DE102009021095A1

DE102009021095A1 - Kraftwagen mit einem Heckmotor

Info

Publication number: DE102009021095A1
Application number: DE102009021095A
Authority: DE
Inventors: Gerd Kalauch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: ITMI20100832A1; DE102009021095B4; IT1399924B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftwagen mit einem Heckmotor und einer Abgasanlage sowie einer Luftführungsanordnung zum aktiven Zuführen von Kühlluft zum Heckmotor und zur Abgasanlage. Ein einer Ansaugöffnung nachgeordnetes Gebläse saugt Kühlluft in einen Ansaugbereich an. Vom Ansaugbereich führt eine erste Rohrleitung zum Leiten von Kühlluft zum Heckmotor und eine zweite Rohrleitung zum Leiten von Kühlluft zu der Abgasanlage. Bevorzugt sind weiterhin Mittel, insbesondere eine Klappe zum zumindest teilweisen Abschließen der ersten und/oder der zweiten Rohrleitung vorgesehen, so dass im Heckmotor und der Abgasanlage jeweils bedarfsgerecht Kühlluft zugeführt werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Kühlen von Elementen eines Kraftwagens, bei welchen ein Kühlluftstrom einen ersten auf den Heckmotor gerichteten Teilkühlluftstrom und einen zweiten auf die Abgasanlage gerichteten Teilkühlluftstrom aufgeteilt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftwagen mit einem Heckmotor und einer Abgasanlage sowie einer Luftführungsanordnung zum Zuführen von Kühlluft zum Heckmotor und zur Abgasanlage nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die DE 103 31 937 A1 offenbart ein Luftführungssystem für den Motorraum eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Kühlluftstrom durch eine Ansaugöffnung in der Fahrzeugfront in den Motorraum eintritt. Der Kühlluftstrom passiert Wärmetauscher verschiedener Kühlsysteme des Kraftfahrzeugs. Diesen Wärmetauschern ist ein Lüfter zum Verstärken des Kühlluftstroms nachgeordnet, der gegebenenfalls aktiv wird. In Strömungsrichtung hinter dem Lüfter ist ein Luftführungspfad vorgesehen, welcher einen Teilluftstrom des Kühlluftstroms auf einen Abgaskrümmer leitet.
Solche Luftführungsanordnungen dienen dazu, die besonders hohe thermische Belastung von Komponenten in direkter Umgebung des Abgasstranges zu vermindern. Aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Bauraumes ist bei Kraftwagen mit Heck- oder Mittelmotor die vom Abgasstrang ausgehende thermische Belastung besonders hoch. Bei solchen Kraftwagen befindet sich nicht nur der Abgaskrümmer, sondern auch weitere Komponenten der Abgasanlage – wie beispielsweise Katalysatoren oder Partikelfilter – in unmittelbarer Nähe des Motors, so dass verglichen mit Kraftwagen mit Frontmotor deutlich mehr Wärme abgeführt werden muss. Dies ist insbesondere im Stillstand oder bei Langsamfahrt des Kraftwagens von Bedeutung, da dann keine hinreichende passive Belüftung des Motorraums erfolgt.
Weiterhin ergibt sich bei modernen Abgasanlagen das Problem, dass verschiedene Komponenten der Abgasanlage in Abhängigkeit von ihrem Betriebszustand sowohl eine stark variierende Wärmeabstrahlung aufweisen, als auch unterschiedliche Betriebstemperaturen benötigen. Dies gilt beispielsweise für Partikelfilter, die während ihres Regenerationsbetriebes eine verglichen mit dem Normalbetrieb deutlich erhöhte Betriebstemperatur benötigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 10 so weiter zu entwickeln, dass eine verbesserte und betriebszustandgerechtere Kühlung von Motor und Abgasanlage ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Ein solcher Kraftwagen weist einen Heckmotor und eine Abgasanlage, sowie eine Luftführungsanordnung zum Zuführen von Kühlluft zum Heckmotor und zur Abgasanlage auf. Die Luftführungsanordnung umfasst ein einer Ansaugöffnung nachgeordnetes Gebläse zum Ansaugen von Kühlluft in einen Ansaugbereich. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Ansaugbereich eine erste Rohrleitung zum Leiten von Kühlluft zum Heckmotor und eine zweite Rohrleitung zum Leiten von Kühlluft zu der Abgasanlage nachgeordnet ist. Mit anderen Worten wird also die Kühlluft, die durch das Gebläse in den Ansaugbereich angesaugt wird, in zwei Teilkühlluftströme aufgeteilt, die auf den Heckmotor beziehungsweise die Abgasanlage gerichtet sind. Damit kann eine besonders intensive Versorgung der beiden Komponenten mit Kühlluft sichergestellt werden, da durch die Rohrleitungen die Teilkühlluftströme gezielt und verwirbelungsfrei zu den jeweiligen Komponenten gefördert werden. Die Kühlluft kann sich also nicht im gesamten Motorraum verteilen und verwirbeln, was zu einer Verminderung der Kühlleistung der Luftführungsanordnung führen würde.
In weiterer Ausgestaltungen der Erfindung sind Mittel zum zumindest teilweisen Abschließen der ersten und/oder der zweiten Rohrleitung vorgesehen. Durch solche Mittel kann sichergestellt werden, dass nur diejenigen Komponenten, welche in einem momentanen Betriebszustand des Kraftwagens Kühlluft benötigen, auch tatsächlich von Kühlluft angeströmt werden. Die Kühlung des Heckmotors und der Abgasanlage kann somit jeweils unabhängig bedarfsgerecht eingestellt werden.
Bevorzugt sind die Mittel zum zumindest teilweisen Abschließen der ersten und/oder der zweiten Rohrleitung durch ein einziges Element bereitgestellt. Dies ermöglicht eine besonders einfache mechanische Ausgestaltung der Luftführungsanordnung. Das eine Element kann dabei so ausgeführt sein, dass eine Verringerung des Strömungsquerschnitts der ersten Rohrleitung mit einer Vergrößerung des Strömungsquerschnitts der zweiten Rohrleitung einhergeht. Alternativ ist jedoch auch eine vollständig unabhängige Einstellung der Strömungsquerschnitte der ersten und der zweiten Rohrleitung möglich. In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist das eine Element als Klappe ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet die zweite Rohrleitung in einen Kanal in einer Motorabdeckung. Die Verwendung von Motorabdeckungen ist allgemein üblich und dient in der Regel der Geräuschdämmung des Motors und/oder zu Designzwecken. Durch die zumindest teilweise Einkapselung des Motors durch solche Abdeckungen entstehen jedoch vermehrt Temperaturprobleme im Bereich des Motors. Durch das Einleiten von Kühlluft über die zweite Rohrleitung in einen Kanal der Motorabdeckung wird zunächst die Abdeckung selbst gekühlt, so dass Wärmestaus vermieden werden. Bevorzugter Weise weist der Kanal zudem wenigstens eine auf den Heckmotor hingerichtete Ausströmöffnung auf. Durch diese wenigstens eine Ausströmöffnung wird die Kühlluft auch direkt auf den Motor geleitet, so dass erhitzte Luft besonders intensiv aus der Motorumgebung abgeführt wird. Damit wird auch der Schutz von zum Motor benachbarten Bauteilen vor thermischer Überbelastung wesentlich verbessert. Insbesondere bevorzugt sind dabei mehrere Ausströmöffnungen vorgesehen, die beispielsweise auf besonders hitzebelastete Teile der Motoroberfläche hin gerichtet sein können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet die zweite Rohrleitung in ein Gehäuse der Abgasanlage, welches zumindest eine Komponente zur Abgasnachbehandlung umschließt, zum Beispiel einen Rußpartikelfilter für Dieselmotoren. Das Eingeschlossensein dieser Komponente in ein Gehäuse und ihre Beaufschlagung mit Kühlluft durch die zweite Rohrleitung ermöglicht es, diese Komponente unabhängig von anderen Komponenten im Motorraum des Kraftwagens zu kühlen. Dies ist insbesondere bei Partikelfiltern und Oxidationskatalysatoren vorteilhaft, da diese in einem Normalbetriebszustand und in einem Regenerationszustand unterschiedliche Kühlluftbedürfnisse haben. Im Regenerationszustand benötigen Partikelfilter eine höhere Betriebstemperatur, so dass sie während der Regeneration nicht gekühlt werden sollten. Da aber während des Regenerationszustandes des Partikelfilters der Motor oder andere Komponenten des Kraftwagens durchaus Kühlungsbedarf aufweisen können, wird durch die beschriebene Ausführungsform sichergestellt, dass diese anderen Komponenten gekühlt werden können, ohne dass dem Partikelfilter Kühlluft zugeführt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ansaugöffnung der Luftführungsanordnung in einem heckseitigen Karosseriebauteil des Kraftwagens ausgebildet.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Kühlen von Elementen eines Kraftwagens, bei welchem ein Kühlluftstrom mittel eines Gebläses durch eine Ansaugöffnung angesaugt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Kühlluftstrom in einen ersten auf den Heckmotor gerichteten Teilkühlluftstrom und einen zweiten, auf die Abgasanlage gerichteten Teilkühlluftstrom aufzuteilen. Dadurch ist eine unabhängige Kühlung der beiden Elemente ermöglicht, so dass sowohl der Motor als auch die Abgasanlage gemäß ihrem jeweils aktuellen Kühlungsbedarf gekühlt werden können. Weiterhin ist es möglich, auch eine Aufteilung des Kühlluftstroms in mehr als zwei Teilluftströme vorzusehen.
Bevorzugter Weise wird hierzu ein Luftmassenstromverhältnis des ersten und zweiten Teilkühlluftstroms in Abhängigkeit von einem Verhältnis eines jeweiligen Kühlluftbedarfs des Heckmotors und der Abgasanlage eingestellt. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Kühlung von Motor und Abgasanlage auch in Betriebszuständen des Kraftwagens, in denen deren Kühlluftbedarf sich deutlich unterscheidet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass während eines Regenerationsbetriebs einer Komponente zur Abgasnachbehandlung kein zweiter Teilkühlluftstrom zur Abgasanlage geleitet wird. Damit wird sichergestellt, dass die während des Regenerationsbetriebs benötigten höheren Temperaturen der Komponente zur Abgasnachbehandlung erhalten werden können und die Regeneration nicht durch die Kühlung beeinträchtigt wird. Auch während des Regenerationsbetriebs kann selbstverständlich die Temperatur der Komponente zur Abgasnachbehandlung überwacht werden und bei Überschreitung einer Grenztemperatur wieder ein zweiter Teilluftstrom zur Abgasanlage eingeleitet werden, um Beschädigungen an der Abgasanlage zu vermeiden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass oberhalb einer vorgegebenen Fahrtgeschwindigkeit des Kraftwagens kein Kühlluftstrom angesaugt wird. Bei höheren Fahrtgeschwindigkeiten wird in der Regel eine hinreichende Kühlung durch die passive Durchströmung des Motorraumes mit Fahrtwind sichergestellt, so dass die Energie zum Betrieb des Gebläses eingespart werden kann.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigt:
1 eine Draufsicht auf den Motorraum eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Kraftwagen,
2 eine Detailansicht des in 1 gezeigten Motorraums von der Seite mit Blick auf die Luftführungsanordnung zu Motor und Abgasanlage,
3 eine weitere Draufsicht auf den in 1 gezeigten Motorraum im Detail,
4 eine Ansicht des in Strömungsrichtung hinter dem Lüfter gelegenen Bereiches einer Luftführungsanordnung eines Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kraftwagen von der Seite, und
5 und 6 Detailansichten des Lüfters und der Rohrleitungen eines Ausführungsbeispiels einer Luftführungsanordnung für einen erfindungsgemäßen Kraftwagen.
Ein in 1 teilweise gezeigter, im Ganzen mit 10 bezeichneter Kraftwagen besitzt einen heckseitigen Motorraum 12, in dem ein Motor 14 angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um einen aufgeladenen Dieselmotor. Die Abgase des Motors 14 werden über einen in dieser Darstellung nicht gezeigten Abgaskrümmer zu weiteren Komponenten der Abgasanlage 16 geleitet, welche von einem Gehäuse 18 umgeben sind.
Aus 1 sind deutlich die beengten Bauraumverhältnisse einer solchen Heckmotoranordnung ersichtlich. Durch die enge Nachbarschaft von Motor 14 und Abgasanlage 16 kommt es gerade bei heckmotorgetriebenen Kraftwagen 10 im Stillstand und bei Langsamfahrt, insbesondere bei belasteter Langsamfahrt, schnell zu Wärmestauungen im Bereich des Motorraums 12. Daher ist eine Luftführungsanordnung 20 vorgesehen, welche in solchen Betriebszuständen des Kraftwagens 10 Motor 14 und Abgasanlage 16 aktiv mit Kühlluft versorgen kann.
Die Kühlluft wird von einem Lüfter 22 über eine heckseitige Ansaugöffnung 24 in einen Ansaugraum 26 angesogen. Der so entstandene Kühlluftstrom wird in Strömungsrichtung hinter dem Ansaugraum 26 aufgeteilt: Eine erste Rohrleitung 28 führt einen ersten Teilkühlluftstrom in Richtung des Motors 14. Der Motor 14 ist üblicherweise mit einer Motorabdeckung abgedeckt und so teilweise eingekapselt. Diese Abdeckung ist in 1 nicht dargestellt. Die erste Rohrleitung 28 mündet in einen Kanal, der innerhalb dieser Abdeckung ausgebildet ist. Über diesen Kanal in der Motorabdeckung kann Kühlluft flächig verteilt und besonders wärmebeanspruchten Teilen des Motors 14 zugeführt werden.
Aus dem Ansaugraum 26 führt weiterhin eine zweite Rohrleitung 30 in das Gehäuse 18 der Abgasanlage 16, so dass der Abgasanlage 16 ebenfalls ein Teilkühlluftstrom zugeführt wird.
Wie aus 2 zu ersehen, ist die Lufteintrittsöffnung 24 in einem heckseitigen Karosseriebauteil 32 ausgebildet und mit Lamellen 34 und einem Gitter 36 verschlossen. Hinter der Ansaugöffnung 24 ist der Lüfter 22 angeordnet, der die Kühlluft in den gemeinsamen Ansaugraum 26 fördert. Von diesem führt die erste Rohrleitung 28 einer gekrümmten Raumkurve folgend im Bereich des hinteren Radhauses 38 zum Motor 14. Die zweite Rohrleitung 30 zweigt aus dem gemeinsamen Ansaugraum 26 ab und verläuft in Fahrzeugquerrichtung zum Gehäuse 18 der Abgasanlage 16 hin.
In 3 ist der Motor 14 mit seiner Abdeckung 40 dargestellt, die einen hier nicht gezeigten Strömungskanal ausbildet, in den die erste Rohrleitung 28 mündet.
4 zeigt vom Kraftwagen 10 lediglich die Rohbaustruktur. Auch der Motor 14 ist in 4 nicht dargestellt. 4 zeigt einen Blick in den gemeinsamen Ansaugraum 26, der in der gewählten Darstellung durch die Weglassung des Gebläses 22, welches an den Flanschen 42 befestigbar ist, einsehbar ist. 4 verdeutlicht, wie die vom Gebläse 22 in den Ansaugraum 26 geförderte Luft auf die erste, zum Motor gerichtete Rohrleitung 28 und die zweite zur Abgasanlage 16 gerichtete Rohrleitung 30 aufgeteilt wird. Hierzu ist im gemeinsamen Ansaugraum 26 eine Klappe 44 vorgesehen, welche in Richtung des Pfeils 46 verschwenkbar ist. In ihren jeweiligen Endstellungen verschließt die Klappe 44 dabei die Ansaugöffnung 47 der ersten Rohrleitung 28 respektive die Ansaugöffnung 48 der zweiten Rohrleitung 30. Durch stufenloses Verstellen der Klappe 44 kann ein Luftmassenstromverhältnis der die beiden Rohrleitungen 28 und 30 durchströmenden Teilkühlluftströme in Abhängigkeit vom Kühlluftbedarf des Motors 14 beziehungsweise der Abgasanlage 16 eingestellt werden.
4 veranschaulicht weiterhin die Anbindung der zweiten Rohrleitung 30 an das Gehäuse 18, welches Komponenten der Abgasanlage 16 umgibt. Die von dem Gehäuse 18 umgebenen Komponenten der Abgasanlage 16 umfassen dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel eines Kraftwagens 10 mit einem Dieselmotor als Komponenten zur Abgasnachbehandlung einen Abgaspartikelfilter. Der Kühlluftbedarf eines solchen Abgaspartikelfilters unterscheidet sich in seinem Normal- und seinem Regenerationsbetrieb. Der Regenerationsbetrieb benötigt eine höhere Solltemperatur, so dass in diesem Betriebszustand des Abgaspartikelfilters die Klappe 44 ganz nach rechts bewegt wird und die Öffnung 48 der zweiten Rohrleitung 30 verschließt. Während des Regenerationsbetriebes wird der Abgaspartikelfilter somit nicht mit Kühlluft beaufschlagt, so dass sich die gewünschte höhere Betriebstemperatur einstellen kann.
Anhand von 5 und 6 ist zu erkennen, dass die hinter dem Lüfter 22 verlaufenden Rohrleitungen 28 und 30 unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen. Gemäß dem höheren Kühlluftbedarf des Motors ist die erste Rohrleitung 28 größer ausgebildet als die zweite Rohrleitung 30, die zur Abgasanlage 16 führt. Aus Bauraumgründen weist die erste Rohrleitung 28 eine Krümmung auf. Im Anschluss an diesen gekrümmten Bereich 50 befindet sich ein aufgeweiteter Endbereich 52, über den die erste Rohrleitung 28 an den Motor beziehungsweise die Motorabdeckung angeschlossen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10331937 A1 [0002]

Claims

Kraftwagen (10) mit einem Heckmotor (14) und einer Abgasanlage (16) sowie einer Luftführungsanordnung (20) zum Zuführen von Kühlluft zum Heckmotor (14) und zur Abgasanlage (16), mit einem einer Ansaugöffnung (22) nachgeordneten Gebläse (24) zum Ansaugen von Kühlluft in einen Ansaugbereich (26), dadurch gekennzeichnet, dass dem Ansaugbereich (26) eine erste Rohrleitung (28) zum Leiten von Kühlluft zum Heckmotor (14) und wenigstens eine zweite Rohrleitung (30) zum Leiten von Kühlluft zu der Abgasanlage (16) nachgeordnet ist.
Kraftwagen (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (46) zum zumindest teilweisen Abschließen der ersten (28) und/oder der zweiten Rohrleitung (30).
Kraftwagen (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (46) zum zumindest teilweisen Abschließen als ein Element bereitgestellt sind.
Kraftwagen (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Element als Klappe ausgebildet ist.
Kraftwagen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rohrleitung (28) in einen Kanal in einer Motorabdeckung (40) mündet.
Kraftwagen (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal wenigstens eine auf den Heckmotor (14) hin gerichtete Ausströmöffnung aufweist.
Kraftwagen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rohrleitung (30) in ein Gehäuse (18) der Abgasanlage (16) mündet, welches zumindest eine Komponente zur Abgasnachbehandlung umschließt.
Kraftwagen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (24) in einem heckseitigen Karosseriebauteil (32) des Kraftwagens (10) ausgebildet ist.
Verfahren zum Kühlen von Elementen eines Kraftwagen (10), bei welchem ein Kühlluftstrom mittels eines Gebläses (22) durch eine Ansaugöffnung (24) angesaugt wird, gekennzeichnet durch Aufteilen des Kühlluftstroms in einen ersten, auf einen Heckmotor (14) gerichteten Teilkühlluftstrom und wenigstens einen zweiten, auf eine Abgasanlage (16) gerichteten Teilkühlluftstrom.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftmassenstromverhältnis zwischen erstem und zweitem Teilkühlluftstrom in Abhängigkeit von einem Verhältnis eines jeweiligen Kühlluftbedarfs des Heckmotors (14) und der Abgasanlage (16) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Regenerationsbetriebs einer Komponente zur Abgasnachbehandlung der Abgasanlage (16) das Zuführen eines Teilkühlluftstrom zur Abgasanlage (16) unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit des Kraftwagens (10) das Ansaugen eines Kühlluftstroms beendet wird.