Hilfsrahmen 6 des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs handelt.
Der Hilfsrahmen 6 dient zur Aufnahme von Komponenten des Fahrwerks und/oder des Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs und steift die Vorder- und/oder Hinterwagenstruktur des Kraftfahrzeugs aus. Der Hilfsrahmen 6 umfasst zwei quer zur Abgasleitung 2 sich erstreckende Hohlträger 7, 8, die über endseitige Verschraubungspunkte 9, 10 an der Karosserie des Kraftfahrzeugs festgelegt werden können. Im Fahrbetrieb greifen hohe statische und dynamische Kräfte am Hilfsrahmen 6 an. Der Kraftfluß ist durch die Pfeile K verdeutlicht.
Zwischen den beiden Hohlträgern 7, 8 ist ein Schallreflexionsraum 11 ausgebildet. Hierzu ist der Raum zwischen den beiden Hohlträgern 7, 8 mittels eines oberen Deckelblechs 12 und eines unteren Deckelblechs 13 gasdicht verschlossen. Stirnseitig ist der Schallreflexionsraum 11 durch hier nicht dargestellte Kopfbleche begrenzt. Man erkennt des Weiteren, dass die Hohlträger 7, 8 als Schallabsorber 14 ausgebildet sind. Hierzu sind die dem Schallreflexionsraum 11 benachbarten Wandabschnitte 15 des bzw. der Hohlträger 7, 8 perforiert. Weiterhin sind die Hohlträger 7, 8 mit Isolationswolle 16 gefüllt.
Die Abgasleitung 2 weist einen vom Verbrennungsmotor kommenden Leitungsabschnitt 17 auf, welcher mit einem geraden Eingangsrohr 18 in die Abgasbehandlungseinheit 3 eintritt. Der der Abgasbehandlungseinheit 3 nachgeschaltete Leitungsabschnitt 19 tritt mit einem geraden Ausgangsrohr 20 aus der Abgasbehandlungseinheit 3 aus. Die Abgasführung in der Abgasleitung 2 ist durch die Pfeile A gekennzeichnet.
Das Abgas tritt über das Eingangsrohr 18 in den Schalldämpfer 5 bzw. den Schallreflexionsraum 11 ein. Dort kommt es zu einer Mittelung der Schalldruckamplitude, was eine Reduzierung der Schalldruckspitzen zur Folge hat. Dies erfolgt insbesondere durch die Querschnittserweiterung im Schallreflexionsraum 11 und die Abgaszirkulation im Schallreflexionsraum 11, welche durch den Pfeil P verdeutlich ist. Gleichzeitig wird Schallenergie in den Schallabsorbern 14 durch die in den Hohlträgern 7, 8 integrierte Isolationswolle 16 absorbiert. Insgesamt kann durch Reflexion und Absorption eine hohe Schalldämpfung erreicht werden.
Die Isolationswolle 16 kann gleichzeitig auch zur thermischen Isolation dienen, so dass die tragende, versteifende Funktion des Hilfsrahmens 6 nicht durch unzulässige thermische Belastung beeinflusst wird.

1: Abgasanlage
2: Abgasleitung
3: Abgasbehandlungseinheit
4: Fahrwerkskomponente
5: Schalldämpfer
6: Hilfsrahmen
7: Hohlträger
8: Hohlträger
9: Verschraubungspunkt
10: Verschraubungspunkt
11: Schallreflexionsraum
12: Deckelblech
13: Deckelblech
14: Schallabsorber
15: Wandabschnitt
16: Isolationswolle
17: Leitungsabschnitt
18: Eingangsrohr
19: Leitungsabschnitt
20: Ausgangsrohr
A: Abgas
K: Kraftfluß
P: Abgaszirkulation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0807749 A2 [0002]
- EP 0875409 A1 [0002]

Claims

Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug, welche eine Abgasleitung (2) und eine Abgasbehandlungseinheit (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (2) und/oder die Abgasbehandlungseinheit (3) zumindest partiell in eine Fahrwerkskomponente (4) des Kraftfahrzeugs integriert ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrwerkskomponente (4) ein Hilfsrahmen (6) ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungseinheit (3) ein Schalldämpfer (5) ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Hohlträger (7, 8) der Fahrwerkskomponente (4) als Schallabsorber (14) ausgebildet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlträger (7, 8) perforierte Wandabschnitte (15) aufweist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteile der Fahrwerkskomponente (4) mit Isolationsstoff (16) versehen sind.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Hohlträgern (7, 8) der Fahrwerkskomponente (4) ein Schallreflexionsraum (11) ausgebildet ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (2) mit einem geraden Eingangsrohr (18) in die Abgasbehandlungseinheit (3) eintritt und mit einem geraden Ausgangsrohr (20) aus der Abgasbehandlungseinheit (3) austritt.