-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Innenraumheizung, die einen Abgaswärmetauscher aufweist, der mit einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs in thermischem Kontakt steht.
-
Hintergrund
-
Für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren sind Systeme mit einem Abgaswärmeübertragungskreislauf grundsätzlich bekannt. So beschreibt beispielsweise die
DE 10 2009 032 566 A1 ein System mit einem Motorkühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine und mit einem von diesem separaten Abgaswärmeübertragungskreislauf, welcher einen mit einer Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten Abgaswärmetauscher aufweist. Der Abgaswärmeübertragungskreislauf hat zusätzlich einen zweiten Wärmetauscher, in dem Luft zur Heizung eines Fahrzeuginnenraums erwärmt werden kann. Hierbei zirkuliert im Abgaswärmeübertragungskreislauf ein Kühlmittel, welches von einer Pumpe umgewälzt wird. Mittels des Abgaswärmetauschers ist die Wärmeenergie des Abgases an die Kühlflüssigkeit des Abgaswärmeübertragungskreislaufs übertragbar. Mittels des zweiten Wärmetauschers im Abgaswärmeübertragungskreislauf, welcher mit dem Abgaswärmetauscher in Reihe geschaltet ist, kann die aus dem Abgas zurückgewonnene Wärmeenergie zur Aufheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden.
-
Das Vorsehen eines separaten Abgaswärmeübertragungskreislaufs mit zwei Wärmetauschern und mit einem zirkulierenden Kühlmittel ist herstellungstechnisch vergleichsweise aufwendig, kostenintensiv und trägt nicht unwesentlich zur Erhöhung des Gesamtgewichts des Kraftfahrzeugs bei.
-
Es ist demgegenüber Aufgabenstellung einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einer Abgaswärmerückgewinnung bereitzustellen, die nicht nur kostengünstig und besonders einfach zu realisieren ist. Die Implementierung der Abgaswärmerückgewinnung zum Zwecke einer Innenraumaufheizung soll ferner möglichst ohne nennenswerte Gewichtssteigerung einhergehen und sich durch einen besonders langlebigen und wartungsarmen Langzeitgebrauch auszeichnen. Des Weiteren soll die Abgaswärmerückgewinnung in besonders hohem Maße auf bereits bestehende Komponenten des Kraftfahrzeugs zurückgreifen und durch geringfügige konstruktive Anpassungen bestehender Kraftfahrzeugkonzepte realisierbar sein.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen
-
Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Schutzanspruch 1 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen Gegenstand abhängiger Ansprüche sind.
-
Demgemäß ist ein Kraftfahrzeug mit einer Innenraumheizung vorgesehen, welche bevorzugt als Zusatzheizung ausgestaltet ist. Insoweit ist die hier vorgesehene Innenraumheizung als Zusatzheizung typischerweise zusätzlich zu einer mit einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs im thermischen Kontakt stehenden Fahrgastzellenheizung, etwa zusätzlich zu einer Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage vorgesehen. Die Innenraumheizung weist einen Abgaswärmetauscher auf, der unmittelbar mit einer Abgasanlage im thermischen Kontakt steht. Der Abgaswärmetauscher ist ferner über zumindest einen Einlass und über zumindest einen Auslass mit dem Innenraum des Kraftfahrzeugs strömungstechnisch verbunden. Er ist somit direkt mit Innenraumluft beaufschlagbar. Der mit dem Abgaswärmetauscher strömungstechnisch gekoppelte Auslass mündet dabei in einen vorderen Fußraum des Innenraums des Kraftfahrzeugs.
-
Der Einlass kann entweder mit Frischluft gespeist sein, sodass der Abgaswärmetauscher mit von außen zuführbarer Frischluft beaufschlagbar ist. Die über den Abgaswärmetauscher temperierte und zugeführte Luft kann alsdann über den Auslass in den vorderen Fußraum des Innenraums des Kraftfahrzeugs strömen. Es ist ferner denkbar, dass der Einlass wie auch der Auslass mit dem Innenraum strömungstechnisch verbunden ist, sodass die im Innenraum des Kraftfahrzeugs befindliche Luft über den Einlass, den Abgaswärmetauscher und nachfolgend durch den Auslass zurück in den Innenraum zirkulieren kann. Einlass, Abgaswärmetauscher und Auslass sind insoweit in Reihe geschaltet. Im Kraftfahrzeuginnenraum befindliche Innenraumluft ist über den Einlass dem Abgaswärmetauscher zuführbar. Sie ist ferner über den Auslass in den Innenraum des Kraftfahrzeugs rückführbar.
-
Indem der Auslass in einen vorderen Fußraum des Innenraums des Kraftfahrzeugs mündet, kann die hier vorgesehene Innenraumheizung insbesondere bzw. ausschließlich zur Aufheizung des vorderen Fußraums des Kraftfahrzeugs dienen. Das Erwärmen eines Fußraums ist zur raschen Herbeiführung einer vom Endanwender als angenehm empfindbaren Umgebungstemperatur besonders geeignet. Dem Fußraum zugeführte erwärmte Luft steigt grundsätzlich nach oben und neigt durch das Einströmen in den vorderen Fußraum dazu, sich vergleichsweise gleichmäßig im Innenraum des Kraftfahrzeugs zu verteilen. Fußbereiche von Kraftfahrzeuginsassen sind ferner besonders kälteempfindlich, sodass das Zuführen temperierter und erwärmter Luft über den vorderen Fußraum von den Fahrzeugpassagieren besonders rasch als angenehm empfunden wird.
-
Die in den vorderen Fußraum mündende Anordnung des Auslasses erweist sich auch in konstruktiver Hinsicht als vorteilhaft. So erstreckt sich die Abgasanlage typischerweise unterhalb eines Bodenblechs eines Kraftfahrzeugs. Die Abgasanlage erstreckt sich ferner bei einer für die meisten Kraftfahrzeuge typischen Bauform mit Frontmotor in Fahrzeuglängsrichtung unterhalb des gesamten Kraftfahrzeuginnenraums. Die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Abgaswärmetauscher und dem in den Innenraum mündenden Auslass kann insoweit vergleichsweise kurz und kostengünstig und damit auch besonders robust ausgestaltet werden. Eine vergleichsweise kurze Strömungsverbindung zwischen dem Abgaswärmetauscher und dem vorderen Fußraum ist ferner zur Verwirklichung eines geringen Strömungswiderstands für die in den Innenraum einströmende Luft von Vorteil.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Einlass mit einem hinteren Fußraum des Innenraums strömungstechnisch verbunden. Auf diese Art und Weise kann die im Innenraum des Kraftfahrzeugs befindliche Innenraumluft über den heckseitig vorgesehenen Einlass dem Abgaswärmetauscher zugeführt und anschließend über einen frontseitig vorgesehenen Auslass wieder in den Innenraum zurückgeführt werden. Die Innenraumluft kann insoweit durch die Anordnung von Einlass, Abgaswärmetauscher und Auslass zirkulieren. Die Anordnung des Einlasses in einem hinteren Fußraum des Innenraums erweist sich in konstruktiver Hinsicht als vorteilhaft. So kann auch hier die Länge einer Zuleitung zwischen dem Innenraum und dem Abgaswärmetauscher möglichst kurz gehalten werden, was sich vorteilhaft auf Herstellungs- und Montagekosten, Kraftfahrzeuggewicht, Strömungswiderstand der Innenraumheizung und eine Wartungsfreiheit auswirken kann.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Abgaswärmetauscher zumindest ein Mantelrohr auf, welches unter Bildung zumindest eines von Innenluft durchströmbaren Zwischenraums ein Abgasrohr der Abgasanlage zumindest abschnittsweise umschließt. Das Mantelrohr kann dabei in direktem thermischem Kontakt mit dem Abgasrohr stehen. Es kann sich insbesondere außenseitig am Abgasrohr entlang erstrecken. Das von Mantelrohr und Abgasrohr gebildete Ensemble kann quasi als rohrförmiger Wärmetauscher fungieren, wobei das Abgasrohr ein von Abgas durchströmbares Innenrohr und das Mantelrohr ein Außenrohr bildet, wobei der Ringspalt zwischen Mantelrohr und Abgasrohr unmittelbar mit Innenluft beaufschlagbar und dementsprechend von Innenluft durchströmbar ist.
-
Für die Verwirklichung des Abgaswärmetauschers ist es insoweit lediglich erforderlich, einen Abschnitt des ohnehin vorhandenen Abgasrohrs mit einem Mantelrohr zu versehen und den zwischen Mantelrohr und Abgasrohr gebildeten Zwischenraum strömungstechnisch mit dem Auslass und mit dem Einlass zu koppeln. Auf diese Art und Weise kann die Innenraumluft durch eine Zirkulation durch den Abgaswärmetauscher eine unmittelbare Erwärmung erfahren. Der Wirkungsgrad der hierdurch gebildeten Abgaswärmerückgewinnung kann durch Umgehung eines gesonderten Wärmetauscherkreislaufs gesteigert werden. Die koaxiale Anordnung von Mantelrohr und Abgasrohr ermöglicht zudem eine besonders kompakte und platzsparende Bauform.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung stützt sich das Mantelrohr mittels mehrerer Stützstege außenseitig am Abgasrohr ab. Die Stützstege sind dabei an einer dem Abgasrohr zugewandten Innenseite des Mantelrohrs vorgesehen. Die Stützstege können insbesondere radial nach innen ragend an der Innenseite des Mantelrohrs angeordnet sein. Ferner können die Stützstege einstückig mit dem Mantelrohr verbunden und als integrale Bestandteile des Mantelrohrs ausgestaltet sein. Das Mantelrohr kann insbesondere aus Aluminium oder einem vergleichsweise gut wärmeleitenden Material, insbesondere aus einem Metall, gefertigt und insoweit als Extrusionsbauteil ausgestaltet sein.
-
Mittels der unmittelbar mit der Außenseite des Abgasrohrs in Kontaktstellung gelangenden Stützstege wird zudem eine unmittelbare thermische Kopplung zwischen Abgasrohr und Mantelrohr erreicht. Die Stützstege können, in Längsrichtung des Mantelrohrs betrachtet, unterbrochen, aber auch durchgehend ausgestaltet sein. Die Stützstege unterbrechen in Umfangsrichtung betrachtet quasi einen Ringspalt zwischen Mantelrohr und Abgasrohr. Sie segmentieren somit den von Innenluft durchströmbaren Zwischenraum des Abgaswärmetauschers in mehrere Strömungskanäle, die in strömungstechnischer Hinsicht parallel zueinander angeordnet sind und welche jeweils den Einlass mit dem Auslass strömungstechnisch verbinden.
-
Mittels der Stützstege kann ferner eine besonders einfache Montage und Fixierung des Mantelrohrs am Abgasrohr erreicht werden. Es ist beispielsweise denkbar, dass das Mantelrohr mittels der Stützstege in einem Presssitz am Abgasrohr gehalten ist. Stirnseitig sind am Mantelrohr Endkappen vorgesehen, welche den Abgaswärmetauscher in Längsrichtung begrenzen und welche strömungstechnisch mit dem Einlass und dem Auslass für die Innenraumluft verbunden sind.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass das Mantelrohr das Abgasrohr in Umfangsrichtung vollständig umschließt. Hierdurch ist eine besonders einfache mechanische Verbindung als auch eine besonders gute thermische Kopplung von Mantelrohr und Abgasrohr erreichbar.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung umschließt das Mantelrohr das Abgasrohr in Umfangsrichtung nur bereichsweise. Eine dem Innenraum abgewandte Unterseite des Abgasrohrs ist dabei insbesondere mantelrohrfrei ausgestaltet. Mit anderen Worten umschließt das Mantelrohr lediglich eine Oberseite des Abgasrohrs. Bei dieser Ausgestaltung erweist es sich als vorteilhaft, dass das Mantelrohr nicht zur Verringerung der Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs beiträgt. Es baut insbesondere nicht nach unten vom Abgasrohr auf.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Abgaswärmetauscher zumindest zwei konzentrisch ineinander geschachtelt angeordnete Mantelrohre aufweist. Ein erstes Mantelrohr umschließt hierbei das Abgasrohr, während ein zweites Mantelrohr das erste Mantelrohr in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise, typischerweise vollständig umschließt. Mittels eines derartigen Doppelprofils ist die für den Wärmeaustausch mit der Innenraumluft zur Verfügung stehende Oberfläche des Abgaswärmetauschers vergrößerbar, sodass die Wärmetauscherkapazität oder Wärmetauscherleistung erhöht werden kann.
-
Die konkrete geometrische Gestaltung des Zwischenraums zwischen dem zumindest einem Mantelrohr und dem Abgasrohr, kann an ein Anforderungsprofil des Abgaswärmetauschers angepasst sein. Insbesondere durch geometrische Veränderungen des Mantelrohrs, beispielsweise durch Veränderung der Radialerstreckung und der Anzahl seiner Stützstege, kann die Wärmetauscherkapazität des Abgaswärmetauschers bedarfsgerecht verwirklicht werden.
-
In einer Weiterbildung ist der Abgaswärmetauscher von einer Isolationsschicht umgeben oder ummantelt. Er kann ferner vollständig in eine Isolationsschicht eingebettet sein. Wärmeverluste vom Wärmetauscher an die Umgebung können somit verringert werden und die vom Wärmetauscher effektiv ausgehende Heizleistung kann gesteigert werden. Die Isolationsschicht ist insbesondere außenseitig am Mantelrohr des Wärmetauschers angeordnet. Sie kann aus einem Kunststoff, bspw. aus temperaturbeständigem Polyamid oder aus einem geschäumten Kunststoff, z. B. aus geschäumtem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) gefertigt sein oder dementsprechende Materialien und Materialgemische aufweisen.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der Abgaswärmetauscher eine Längserstreckung auf, die einem Abstand zwischen vorderem Fußraum und hinterem Fußraum entspricht. Die Distanz zwischen vorderem Fußraum und hinterem Fußraum, insbesondere eine Distanz zwischen dem Einlass und dem Auslass für die Innenraumluft, kann mit der Längserstreckung des Abgaswärmetauschers korrelieren. Auf diese Art und Weise können etwaige Zuleitungen oder Ableitungen für die Zufuhr und Abfuhr von Innenraumluft zum und vom Abgaswärmetauscher reduziert werden. Dies kann zu einer weiteren Kosten- und Gewichtsminimierung beitragen.
-
Insbesondere kann durch die Entnahme von Innenraumluft im hinteren Fußraum und durch Zuführen von mittels des Abgaswärmetauschers erwärmter Luft über den im vorderen Fußraum befindlichen Auslass ein Wärmeaustausch mit der Abgasanlage nach dem Gegenstromprinzip erreicht werden. Hierdurch ist eine besonders effiziente Wärmeübertragung und Abgaswärmerückgewinnung realisierbar.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest einer von Einlass und Auslass über ein flexibles Anschlussstück mit dem Abgaswärmetauscher strömungstechnisch verbunden. Als flexibles Anschlussstück kommen insbesondere flexible Schlauchstücke infrage. Flexible Schlauchstücke erweisen sich zum einen montagetechnischer Hinsicht als vorteilhaft. Zum anderen kann über derartige flexible Anschlussstücke eine akustische Entkopplung zwischen der Abgasanlage und dem Auslass bzw. Einlass, mithin mit dem Kraftfahrzeuginnenraum, erreicht werden.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung durchsetzt zumindest einer von Einlass und Auslass einen Mitteltunnel einer Kraftfahrzeugkarosserie. Die Abgasanlage bzw. das Abgasrohr kann ebenfalls zumindest abschnittsweise im Bereich eines Mitteltunnels verlaufen. Indem Einlass und/oder Auslass in den Mitteltunnel der Kraftfahrzeugkarosserie bzw. des Bodenblechs integriert sind, können besonders kurze Strömungsverbindungen zwischen Abgaswärmetauscher und Kraftfahrzeuginnenraum realisiert werden.
-
Der zumindest eine Einlass und/oder der zumindest eine Auslass können insbesondere in einer Seitenwange des Mitteltunnels vorgesehen sein. Es ist dabei insbesondere denkbar, dass beidseits des Mitteltunnels, das heißt an einer linken als auch an einer rechten Seitenwange, jeweils ein Einlass und/oder jeweils ein Auslass der Innenraumheizung vorgesehen sind. Auf diese Art und Weise kann mittels eines einzigen und etwa mittig im Bereich des Mitteltunnels verlaufenden Abgaswärmetauschers sowohl der vordere linke als auch der vordere rechte Fußraum mit erwärmter Luft beaufschlagt werden.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest einer von Einlass und Auslass mit einem Gebläse versehen. Das Gebläse kann insbesondere als elektrisch betriebenes Gebläse ausgestaltet sein. Es kann entweder in der Strömungsverbindung zwischen Einlass und Innenraum oder in der Strömungsverbindung zwischen Auslass und Innenraum angeordnet sein. Es ist insbesondere denkbar, dass das Gebläse in ein flexibles Anschlussstück zwischen Innenraum und einem von Einlass und Auslass angeordnet ist. Es ist ferner denkbar, dass sowohl einlassseitig als auch auslassseitig jeweils ein Gebläse vorgesehen ist. Mittels eines Gebläses kann der Volumenstrom, der durch den Abgaswärmetauscher strömenden Luft bedarfsgerecht reguliert werden. Mithin kann hierdurch die Leistung der Innenraumheizung reguliert werden.
-
Es ist ferner nach einer Weiterbildung vorgesehen, dass zumindest einer von Einlass und Auslass mit einer Rückschlageinrichtung, typischerweise mit einer Rückschlagklappe oder mit einem Rückschlagventil versehen ist. Mittels der Rückschlageinrichtung kann insbesondere bei ausgeschaltetem Gebläse eine konvektionsbedingte Zirkulation von Luft durch den Einlass, den Abgaswärmetauscher und den Auslass effektiv unterbunden werden, sodass von der Innenraumheizung keine nennenswerte Zusatzheizung ausgeht, wenn dies von den Fahrzeuginsassen so gewünscht wird.
-
Die Rückschlageinrichtung kann insbesondere unmittelbar mit dem Gebläse gekoppelt sein. Es ist insbesondere denkbar, Gebläse mitsamt Rückschlageinrichtung lediglich einlassseitig oder auslassseitig vorzusehen. Alternativ ist denkbar, das Gebläse an einem von Einlass und Auslass vorzusehen und die Rückschlageinrichtung am anderen von Einlass und Auslass anzuordnen.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das Kraftfahrzeug eine als Hauptheizung für den Innenraum fungierende Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage auf. Diese ist typischerweise mit einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs thermisch gekoppelt. Der Auslass des Abgaswärmetauschers steht hierbei mit jener Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage in Strömungsverbindung. Dies hat den Vorteil, dass die über den Abgaswärmetauscher ergänzend zur Verfügung gestellte Wärmeenergie beispielsweise über einen luftführenden Abzweig direkt in die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage einspeisbar ist und dass die ohnehin an oder in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage vorhandenen Regelungen hinsichtlich Luftmassenstrom und/oder Temperatur auch für die vom Abgaswärmetauscher bereitgestellte thermische Energie nutzbar sind.
-
Es ist ferner denkbar, dass die aus dem Auslass das Abgaswärmetauschers ausströmende Luft variabel zwischen einem direkt in den Innenraum mündenden Anschlussstück und einem in die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage führenden Abzweig beispielsweise mittels einer Klappe, eines Ventils oder eines Schiebers aufteilbar ist.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Innenraumheizung und des Kraftfahrzeugs werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs,
-
2 einen Querschnitt durch einen Abgaswärmetauscher nach einer ersten Ausgestaltung,
-
3 einen Querschnitt durch einen Abgaswärmetauscher nach einer weiteren Ausgestaltung,
-
4 einen Querschnitt durch einen Abgaswärmetauscher nach einer weiteren Ausgestaltung,
-
5 eine schematische Darstellung eines mit einem Einlass und mit einem Auslass versehenen Mitteltunnels einer Kraftfahrzeugskarosserie,
-
6 eine schematische Darstellung einer mit dem Abgaswärmetauscher versehenen Abgasanlage,
-
7 eine schematische Darstellung der Innenraumheizung und.
-
8 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung der Innenraumheizung mit einer thermischen Kopplung an eine Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage.
-
Detaillierte Beschreibung
-
In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 in Seitenansicht dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine selbsttragende Karosserie 2 mit einem als Fahrgastzelle fungierenden Innenraum 3 auf. Eine Bodenstruktur der Karosserie 2 im Bereich des Innenraums 3 bzw. im Bereich der Fahrgastzelle ist in 5 gezeigt. Die Bodenstruktur weist ein sich im Wesentlichen über den gesamten Innenraum 3 erstreckendes Bodenblech 5 auf. Dieses ist nach vorn, in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs von einer Stirnwand 5a begrenzt. In etwa mittig zwischen den linken und rechten Außenseiten des Bodenblechs 5 verläuft ein Mitteltunnel 6 in Fahrzeuglängsrichtung (x). Dieser erstreckt sich zwischen der Stirnwand 5a und einem in 5 nicht explizit gezeigten Fersenblech.
-
Der Mitteltunnel 6 ist nach Art eines nach unten geöffneten Hutprofils ausgestaltet und weist demgemäß eine in 5 dem Betrachter zugewandte linke Seitenwange sowie eine gegenüberliegende, dem Betrachter abgewandte rechte Seitenwange auf.
-
Der Mitteltunnel 6 erstreckt sich insbesondere von einem vorderen Fußraum 7, welcher an die Stirnwand angrenzt, bis zu einem hinteren Fußraum 8, welcher einen fahrzeugheckseitigen Endabschnitt des Bodenblechs 5 darstellt.
-
Das Kraftfahrzeug 1 ist mit einer in 7 schematisch dargestellten Innenraumheizung 9 versehen, welche typischerweise als Zusatzheizung ausgestaltet ist. Das Kraftfahrzeug 1 weist typischerweise neben der Zusatzheizung ferner eine in 8 lediglich schematisch gezeigte Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage 50 auf, die als Hauptheizung für den Innenraum 3 fungieren kann. Diese ist in üblicher Art und Weise mit einem Kühlkreislauf für den Verbrennungsmotor 30 des Kraftfahrzeugs 1 gekoppelt ist. Die Innenraumheizung 9 kann, wie in 7 angedeutet vollkommen autark ausgestaltet und der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage 50 separiert sein.
-
Der Verbrennungsmotor 30 ist mit einer in den 6 und 7 schematisch dargestellten Abgasanlage 4 gekoppelt, über welche das vom Verbrennungsmotor erzeugte und vergleichsweise heiße Abgas an die Umgebung abführbar ist. Die Abgasanlage 4 weist zumindest ein sich zumindest abschnittsweise in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckendes Abgasrohr 14 auf, welches sich vom typischerweise frontseitig angeordneten Verbrennungsmotor 30 zum Fahrzeugheck erstreckt. Die Abgasanlage 4, mithin deren Abgasrohr 14, steht mit einem Abgaswärmetauscher 10 in thermischem Kontakt, wobei der Abgaswärmetauscher 10 unmittelbar strömungstechnisch mit dem Innenraum 3 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist.
-
Der Abgaswärmetauscher 10 ist über ein heckseitiges Anschlussstück 18 mit einem in den Innenraum mündenden Einlass 16 verbunden. Frontseitig, das heißt, der Fahrzeugfront zugewandt, ist der Abgaswärmetauscher 10 über ein vorderes Anschlussstück 22 mit einem in den Innenraum 3 mündenden Auslass 20 strömungstechnisch verbunden. Auf diese Art und Weise kann im Kraftfahrzeuginnenraum 3 befindliche Luft durch den Einlass 16 zum Abgaswärmetauscher 10 und von dort über den Auslass 20 wieder in den Innenraum 3 zirkulieren. Die Anschlussstücke 18, 22 sind typischerweise als flexible Schläuche ausgestaltet, die neben einer einfachen und toleranzausgleichenden Montage zugleich eine Schwingungs- bzw. akustische Entkopplung von Bodenblech und Abgaswärmetauscher 10 bereitstellen.
-
Der mit dem Abgaswärmetauscher 10 in Strömungsverbindung stehende frontseitige Auslass 20 mündet, wie in 5 gezeigt, in den vorderen Fußraum 7, während der heckseitige Einlass 16 mit dem hinteren Fußraum 8 strömungstechnisch verbunden ist. Zur Aufrechterhaltung und/oder zur Erzeugung einer Zirkulation von Luft durch die Anordnung von Anschlussstücken 18, 22 und dazwischengeschaltetem Abgaswärmetauscher 10 ist zumindest eines der Anschlussstücke 18, 22 mit einem Gebläse 24 versehen. Das Gebläse 24 ist insbesondere regelbar ausgestaltet, sodass ein Luftmassenstrom durch den Abgaswärmetauscher 10 entsprechend regulierbar ist.
-
Durch eine Ansteuerung des Gebläses 24 kann somit die Menge an thermischer Energie, die vom Abgaswärmetauscher 10 an die Innenraumluft übertragbar ist, bedarfsgerecht geregelt werden. Zudem ist zumindest eines der Anschlussstücke 18, 22 mit einer Rückschlageinrichtung 26 versehen, die beispielsweise als Rückschlagventil oder als Rückschlagklappe ausgestaltet sein kann. Mittels der Rückschlageinrichtung 26 ist ein entgegen der aufgezeigten Hauptströmungsrichtung konvektionsbasierter Luftstrom unterbindbar. Ist beispielsweise das Gebläse 24 ausgeschaltet, wird mittels der zumindest einen Rückschlageinrichtung 26 ein ungewollter Zustrom von im Abgaswärmetauscher 10 erwärmter Luft in den Innenraum 3 wirksam unterbunden. Ergänzend zur schematischen Darstellung gemäß 7 ist denkbar, dass beide Anschlussstücke 18, 22 jeweils mit einer Rückschlageinrichtung 26 versehen sind.
-
Wie in 5 gezeigt, ist der Auslass 20 der Innenraumheizung 9 in eine Seitenwange des Mitteltunnels 6 eingelassen. Gleichermaßen ist auch der Einlass 16 in eine Seitenwange des Mitteltunnels 6 eingelassen. Auf diese Art und Weise ist über den Einlass 16 Innenraumluft aus dem hinteren Fußraum 8 dem Abgaswärmetauscher 10 und anschließend dem vorderen Fußraum 7 zuführbar.
-
Drei unterschiedliche Ausgestaltungen des Abgaswärmetauschers 10, 100, 200 sind in den 2 bis 4 im Querschnitt gezeigt. Der in 2 im Querschnitt gezeigte Abgaswärmetauscher 10 weist ein Mantelrohr 12 auf, welches das Abgasrohr 14 der Abgasanlage 4 in Umfangsrichtung vollständig umschließt. An einer dem Abgasrohr 14 zugewandten Innenseite des Mantelrohrs 12 sind radial nach innen ragende Stege 13 vorgesehen, mittels derer sich das Mantelrohr 12 an der Außenseite des Abgasrohrs 14 abstützt. In Umfangsrichtung zwischen benachbart angeordneten Stegen 13 werden auf diese Art und Weise Zwischenräume 15 gebildet, die von aus dem Innenraum 3 zugeführter Luft durchströmbar sind.
-
Die Stege 13 erstrecken sich typischerweise über die gesamte Längserstreckung des Mantelrohrs 12, sodass die dazwischen befindlichen Zwischenräume 15 als einzelne Strömungskanäle für zugeführte Innenraumluft fungieren. Das Mantelrohr 12 kann als Extrusionsbauteil gefertigt sein und durch einen Presssitz mit dem Abgasrohr 14 kraft- oder reibschlüssig verbunden sein. Lediglich an den Längsenden ist das Mantelrohr 12 mit geeigneten Endstücken zu versehen, die strömungstechnisch mit den jeweiligen Anschlussstücken 18, 22 verbunden sind. Außen um das Mantelrohr herum ist eine Isolationsschicht 40 angeordnet, mittels welcher thermische Verluste an die Umgebung minimiert werden können.
-
Die alternative Ausgestaltung eines Wärmetauschers 100 gemäß 3 sieht ebenfalls ein Mantelrohr 112 vor, welches sich in ähnlicher Art und Weise wie das Mantelrohr 12 gemäß 2 an der Außenseite des Abgasrohrs 14 abstützt und welches über radial nach innen ragende Stege 13 mit dem Abgasrohr 14 in thermischem Kontakt steht. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 2 umschließt das Mantelrohr 112 den Außenumfang des Abgasrohrs 14 jedoch nur partiell. Insbesondere ist ein unterer, dem Bodenblech 5 abgewandter Bereich des Abgasrohrs 14 mantelrohrfrei ausgestaltet. Das Mantelrohr 112 umschließt somit lediglich den oberen, dem Bodenblech 5 zugewandten Bereich des Abgasrohrs 14. Auf diese Art und Weise schränkt der Abgaswärmetauscher 10 die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs 1 in keinster Weise ein.
-
In der weiteren Ausgestaltung eines Abgaswärmetauschers 200 gemäß 4, ist neben einem ersten Mantelrohr 12 ein weiteres, zweites Mantelrohr 212 vorgesehen, welches das erste Mantelrohr 12 in Umfangsrichtung vollständig umschließt. In ähnlicher Art und Weise, wie sich das erste Mantelrohr 12 am Außenumfang des Abgasrohrs 14 mittels radial nach innen ragenden Stegen 13 abstützt, stützt sich das äußere oder zweite Mantelrohr 212 mittels radial nach innen ragenden Stegen 213 an der Außenseite des ersten Mantelrohrs 12 ab. Auch hierbei werden zwischen dem ersten und dem zweiten Mantelrohr 12, 212 mehrere Strömungskanäle 215 zwischen den äußeren Stegen 213 gebildet, die ähnlich oder analog zu den Zwischenräumen 15 ebenfalls direkt mit Innenraumluft beaufschlagbar sind.
-
Ein in 4 gezeigter Abgaswärmetauscher 2 weist im Vergleich zu einem in 2 gezeigten Abgaswärmetauscher 10 eine vergrößerte mit zugeführter Luft beaufschlagbare Fläche auf. Der Abgaswärmetauscher 200 weist insoweit gegenüber dem Abgaswärmetauscher 10 eine höhere Wärmetauscherleistung auf.
-
Auch weist der Abgaswärmetauscher 200 im Vergleich zum Abgaswärmetauscher 100 einen größeren von Innenraumluft durchströmbaren Querschnitt auf, sodass der Abgaswärmetauscher 200 im Vergleich zum Abgaswärmetauscher 10 einen geringeren Strömungswiderstand und somit einen geringeren Druckverlust für die Zirkulation von Innenraumluft durch die Innenraumheizung 9 bewirkt.
-
In 8 ist eine alternative Ausgestaltung gezeigt, bei welcher der Auslass 20 des Abgaswärmetauschers 10 über einen Abzweig 21 mit der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage 50 gekoppelt, bzw. mit dieser strömungstechnisch verbunden ist. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 7 weißt der Auslass 20 des Abgaswärmetauschers 10 eine Verzweigung auf, die die vom Wärmetauscher 10 zugeführte und erwärmte Luft auf das direkt in den Innenraum 3 mündende Anschlussstück 22 und den zur Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage 50 führenden Abzweig 21 aufteilt.
-
Der Anschluss des luftführenden Abzweigs 21 kann auf der Luftseite erfolgen, d. h. nachgelagert oder stromabwärts eines Heizungswärmetauschers der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage 50. Vorteile des Anschlusses an das HVAC-Module sind, dass dessen vorhandene Lufttemperaturmischung, Luftverteilungseinrichtung und Gebläse genutzt werden können.
-
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Kraftfahrzeugkarosserie
- 3
- Innenraum
- 4
- Abgasanlage
- 5
- Bodenblech
- 5a
- Stirnwand
- 6
- Mitteltunnel
- 7
- Vorderer Fußraum
- 8
- Hinterer Fußraum
- 9
- Innenraumheizung
- 10
- Wärmetauscher
- 12
- Mantelrohr
- 13
- Steg
- 14
- Abgasrohr
- 15
- Zwischenraum
- 16
- Einlass
- 18
- Anschlussstück
- 20
- Auslass
- 21
- Abzweig
- 22
- Anschlussstück
- 24
- Gebläse
- 26
- Rückschlageinrichtung
- 30
- Verbrennungsmotor
- 40
- Isolationsschicht
- 50
- Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage
- 100
- Wärmetauscher
- 112
- Mantelrohr
- 200
- Wärmetauscher
- 212
- Mantelrohr
- 213
- Steg
- 215
- Zwischenraum
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009032566 A1 [0002]
