DE102014209279A1 - Vehicle with an internal combustion engine and a louver - Google Patents
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Abstract
Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Abgaskrümmer, über den heißes, vom Verbrennungsmotor kommendes Abgas in einen motornahen Abschnitt einer Abgasanlage eingeleitet wird, wobei – zumindest ein Teil des Abgaskrümmers und/oder ein Teil des motornahen Abschnitts der Abgasanlage von einer Luftleiteinrichtung umgeben ist, wobei in der Luftleiteinrichtung befindliche Luft durch Abwärme des Abgaskrümmers und/oder des motorseitigen Abschnitts der Abgasanlage erhitzt wird, – die Luftleiteinrichtung einen Lufteinlass und einen Luftauslass aufweist und – eine Einrichtung vorgesehen ist, welche in der Luftleiteinrichtung eine von dem Lufteinlass in Richtung des Luftauslasses gerichtete Luftströmung erzeugt.Vehicle with an internal combustion engine and an exhaust manifold, is introduced via the hot, coming from the engine exhaust gas in a near-engine portion of an exhaust system, wherein - at least a portion of the exhaust manifold and / or a portion of the engine near portion of the exhaust system is surrounded by a louver, wherein in the air guiding device is heated by waste heat of the exhaust manifold and / or the engine side portion of the exhaust system, - the air guide having an air inlet and an air outlet and - a device is provided which generates in the air guide a directed from the air inlet in the direction of the air outlet air flow ,
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Luftleiteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 13.The present invention relates to a vehicle having an internal combustion engine and an air guiding device according to the preamble of patent claim 1 and to a method according to the features of
Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren wird heißes, vom Verbrennungsmotor kommendes Abgas über einen Abgaskrümmer in die Abgasanlage eingeleitet. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors können im Bereich des Abgaskrümmers sowie im motornahen Abschnitt der Abgasanlage Bauteiltemperaturen von mehreren Hundert Grad Celsius auftreten. Für die thermische Betriebssicherheit des Fahrzeugs ist es daher von zentraler Bedeutung, dass in allen Betriebszuständen des Fahrzeugs die dort entstehende Wärme hinreichend abgeführt wird.In vehicles with internal combustion engines hot, coming from the engine exhaust gas is introduced via an exhaust manifold in the exhaust system. During operation of the internal combustion engine component temperatures of several hundred degrees Celsius can occur in the region of the exhaust manifold and in the engine-related section of the exhaust system. For the thermal safety of the vehicle, it is therefore of central importance that the heat generated there is sufficiently dissipated in all operating conditions of the vehicle.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug zu schaffen, bei dem die Wärmeabfuhr aus dem Bereich des Abgaskrümmers und/oder des sich daran anschließenden motornahen Abschnitts der Abgasanlage verbessert ist.The object of the invention is to provide a vehicle in which the heat dissipation from the region of the exhaust manifold and / or the adjoining engine-proximal portion of the exhaust system is improved.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Abgaskrümmer, über den heißes, vom Verbrennungsmotor kommendes Abgas in einen motornahen Abschnitt einer Abgasanlage des Fahrzeugs eingeleitet wird.The starting point of the invention is a vehicle having an internal combustion engine and an exhaust manifold, via which hot exhaust gas coming from the internal combustion engine is introduced into a section of an exhaust system of the vehicle close to the engine.
Der Kern der Erfindung besteht in einer Luftleiteinrichtung sowie einer Einrichtung, welche dazu vorgesehen ist, in der Luftleiteinrichtung eine Konvektionsströmung zu erzeugen (Zwangskonvektion), welche sicherstellt, dass die am Abgaskrümmer und/oder an dem motornahen Abschnitt der Abgasanlage entstehende Abwärme hinreichend gut abgeführt wird, Gemäß der Erfindung ist zumindest ein Teil des Abgaskrümmers und/oder ein Teil des motornahen Abschnitts der Abgasanlage von der Leiteinrichtung „umgeben”. „Umgeben” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Luftleiteinrichtung entweder allein oder mit einem oder mehreren weiteren Bauteilen einen „Strömungsweg” bzw. „Strömungskanal” definiert, über den Abwärme abgeführt wird. Die Luftleiteinrichtung kapselt also in gewisser Weise zumindest einen Teil des Abgaskrümmers und/oder einen Teil des motornahen Abschnitts der Abgasanlage, was dazu führt, dass die in der Luftleiteinrichtung befindliche Luft durch Abwärme (insbesondere durch Strahlungswärme) des Abgaskrümmers und/oder des motorseitigen Abschnitts der Abgasanlagen erhitzt wird.The essence of the invention consists in an air guiding device and a device which is provided to generate a convection flow in the air guiding device (forced convection), which ensures that the waste heat arising at the exhaust manifold and / or at the portion of the exhaust system close to the engine is dissipated sufficiently well According to the invention, at least a part of the exhaust manifold and / or a part of the engine-related portion of the exhaust system is "surrounded" by the guide. "Surrounding" in this context means that the air guiding device either alone or with one or more further components defines a "flow path" or "flow channel" via which waste heat is dissipated. The louver thus encapsulates in a certain way at least a portion of the exhaust manifold and / or a portion of the engine near portion of the exhaust system, which causes the air in the louver by waste heat (in particular by radiant heat) of the exhaust manifold and / or the motor-side portion of the Exhaust systems is heated.
Gemäß der Erfindung weist die Luftleiteinrichtung mindestens einen Lufteinlass und mindestens einen Luftauslass auf. Mittels der oben erwähnten „Einrichtung” wird in der Luftleiteinrichtung eine von dem Lufteinlass in Richtung des Luftauslasses gerichtete Zwangsströmung erzeugt.According to the invention, the louver has at least one air inlet and at least one air outlet. By means of the above-mentioned "device", a forced flow directed from the air inlet in the direction of the air outlet is generated in the air guiding device.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Luftleiteinrichtung nicht unbedingt als den „Abgaskrümmer” und/oder den motornahen Abschnitt der Abgasanlage umschließendes Gehäuse- oder Kanalsystem ausgebildet sein muss. Denkbar ist auch, dass die Luftleiteinrichtung durch ein Luftleitelement oder mehrere Luftleitelemente, wie z. B. Luftleitbleche o. ä., gebildet ist.It should be expressly understood that the louver does not necessarily have to be designed as the "exhaust manifold" and / or the motor-related portion of the exhaust system enclosing housing or channel system. It is also conceivable that the louver by an air guide or more air guide elements, such. B. baffles o. Ä., Is formed.
Ein Teil der Luftleiteinrichtung könnte auch durch eine Motorabdeckung gebildet sein, welche von einer Oberseite des Verbrennungsmotors den Verbrennungsmotor nach oben hin abdeckt.A part of the louver could also be formed by an engine cover, which covers the combustion engine from the top of the engine upwards.
Alternativ dazu kann die Luftleiteinrichtung natürlich auch durch eine mehr oder weniger vollständige „Einhausung” des Abgaskrümmers und/oder des motornahen Abschnitts der Abgasanlage gebildet sein. Insbesondere kann die Luftleiteinrichtung durch ein geschlossenes oder im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse gebildet sein, in das Luft aus dem Motorraum des Fahrzeugs über den Lufteinlass einströmt und erhitzte Luft über den Luftauslass abströmt.Alternatively, the louver can of course also be formed by a more or less complete "enclosure" of the exhaust manifold and / or the engine-related portion of the exhaust system. In particular, the air guiding device can be formed by a closed or substantially closed housing, into which air flows from the engine compartment of the vehicle via the air inlet and heated air flows out via the air outlet.
Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die oben erwähnte „Einrichtung” welche in der Luftleiteinrichtung eine Luftströmung erzeugt, nicht durch ein separates bzw. zusätzliches Gebläse gebildet ist, da dies sehr kostenaufwändig wäre. Vielmehr wird vorgeschlagen, als „Einrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Luftströmung” eine ohnehin bereits im Fahrzeug befindliche elektrische Maschine zu verwenden.Another essential idea of the invention is that the above-mentioned "device" which generates an air flow in the air guide, is not formed by a separate or additional fan, since this would be very costly. Rather, it is proposed to use as an "apparatus for generating a directed air flow" an already located in the vehicle electrical machine.
Hierfür in Betracht kommt insbesondere ein zur Erzeugung elektrischer Energie vorgesehener Generator (z. B. „Lichtmaschine”). Die in Fahrzeugen verbauten Generatoren weisen üblicherweise bereits ein Lüfterrad auf, durch welches eine den Generator kühlende Luftströmung erzeugt wird. Bei manchen Generatoren wird durch das Lüfterrad Luft in einer axialen Richtung des Generators in das Generatorgehäuse eingesaugt und in einer radialen Richtung aus dem Generatorgehäuse herausgeblasen. Ganz allgemein gesprochen weist der Generator mindestens eine Lufteinströmöffnung und mindestens eine Luftausströmöffnung auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschlagen, den Generator in Bezug auf die Luftleiteinrichtung so anzuordnen, dass die Luftausströmöffnung des Generators in Strömungsverbindung mit dem Lufteinlass der Luftleiteinrichtung steht. Die vom Generator kommende Luft wurde zwar durch die Abwärme des Generators bereits erwärmt, z. B. auf eine Temperatur im Bereich zwischen 120°C und 130°C. Dieses Temperaturniveau liegt aber noch deutlich unter dem Temperaturniveau des „Hot-Ends” (Abgaskrümmer und motornaher Abschnitt der Abgasanlage) der Abgasanlage. Somit ist die Generatorabluft geeignet, das „Hot-End” der Abgasanlage zu kühlen.In particular, a generator intended for generating electrical energy (eg "alternator") may be considered for this purpose. The generators installed in vehicles usually already have a fan wheel, by means of which a stream of air which cools the generator is generated. In some generators, air is drawn in an axial direction of the generator into the generator housing by the fan and blown out of the generator housing in a radial direction. Generally speaking, the generator has at least one air inlet opening and at least one air outlet opening. According to the present invention, it is now proposed that the generator with respect to the louver so to arrange that the Luftausströmöffnung the generator is in flow communication with the air inlet of the louver. The coming of the generator air was indeed heated by the waste heat of the generator, z. B. to a temperature in the range between 120 ° C and 130 ° C. However, this temperature level is still well below the temperature level of the "hot-end" (exhaust manifold and near-engine section of the exhaust system) of the exhaust system. Thus, the exhaust air generator is suitable to cool the "hot end" of the exhaust system.
Der Generator kann über eine Übersetzungseinrichtung, insbesondere über einen Riementrieb mechanisch von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Üblicherweise besteht zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Generator ein Übersetzungsverhältnis von 5:1 bis 6:1, d. h. der Generator und somit das Lüfterrad des Generators drehen sich wesentlich schneller als der Verbrennungsmotor, wodurch eine effiziente Konvektionsströmung erzeugt wird.The generator can be mechanically driven by the internal combustion engine via a translation device, in particular via a belt drive. Typically, there is a gear ratio of 5: 1 to 6: 1 between the internal combustion engine and the generator. H. the generator and thus the fan of the generator rotate much faster than the internal combustion engine, whereby an efficient convection flow is generated.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Abgasturbolader bzw. ein turbinenseitiger Bereich eines Abgasturboladers innerhalb der Einhausung angeordnet ist. Gerade bei Abgasturboladern ist es unter dem Gesichtspunkt der thermischen Betriebssicherheit wichtig, dass dieser hinreichend gekühlt wird.According to a development of the invention, it is provided that an exhaust-gas turbocharger or a turbine-side region of an exhaust gas turbocharger is arranged within the housing. Especially with exhaust gas turbochargers, it is important from the point of view of thermal reliability that this is sufficiently cooled.
Alternativ oder ergänzend dazu kann vorgesehen sein, dass in dem motornahen Abschnitt der Abgasanlage ein Partikelfilter vorgesehen ist, welcher innerhalb der Luftleiteinrichtung bzw. der Einhausung angeordnet ist.Alternatively or additionally, it may be provided that a particle filter is provided in the section of the exhaust system close to the engine, which is arranged inside the louver or the housing.
Alternativ oder ergänzend dazu kann auch vorgesehen sein, dass ein Katalysator der Abgasanlage innerhalb der Luftleiteinrichtung bzw. Einhausung angeordnet ist. Bei dem Katalysator kann es sich bspw. um einen NOx-Speicherkatalysator, einen SCR-Katalysator (selektive katalytische Reduktion) o. ä. handeln.Alternatively or additionally, it may also be provided that a catalytic converter of the exhaust system is arranged inside the air guiding device or housing. The catalyst may be, for example, an NO x storage catalyst, an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst, or the like.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der motornahe Abschnitt der Abgasanlage über ein biegeelastisches Rohrstück (so genanntes „Entkoppelstück”), das z. B. durch ein Metallgewebe oder ein Metallgeflecht gebildet sein kann, mit einem motorfernen Abschnitt der Abgasanlage verbunden. Es kann vorgesehen sein, dass sich die Luftleiteinrichtung über die gesamte Länge des motornahen Abschnitts der Abgasanlage erstreckt.According to a development of the invention, the close-coupled portion of the exhaust system via a flexurally elastic pipe section (so-called "Entkoppelstück"), the z. B. may be formed by a metal mesh or a metal mesh, connected to a motor remote section of the exhaust system. It may be provided that the louver extends over the entire length of the engine-near portion of the exhaust system.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Luftleiteinrichtung bis an das „Entkappelstück” heranreicht, welches eine Relativbewegung des Verbrennungsmotors und des damit verbundenen Abgaskrümmers und motornahen Abschnitts der Abgasanalage in Bezug auf die übrige, insbesondere im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnete Abgasanlage ermöglicht.In particular, it can be provided that the air guiding device reaches up to the "Entkappelstück", which allows a relative movement of the engine and the associated exhaust manifold and near-engine portion of the exhaust system with respect to the rest, especially in the underbody area of the vehicle arranged exhaust system.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Luftleiteinrichtung zumindest teilweise aus einem Metallblech hergestellt. Alternativ dazu könnte die Luftleiteinrichtung auch aus einem hinreichend temperaturbeständigen Kunststoffmaterial oder einem anderen geeigneten, temperaturbeständigen Material bestehen.According to a development of the invention, the louver is at least partially made of a metal sheet. Alternatively, the louver could also consist of a sufficiently temperature-resistant plastic material or other suitable, temperature-resistant material.
Durch Einleiten der Generatorabluft in die Luftleiteinrichtung wird nicht nur die Wärmeabfuhr aus dem Hot-End-Bereich des Verbrennungsmotors verbessert, sondern darüber hinaus ein „thermischer Kühlluftkurzschluss” des Generators ausgeschlossen. Unter dem Begriff „thermischer Kühlluftkurzschluss” wird verstanden, wenn der Generator zumindest einen Teil der von ihm abgegebenen warmen bzw. heißen Abluft wieder ansaugt. Im Falle eines thermischen Kühlluftkurzschlusses bestünde nämlich die Gefahr, dass der Generator nicht hinreichend gekühlt wird. Dies ist durch die Erfindung konzeptbedingt ausgeschlossen.By introducing the generator exhaust air into the louver not only the heat dissipation from the hot-end region of the internal combustion engine is improved, but beyond a "thermal cooling air short circuit" of the generator excluded. The term "thermal cooling short-circuit" is understood when the generator sucks at least a portion of the output of him warm or hot air again. In the case of a thermal cooling air short circuit, there would be a risk that the generator would not be adequately cooled. This is excluded by the invention conceptually.
Die über den Luftauslass der Luftleiteinrichtung abströmende heiße Luft (Temperaturen von bis zu 350°C) kann unmittelbar nach unten in Richtung zur Fahrbahn hin oder in den Bereich eines Mitteltunnels des Fahrzeugs hinein, d. h. in den Unterbodenbereich des Fahrzeugs abgegeben werden.The hot air flowing out via the air outlet of the louver (temperatures of up to 350 ° C.) can be directed directly downwards in the direction of the roadway or into the area of a center tunnel of the vehicle, ie. H. be delivered to the underbody area of the vehicle.
Alternativ dazu wäre auch denkbar, zumindest einen Teil der in der aus der Luftleiteinrichtung kommenden, heißen Luft enthaltenen Wärme zu nutzen, z. B. zum Beheizen der in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs einzuleitenden Luft, zum Erwärmen von Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors oder zum Erwärmen von Motoröl des Verbrennungsmotors. Ein Wärmeübergang an die Fahrgastraumluft könnte bspw. über einen Luft-/Luftwärmetauscher erfolgen. Ein Wärmeeintrag in den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors könnte über einen Luft-/Kühlflüssigkeitswärmetauscher erfolgen. Ein Wärmetransfer an das Motoröl des Verbrennungsmotors könnte über einen Luft-/Motorölwärmetauscher erfolgen.Alternatively, it would also be conceivable to use at least part of the heat contained in the coming from the louver, hot air contained, for. B. for heating the air to be introduced in a passenger compartment of the vehicle, for heating coolant of the internal combustion engine or for heating engine oil of the internal combustion engine. A heat transfer to the passenger compartment air could, for example, take place via an air / air heat exchanger. A heat input into the cooling circuit of the internal combustion engine could take place via an air / coolant liquid heat exchanger. Heat transfer to the engine oil of the internal combustion engine could be via an air / engine oil heat exchanger.
Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Luftleiteinrichtung in einem Abstand von mehreren Millimetern, z. B. in einem Abstand von 10 bis 15 mm von einzelnen Komponenten (wie z. B. dem Abgaskrümmer, einem Abgasturbolader, einem Partikelfilter oder einem Katalysator) angeordnet ist.According to a development, it is provided that the louver at a distance of several millimeters, z. B. at a distance of 10 to 15 mm from individual components (such as the exhaust manifold, an exhaust gas turbocharger, a particulate filter or a catalyst) is arranged.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in connection with the drawing. Show it:
In dem motornahen Abschnitt
Alternativ oder ergänzend dazu kann in dem motornahen Abschnitt
Die einzelnen Komponenten des motornahen Abschnitts
Neben dem Verbrennungsmotor
Auf der Generatorwelle
Wie aus
Vollständigkeitshalber sei noch
Claims (13)
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