DE102020105586B4

DE102020105586B4 - Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs, sowie Verwendung des Verfahrens in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020105586B4
Application number: DE102020105586.2A
Authority: DE
Inventors: Richard Pickl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2040-03-04
Also published as: DE102020105586A1

Abstract

Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs (10), wobei das beim Betrieb eines Aggregats des Kraftfahrzeugs entstehende Wasser gesammelt, vernebelt und beim Durchfahren von Städten und/oder Gemeinden in Form von Wassernebel (16) zur Feinstaubbindung ausgeblasen wird, wobei der Wassernebel (16) in eine Richtung gerichtet ausgeblasen wird, wobei die Richtung des auszublasenden Wassernebels (16) geschwindigkeitsabhängig eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Fahrt des Kraftfahrzeugs die Strömungsbedingungen am Unterboden aktuell gemessen werden und dass anhand der gemessenen Strömungsbedingungen Hauptverwirbelungsgebiete identifiziert werden, und dass die Hauptverwirbelungsgebiete gezielt mit Wassernebel (16) beaufschlagt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Patentanspruch 1 sowie die Verwendung des Verfahrens in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Anspruch 9.
Feinstaub besteht aus zahllosen festen und flüssigen Partikeln in der Luft: Ruß, Reifen- und Bremsabrieb, Pollen, Sandkörnchen, Glasstaub etc. Je kleiner die Partikel, desto tiefer können die Teilchen in die Lunge und in den Blutkreislauf eindringen. Laut Umweltbundesamt sterben jährlich rund 40.000 Menschen an den Folgen. Feinstaub gilt unter anderem als krebserregend.
Der Straßenverkehr verursacht rund 20 Prozent der Feinstaub-Emissionen. Wie neueste Messresultate der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, LUBW, zeigen, sind nicht die Abgase der Antriebsaggregate der Kraftfahrzeuge Hauptverursacher für die Feinstaub-Emissionen im Straßenverkehr. Stattdessen hat die LUBW Aufwirbelungen und Abriebprozesse ausgemacht, die eine wesentliche Rolle spielen. Den Messungen zufolge entsteht der verkehrsbedingte Feinstaub der Partikelgrö-ße PM10 (bis zehn Mikrometer Durchmesser) zu rund 85 Prozent durch Reifen-, Bremsen- und Straßenabrieb sowie durch die Aufwirbelung der Staubschicht auf den Fahrbahnen.
Bedingt durch das hohe Verkehrsaufkommen in Städten und Gemeinden, ist insbesondere hier Handlungsbedarf geboten, um die gesundheitsschädliche Feinstaubbelastung in der Luft zu reduzieren.
Aus der DE 10 2005 020 018 A1 ist ein Verfahren und ein Gerät zur Aufnahme von Feinstaub von Verkehrsflächen bekannt. Die Aufnahme des Feinstaubbelages mit Hilfe einer intensiven Absaugung unter Verwendung von Reinigungsbürsten wird durch Einsatz von Wasserdampf, Spülflüssigkeit, Pressluft, Ultraschall entscheidend verbessert. Die Abtrennung des Feststoffes sowie der eingesetzten Reinigungsfluide von der abgesaugten Trägerluft erfolgt bevorzugt in Zyklonabscheidern mit nachgeschalteter Feinstaubabscheidung. Die in der Reinigungsflüssigkeit enthaltenen Feinstäube werden mit Hilfe von Hydrozyklonen oder mittels Filtration abgetrennt, sodass die Reinigungsflüssigkeit rezirkuliert werden kann.
Ein gattungsgemäßes, sämliche Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 aufweisendes Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung während der Fahrt des Kraftfahrzeugs ist aus der DE 10 2019 105 194 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, das insbesondere in Städten und Gemeinden zu einer Reduzierung der Feinstaubbelastung in der Luft beiträgt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche 2 bis 8 bilden vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß dem Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs weist das Kraftfahrzeug in bekannter Art und Weise mindestens ein Aggregat auf, bei dessen Betrieb Wasser entsteht.
Bei einem solchen Aggregat kann es sich beispielsweise um eine Klimaanlage handeln, die bekanntlich im Betrieb Kondenswasser erzeugt. Aber auch ein Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, der bekanntlich beim Betrieb ein Wasser aufweisendes Kondensat als Abgas erzeugt, soll hierunter erfasst sein.
Ferner ist vorgesehen, dass das Wasser gesammelt, vernebelt und beim Durchfahren von Städten und/oder Gemeinden in Form von Wassernebel zur Feinstaubbindung ausgeblasen wird.
Das Ausblasen des Wassernebels hat den Effekt, dass Partikel, wie Reifen-, Bremsen- und Straßenabrieb sowie auf der Fahrbahn befindliche Staubpartikel durch „Verkleben“ mit dem Wassernebel ausgefällt werden, bzw. mit anderen Worten, dass die Feinstaubpartikel durch den Wassereintrag gebunden und zu „Grobstaub“ gewandelt werden, sodass ein Aufwirbeln dieser Partikel in die Luft deutlich erschwert wird, mit der Folge, dass in Städten und Gemeinden die Feinstaubkonzentration in der Luft deutlich reduziert wird.
In bekannter Art und Weise ist zudem vorgesehen, dass der Wassernebel in eine Richtung gezielt ausgeblasen wird, wobei die Richtung des auszublasenden Wassernebels geschwindigkeitsabhängig eingestellt bzw. gesteuert wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während der Fahrt des Kraftfahrzeugs die Strömungsbedingungen am Unterboden aktuell gemessen bzw. erfasst werden und dass anhand der gemessenen bzw. erfassten Strömungsbedingungen Hauptverwirbelungsgebiete identifiziert und gezielt beaufschlagt werden.
Da unter Berücksichtigung der aktuellen, d.h. geschwindigkeitsabhängigen Strömungsbedingungen am Unterboden des Kraftfahrzeugs Hauptverwirbelungsgebiete und damit Bereiche, in denen eine starke Aufwirbelung von Feinstaubpartikel zu erwarten ist, gezielt beaufschlagt werden, ist eine besonders effektive Maßnahme zur Reduzierung von Feinstaubpartikel in der Luft zur Verfügung gestellt.
Bevorzugt wird dabei das gesammelte Wasser mittels Ultraschall, Zerstäuber oder Düsen vernebelt.
Vorzugsweise wird der Wassernebel in Fahrtrichtung FR des Kraftfahrzeugs betrachtet hinter den Rädern des Kraftfahrzeugs, auf die Straßenoberfläche gerichtet, ausgeblasen. Aufgrund der Rollbewegung der Reifen und der dadurch bedingten nach oben gerichteten Luftströmung, ist der in Fahrtrichtung FR des Kraftfahrzeugs betrachtet unmittelbar hinter den Reifen befindliche Bereich als besonders kritisch in Bezug auf potentiell in die Luft aufzuwirbelnde Partikel, wie Reifen-, Bremsen- und Straßenabrieb sowie auf der Fahrbahn befindlichen Staubpartikeln, anzusehen, sodass eine Ausblasung von Wassernebel in diesen Bereich besonders effektiv der Aufwirbelung und damit dem Feinstaubeintrag in die Luft entgegenwirkt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Wassernebel auch gezielt im Bereich der Bremsscheiben ausgeblasen wird. Die gezielte Ausblasung im Bereich der Bremsscheiben hat den Effekt, dass der beim Bremsen entstehende Bremsabrieb nunmehr nahezu vollständig gebunden bzw. ausgefällt wird, sodass der Einfluss der Reibbremse als potentielle Feinstaubquelle deutlich minimiert wird.
Um ein unnötiges Ausblasen von Wassernebel zu vermeiden und damit den Wasserverbrauch zu minimieren, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Ausblasen des Wassernebels im Bereich der Bremsscheiben lediglich nach einer vorherigen Aktivierung einer Reibbremsvorrichtung des Kraftfahrzeugs erfolgt.
Zur Gewährleistung einer ausreichenden Führung des auszublasenden Wassernebels, wird der Wassernebel mittels im Bereich hinter den Rädern und/oder im Bereich der Reibbremse bzw. Bremsscheiben im Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordneter Ausblasdüsen ausgeblasen. Je nach Bedarf können die Düsen dabei unterschiedlich ausgebildet sein, um z.B. im Bereich hinter den Reifen ein möglichst breitbandiges Gebiet abzudecken oder eher punktförmig, um im Bereich der Bremsscheibe eine gezielte Beaufschlagung zu ermöglichen.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Ausblasen des Wassernebels in Abhängigkeit von den die aktuelle Wetterlage beschreibenden Daten, wie beispielsweise Außentemperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, geregelt/gesteuert wird. Das hat den Effekt, dass ein die aktuelle Wetterlage berücksichtigender Volumenstrom ausgeblasen wird. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass z.B. bei Temperaturen unter 0°C - zur Vermeidung einer Glatteisbildung - der Volumenstrom auf 0, d.h. es wird kein Wassernebel ausgeblasen, geregelt/gesteuert wird. Denkbar ist aber auch, dass bei - in Bezug auf die Feinstaubbelastung in der Luft - kritischen Wetterlagen, wie Inversionswetterlage, d.h. hoher Luftdruck, ein erhöhter Volumenstrom zur Ausblasung zur Verfügung gestellt wird, oder auch, dass bei einer nassen Kraftfahrzeugumgebung lediglich ein geringer Volumenstrom ausgeblasen wird.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass aktuelle Navigationsdaten ausgewertet werden und dass das Ausblasen von Wassernebel priorisiert bzw. bevorzugt in Gebieten, die in Bezug auf eine Feinstaubbelastung als besonders kritisch einzustufen sind, wie Schulen, Kindergärten, Krankenhäuser und/oder Innenstadtbereiche, erfolgt.
Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde die Verwendung des Verfahrens zur Reduzierung der Feinstaubbelastung in einem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 9 anzugeben.
In bekannter Art und Weise umfasst das Kraftfahrzeug mindestens ein Aggregat, bei dessen Betrieb Wasser entsteht.
Bei einem solchen Aggregat kann es sich beispielsweise um eine Klimaanlage handeln, die bekanntlich im Betrieb Kondenswasser erzeugt. Aber auch ein Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, der bekanntlich beim Betrieb ein Wasser aufweisendes Kondensat als Abgas erzeugt, soll hierunter erfasst sein.
Das Kraftfahrzeug umfasst ferner einen Auffangbehälter zum Auffangen des Wassers, Mittel zum Vernebeln des Wassers sowie ein Rohrsystem, welches den erzeugten Wassernebel zu den Ausblasdüsen leitet.
Hierdurch ist sichergestellt, dass das beim Betrieb des mindestens einen Aggregats erzeugte Wasser zur Bindung von Feinstaub nutzbar ist, was sich positiv auf die Feinstaubkonzentration in der Luft auswirkt.
Um die Abgabe des Wassernebels bzw. den Volumenstrom des auszublasenden Wassernebels an die aktuelle Umgebung und aktuelle Wetterlage anzupassen, umfasst das Kraftfahrzeug ferner eine Regel-/Steuereinheit, der als Eingangsgröße die Positionsdaten eines Navigationsgeräts sowie die die aktuelle Wetterbedingungen beschreibenden Daten zur Verfügung gestellt werden und die eingerichtet ist, über Mittel den über die Ausblasdüsen auszublasenden Volumenstrom zu regeln/steuern.
Die Mittel sind dabei als mindestens eine schwenkbeweglich gelagerte, im Volumenstrom angeordnete Klappe, sowie mindestens einen mit der Klappe in Wirkverbindung stehenden, über die Regel-/Steuereinheit ansteuerbaren Aktuator ausgebildet.
Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug im Bereich des Unterbodens weitere geschwindigkeitsabhängig ansteuerbare Ausblasdüsen auf. Über diese Ausblasdüsen sind Hauptverwirbelungsgebiete und damit Bereiche, in denen eine starke Aufwirbelung von Feinstaubpartikel zu erwarten ist, gezielt beaufschlagbar.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
In der Zeichnung bedeutet:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs zur Verdeutlichung des Verfahrens zur Reduzierung der Feinstaubbelastung während der Fahrt.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnetes Kraftfahrzeug. Die Reifen des Kraftfahrzeugs 10 sind mit dem Bezugszeichen 12 und die Fahrtrichtung ist mit dem Bezugszeichen FR bezeichnet.
Das Kraftfahrzeug 10 weist in bekannter Art und Weise ein - hier nicht dargestelltes Aggregat auf, bei dessen Betrieb Wasser entsteht. Vorliegend soll es sich bei dem Aggregat um eine Klimaanlage handeln, die im Betrieb Kondenswasser erzeugt.
Wie schematisch dargestellt, weist das Kraftfahrzeug 10 ferner in Fahrtrichtung FR betrachtet jeweils hinter den Rädern 12 angeordnete Ausblasdüsen 14 auf. Das Kraftfahrzeug weist ferner einen - hier nicht sichtbaren - Auffangbehälter zum Sammeln des Kondenswassers sowie Mittel zum Vernebeln des Kondenswassers zu Wassernebel auf.
Über ein - hier ebenfalls nicht sichtbares - Rohrsystem gelangt der Wassernebel zu den schematisch dargestellten Ausblasdüsen 14, um anschließend im Bereich hinter den Rädern 12 ausgeblasen zu werden. Der aus den Ausblasdüsen 14 ausblasbare Wassernebel ist in 1 durch Pfeile 16 symbolisch dargestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, sind entsprechende Ausblasdüsen auch jeweils im Bereich der den Rädern 12 zugeordneten Reibbremsen angeordnet. Hierdurch ist gewährleistet, dass der beim Bremsen entstehende Bremsabtrieb gezielt und unmittelbar durch den in diesem Bereich ausgeblasenen Wassernebel gebunden bzw. ausgefällt wird, was zu einer deutlichen Reduzierung des Feinstaubeintrags in der Luft beiträgt.
Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug 10 im Bereich des Unterbodens - hier nicht dargestellte - weitere geschwindigkeitsabhängig ansteuerbare bzw. ausrichtbare Ausblasdüsen auf. Über diese Ausblasdüsen können Hauptverwirbelungsgebiete und damit Bereiche, in denen eine starke Aufwirbelung von Feinstaubpartikel zu erwarten ist, gezielt beaufschlagt werden.
Zudem umfasst das Kraftfahrzeug eine Regel-/Steuereinheit, der als Eingangsgröße die Positionsdaten eines Navigationsgeräts zur Verfügung gestellt werden, und die eingerichtet ist, über einen Aktuator mindestens eine im Rohrsystem schwenkbeweglich gelagerte Klappe zu regeln/steuern.
Durchfährt nun das Kraftfahrzeug eine Stadt oder eine Gemeinde, so wird von der Regel-/Steuereinheit ein Ausblasen des Wassernebels initiiert, mit dem Effekt, dass die aus Reifen-, Bremsen- und Straßenabrieb sowie auf der Fahrbahnoberfläche befindlichen Partikel, nach Kontakt mit dem Wassernebel verkleben und ausgefällt werden, sodass einer Aufwirbelung dieser Partikel in die Luft entgegengewirkt wird.
Um einen möglichst großflächigen Bereich abzudecken, sind dabei - wie in 1 schematisch angedeutet - die Ausblasdüsen 14 derart ausgebildet, dass ein möglichst breitbandiger Volumenstrom ausgeblasen wird.
Vorzugweise werden der Regel-/Steuereinheit neben den Positionsdaten des Navigationsgeräts zudem noch die die aktuelle Wetterlage beschreibenden Daten, wie Außentemperatur, Luftfeuchte und Luftdichte als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt. Hierdurch ist auf eine einfache Art und Weise noch zudem ermöglicht, dass das Ausblasen des Wassernebels auf die aktuell herrschende Wetterlage abgestimmt werden kann. Wie z.B. ein Verzicht eines Ausblasens von Wassernebel bei Temperaturen unter 0°, um einer potentiellen Glatteisbildung entgegenzuwirken.

Claims

Verfahren zur Reduzierung der Feinstaubbelastung während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs (10), wobei das beim Betrieb eines Aggregats des Kraftfahrzeugs entstehende Wasser gesammelt, vernebelt und beim Durchfahren von Städten und/oder Gemeinden in Form von Wassernebel (16) zur Feinstaubbindung ausgeblasen wird, wobei der Wassernebel (16) in eine Richtung gerichtet ausgeblasen wird, wobei die Richtung des auszublasenden Wassernebels (16) geschwindigkeitsabhängig eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Fahrt des Kraftfahrzeugs die Strömungsbedingungen am Unterboden aktuell gemessen werden und dass anhand der gemessenen Strömungsbedingungen Hauptverwirbelungsgebiete identifiziert werden, und dass die Hauptverwirbelungsgebiete gezielt mit Wassernebel (16) beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gesammelte Wasser mittels Ultraschall, Zerstäuber und oder Düsen vernebelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassernebel (16) in Fahrtrichtung (FR) des Kraftfahrzeugs betrachtet, hinter den Rädern (12) des Kraftfahrzeugs (10), auf die Stra-ßenoberfläche gerichtet, ausgeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassernebel (16) im Bereich der Bremsscheiben ausgeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausblasen des Wassernebels (16) im Bereich der Bremsscheiben lediglich nach einer vorherigen Aktivierung einer Reibbremsvorrichtung des Kraftfahrzeugs (10) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassernebel (16) mittels im Bereich hinter den Rädern (12) und/oder im Bereich der Bremsscheiben und/oder im Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordneten Ausblasdüsen (14) ausgeblasen wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausblasen des Wassernebels (16) in Abhängigkeit der aktuellen Wetterlage geregelt/gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als die die aktuelle Wetterlage beschreibenden Daten Außentemperatur, Luftfeuchte und/oder Luftdruck verwendet werden, und die Daten mittels eines Außentemperatursensors, Regensensors erfasst werden und/oder durch Auslesen aus digitalen Wetterdaten unter Hinzunahme eines Positionssignals ermittelt werden.
Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8 in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug (10) umfasst: ein Aggregat, bei dessen Betrieb Wasser erzeugt wird, einen Auffangbehälter zum Auffangen des gesammelten Wassers, Mittel zum Vernebeln des Wassers, ein Rohrsystem, welches den erzeugten Wassernebel zu den Ausblasdüsen (14) leitet sowie eine Regel-/Steuereinheit, der als Eingangsgröße Positionsdaten eines Navigationsgeräts sowie die die aktuelle Wetterbedingungen beschreibenden Daten zur Verfügung gestellt werden und die eingerichtet ist, über Mittel den über die Ausblasdüsen auszublasenden Volumenstrom zu steuern/regeln, wobei die Mittel als mindestens eine im Rohrsystem schwenkbeweglich gelagerte Klappe, sowie mindestens einen mit der Klappe in Wirkverbindung stehenden, über die Regel-/Steuereinheit ansteuerbaren Aktuator ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug im Bereich des Unterbodens geschwindigkeitsabhängig ansteuerbare Ausblasdüsen aufweist, über die die Hauptverwirbelungsgebiete gezielt beaufschlagbar sind.