WO2023198288A1 - Abgasschalldämpferanlage, geschütztes fahrzeug und verfahren - Google Patents

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WO2023198288A1
WO2023198288A1 PCT/EP2022/059981 EP2022059981W WO2023198288A1 WO 2023198288 A1 WO2023198288 A1 WO 2023198288A1 EP 2022059981 W EP2022059981 W EP 2022059981W WO 2023198288 A1 WO2023198288 A1 WO 2023198288A1
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heat
exhaust
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust silencer system for a protected vehicle, a protected vehicle with such an exhaust silencer system and a method for operating such an exhaust silencer system.
  • a problem that can arise is the removal of hot exhaust gases from an internal combustion engine from the vehicle. Due to mostly short and direct exhaust paths, a so-called hotspot can occur at the point where an exhaust gas exits the vehicle, which is only slightly colder than an exit temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine itself. In addition, the exhaust system also heats surrounding components of the vehicle and thus also the vehicle shell itself.
  • This heating creates a pattern that is characteristic of each type of vehicle, in particular a characteristic heat signature, which enemy reconnaissance aircraft can use to determine exactly the type of vehicle.
  • the combustion engine does not run throughout the entire operation of the vehicle, but rather goes through a start-stop cycle as needed. This creates the problem of heat accumulating again and again in an exhaust pipe, which heats up disproportionately and thus increases the hotspot problem.
  • an object of the present invention is to provide an improved silencer system for a protected vehicle.
  • an exhaust silencer system for a protected vehicle comprises an exhaust silencer, a cooling air duct housing attached to the exhaust silencer, and an electrothermal converter device attached to the outside of the exhaust silencer and inside the cooling air duct housing for actively extracting heat from the exhaust silencer, which the converter device emits to cooling air flowing through the cooling air duct housing in order to achieve a Influencing the heat signature of the exhaust silencer system.
  • the heat signature of the exhaust silencer system can be influenced or changed with the help of the converter device, a clear identification of the vehicle type of a vehicle with such an exhaust silencer system is no longer possible.
  • the exhaust silencer system therefore contributes to the survivability of the vehicle and its crew members. With the help of the exhaust silencer system, it can be actively prevented that thermal hotspots on the vehicle reveal the position and identity of the vehicle.
  • the exhaust silencer system can in particular be a rear silencer.
  • the exhaust silencer system can be arranged, for example, in a rear area, a front area or a side area of the vehicle.
  • the exhaust silencer is in particular a resonance exhaust silencer.
  • the exhaust silencer can also be an absorption exhaust silencer.
  • the exhaust silencer is preferably cuboid or cylindrical. builds and includes an exhaust gas supply pipe for supplying exhaust gas from an internal combustion engine to the exhaust silencer and an exhaust gas discharge pipe for discharging the exhaust gas from the exhaust silencer.
  • the exhaust silencer encloses a volume which is preferably divided into several chambers.
  • the exhaust gas supply pipe opens into one of the chambers and the exhaust gas discharge pipe opens into another of the chambers.
  • the exhaust gas thus flows from the exhaust gas supply pipe through the chamber to the exhaust gas discharge pipe, with the sound being reflected in the chambers. This achieves a noise reduction.
  • the exhaust silencer may include a cover facing away from a surface on which the vehicle is traveling, a floor facing the surface, two side walls facing each other, a front wall and a rear wall.
  • the exhaust silencer can be made of sheet steel, in particular sheet steel.
  • the cooling air guide housing encloses or envelops the exhaust silencer at least in sections.
  • the cooling air guide housing covers one of the side walls and the bottom of the exhaust silencer.
  • the cooling air guide housing can also completely enclose or envelop the exhaust silencer.
  • a cooling air duct in which the converter device is placed is formed between the exhaust silencer and the cooling air guide housing.
  • the cooling air flows through the cooling air duct.
  • the cooling air guide housing is in particular firmly connected to the exhaust silencer.
  • the cooling air guide housing is riveted, screwed or welded to the exhaust silencer.
  • the fact that the converter device is attached "on the outside" of the exhaust silencer means in the present case that the converter device is not arranged in the volume enclosed by the exhaust silencer, but outside the volume, for example on one of the side walls and / or the bottom of the exhaust silencer.
  • “within” the cooling air duct housing means in particular that the converter device is in the previously established mentioned cooling air duct is placed. This means that the cooling air guide housing covers the converter device.
  • the exhaust silencer system can include several converter devices. For example, a separate converter device is placed on the floor and on one of the side walls.
  • An “electrothermal converter device” is currently understood to mean a component or a device which is designed to transport heat by supplying electrical energy or to convert heat into electrical energy.
  • An example of such a converter device is a so-called Peltier element.
  • a control and/or regulating device is preferably provided to control the converter device.
  • the fact that the converter device “actively” removes the heat from the exhaust silencer means in the present case that energy, in particular electrical energy, is supplied to the converter device so that the converter device removes the heat from the exhaust silencer.
  • the exhaust silencer itself is heated by the exhaust gas. The converter device thus removes the heat from the exhaust gas indirectly via the exhaust silencer.
  • the “heat signature” of the exhaust silencer system can be understood to mean the thermal radiation, in particular the infrared radiation, which the exhaust silencer system emits and which can be detected in particular by a photoreceiver of a thermal imaging device and displayed on a screen, for example.
  • the heat signature arises in particular because the exhaust silencer system emits heat, particularly in the form of infrared radiation.
  • the heat signature also results from heating of components of the vehicle surrounding the exhaust silencer system, which also emit heat.
  • the heat signature may be characteristic of a particular type of vehicle. This characteristic results from a two-dimensional geometry, in particular an outline, the heat signature and a pattern of the heat signature.
  • a “pattern” is understood to mean that the heat signature is areas with high levels of heat radiation Has areas with heat radiation that is smaller than that of the first-mentioned areas.
  • the heat signature can include any number of different areas that have different heat flows or different radiation intensities.
  • the heat signature is “influenced” or “changed” is to be understood in particular as meaning that the emitted thermal radiation is reduced, for example, or that it is no longer emitted in certain characteristic areas of the vehicle, for example.
  • the two-dimensional geometry and/or the pattern of the heat signature can be influenced.
  • a thermal signature reduction or signature control can be achieved by influencing or changing the heat signature.
  • the cooling air can, for example, be pressed through the cooling air guide housing by the wind generated when the vehicle is moving.
  • a ventilation device can also be provided, which forcibly allows the cooling air to flow through the cooling air guide housing. This has the advantage that the cooling air continues to flow through the cooling air guide housing even when the vehicle is at a standstill and/or the internal combustion engine is at a standstill.
  • the ventilation device can also be controlled by the control and/or regulating device.
  • the converter device can be switched from a first operating state, in which the converter device releases the heat to the cooling air flowing through the cooling air guide housing, into a second operating state, in that the converter device transfers a heat flow from a hot side of the converter device facing the exhaust gas silencer to one facing away from the exhaust gas silencer Cold side of the converter device interrupts.
  • the exhaust silencer system includes the aforementioned control and/or regulating device.
  • the control and/or regulating device is suitable, for example, for energizing the converter device.
  • the control and/or regulating device can include a computer unit.
  • the converter device comprises a plurality of converter elements, each converter element having a hot side and a cold side.
  • the hot side can also be referred to as the hot side of the converter device and the cold side can also be referred to as the cold side of the converter device.
  • a voltage applied to the converter device in the first operating state is reversed, so that the converter device no longer conducts the heat away from the exhaust silencer, but rather interrupts the heat flow.
  • the converter device can supply heat to the exhaust silencer in the second operating state.
  • the converter device can absorb heat from the cooling air in the second operating state and deliver it to the exhaust silencer. In the second operating state, this prevents the exhaust silencer from releasing heat.
  • the heat is particularly actively retained in the exhaust silencer with the aid of the converter device. This is particularly advantageous if the vehicle is a hybrid vehicle and the internal combustion engine does not run constantly.
  • the converter device can be switched from the first operating state or from the second operating state into a third operating state, in which the converter device converts thermal energy into electrical energy with the aid of a temperature difference between the hot side of the converter device and the cold side of the converter device.
  • This switching can also be done with the help of the control and/or regulating device.
  • the converter device also removes heat from the exhaust silencer in the third operating state. However, less heat is removed in the third operating state than in the first operating state.
  • no additional electrical energy is used to extract the heat.
  • the electrical energy obtained in the third operating state can be fed into an energy storage device, in particular into an accumulator, of the vehicle.
  • the conversion of thermal energy into electrical energy takes place with the help of the so-called called Seebeck effect. This means that part of the energy that is converted into heat can be recovered.
  • this effect can be used in particular to extend purely electric operation. This can, for example, extend the duration of use of the vehicle.
  • the converter device comprises a plurality of electrothermal converter elements that can be individually controlled in order to generate a predetermined pattern in the heat signature of the exhaust silencer system.
  • the converter elements are preferably Peltier elements.
  • the transducer elements can, for example, each have a dimension of 20 to 90 mm x 20 to 90 mm with a thickness of 3 to 5 mm.
  • the fact that the converter elements can be controlled “individually” means in the present case that each converter element can be controlled, for example energized, independently of all other converter elements.
  • any converter elements can be switched into any operating states using the control and/or regulating device.
  • the specified pattern can, for example, be a heat signature of another vehicle whose heat signature is to be simulated.
  • the converter elements of the converter device are preferably arranged in a grid shape, pattern shape or checkerboard shape. This means that the converter elements are placed in rows and columns. The entirety of all converter elements together forms the converter device.
  • the converter elements can be controlled in such a way that the heat signature of the exhaust silencer system adapts to a heat signature of an environment of the exhaust silencer system.
  • the heat signature of the exhaust silencer system can adapt to the environment of the vehicle and/or to a surface on which the vehicle is moving.
  • the heat signature of the exhaust silencer system can adapt to a building or another vehicle from which the vehicle with the exhaust silencer system is located. This is Good camouflage of the vehicle is possible.
  • the exhaust silencer system can include a sensor system that can detect the heat signature of the environment and/or the surface.
  • the sensor system can include, for example, an infrared sensor.
  • the sensor system can provide the control and/or regulating device with sensor signals. The control and/or regulating device can then control the converter device or the individual converter elements based on the sensor signals in such a way that the heat signature of the exhaust silencer system adapts to the heat signature of the environment and/or the surface.
  • the converter device comprises a heat sink which projects into a cooling air channel provided between the exhaust silencer and the cooling air guide housing.
  • the converter elements preferably have a common heat sink. However, each converter element can also have its own heat sink.
  • the heat sink is connected to the converter elements in a thermally conductive manner, in particular with the aid of a layer of a material with high thermal conductivity, in particular a layer of thermal paste.
  • the converter elements are connected to the exhaust silencer with their hot side using a further layer of material with high thermal conductivity, in particular a further layer of thermal paste.
  • the heat sink is preferably made of aluminum.
  • the heat sink includes cooling fins through which the cooling air flows. The cooling fins are arranged in such a way that the cooling air flows through them parallel to the cooling fins.
  • the cooling fins extend from a plate-shaped base section of the heat sink. The base section is connected to the converter elements in a heat-conducting manner.
  • the converter device is attached to a floor and to a side wall of the exhaust silencer.
  • the transducer elements that are arranged on the floor and the transducer elements that are arranged on the side wall can each comprise their own heat sink.
  • the converter device can also be connected to the Ceiling, the second side wall, the front and / or the back of the exhaust silencer.
  • the converter device is attached to those areas of the exhaust silencer that face the outside of the vehicle.
  • the exhaust silencer comprises an exhaust gas outlet
  • the cooling air guide housing comprises a cooling air outlet
  • the cooling air outlet is guided at least in sections around the exhaust gas outlet.
  • the exhaust gas outlet is circular.
  • the cooling air outlet can be curved in an arc or kidney shape.
  • the cooling air emerging from the cooling air outlet which is colder than the cooled exhaust gas, thus forms a curtain or a jacket flow around the outflowing cooled exhaust gas.
  • a signature reduction at the exhaust gas outlet can be achieved again.
  • the cooling air and the exhaust gas therefore only mix at a certain distance behind the exhaust gas outlet. The formation of a hotspot is prevented.
  • the cooling air guide housing comprises a cooling air distributor for uniformly distributing the cooling air to the converter device, wherein the cooling air distributor can be supplied with the cooling air using a cooling air inlet of the cooling air guide housing.
  • the cooling air guide housing also includes a cooling air collector, which supplies the cooling air to the cooling air outlet after flowing around the heat sink or heat sinks.
  • the cooling air can be supplied to the cooling air inlet, for example, with the aid of the previously mentioned ventilation device.
  • the control and/or regulating device can also be suitable for controlling the ventilation device so that, for example, it can be switched on and off and/or a volume flow of the cooling air can be regulated.
  • the exhaust silencer system is arranged in particular in a front area, a rear area or a side area of the vehicle.
  • the exhaust silencer system is placed under a floor of the vehicle.
  • the fact that the vehicle is "protected” means in this case that the vehicle is protected against shelling, booby traps, improvised explosive devices (IEDs), mines or the like.
  • the vehicle is preferably a wheeled vehicle.
  • the vehicle can also be a tracked vehicle.
  • the vehicle is preferably a tub vehicle.
  • the vehicle preferably includes a passenger cell which is protected, in particular armored, and can accommodate crew members.
  • the exhaust silencer system includes an exhaust silencer, a cooling air duct housing attached to the exhaust silencer, and an electro-thermal converter device attached to the outside of the exhaust silencer and inside the cooling air duct housing.
  • the method has the following steps: a) actively removing heat from the exhaust silencer using the converter device, and b) releasing the heat to cooling air flowing through the cooling air guide housing using the converter device, whereby a heat signature of the exhaust silencer system is influenced.
  • the exhaust gas is cooled, which results in a signature reduction, for example.
  • the fact that the converter device “actively” removes the heat means, in particular, that the converter device is supplied with energy, in particular electrical energy, for transporting the heat from the exhaust silencer to the cooling air.
  • the heat can be dissipated “passively”, for example through thermal radiation.
  • “influencing” means in particular that the heat signature is controlled and/or reduced.
  • the converter device is switched from a first operating state, in which the converter device releases the heat to the cooling air flowing through the cooling air guide housing, into a second operating state.
  • a first operating state in which the converter device releases the heat to the cooling air flowing through the cooling air guide housing
  • a second operating state could be switched by interrupting a heat flow from the converter device from a hot side of the converter device facing the exhaust silencer to a cold side of the converter device facing away from the exhaust silencer.
  • the heat flow from the hot side to the cold side is interrupted by reversing the polarity of a voltage applied to the converter device in the first operating state.
  • the converter device can be switched from the first operating state or from the second operating state into a third operating state, in which thermal energy is converted into electrical energy by the converter device with the aid of a temperature difference between the hot side of the converter device and the cold side of the converter device.
  • the so-called Seebeck effect is used for this.
  • the electrical energy can be temporarily stored in the vehicle's energy storage device. This makes it possible, particularly in the event that the vehicle is a hybrid vehicle, for the period of use of the vehicle to be extended.
  • the energy storage can also be used to supply energy to the control and/or regulating device and the converter device.
  • the converter device comprises a plurality of electrothermal converter elements that are individually controlled so that a predetermined pattern is generated in the heat signature of the exhaust silencer system.
  • the converter elements are controlled individually using the previously mentioned control and/or regulating device. Each converter element can therefore be can be switched to the first operating state, the second operating state or the third operating state.
  • the specified pattern can, for example, be stored on a data carrier of the control and/or regulating device.
  • the converter elements are controlled in such a way that the heat signature of the exhaust silencer system is adapted to a heat signature of an environment of the exhaust silencer system.
  • the heat signature of the exhaust silencer system can also be adapted to the surface on which the vehicle is moving.
  • the heat signature of the exhaust silencer system can be adapted to a building or a vehicle in front of which the vehicle with the exhaust silencer system is parked. This makes excellent camouflage of the vehicle possible.
  • “adapting” means in particular that the heat signature of the exhaust silencer system is adjusted to the heat signature of the environment of the exhaust silencer system.
  • the control and/or regulating device can control the converter device based on sensor signals from the sensors of the exhaust silencer system.
  • exhaust silencer system the protected vehicle and/or the method also include combinations not explicitly mentioned above or below with regard to the implementation. Examples of features or embodiments described. The expert will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the exhaust silencer system, the protected vehicle and/or the process.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of an embodiment of a protected vehicle!
  • Fig. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of an exhaust silencer system for the protected vehicle according to Fig. 1!
  • Fig. 3 shows a further schematic perspective view of the exhaust silencer system according to Fig. 2;
  • Fig. 4 shows a schematic rear view of the exhaust silencer system according to Fig. 2;
  • Fig. 5 shows a greatly simplified schematic sectional view of the exhaust silencer system according to Fig. 2!
  • Fig. 6 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for operating the exhaust silencer system according to Fig. 2.
  • identical or functionally identical elements have been given the same reference numbers unless otherwise stated.
  • the protected vehicle 1 shows a schematic side view of an embodiment of a protected vehicle 1.
  • the protected vehicle 1 is hereinafter referred to simply as a vehicle.
  • the vehicle 1 can be a military vehicle, in particular a military commercial vehicle.
  • the vehicle 1 can be a tub vehicle.
  • the vehicle 1 can be armed or unarmed.
  • the vehicle 1 includes a protected passenger cell 2.
  • the passenger cell 2 is protected against shelling, booby traps, improvised explosive or incendiary devices (IEDs), mines or the like.
  • the passenger cell 2 encloses an interior I in which crew members can stay.
  • the interior I of the passenger cell 2 can be entered and exited from an environment U of the vehicle 1 via hatches or doors.
  • the vehicle 1 can be a wheeled vehicle. Alternatively, the vehicle 1 can also be a tracked vehicle.
  • the vehicle 1 includes several wheel axles on which wheels 3, 4 are provided.
  • the number of wheel axles is basically arbitrary. For example, two, three or four wheel axles can be provided. At least one of the wheel axles is steered. Several wheel axles can also be steered.
  • the vehicle 1 preferably includes an all-wheel drive. This means that all wheel axles are powered.
  • the vehicle 1 is suitable for off-road use and can therefore also be referred to as an off-road vehicle.
  • the vehicle 1 has an internal combustion engine 5 for driving the wheel axles or the wheels 3, 4.
  • the vehicle 1 can only be driven by the internal combustion engine 5.
  • the vehicle 1 can also be a hybrid vehicle.
  • the vehicle 1 includes one or more electric motors in addition to the internal combustion engine 5.
  • the internal combustion engine 5 and the electric motor or motors are part of a hybrid drive train or hybrid drive train of the vehicle 1.
  • the surface O can be a road, a gravel road or any other terrain.
  • the vehicle 1 can have a reverse gear, so that it can also move against the direction of travel F.
  • the internal combustion engine 5 is assigned an exhaust system with an exhaust silencer system 6.
  • the exhaust silencer system 6 can be a rear silencer.
  • the exhaust silencer system 6 can be arranged on the side of the passenger cell 2, in a front area or in a rear area of the passenger cell 2.
  • the exhaust silencer system 6 can be covered at least in sections by an outer shell, for example by a side wall, of the passenger cell 2.
  • the exhaust silencer system 6 generates a heat signature S or has a heat signature S.
  • the heat signature S arises because the exhaust silencer system 6 emits heat, in particular in the form of infrared radiation. Furthermore, the heat signature S also results from a heating of components of the vehicle 1 surrounding the exhaust silencer system 6, which also emit heat.
  • the heat signature S is characteristic of the vehicle 1. This means that the vehicle 1, in particular a vehicle type of the vehicle 1, can be identified using the heat signature S.
  • the heat signature S is shown in a very simplified form as a rectangle.
  • the heat signature S can have any geometry or any outline. Within this aforementioned rectangle, there are areas that emit more heat and areas that emit less heat compared to the former areas. This means in particular that there are areas in which the heat flow is higher and areas in which the heat flow is lower compared to the first-mentioned areas.
  • the heat signature S therefore has a characteristic pattern.
  • the heat signature S can be detected, for example, using an infrared sensor and displayed on a screen.
  • the vehicle 1 is assigned a coordinate system with a width direction or x-direction x, a vertical direction or y-direction y and a depth direction or z-direction z.
  • the directions x, y, z are oriented perpendicular to each other.
  • a direction of gravity g can be oriented opposite to the y-direction y.
  • the direction of gravity g is oriented perpendicular to the surface O.
  • this can also include a noise signature, for example.
  • the removal of hot exhaust gases from the internal combustion engine 5 from the vehicle 1 can be problematic. Due to the mostly short and direct exhaust paths, a so-called hotspot occurs at the location of an exhaust gas outlet, which is only immediately colder than an outlet temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine 5 itself.
  • the exhaust silencer system 6 also heats surrounding components and thus also the outer shell of the vehicle 1 itself. This heating creates a pattern of the heat signature S that is characteristic of the respective vehicle type, with the help of which enemy reconnaissance agents can precisely determine the vehicle type.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of an improved exhaust silencer system 6 for the vehicle 1.
  • Fig. 3 shows a further schematic perspective view of the exhaust silencer system 6.
  • Fig. 4 shows a schematic rear view of the exhaust silencer system 6 looking in the opposite direction x direction x.
  • 5 shows a highly simplified schematic sectional view of the exhaust silencer system 6. Reference will be made to FIGS. 2 to 5 at the same time.
  • the exhaust silencer system 6 can be arranged on the side of the vehicle 1, in a front area or in a rear area of the vehicle 1. This means that the exhaust silencer system 6 can basically be oriented anywhere in space. 2 to 5, however, it is assumed that the exhaust silencer system 6 extends in the direction of travel F or along the x-direction x.
  • the exhaust silencer system 6 includes an exhaust silencer 7, which is essentially cuboid-shaped.
  • the exhaust silencer 7 can be a rear silencer.
  • the exhaust silencer 7 comprises a cover 8, which faces the passenger compartment 2, for example, and a base 9 arranged opposite the cover 8, which faces away from the passenger compartment 2 and faces the surface O, for example.
  • the exhaust silencer 7 comprises two side walls 10, 11 arranged opposite one another, in particular a first side wall 10 and a second side wall 11.
  • the first side wall 10 can, for example, face the passenger compartment 2 and the second side wall 11 can face the passenger compartment 2 be turned away.
  • the exhaust silencer 7 is closed by a front wall 12 and a rear wall 13.
  • the exhaust silencer 7 thus encloses a volume 14 (FIG. 5), which can be divided into several chambers.
  • the exhaust silencer 7 is a resonance silencer.
  • the exhaust silencer 7 further comprises an exhaust gas supply pipe 15, with the help of which hot exhaust gas A from the internal combustion engine 5 can be supplied to the exhaust silencer system 6.
  • an exhaust gas supply pipe 15 Between the internal combustion engine 5 and the exhaust silencer system 6, further components of the aforementioned exhaust system of the vehicle 1 can be arranged, but these are not shown. These components can include, for example, a manifold attached to the internal combustion engine 5, a catalytic converter, a front silencer, a middle silencer or the like.
  • the exhaust gas supply pipe 15 comprises an outer pipe 16 and an inner pipe 17 arranged coaxially with the outer pipe 16. An insulating air gap is provided between the outer pipe 16 and the inner pipe 17. This prevents the hot exhaust gas A from releasing heat to the environment U in the area of the exhaust gas supply pipe 15.
  • the exhaust gas supply pipe 15 can also be single-walled and have insulation on the outside.
  • the exhaust gas supply pipe 15, in particular only the inner pipe 17 of the exhaust gas supply pipe 15, is guided through the first side wall 10 into the exhaust gas silencer 7.
  • the exhaust gas supply pipe 15 can also be guided into the exhaust gas silencer 7 through the front wall 12, for example.
  • the exhaust gas supply pipe 15 comprises an exhaust gas inlet 18 through which the exhaust gas A flows into the exhaust gas supply pipe 15, in particular into the inner pipe 17.
  • the exhaust gas silencer 7 includes an exhaust gas discharge pipe 19, which is led out of the exhaust gas silencer 7, for example on the rear wall 13.
  • the exhaust gas supply pipe 15 and the exhaust gas discharge pipe 19 are not directly connected to one another.
  • the volume 14 may be divided into a plurality of chambers.
  • the exhaust gas supply pipe 15, in particular the inner pipe 17 of the exhaust gas supply pipe 15, opens into one of the chambers, and the exhaust gas discharge pipe 19 opens into another of the chambers.
  • the exhaust gas A then flows from the exhaust gas supply pipe 15 via the individual chambers to the exhaust gas discharge pipe 19.
  • the exhaust gas A is dammed up in the exhaust gas silencer 7 in order to homogenize a flow of the exhaust gas A.
  • the sound is reflected in the chambers, on the lid 8, the base 9, the side walls 10, 11, the front wall 12 and the rear wall 13, which results in a sound reduction.
  • the exhaust gas discharge pipe 19 includes an exhaust gas outlet 20 through which the exhaust gas A leaves the exhaust gas silencer 7 again.
  • the exhaust gas silencer 7 is heated by the hot exhaust gas A.
  • the exhaust silencer system 6 includes a cooling air guide housing 21, which is not shown in FIG. 3.
  • the cooling air guide housing 21 is firmly connected to the exhaust silencer 7.
  • the cooling air guide housing 21 is screwed, riveted or welded to the exhaust silencer 7.
  • the cooling air guide housing 21 covers the bottom 9, the second side wall 11 and the front wall 12 at least in sections.
  • the cooling air guide housing 21 comprises a side wall 22, which is arranged, for example, parallel to the second side wall 11 of the exhaust silencer 7 and at a distance from it. Furthermore, the cooling air guide housing 21 includes a floor 23, which is spaced apart from and parallel to the floor 9 of the exhaust silencer 7.
  • the cooling air guide housing 21 can also be designed in such a way that it also envelops the cover 8 and/or the first side wall 10.
  • the cooling air guide housing 21 comprises a cooling air distributor 24 for evenly distributing cooling air L, which is supplied to the cooling air distributor 24 via a cooling air inlet 25.
  • the cooling air L can be supplied to the cooling air inlet 25, for example, passively by the wind when the vehicle 1 is moving in the direction of travel F.
  • a ventilation device 26 is particularly preferred provided, which enables forced flow of the cooling air L through the cooling air guide housing 21.
  • the ventilation device 26 can, for example, be an electrically driven fan, which supplies the cooling air L to the cooling air inlet 25 via suitable piping.
  • the cooling air guide housing 21 further comprises a cooling air collector 27 with a cooling air outlet 28, from which the cooling air L emerges again from the cooling air guide housing 21.
  • the cooling air outlet 28 is curved in a kidney shape or in an arc shape and runs at least in sections around the exhaust gas outlet 20 of the exhaust gas silencer 7.
  • the cooling air L emerging from the cooling air outlet 28 forms a cooling air curtain which extends at least in sections around the hot exhaust gas A flowing out of the exhaust gas outlet 20 and which shields the exhaust gas A.
  • a suitable mixing of the exhaust gas A with the cooling air L can only be achieved at a certain distance from the exhaust gas outlet 20.
  • a cooling air channel 29 is formed between the exhaust silencer 7, in particular between the floor 9 and the second side wall 11 of the exhaust silencer 7, and the cooling air guide housing 21, through which the cooling air L flows.
  • the cooling air guide housing 21 is shown only in a very simplified manner and does not cover the base 9.
  • the exhaust silencer system 6 includes an electro-thermal converter device 30 attached to the outside of the exhaust silencer 7 and inside the cooling air guide housing 21.
  • the converter device 30 is suitable for extracting heat W from the exhaust silencer 7 and thus indirectly from the exhaust gas A and releasing it to the cooling air L.
  • the converter device 30 is also suitable for extracting heat W from the cooling air L and delivering it to the exhaust silencer 7.
  • the converter device 30 can also be suitable for converting heat W into electrical energy using a temperature difference between the exhaust silencer 7 and the cooling air L.
  • the converter device 30 is arranged in the cooling air duct 29.
  • the converter device 30 covers, for example, the floor 9 and the second side wall 11 of the exhaust silencer 7 at least in sections.
  • Two transducer devices 30 can be provided, one being placed on the floor 9 and the other on the second side wall 11. Furthermore, the converter device 30 can also be provided on the cover 8, the first side wall 10, the front wall 12 and/or the rear wall 13 of the exhaust silencer 7. In particular, the cover 8, the first side wall 10, the front wall 12 and/or the rear wall 13 can each also be assigned their own converter device 30.
  • the converter device 30 comprises a plurality of electrothermal converter elements 31, of which only one is shown in FIG. 5.
  • the number of converter elements 31 is basically arbitrary. Only one converter element 31 will be discussed below.
  • the transducer element 31 has a dimension of 20 to 90 mm x 20 to 90 mm and a thickness of 3 to 5 mm.
  • the converter element 31 includes a hot side 32, which faces the exhaust silencer 7, and a cold side 33, which faces away from the exhaust silencer 7.
  • a layer of a material with high thermal conductivity 34 is provided between the hot side 32 and the exhaust silencer 7.
  • the material with high thermal conductivity 34 ensures good heat transfer from the exhaust silencer 7 to the hot side 32.
  • the term “material with high thermal conductivity” can be replaced by the term “thermal paste” and vice versa.
  • a heat sink 35 is provided on the cold side 33 and projects into the cooling air duct 29.
  • Each converter element 31 can have its own heat sink 35.
  • a plurality of converter elements 31 preferably share a common heat sink 35.
  • all converter elements 31 that are provided on the second side wall 11 can have a common heat sink 35.
  • all transducer elements 31, which are provided on the base 9, can also comprise a common heat sink 35.
  • the heat sink 35 comprises a plate-shaped base section 36 and a plurality of cooling fins 37 extending from the base section 36, between which the cooling air L flows.
  • the heat sink 35 can be made of aluminum, for example.
  • a further layer of the material with high thermal conductivity 38 is provided between the cold side 33 and the heat sink 35, in particular the base section 36 of the heat sink 35.
  • the material with high thermal conductivity 38 ensures good heat transfer from the cold side 33 to the heat sink 35.
  • the exhaust silencer system 6 further comprises a control and/or regulating device 39 for controlling the converter device 30.
  • the control and/or regulating device 39 can also be suitable for controlling the ventilation device 26, for example switching it on and off and/or a volume flow of the cooling air L to regulate.
  • the control and/or regulating device 39 is particularly suitable for controlling each converter element 31 individually.
  • “individual” means in particular that the control and/or regulating device 39 can control each converter element 31 independently of all other converter elements 31, as will be explained below.
  • the converter element 31 can be activated by the control and/or regulating device 39 applying a voltage to the converter element 31.
  • the exhaust silencer system 6 can be covered at least in sections by an outer shell 40, in particular a side wall of the outer shell 40.
  • the exhaust silencer 7 can heat the outer shell 40 at least in sections, whereby this heat radiates and can thus contribute to the heat signature S.
  • the outer shell 40 can be open towards the surface O.
  • heat signature can be understood to mean thermal radiation or infrared radiation, which can be detected and displayed by a photoreceiver of a thermal imaging device.
  • each vehicle type of vehicle 1 has a characteristic heat signature S. Because the converter device 30 influences the heat signature S of the exhaust silencer system 6, in particular the exhaust silencer 7, either this characteristic assignment is no longer possible or the vehicle 1 can no longer be recognized at all. In this latter case, infrared camouflage takes place in the form of a stealth technology.
  • the temperature T is plotted diagrammatically over the z-direction z.
  • the hot exhaust gas A which has a temperature of up to 700 ° C, is passed through the exhaust gas supply pipe 15 into the exhaust gas silencer 7.
  • the exhaust gas silencer 7 accumulates the exhaust gas A to homogenize the flow of the exhaust gas A, which causes the exhaust gas silencer 7 to heat up over the duration of operation of the internal combustion engine 5.
  • a schematic curve of the temperature T shows in this area only a slight cooling of the temperature of the exhaust gas A from the exhaust gas supply pipe 15 to the side walls 10, 11 of the exhaust gas silencer 7.
  • a first operating state which is shown in FIG. 5
  • the converter element 31 is subjected to a voltage which increases the transport of heat W from the hot side 32 to the cold side 33.
  • the converter element 31 releases the heat W via the heat sink 35 to the cooling air L flowing through the cooling air duct 29.
  • 5 shows, a drop in the temperature T occurs via the converter element 31 and the cooling air duct 29, so that the cooling air guide housing 21 has a significantly lower temperature T than the exhaust gas A flowing into the exhaust silencer 7.
  • the exhaust gas A or the exhaust gas silencer 7 is actively cooled.
  • “Active” in the present case means that by applying the voltage to the converter element 31, the heat W is removed from the exhaust gas A or the exhaust gas silencer 7 and released to the cooling air L via the heat sink 35. “Active” also means in particular that energy is used to transport the heat W away from the exhaust silencer 7.
  • the exhaust gas A is therefore actively cooled and, compared to an exhaust silencer system without such a converter device 30, exits the exhaust gas outlet 20 at a significantly lower temperature T.
  • the heated cooling air L which is, however, still cooler than the cooled exhaust gas A, emerges from the cooling air outlet 28.
  • the emerging cooling air L shields the warmer exhaust gas A in a curtain-like manner through the arcuate geometry of the cooling air outlet 28.
  • the converter device 30 interrupts a heat flow from the hot side 32 to the cold side 33. This can be done by reversing the voltage applied to the converter element 31 in the first operating state. In particular, heat W can also be transferred from the cooling air L to the exhaust silencer 7 in the second operating state.
  • the heat W is retained in the exhaust silencer 7 and therefore cannot heat the outer shell 40 of the vehicle 1. This is particularly advantageous in a hybrid vehicle in which the internal combustion engine 5 is operated in start-stop cycles.
  • the converter device 30 can be switched from the first operating state or from the second operating state into a third operating state that differs from the first operating state and the second operating state, in which the converter device 30 can be switched with the aid of the Temperature difference between the hot side 32 and the cold side 33 converts thermal energy into electrical energy.
  • the so-called Seebeck effect is used here.
  • the converter element 31 acts as a thermoelectric generator, which converts the thermal energy into electrical energy due to the resulting temperature difference between the exhaust silencer 7 and the heat sink 35.
  • the temperature of the exhaust gas A can also be reduced.
  • the reduction in the temperature of the exhaust gas A is not as great in the third operating state as in the first operating state.
  • the electrical energy obtained can be temporarily stored in an energy storage device 41, for example an accumulator, in the vehicle 1.
  • the energy storage 41 can also be used to supply energy to the control and/or regulating device 39 and/or the converter device 30.
  • the thermoelectric generator part of the energy that was converted into heat W can be recovered.
  • this effect can be used in particular to extend the purely electric operation. This can, for example, advantageously extend the service life of the vehicle 1.
  • the possibility of thermal signature reduction and / or control contributes significantly to the survivability of the vehicle 1 and its crew members. In this way, it can be actively prevented that thermal hotspots on the vehicle 1 reveal its position on the one hand and its identity on the other.
  • the use of the exhaust silencer system 6 can therefore have a positive effect on both safety and the duration of use.
  • the converter elements 31 can be controlled individually. It is therefore possible to generate a predetermined pattern in the heat signature S of the exhaust silencer 7 with the aid of the control and/or regulating device 39.
  • the predetermined pattern can, for example, be a heat signature of another vehicle type stored in the control and/or regulating device 39. Thus deception about the identity of the vehicle 1 is possible.
  • the heat signature S of the exhaust silencer system 6 can adapt to a building or another vehicle in front of which the vehicle 1 is standing.
  • the exhaust silencer system 6 can include a sensor system 42, which can detect the heat signature of the environment U and/or the surface O.
  • the sensor system 42 can include an infrared sensor.
  • the sensor system 42 can provide the control and/or regulating device 39 with sensor signals.
  • the control and/or regulating device 39 can then control the converter device 30 based on the sensor signals in such a way that the heat signature S of the exhaust silencer system 6 adapts to the heat signature of the environment U and/or the surface O.
  • step S1 heat W is actively removed from the exhaust silencer 7 and thus from the exhaust gas A using the converter device 30.
  • step S2 the heat W is given off to the cooling air L flowing through the cooling air guide housing 21. This is done with the help of the heat sink 35.
  • the heat signature S of the exhaust silencer system 6 can be influenced.
  • the active extraction of the heat W takes place in the first operating state of the converter device 30.
  • the heat flow from the converter device 30 is interrupted from the hot side 32 of the converter device 30 facing the exhaust silencer 7 to the cold side 33 of the converter device 30 facing away from the exhaust silencer 7. This can be done in that a voltage with which the converter device 30 or the converter elements 31 is energized in the first operating state are reversed.
  • heat W can also be transferred from the cooling air L to the exhaust silencer 7.
  • thermal energy is converted into electrical energy with the aid of the converter device 30 due to the temperature difference between the hot side 32 of the converter device 30 and the cold side 33 of the converter device 30 or the converter elements 31.
  • This electrical energy can be temporarily stored in the energy storage 41.
  • a predetermined pattern can be generated in the heat signature S of the exhaust silencer system 6, in particular the exhaust silencer 7.
  • the heat signature S of the exhaust silencer system 6 can be adapted to the heat signature of the environment U and/or the surface O. This allows the vehicle 1 to be camouflaged in infrared.

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Abstract

Abgasschallschalldämpferanlage (6) für ein geschütztes Fahrzeug (1), mit einem Abgasschalldämpfer (7), einem an dem Abgasschalldämpfer (7) angebrachten Kühlluftführungsgehäuse (21), und einer außenseitig an dem Abgasschalldämpfer (7) und innerhalb des Kühlluftführungsgehäuses (21) angebrachten elektrothermischen Wandlereinrichtung (30) zum aktiven Entziehen von Wärme (W) aus dem Abgasschalldämpfer (7), welche die Wandlereinrichtung (30) an durch das Kühlluftführungsgehäuse (21) strömende Kühlluft (L) abgibt, um eine Wärmesignatur (S) der Abgasschallschalldämpferanlage (6) zu beeinflussen.

Description

ABGASSCHALLDÄMPFERANLAGE, GESCHÜTZTES FAHRZEUG UND VERFAHREN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasschalldämpferanlage für ein geschütztes Fahrzeug, ein geschütztes Fahrzeug mit einer derartigen Abgasschalldämpferanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Abgasschalldämpferanlage.
Bei militärischen Fahrzeugen wird großer Wert auf eine Signaturreduzierung in allen Belangen gelegt. Ein dabei auftretendes Problem kann die Herausleitung von heißen Abgasen eines Verbrennungsmotors aus dem Fahrzeug sein. Aufgrund von zumeist kurzen und direkten Abgaswegen kann an der Stelle eines Abgasaustritts aus dem F ahrzeug ein sogenannter Hotspot auftreten, der nur unwesentlich kälter als eine Austrittstemperatur des Abgases aus dem Verbrennungsmotor selbst ist. Zudem erwärmt die Abgasstrecke auch umliegende Komponenten des F ahrzeugs und somit auch eine F ahrzeughülle selbst.
Aus dieser Erwärmung entsteht ein für jeden Fahrzeugtyp charakteristisches Muster, insbesondere eine charakteristische Wärmesignatur, mit dessen Hilfe feindliche Aufklärer genau den Fahrzeugtyp bestimmen können. Bei einem hybriden Antriebsstrang kommt noch hinzu, dass der Verbrennungsmotor nicht während des gesamten Betriebs des Fahrzeugs läuft, sondern nach Bedarf einen Start-Stopp-Zyklus durchläuft. Hierbei entsteht das Problem von immer wieder auftretender Stauwärme in einem Abgasrohr, welches sich dadurch überproportional erwärmt und somit die Hotspot'Problematik noch vergrößert.
Gemäß betriebsinternen Erkenntnissen wird bei militärischen Fahrzeugen versucht, die Abgasstrecke künstlich zu verlängern und mit einer Hülle aus wärmeisolierendem Material zu umgeben. Durch die längere Abgasstrecke wird mehr Wärme an die Umgebung abgegeben, was die Abgastemperatur am Abgasaustritt verringert. Zudem ist es möglich, das Abgas vor dem Abgasaustritt mit einem Kühlluftstrom oder einem zusätzlichen Luftstrom aus dem F ahrzeug zu vermischen. Die vorgenannten Lösungsansätze sind jedoch mit viel Bauraum und hohen Massen verbunden. Das Problem der charakteristischen Wärmesignatur wird nur unzureichend gelöst. Insbesondere nach dem Ausschalten des Verbrennungsmotors und dessen Abkühlung verbreitet sich die austretende Wärme unkontrolliert und erwärmt das gesamte F ahrzeug. Dies gilt es zu verbessern.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Schalldämpferanlage für ein geschütztes Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.
Demgemäß wird eine Abgasschalldämpferanlage für ein geschütztes Fahrzeug vorgeschlagen. Die Abgasschalldämpferanlage umfasst einen Abgasschalldämpfer, ein an dem Abgasschalldämpfer angebrachtes Kühlluftführungsgehäuse, und eine außenseitig an dem Abgasschalldämpfer und innerhalb des Kühlluftführungsgehäuses angebrachte elektrothermische Wandlereinrichtung zum aktiven Entziehen von Wärme aus dem Abgasschalldämpfer, welche die Wandlereinrich- tung an durch das Kühlluftführungsgehäuse strömende Kühlluft abgibt, um eine Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage zu beeinflussen.
Dadurch, dass mit Hilfe der Wandlereinrichtung die Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage beeinflusst oder verändert werden kann, ist eine eindeutige Identifizierung des Fahrzeugtyps eines Fahrzeugs mit einer derartigen Abgasschalldämpferanlage nicht mehr möglich. Die Abgasschalldämpferanlage trägt somit zur Überlebensfähigkeit des Fahrzeugs sowie dessen Besatzungsmitgliedern bei. Mit Hilfe der Abgasschalldämpferanlage kann aktiv verhindert werden, dass thermische Hotspots an dem Fahrzeug zum einen die Stellung und zum anderen die Identität des Fahrzeugs verraten.
Die Abgasschalldämpferanlage kann insbesondere ein Endschalldämpfer sein. Die Abgasschalldämpferanlage kann beispielsweise in einem Heckbereich, einem Frontbereich oder einem Seitenbereich des Fahrzeugs angeordnet sein. Der Abgasschalldämpfer ist insbesondere ein Resonanzabgasschalldämpfer. Der Abgasschalldämpfer kann jedoch auch ein Absorptionsabgasschalldämpfer sein. Der Abgasschalldämpfer ist vorzugsweise quaderförmig oder zylinderförmig aufge- baut und umfasst ein Abgaszuführrohr zum Zuführen von Abgas von einem Verbrennungsmotor zu dem Abgasschalldämpfer und ein Abgasabführrohr zum Abführen des Abgases von dem Abgasschalldämpfer.
Der Abgasschalldämpfer umschließt ein Volumen, welches vorzugsweise in mehrere Kammern unterteilt ist. Beispielsweise mündet das Abgaszuführrohr in eine der Kammern und das Abgasabführrohr mündet in eine andere der Kammern. Das Abgas strömt somit von dem Abgaszuführrohr durch die Kammer zu dem Abgasabführrohr, wobei der Schall in den Kammern reflektiert wird. Hierdurch wird eine Schallreduktion erzielt.
Der Abgasschalldämpfer kann einen Deckel, welcher einer Oberfläche, auf welcher das Fahrzeug fährt, abgewandt ist, einen Boden, welcher der Oberfläche zugewandt ist, zwei einander zugewandte Seitenwände, eine Vorderwand und eine Rückwand umfassen. Der Abgasschalldämpfer kann aus Stahlblech, insbesondere aus Edelstahlblech, gefertigt sein.
Das Kühlluftführungsgehäuse umschließt oder umhüllt den Abgasschalldämpfer zumindest abschnittsweise. Beispielsweise bedeckt das Kühlluftführungsgehäuse eine der Seitenwände und den Boden des Abgasschalldämpfers. Das Kühlluftführungsgehäuse kann jedoch den Abgasschalldämpfer auch vollständig umschließen oder umhüllen. Zwischen dem Abgasschalldämpfer und dem Kühlluftführungsgehäuse ist ein Kühlluftkanal ausgebildet, in dem die Wandlereinrichtung platziert ist. Durch den Kühlluftkanal strömt die Kühlluft. Das Kühlluftführungsgehäuse ist insbesondere fest mit dem Abgasschalldämpfer verbunden. Beispielsweise ist das Kühlluftführungsgehäuse mit dem Abgasschalldämpfer vernietet, verschraubt oder verschweißt.
Dass die Wandlereinrichtung "außenseitig" an dem Abgasschalldämpfer angebracht ist, bedeutet vorliegend, dass die Wandlereinrichtung nicht in dem von dem Abgasschalldämpfer umschlossenen Volumen, sondern außerhalb des Volumens, beispielsweise an einer der Seitenwände und/oder dem Boden des Abgasschalldämpfers, angeordnet ist. "Innerhalb" des Kühlluftführungsgehäuses bedeutet vorliegend insbesondere, dass die Wandlereinrichtung in dem zuvor er- wähnten Kühlluftkanal platziert ist. Das heißt, dass das Kühlluftführungsgehäuse die Wandlereinrichtung abdeckt. Die Abgasschalldämpferanlage kann mehrere Wandlereinrichtungen umfassen. Beispielsweise ist an dem Boden und an einer der Seitenwände jeweils eine separate Wandlereinrichtung platziert.
Unter einer "elektrothermischen Wandlereinrichtung" ist vorhegend ein Bauteil oder eine Einrichtung zu verstehen, welche dazu eingerichtet ist, durch das Zuführen von elektrischer Energie Wärme zu transportieren oder Wärme in elektrische Energie umzuwandeln. Ein Beispiel für eine derartige Wandlereinrichtung ist ein sogenanntes Peltier-Element. Zum Ansteuern der Wandlereinrichtung ist bevorzugt eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen.
Dass die Wandlereinrichtung die Wärme "aktiv" aus dem Abgasschalldämpfer entzieht, bedeutet vorliegend insbesondere, dass der Wandlereinrichtung Energie, insbesondere elektrische Energie, zugeführt wird, damit die Wandlereinrich- tung die Wärme aus dem Abgasschalldämpfer entzieht. Der Abgasschalldämpfer selbst wird durch das Abgas erwärmt. Somit entzieht die Wandlereinrichtung dem Abgas die Wärme indirekt über den Abgasschalldämpfer.
Unter der "Wärmesignatur" der Abgasschalldämpferanlage kann vorliegend die Wärmestrahlung, insbesondere die Infrarotstrahlung, zu verstehen sein, welche die Abgasschalldämpferanlage aussendet und welche insbesondere von einem Photoempfänger eines Wärmebildgerätes erfasst und beispielsweise auf einem Bildschirm dargestellt werden kann. Die Wärmesignatur entsteht insbesondere dadurch, dass die Abgasschalldämpferanlage Wärme, insbesondere in Form von Infrarotstrahlung, aussendet. Ferner resultiert die Wärmesignatur auch aus einer Erwärmung von die Abgasschalldämpferanlage umgebenden Komponenten des Fahrzeugs, die ebenfalls Wärme aussenden.
Wie zuvor erwähnt, kann die Wärmesignatur charakteristisch für einen bestimmten Fahrzeugtyp sein. Diese Charakteristik resultiert aus einer zweidimensionalen Geometrie, insbesondere einem Umriss, der Wärmesignatur und einem Muster der Wärmesignatur. Unter einem "Muster" ist vorliegend zu verstehen, dass die Wärmesignatur Bereiche mit großer Wärmeabstrahlung und Bereiche mit einer Wärmeabstrahlung aufweist, die kleiner ist als die der erstgenannten Bereiche. Die Wärmesignatur kann beliebig viele unterschiedliche Bereiche umfassen, die unterschiedliche Wärmeströme oder unterschiedliche Strahlungsintensitäten aufweisen.
Darunter, dass die Wärmesignatur "beeinflusst" oder "verändert" wird, ist insbesondere zu verstehen, dass die ausgestrahlte Wärmestrahlung beispielsweise reduziert wird oder dass diese beispielsweise an gewissen charakteristischen Bereichen des Fahrzeugs nicht mehr abgestrahlt wird. Beispielsweise kann die zweidimensionale Geometrie und/oder das Muster der Wärmesignatur beeinflusst werden. Insbesondere kann durch das Beeinflussen oder Verändern der Wärmesignatur eine thermische Signaturreduzierung oder Signatursteuerung erzielt werden.
Die Kühlluft kann beispielsweise durch bei einer Fahrbewegung des Fahrzeugs entstehenden Fahrtwind durch das Kühlluftführungsgehäuse gepresst werden. Alternativ kann auch eine Lüftungseinrichtung vorgesehen sein, welche das Kühlluftführungsgehäuse zwangsweise mit der Kühlluft durchströmt. Dies weist den Vorteil auf, dass die Kühlluft auch bei einem Stillstand des F ahrzeugs und/oder einem Stillstand des Verbrennungsmotors weiter durch das Kühlluftführungsgehäuse strömt. Die Lüftungseinrichtung kann ebenfalls von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung angesteuert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Wandlereinrichtung aus einem ersten Betriebszustand, in dem die Wandlereinrichtung die Wärme an die durch das Kühlluftführungsgehäuse strömende Kühlluft abgibt, in einen zweiten Betriebszustand schaltbar, indem die Wandlereinrichtung einen Wärmestrom von einer dem Abgasschalldämpfer zugewandten Heißseite der Wandlereinrichtung zu einer dem Abgasschalldämpfer abgewandten Kaltseite der Wandlereinrichtung unterbricht.
Zum Schalten der Wandlereinrichtung umfasst die Abgasschalldämpferanlage die zuvor erwähnte Steuer- und/oder Regeleinrichtung. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist beispielsweise geeignet, die Wandlereinrichtung zu bestromen. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann eine Rechnereinheit umfassen. Vorzugsweise umfasst die Wandlereinrichtung eine Vielzahl an Wandlerelementen, wobei jedes Wandler element eine Heißseite und eine Kaltseite aufweist. Die Heißseite kann auch als Heißseite der Wandlereinrichtung und die Kaltseite kann auch als Kaltseite der Wandlereinrichtung bezeichnet werden. Insbesondere wird für das Schalten der Wandlereinrichtung aus dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand eine an der Wandlereinrichtung in dem ersten Betriebszustand anliegende Spannung umgepolt, so dass die Wandlereinrichtung die Wärme nicht mehr von dem Abgasschalldämpfer wegführt, sondern den Wärmefluss unterbricht. Insbesondere kann die Wandlereinrichtung in dem zweiten Betriebszustand dem Abgasschalldämpfer Wärme zuführen. Das heißt insbesondere, dass die Wandlereinrichtung in dem zweiten Betriebszustand Wärme aus der Kühlluft aufnehmen und an den Abgasschalldämpfer abgeben kann. In dem zweiten Betriebszustand wird somit verhindert, dass der Abgasschalldämpfer Wärme abgeben kann. Die Wärme wird mit Hilfe der Wandlereinrichtung insbesondere aktiv in dem Abgasschalldämpfer gehalten. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das F ahrzeug ein Hybridfahrzeug ist und der Verbrennungsmotor nicht ständig läuft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Wandlereinrichtung aus dem ersten Betriebszustand oder aus dem zweiten Betriebszustand in einen dritten Betriebszustand schaltbar, in dem die Wandlereinrichtung mit Hilfe einer Temperaturdifferenz zwischen der Heißseite der Wandlereinrichtung und der Kaltseite der Wandlereinrichtung Wärmeenergie in elektrische Energie umwandelt.
Auch dieses Schalten kann mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung erfolgen. Insbesondere entzieht die Wandlereinrichtung auch in dem dritten Betriebszustand Wärme aus dem Abgasschalldämpfer. Es wird in dem dritten Betriebszustand jedoch weniger Wärme entzogen als in dem ersten Betriebszustand. Insbesondere wird in dem dritten Betriebszustand keine zusätzliche elektrische Energie aufgewandt, um die Wärme zu entziehen. Die in dem dritten Betriebszustand gewonnene elektrische Energie kann in einen Energiespeicher, insbesondere in einen Akkumulator, des Fahrzeugs eingespeist werden. Die Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie erfolgt mit Hilfe des so- genannte Seebeck-Effekts. Es kann somit ein Teil der Energie, welche in Wärme umgesetzt wird, zurückgewonnen werden. Für den Fall, dass das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist, kann dieser Effekt insbesondere zur Verlängerung des rein elektrischen Betriebs genutzt werden. Hierdurch kann beispielsweise die Dauer eines Einsatzes des Fahrzeugs verlängert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wandlereinrichtung eine Vielzahl von elektrothermischen Wandlerelementen, die individuell ansteuerbar sind, um in der Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage ein vorgegebenes Muster zu erzeugen.
Die Wandlerelemente sind vorzugsweise Peltier-Elemente. Die Wandlerelemente können beispielsweise jeweils eine Abmessung von 20 bis 90 mm x 20 bis 90 mm bei einer Dicke von 3 bis 5 mm aufweisen. Dass die Wandlerelemente "individuell" ansteuerbar sind, bedeutet vorliegend, dass jedes Wandlerelement unabhängig von allen anderen Wandlerelementen ansteuerbar, beispielsweise bestrom- bar, ist. Beispielsweise können mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung beliebige Wandlerelemente in beliebige Betriebszustände geschalten werden. Das vorgegebene Muster kann beispielsweise eine Wärmesignatur eines anderen Fahrzeugs sein, dessen Wärmesignatur vorgetäuscht werden soll. Die Wandlerelemente der Wandlereinrichtung sind vorzugsweise rasterförmig, musterförmig oder schachbrettartig angeordnet. Das heißt, dass die Wandlerelemente in Zeilen und Spalten platziert sind. Die Gesamtheit aller Wandlerelemente zusammen bildet die Wandlereinrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Wandlerelemente derart ansteuerbar, dass sich die Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage an eine Wärmesignatur einer Umgebung der Abgasschalldämpferanlage anpasst.
Insbesondere kann sich die Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage an die Umgebung des F ahrzeugs und/oder an eine Oberfläche, auf der sich das Fahrzeug fortbewegt, anpassen. Beispielsweise kann sich die Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage an ein Gebäude oder ein anderes Fahrzeug anpassen, von dem das Fahrzeug mit der Abgasschalldämpferanlage steht. Hierdurch ist eine gute Tarnung des Fahrzeugs möglich. Die Abgasschalldämpferanlage kann eine Sensorik umfassen, welche die Wärmesignatur der Umgebung und/oder der Oberfläche erfassen kann. Die Sensorik kann beispielsweise einen Infrarotsensor umfassen. Die Sensorik kann der Steuer- und/oder Regeleinrichtung Sensorsignale zur Verfügung stellen. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung kann dann die Wandlereinrichtung beziehungsweise die einzelnen Wandlerelemente basierend auf den Sensorsignalen derart ansteuern, dass sich die Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage an die Wärmesignatur der Umgebung und/oder der Oberfläche anpasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wandlereinrichtung einen Kühlkörper, der in einem zwischen dem Abgasschalldämpfer und dem Kühlluftführungsgehäuse vorgesehenen Kühlluftkanal hineinragt.
Vorzugsweise weisen die Wandlerelemente einen gemeinsamen Kühlkörper auf. Es kann jedoch auch jedes Wandlerelement einen eigenen Kühlkörper aufweisen. Der Kühlkörper ist insbesondere mit Hilfe einer Schicht eines Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere einer Schicht Wärmeleitpaste, thermisch leitend an die Wandlerelemente angebunden. Die Wandlerelemente wiederum sind mit ihrer Heißseite mit Hilfe einer weiteren Schicht des Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere einer weiteren Schicht Wärmeleitpaste, an den Abgasschalldämpfer angebunden. Der Kühlkörper ist vorzugsweise aus Aluminium gefertigt. Der Kühlkörper umfasst Kühlrippen, durch welche die Kühlluft strömt. Die Kühlrippen sind dabei derart angeordnet, dass die Kühlluft parallel zu den Kühlrippen durch diese hindurchströmt. Die Kühlrippen erstrecken sich aus einem plattenförmigen Basis ab schnitt des Kühlkörpers heraus. Der Basisabschnitt ist wärmeleitend an die Wandlerelemente angebunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Wandlereinrichtung an einem Boden und an einer Seitenwand des Abgasschalldämpfers angebracht.
Beispielsweise können die Wandlerelemente, die an dem Boden angeordnet sind, und die Wandlerelemente, die an der Seitenwand angeordnet sind, jeweils einen eigenen Kühlkörper umfassen. Die Wandlereinrichtung kann jedoch auch an der Decke, der zweiten Seitenwand, der Vorderseite und/oder der Rückseite des Abgasschalldämpfers angebracht sein. Vorzugsweise ist die Wandlereinrichtung an denjenigen Bereichen des Ab gasschalldämpfers angebracht, welche zu der Umgebung des F ahrzeugs nach außen weisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Abgasschalldämpfer einen Abgasauslass, wobei das Kühlluftführungsgehäuse einen Kühlluftauslass umfasst, und wobei der Kühlluftauslass zumindest abschnittsweise um den Abgasauslass herum geführt ist.
Beispielsweise ist der Abgasauslass kreisrund. Der Kühlluftauslass kann bogenförmig oder nierenförmig gekrümmt sein. Die aus dem Kühlluftauslass austretende Kühlluft, welche kälter als das abgekühlte Abgas ist, bildet somit einen Vorhang oder eine Mantelströmung um das ausströmende abgekühlte Abgas. Hierdurch kann nochmals eine Signaturreduzierung an dem Abgasauslass erzielt werden. Die Kühlluft und das Abgas mischen sich somit erst in einem gewissen Abstand hinter dem Abgasauslass. Die Bildung eines Hotspots wird verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kühlluftführungsgehäuse einen Kühlluftverteiler zum gleichmäßigen Verteilen der Kühlluft auf die Wandlereinrichtung, wobei dem Kühlluftverteiler die Kühlluft mit Hilfe eines Kühllufteinlasses des Kühlluftführungsgehäuses zuführbar ist.
Das Kühlluftführungsgehäuse umfasst auch einen Kühlluftsammler, der die Kühlluft nach dem Umströmen des Kühlkörpers oder der Kühlkörper dem Kühlluftauslass zuführt. Die Kühlluft kann dem Kühllufteinlass beispielsweise mit Hilfe der zuvor erwähnten Lüftungseinrichtung zugeführt werden. Die Steuer und/oder Regeleinrichtung kann auch geeignet sein, die Lüftungseinrichtung anzusteuern, so dass diese beispielsweise ein- und ausgeschaltet und/oder ein Volumenstrom der Kühlluft geregelt werden kann.
Ferner wird ein geschütztes Fahrzeug mit einer derartigen Abgasschalldämpfer- anlage vorgeschlagen. Die Abgasschalldämpferanlage ist insbesondere in einem Frontbereich, einem Heckbereich oder einem Seitenbereich des Fahrzeugs angeordnet. Insbesondere ist die Abgasschalldämpferanlage unter einem Boden des Fahrzeugs platziert. Dass das Fahrzeug "geschützt" ist, bedeutet vorliegend, dass das Fahrzeug gegen Beschuss, Sprengfallen, unkonventionelle Spreng- oder Brandvorrichtungen (USBV, EnglJ Improvised Explosive Device, IED), Minen oder dergleichen geschützt ist. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Radfahrzeug. Das Fahrzeug kann jedoch auch ein Kettenfahrzeug sein. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Wannenfahrzeug. Das Fahrzeug umfasst vorzugsweise eine Fahrgastzelle, welche geschützt, insbesondere gepanzert, ist und Besatzungsmitglieder aufnehmen kann.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Abgasschalldämpferanlage für ein geschütztes Fahrzeug vorgeschlagen. Dabei umfasst die Abgasschalldämpferanlage einen Abgasschalldämpfer, ein an dem Abgasschalldämpfer angebrachtes Kühlluftführungsgehäuse, und eine außenseitig an dem Abgasschalldämpfer und innerhalb des Kühlluftführungsgehäuses angebrachte elekt- rothermische Wandlereinrichtung. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) aktives Entziehen von Wärme aus dem Abgasschalldämpfer mit Hilfe der Wandlereinrichtung, und b) Abgeben der Wärme an durch das Kühlluftführungsgehäuse strömende Kühlluft mit Hilfe der Wandlereinrichtung, wodurch eine Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage beeinflusst wird.
Durch das Entziehen der Wärme aus dem Abgasschalldämpfer wird das Abgas abgekühlt, wodurch sich beispielsweise eine Signaturreduzierung ergibt. Dass die Wandlereinrichtung die Wärme "aktiv" entzieht, bedeutet vorliegend insbesondere, dass der Wandlereinrichtung Energie, insbesondere elektrische Energie, zum Transportieren der Wärme von dem Abgasschalldämpfer zu der Kühlluft zugeführt wird. "Passiv" kann im Gegensatz hierzu die Wärme beispielsweise durch Wärmestrahlung abgeführt werden. "Beeinflussen" heißt vorliegend insbesondere, dass die Wärmesignatur gesteuert und/oder reduziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Wandlereinrichtung aus einem ersten Betriebszustand, in dem die Wandlereinrichtung die Wärme an die durch das Kühlluftführungsgehäuse strömende Kühlluft abgibt, in einen zweiten Betriebszu- stand schaltbar, in dem von der Wandlereinrichtung ein Wärmestrom von einer dem Abgasschalldämpfer zugewandten Heißseite der Wandlereinrichtung zu einer dem Abgasschalldämpfer abgewandten Kaltseite der Wandlereinrichtung unterbrochen wird.
Insbesondere wird in dem zweiten Betriebszustand der Wärmestrom von der Heißseite zu der Kaltseite dadurch unterbrochen, dass eine Spannung, mit der die Wandlereinrichtung in dem ersten Betriebszustand beaufschlagt wird, umgepolt wird. Somit wird ein Wärmestau in dem Abgasschalldämpfer erreicht. Die Wärme kann somit nicht an die Kühlluft abgegeben werden. Vielmehr transportiert die Wandlereinrichtung in dem zweiten Betriebszustand gegebenenfalls Wärme von der Kühlluft in den Abgasschalldämpfer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Wandlereinrichtung aus dem ersten Betriebszustand oder aus dem zweiten Betriebszustand in einen dritten Betriebszustand schaltbar, in dem von der Wandler einrichtung mit Hilfe einer Temperaturdifferenz zwischen der Heißseite der Wandlereinrichtung und der Kaltseite der Wandler einrichtung Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Hierzu wird der sogenannte Seebeck-Effekt genutzt. Die elektrische Energie kann in dem Energiespeicher des Fahrzeugs zwischengespeichert werden. Hierdurch ist es insbesondere für den F all, dass das F ahrzeug ein Hybridfahrzeug ist, möglich, dass eine Einsatzdauer des Fahrzeugs verlängert wird. Der Energiespeicher kann auch zur Energieversorgung der Steuer- und/oder Regeleinrichtung und der Wandler einrichtung verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wandler einrichtung eine Vielzahl von elektrothermischen Wandlerelementen, die individuell angesteuert werden, so dass in der Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage ein vorgegebenes Muster erzeugt wird.
Die Wandlerelemente werden mit Hilfe der zuvor erwähnten Steuer- und/oder Regeleinrichtung individuell angesteuert. Jedes Wandlerelement kann somit be- liebig in den ersten Betriebszustand, den zweiten Betriebszustand oder den dritten Betriebszustand geschaltet werden. Das vorgegebene Muster kann beispielsweise auf einem Datenträger der Steuer- und/oder Regeleinrichtung hinterlegt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Wandlerelemente derart angesteuert, dass die Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage an eine Wärmesignatur einer Umgebung der Abgasschalldämpferanlage angepasst wird.
Insbesondere kann die Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage auch an die Oberfläche angepasst werden, auf der sich das Fahrzeug bewegt. Beispielsweise kann die Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage an ein Gebäude oder ein Fahrzeug angepasst werden, vor dem das Fahrzeug mit der Abgasschalldämpferanlage steht. Es ist somit eine hervorragende Tarnung des Fahrzeugs möglich. "Anpassen" heißt vorliegend insbesondere, dass die Wärmesignatur der Abgasschalldämpferanlage an die Wärmesignatur der Umgebung der Abgasschalldämpferanlage angeglichen wird. Wie zuvor erwähnt, kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung die Wandlereinrichtung hierzu basierend auf Sensor- Signalen der Sensorik der Abgasschalldämpferanlage ansteuern.
Die für die vorgeschlagene Abgasschall dämpferanlage beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene geschützte Fahrzeug und/oder das vorgeschlagene Verfahren entsprechend und umgekehrt.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Abgasschalldämpferanlage, des geschützten Fahrzeugs und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungs- beispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Abgasschalldämpferanlage, des geschützten Fahrzeugs und/oder des Verfahrens hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Abgasschalldämpferanlage, des geschützten Fahrzeugs und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Abgasschalldämpferanlage, des geschützten Fahrzeugs und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden die Abgasschalldämpferanlage, das geschützte Fahrzeug und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines geschützten Fahrzeugs!
Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Abgasschalldämpferanlage für das geschützte Fahrzeug gemäß Fig. 1!
Fig. 3 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht der Abgasschalldämpferanlage gemäß Fig. 2;
Fig. 4 zeigt eine schematische Rückansicht der Abgasschall dämpferanlage gemäß Fig. 2;
Fig. 5 zeigt eine stark vereinfachte schematische Schnittansicht der Abgasschalldämpferanlage gemäß Fig. 2! und
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasschalldämpferanlage gemäß Fig. 2. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines geschützten Fahrzeugs 1. Das geschützte Fahrzeug 1 wird nachfolgend lediglich als Fahrzeug bezeichnet. Das Fahrzeug 1 kann ein militärisches Fahrzeug, insbesondere ein militärisches Nutzfahrzeug, sein. Das Fahrzeug 1 kann ein Wannenfahrzeug sein. Das Fahrzeug 1 kann bewaffnet oder unbewaffnet sein.
Das Fahrzeug 1 umfasst eine geschützte Fahrgastzelle 2. Die Fahrgastzelle 2 ist gegen Beschuss, Sprengfallen, unkonventionelle Spreng- oder Brandvorrichtungen (USBV, EnglJ Improvised Explosive Devices, IED), Minen oder dergleichen geschützt. Die Fahrgastzelle 2 umschließt einen Innenraum I, indem sich Besatzungsmitglieder aufhalten können. Über Luken oder Türen kann der Innenraum I der Fahrgastzelle 2 von einer Umgebung U des Fahrzeugs 1 aus betreten und wieder verlassen werden.
Das Fahrzeug 1 kann ein Radfahrzeug sein. Alternativ kann das Fahrzeug 1 auch ein Kettenfahrzeug sein. Das Fahrzeug 1 umfasst mehrere Radachsen, an denen Räder 3, 4 vorgesehen sind. Die Anzahl der Radachsen ist grundsätzlich beliebig. Beispielsweise können zwei, drei oder vier Radachsen vorgesehen sein. Zumindest eine der Radachsen ist gelenkt. Es können auch mehrere Radachsen gelenkt sein. Vorzugweise umfasst das Fahrzeug 1 einen Allradantrieb. Das heißt, alle Radachsen sind angetrieben. Das Fahrzeug 1 ist geländetauglich und kann daher auch als Geländefahrzeug bezeichnet werden.
Das Fahrzeug 1 weist einen Verbrennungsmotor 5 zum Antreiben der Radachsen beziehungsweise der Räder 3, 4 auf. Das Fahrzeug 1 kann ausschließlich von dem Verbrennungsmotor 5 angetrieben werden. Alternativ kann das F ahrzeug 1 auch ein Hybridfahrzeug sein. In diesem Fall umfasst das Fahrzeug 1 neben dem Verbrennungsmotor 5 einen oder mehrere Elektromotoren. Der Verbrennungsmotor 5 und der Elektromotor oder die Elektromotoren sind in diesem F all Teil eines Hybridantriebsstrangs oder hybriden Antriebsstrang des Fahrzeugs 1. Mit Hilfe der von dem Verbrennungsmotor 5 angetriebenen Räder 3, 4 kann sich das Fahrzeug 1 in einer Fahrtrichtung F auf einer Oberfläche O fortbewegen. Die Oberfläche O kann eine Straße, eine Schotterpiste oder ein beliebiges anderes Gelände sein. Das Fahrzeug 1 kann einen Rückwärtsgang aufweisen, so dass dieses sich auch entgegen der Fahrtrichtung F fortbewegen kann.
Dem Verbrennungsmotor 5 ist ein Abgassystem mit einer Abgasschalldämpferanlage 6 zugeordnet. Die Abgasschalldämpferanlage 6 kann ein Endschalldämpfer sein. Die Abgasschalldämpferanlage 6 kann seitlich an der Fahrgastzelle 2, in einem Frontbereich oder in einem Heckbereich der Fahrgastzelle 2 angeordnet sein. Die Abgasschalldämpferanlage 6 kann von einer Außenhülle, beispielsweise von einer Seiten wand, der Fahrgastzelle 2 zumindest abschnittsweise abgedeckt sein.
Die Abgasschalldämpferanlage 6 erzeugt eine Wärmesignatur S beziehungsweise weist eine Wärmesignatur S auf. Die Wärmesignatur S entsteht dadurch, dass die Abgasschalldämpferanlage 6 Wärme, insbesondere in Form von Infrarotstrahlung, aussendet. Ferner resultiert die Wärmesignatur S auch aus einer Erwärmung von die Abgasschalldämpferanlage 6 umgebenden Komponenten des Fahrzeugs 1, die ebenfalls Wärme aussenden. Die Wärmesignatur S ist charakteristisch für das Fahrzeug 1. Das heißt, dass das Fahrzeug 1, insbesondere ein Fahrzeugtyp des Fahrzeugs 1, mit Hilfe der Wärmesignatur S identifiziert werden kann.
In der Fig. 1 ist die Wärmesignatur S stark vereinfacht als Rechteck dargestellt. Die Wärmesignatur S kann jede beliebige Geometrie beziehungsweise jeden beliebigen Umriss aufweisen. Innerhalb dieses vorgenannten Rechtecks gibt es Bereiche, die mehr Wärme, und Bereiche, die im Vergleich zu den erstgenannten Bereichen weniger Wärme aussenden. Das heißt insbesondere, dass es Bereiche gibt, in denen der Wärmestrom höher ist, und Bereiche, in denen der Wärmestrom im Vergleich zu den erstgenannten Bereichen geringer ist. Die Wärmesignatur S weist somit ein charakteristisches Muster auf. Die Wärmesignatur S kann beispielsweise mit Hilfe eines Infrarotsensors erfasst und auf einem Bildschirm dargestellt werden. Dem F ahrzeug 1 ist ein Koordinatensystem mit einer Breitenrichtung oder x- Richtung x, einer Hochrichtung oder y-Richtung y und einer Tiefenrichtung oder z-Richtung z zugeordnet. Die Richtungen x, y, z sind senkrecht zueinander orientiert. Eine Schwerkraftrichtung g kann entgegen der y-Richtung y orientiert sein. Die Schwerkraftrichtung g ist senkrecht zu der Oberfläche O orientiert.
Insbesondere bei militärischen Fahrzeugen 1 wird ein großer Wert auf eine Signaturreduzierung in allen Belangen gelegt. Dies kann neben der Wärmesignatur S beispielsweise auch eine Geräuschsignatur umfassen. Problematisch kann hierbei die Herausleitung von heißen Abgasen des Verbrennungsmotors 5 aus dem Fahrzeug 1 sein. Aufgrund von zumeist kurzen und direkten Abgaswegen tritt an der Stelle eines Abgasauslasses ein sogenannter Hotspot auf, der nur unmittelbar kälter ist als eine Austrittstemperatur des Abgases aus dem Verbrennungsmotor 5 selbst. Zudem erwärmt die Abgasschalldämpferanlage 6 auch umliegende Komponenten und somit auch die Außenhülle des Fahrzeugs 1 selbst. Aus dieser Erwärmung entsteht ein für den jeweiligen Fahrzeugtyp charakteristisches Muster der Wärmesignatur S, mit dessen Hilfe feindliche Aufklärer genau den Fahrzeugtyp bestimmen können.
Bei einem hybriden Antriebsstrang kommt zusätzlich hinzu, dass der Verbrennungsmotor 5 nicht während des gesamten Betriebs des F ahrzeugs 1 läuft, sondern nach Bedarf einen Start-Stopp -Zyklus durchläuft. Hierbei entsteht das Problem von immer wieder auftretender Stauwärme in einem Abgasrohr, welches sich dadurch überproportional erwärmt und somit die zuvor erwähnte Hot- spot -Problematik noch vergrößert.
Gemäß betriebsinternen Erkenntnissen wird bei derartigen Fahrzeugen 1 daher versucht, die Abgasstrecke künstlich zu verlängern und mit einer Hülle aus wärmeisolierendem Material zu umgeben. Durch die längere Abgasstrecke wird mehr Wärme an die Umgebung U abgegeben, was die Temperatur des Abgases an dem Abgasauslass verringert. Zudem ist es möglich, das Abgas vor dem Abgasauslass mit einem Kühlluftstrom oder einem zusätzlichen Luftstrom aus dem Fahrzeug 1 zu vermischen. Die vorgenannten Lösungsansätze sind jedoch oftmals mit viel Bauraum und hohen Massen verbunden. Sie lösen allerdings das eigentliche Problem der charakteristischen Wärmesignatur S nur unzureichend. Insbesondere kann nach einem Ausschalten des Verbrennungsmotors 5 und dessen Abkühlung sich die austretende Restwärme unkontrolliert ausbreiten und das gesamte Fahrzeug 1 erwärmen. Dies gilt es zu verbessern.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer verbesserten Abgasschall dämpferanlage 6 für das Fahrzeug 1. Die Fig. 3 zeigt eine weitere schematische perspektivische Ansicht der Abgasschalldämpferanlage 6. Die Fig. 4 zeigt eine schematische Rückansicht der Abgasschalldämpferanlage 6 mit Blickrichtung entgegen der x-Richtung x. Die Fig. 5 zeigt eine stark vereinfachte schematische Schnittansicht der Abgasschalldämpferanlage 6. Nachfolgend wird auf die Fig. 2 bis 5 gleichzeitig Bezug genommen.
Die Abgasschalldämpferanlage 6 kann seitlich an dem Fahrzeug 1, in einem Frontbereich oder in einem Heckbereich des Fahrzeugs 1 angeordnet sein. Das heißt, dass die Abgasschalldämpferanlage 6 grundsätzlich beliebig im Raum orientiert sein kann. Für die Fig. 2 bis 5 wird jedoch davon ausgegangen, dass sich die Abgasschalldämpferanlage 6 in der Fahrrichtung F beziehungsweise entlang der x-Richtung x erstreckt.
Die Abgasschalldämpferanlage 6 umfasst einen Abgasschalldämpfer 7, der im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet ist. Der Abgasschalldämpfer 7 kann ein Endschalldämpfer sein. Der Abgasschalldämpfer 7 umfasst einen Deckel 8, der beispielsweise der Fahrgastzelle 2 zugewandt ist, und einen gegenüber dem Deckel 8 angeordneten Boden 9, welcher der Fahrgastzelle 2 abgewandt ist und beispielsweise der Oberfläche O zugewandt ist.
Weiterhin umfasst der Abgasschalldämpfer 7 zwei einander gegenüberliegend angeordnete Seitenwände 10, 11, insbesondere eine erste Seitenwand 10 und eine zweite Seitenwand 11. Die erste Seitenwand 10 kann beispielsweise der Fahrgastzelle 2 zugewandt und die zweite Seitenwand 11 kann der Fahrgastzelle 2 abgewandt sein. Stirnseitig ist der Abgasschalldämpfer 7 jeweils von einer Vorderwand 12 und einer Rückwand 13 verschlossen. Der Abgasschalldämpfer 7 umschließt so ein Volumen 14 (Fig. 5), das in mehrere Kammern unterteilt sein kann. Insbesondere ist der Abgasschalldämpfer 7 ein Resonanzschalldämpfer.
Der Abgasschalldämpfer 7 umfasst ferner ein Abgaszuführrohr 15, mit dessen Hilfe der Abgasschall dämpferanlage 6 heißes Abgas A von dem Verbrennungsmotor 5 zugeführt werden kann. Zwischen dem Verbrennungsmotor 5 und der Abgasschalldämpferanlage 6 können weitere Komponenten des zuvor erwähnten Abgassystems des Fahrzeugs 1 angeordnet sein, die jedoch nicht gezeigt sind. Diese Komponenten können beispielsweise einen an dem Verbrennungsmotor 5 angebrachten Krümmer, einen Katalysator, einen Vorschalldämpfer, einen Mittelschalldämpfer oder dergleichen umfassen.
Das Abgaszuführrohr 15 umfasst ein Außenrohr 16 und ein koaxial zu dem Außenrohr 16 angeordnetes Innenrohr 17. Zwischen dem Außenrohr 16 und dem Innenrohr 17 ist ein isolierender Luftspalt vorgesehen. Hierdurch wird verhindert, dass das heiße Abgas A im Bereich des Abgaszuführrohrs 15 Wärme an die Umgebung U abgibt. Anstelle des doppelwandigen Aufbaus mit dem Außenrohr 16 und dem Innenrohr 17 kann das Abgaszuführrohr 15 auch einwandig sein und außenseitig eine Isolierung aufweisen. Das Abgaszuführrohr 15, insbesondere nur das Innenrohr 17 des Abgaszuführrohrs 15, wird durch die erste Seitenwand 10 in den Abgasschalldämpfer 7 hineingeführt. Alternativ kann das Abgaszuführrohr 15 beispielsweise auch durch die Vorderwand 12 in den Abgasschalldämpfer 7 hineingeführt sein. Das Abgaszuführrohr 15 umfasst einen Abgaseinlass 18, durch den das Abgas A in das Abgaszuführrohr 15, insbesondere in das Innenrohr 17, einströmt.
Neben dem Abgaszuführrohr 15 umfasst der Abgasschalldämpfer 7 ein Abgasabführrohr 19, das beispielsweise an der Rückwand 13 aus dem Abgasschalldämpfer 7 herausgeführt ist. Das Abgaszuführrohr 15 und das Abgasabführrohr 19 sind nicht direkt miteinander verbunden. Wie zuvor erwähnt, kann das Volumen 14 in eine Vielzahl an Kammern unterteilt sein. Beispielsweise mündet das Ab- gaszuführrohr 15, insbesondere das Innenrohr 17 des Abgaszuführrohrs 15, in eine der Kammern, und das Abgasabführrohr 19 mündet in eine andere der Kammern. Das Abgas A strömt dann von dem Abgaszuführrohr 15 über die einzelnen Kammern zu dem Abgasabführrohr 19.
Insbesondere wird das Abgas A zum Homogenisieren einer Strömung des Abgases A in dem Abgasschalldämpfer 7 aufgestaut. Der Schall wird in den Kammern, an dem Deckel 8, dem Boden 9, den Seitenwänden 10, 11, der Vorderwand 12 und der Rückwand 13 reflektiert, wodurch sich eine Schallreduktion ergibt. Das Abgasabführrohr 19 umfasst einen Abgasauslass 20, durch den das Abgas A den Abgasschalldämpfer 7 wieder verlässt. Durch das heiße Abgas A wird der Abgasschalldämpfer 7 erwärmt.
Die Abgasschalldämpferanlage 6 umfasst neben dem Abgasschalldämpfer 7 ein Kühlluftführungsgehäuse 21, das in der Fig. 3 nicht gezeigt ist. Das Kühlluftführungsgehäuse 21 ist fest mit dem Abgasschalldämpfer 7 verbunden. Beispielsweise ist das Kühlluftführungsgehäuse 21 mit dem Abgasschalldämpfer 7 verschraubt, vernietet oder verschweißt. Das Kühlluftführungsgehäuse 21 deckt den Boden 9, die zweite Seitenwand 11 und die Vorderwand 12 zumindest abschnittsweise ab.
Das Kühlluftführungsgehäuse 21 umfasst eine Seitenwand 22, die beispielsweise parallel zu der zweiten Seitenwand 11 des Abgasschalldämpfers 7 und beab- standet zu diesem angeordnet ist. Ferner umfasst das Kühlluftführungsgehäuse 21 einen Boden 23, der beabstandet von und parallel zu dem Boden 9 des Abgasschalldämpfer 7 platziert ist. Das Kühlluftführungsgehäuse 21 kann auch so ausgestaltet sein, dass dieses zusätzlich auch den Deckel 8 und/oder die erste Seitenwand 10 einhüllt.
Vorderseitig, das heißt der Vorderwand 12 zugeordnet, umfasst das Kühlluftführungsgehäuse 21 einen Kühlluftverteiler 24 zum gleichmäßigen Verteilen von Kühlluft L, die dem Kühlluftverteiler 24 über einen Kühllufteinlass 25 zugeführt wird. Die Kühlluft L kann dem Kühllufteinlass 25 beispielsweise passiv durch den Fahrtwind bei einer Fahrtbewegung des Fahrzeugs 1 in der Fahrtrichtung F zugeführt werden. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Lüftungseinrichtung 26 vorgesehen, die eine Zwangsdurchströmung des Kühlluftführungsgehäuses 21 mit der Kühlluft L ermöglicht. Die Lüftungseinrichtung 26 kann beispielsweise ein elektrisch angetriebener Lüfter sein, welcher über eine geeignete Verrohrung die Kühlluft L dem Kühllufteinlass 25 zuführt.
Das Kühlluftführungsgehäuse 21 umfasst ferner einen Kühlluftsammler 27 mit einem Kühlluftauslass 28, aus dem die Kühlluft L wieder aus dem Kühlluftführungsgehäuse 21 austritt. Wie die Fig. 4 zeigt, ist der Kühlluftauslass 28 nierenförmig oder bogenförmig gekrümmt und läuft zumindest abschnittsweise um den Abgasauslass 20 des Abgasschalldämpfers 7 herum. Hierdurch bildet die aus dem Kühlluftauslass 28 austretende Kühlluft L einen zumindest abschnittsweise um das aus dem Abgasauslass 20 ausströmende heiße Abgas A herumreichenden Kühlluftvorhang, welcher das Abgas A abschirmt. Ferner kann mit dieser Anordnung auch eine geeignete Vermischung des Abgases A mit der Kühlluft L erst in einem gewissen Abstand von dem Abgasauslass 20 erzielt werden.
Wie die Fig. 5 zeigt, wird zwischen dem Abgasschalldämpfer 7, insbesondere zwischen dem Boden 9 und der zweiten Seitenwand 11 des Abgasschalldämpfers 7, und dem Kühlluftführungsgehäuse 21 ein Kühlluftkanal 29 gebildet, der von der Kühlluft L durchströmt wird. In der Fig. 5 ist das Kühlluftführungsgehäuse 21 nur sehr stark vereinfacht dargestellt und deckt den Boden 9 nicht ab.
Die Abgasschalldämpferanlage 6 umfasst eine außenseitig an dem Abgasschalldämpfer 7 und innerhalb des Kühlluftführungsgehäuses 21 angebrachte elekt- rothermische Wandlereinrichtung 30. Die Wandlereinrichtung 30 ist geeignet, Wärme W aus dem Abgasschalldämpfer 7 und somit indirekt aus dem Abgas A zu entziehen und an die Kühlluft L abzugeben. Umgekehrt ist die Wandlereinrichtung 30 auch geeignet, Wärme W aus der Kühlluft L zu entziehen und an den Abgasschalldämpfer 7 abzugeben. Ferner kann die Wandlereinrichtung 30 auch dazu geeignet sein, mit Hilfe einer Temperaturdifferenz zwischen dem Abgasschalldämpfer 7 und der Kühlluft L Wärme W in elektrische Energie umzuwandeln. Die Wandlereinrichtung 30 ist in dem Kühlluftkanal 29 angeordnet. Die Wandlereinrichtung 30 bedeckt beispielsweise den Boden 9 und die zweite Seitenwand 11 des Abgasschalldämpfers 7 zumindest abschnittsweise. Es können zwei Wandlereinrichtungen 30 vorgesehen sein, wobei eine an dem Boden 9 und die andere an der zweiten Seitenwand 11 platziert ist. Ferner kann die Wandlereinrichtung 30 auch an dem Deckel 8, der ersten Seitenwand 10, der Vorderwand 12 und/oder der Rückwand 13 des Abgasschalldämpfers 7 vorgesehen sein. Insbesondere kann dem Deckel 8, der ersten Seitenwand 10, der Vorderwand 12 und/oder der Rückwand 13 jeweils auch eine eigene Wandlereinrichtung 30 zugeordnet sein.
Nachfolgend wird jedoch von nur einer Wandlereinrichtung 30 ausgegangen. Die Wandlereinrichtung 30 umfasst eine Vielzahl von elektrothermischen Wandlerelementen 31, von denen in der Fig. 5 lediglich eines gezeigt ist. Die Anzahl der Wandlerelemente 31 ist grundsätzlich beliebig. Nachfolgend wird auf nur ein Wandler element 31 eingegangen.
Beispielsweise weist das Wandlerelement 31 eine Abmessung von 20 bis 90 mm x 20 bis 90 mm und eine Dicke von 3 bis 5 mm auf. Das Wandler element 31 umfasst eine Heißseite 32, die dem Abgasschalldämpfer 7 zugewandt ist, und eine Kaltseite 33, die von dem Abgasschalldämpfer 7 abgewandt ist. Zwischen der Heißseite 32 und dem Abgasschalldämpfer 7 ist eine Schicht eines Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit 34, insbesondere einer Schicht Wärmeleitpaste, vorgesehen. Das Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit 34 sorgt für einen guten Wärmeübergang von dem Abgasschalldämpfer 7 auf die Heißseite 32. Der Begriff "Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit" kann durch den Begriff "Wärmeleitpaste" und umgekehrt ersetzt werden.
An der Kaltseite 33 ist ein Kühlkörper 35 vorgesehen, der in den Kühlluftkanal 29 hineinragt. Jedes Wandlerelement 31 kann einen eigenen Kühlkörper 35 umfassen. Bevorzugt jedoch teilen sich mehrere Wandlerelemente 31 einen gemeinsamen Kühlkörper 35. Beispielsweise können alle Wandlerelemente 31, die an der zweiten Seitenwand 11 vorgesehen sind, einen gemeinsamen Kühlkörper 35 aufweisen. Dementsprechend können auch alle Wandlerelemente 31, welche an dem Boden 9 vorgesehen sind, einen gemeinsamen Kühlkörper 35 umfassen. Der Kühlkörper 35 umfasst einen plattenförmigen Basis ab schnitt 36 sowie eine Vielzahl sich aus dem Basis ab schnitt 36 heraus erstreckende Kühlrippen 37, zwischen denen die Kühlluft L hindurchströmt. Der Kühlkörper 35 kann beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein. Zwischen der Kaltseite 33 und dem Kühlkörper 35, insbesondere dem Basis ab schnitt 36 des Kühlkörpers 35, ist eine weitere Schicht des Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit 38, insbesondere eine weitere Schicht Wärmeleitpaste, vorgesehen. Das Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit 38 sorgt für einen guten Wärmeübergang von der Kaltseite 33 auf den Kühlkörper 35.
Die Abgasschalldämpferanlage 6 umfasst weiterhin eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 zum Ansteuern der Wandlereinrichtung 30. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 kann auch geeignet sein, die Lüftungseinrichtung 26 anzusteuern, beispielsweise diese ein- und auszuschalten und/oder einen Volumenstrom der Kühlluft L zu regeln. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 ist insbesondere geeignet, jedes Wandlerelement 31 individuell anzusteuern. "Individuell" heißt vorliegend insbesondere, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 jedes Wandlerelement 31 unabhängig von allen anderen Wandlerelementen 31, wie nachfolgend noch ausgeführt wird, ansteuern kann. Beispielsweise kann das Ansteuern des Wandlerelements 31 dadurch erfolgen, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 eine Spannung an das Wandlerelement 31 anlegt.
Die Abgasschalldämpferanlage 6 kann von einer Außenhülle 40, insbesondere einer Seitenwand der Außenhülle 40, zumindest abschnittsweise abgedeckt sein. Der Abgasschalldämpfer 7 kann die Außenhülle 40 zumindest abschnittsweise erwärmen, wodurch diese Wärme abstrahlt und somit zu der Wärmesignatur S beitragen kann. In Richtung zu der Oberfläche O hin kann die Außenhülle 40 offen sein.
Die Funktionalität der Abgasschalldämpferanlage 6 wird nachfolgend erläutert.
Mit Hilfe der Wandlereinrichtung 30 ist es möglich, die Wärmesignatur S der Abgasschalldämpferanlage 6, insbesondere des Abgasschalldämpfers 7, zu beein- Aussen, insbesondere diese zu reduzieren oder zu steuern. Unter der "Wärmesig- natur" kann vorliegend die Wärmestrahlung beziehungsweise die Infrarotstrahlung zu verstehen sein, die von einem Photoempfänger eines Wärmebildgerätes erfasst und angezeigt werden kann.
Wie zuvor erwähnt, weist jeder Fahrzeugtyp des Fahrzeugs 1 eine charakteristische Wärmesignatur S auf. Dadurch, dass die Wandlereinrichtung 30 die Wärmesignatur S der Abgasschalldämpferanlage 6, insbesondere des Abgasschalldämpfers 7, beeinflusst, ist entweder diese charakteristische Zuordnung nicht mehr möglich oder das Fahrzeug 1 kann gar nicht mehr erkannt werden. In diesem letztgenannten Fall erfolgt eine Infrarottarnung in der Form einer Tarnkappentechnik.
In der Fig. 5 ist diagrammartig die Temperatur T über der z-Richtung z aufgetragen. Durch das Abgaszuführrohr 15 wird das heiße Abgas A, das eine Temperatur von bis zu 700 °C aufweist, in den Abgasschalldämpfer 7 geleitet. Der Abgasschalldämpfer 7 staut das Abgas A zum Homogenisieren der Strömung des Abgases A auf, wodurch sich über die Dauer des Betriebs des Verbrennungsmotors 5 eine Erwärmung des Abgasschalldämpfers 7 einstellt. Eine schematische Verlaufskurve der Temperatur T zeigt in diesem Bereich eine nur geringe Abkühlung der Temperatur des Abgases A von dem Abgaszuführrohr 15 zu den Seitenwänden 10, 11 des Abgasschalldämpfers 7.
Mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 ist es möglich, die Wandler- einrichtung 30 in verschiedene Betriebszustände zu verbringen. In einem ersten Betriebszustand, der in der Fig. 5 gezeigt ist, wird das Wandlerelement 31 mit einer Spannung beaufschlagt, welche einen Transport von Wärme W von der Heißseite 32 zu der Kaltseite 33 vergrößert. In diesem Fall gibt das Wandlerelement 31 über den Kühlkörper 35 die Wärme W an die durch den Kühlluftkanal 29 strömende Kühlluft L ab. Wie das Diagramm gemäß der Fig. 5 zeigt, erfolgt dabei ein Abfall der Temperatur T über das Wandlerelement 31 und den Kühlluftkanal 29, so dass das Kühlluftführungsgehäuse 21 eine deutlich niedrigere Temperatur T als das in den Abgasschalldämpfer 7 einströmende Abgas A aufweist. Das Abgas A beziehungsweise der Abgasschalldämpfer 7 wird aktiv gekühlt. "Aktiv" bedeutet vorliegend, dass durch das Anlegen der Spannung an das Wandlerelement 31 die Wärme W dem Abgas A beziehungsweise dem Abgasschalldämpfer 7 entzogen und über den Kühlkörper 35 an die Kühlluft L abgegeben wird. "Aktiv" bedeutet insbesondere auch, dass Energie aufgewandt wird, um die Wärme W von dem Abgasschalldämpfer 7 weg zu transportieren.
Das Abgas A wird also aktiv abgekühlt und tritt im Vergleich zu einer Abgasschalldämpferanlage ohne einen derartige Wandlereinrichtung 30 mit einer deutlich geringeren Temperatur T aus dem Abgasauslass 20 aus. Gleichzeitig tritt aus dem Kühlluftauslass 28 die erwärmte Kühlluft L, die jedoch noch kühler ist als das abgekühlte Abgas A, aus dem Kühlluftauslass 28 aus. Dabei schirmt die austretende Kühlluft L das wärmere Abgas A durch die bogenförmige Geometrie des Kühlluftauslasses 28 vorhangartig ab.
In einem sich von dem ersten Betriebszustand unterscheidenden zweiten Betriebszustand unterbricht die Wandlereinrichtung 30 einen Wärmestrom von der Heißseite 32 zu der Kaltseite 33. Dies kann dadurch erfolgen, dass die in dem ersten Betriebszustand an das Wandlerelement 31 angelegte Spannung umgepolt wird. Insbesondere kann auch in dem zweiten Betriebszustand Wärme W von der Kühlluft L auf den Abgasschalldämpfer 7 übertragen werden.
Durch dieses weitgehende Verhindern des Wärmetransports aus dem Abgasschalldämpfer 7 heraus wird die Wärme W in dem Abgasschalldämpfer 7 gehalten und kann somit nicht die Außenhülle 40 des Fahrzeugs 1 erwärmen. Dies ist insbesondere bei einem Hybridfahrzeug vorteilhaft, bei dem der Verbrennungsmotor 5 in Start-Stopp-Zyklen betrieben wird.
Mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 kann die Wandlereinrichtung 30 aus dem ersten Betriebszustand oder aus dem zweiten Betriebszustand in einen sich von dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand unterscheidenden dritten Betriebszustand geschalten werden, in dem die Wandler- einrichtung 30 mit Hilfe der Temperaturdifferenz zwischen der Heißseite 32 und der Kaltseite 33 Wärmeenergie in elektrische Energie umwandelt. Hierbei wird der sogenannte Seebeck-Effekt ausgenutzt.
Das Wandler element 31 wirkt in dem dritten Betriebszustand als thermoelektrischer Generator, welcher durch die entstehende Temperaturdifferenz zwischen dem Abgasschalldämpfer 7 und dem Kühlkörper 35 die Wärmeenergie in elektrische Energie um wandelt. Durch das Entziehen der Wärme W kann zusätzlich die Temperatur des Abgases A reduziert werden. Die Reduzierung der Temperatur des Abgases A ist in dem dritten Betriebszustand jedoch nicht so groß wie in dem ersten Betriebszustand.
Die gewonnene elektrische Energie kann in einem Energiespeicher 41, beispielsweise einem Akkumulator, des Fahrzeugs 1 zwischengespeichert werden. Der Energiespeicher 41 kann auch zur Energieversorgung der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 und/oder der Wandlereinrichtung 30 genutzt werden. Durch den Effekt des thermoelektrischen Generators kann ein Teil der Energie, die in Wärme W umgesetzt wurde, zurückgewonnen werden. Für den Fall, dass das Fahrzeug 1 ein Hybridfahrzeug ist, kann dieser Effekt besonders zur Verlängerung des rein elektrischen Betriebs genutzt werden. Dies kann beispielsweise die Einsatzdauer des Fahrzeugs 1 vorteilhafterweise verlängern.
Befindet sich das F ahrzeug 1 in einem Einsatz und steht in einer festen Stellung, trägt die Möglichkeit der thermischen Signaturreduzierung und/oder Steuerung entscheidend zur Überlebensfähigkeit des Fahrzeugs 1 sowie dessen Besatzungsmitgliedern bei. So kann aktiv verhindert werden, dass thermische Hotspots am Fahrzeug 1 zum einen die Stellung und zum anderen die Identität verraten. Der Einsatz der Abgasschalldämpferanlage 6 kann sich demnach positiv sowohl auf die Sicherheit als auch auf die Dauer eines Einsatzes auswirken.
Wie zuvor erwähnt, sind die Wandlerelemente 31 individuell ansteuerbar. Somit ist es möglich, mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 in der Wärmesignatur S des Abgasschalldämpfers 7 ein vorgegebenes Muster zu erzeugen. Das vorgegebene Muster kann beispielsweise eine in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 hinterlegte Wärmesignatur eines anderen Fahrzeugtyps sein. Somit ist eine Täuschung über die Identität des Fahrzeugs 1 möglich. Ferner ist es auch möglich, die Wandlerelemente 31 derart anzusteuern, dass sich die Wärmesignatur S der Abgasschalldämpferanlage 6, insbesondere des Abgasschalldämpfers 7, an eine Wärmesignatur der Umgebung U und/oder der Oberfläche O anpasst. Beispielsweise kann sich die Wärmesignatur S der Abgasschalldämpfer an- läge 6 an ein Gebäude oder ein anderes Fahrzeug anpassen, vor dem das Fahrzeug 1 steht.
Die Abgasschalldämpferanlage 6 kann eine Sensorik 42 umfassen, welche die Wärmesignatur der Umgebung U und/oder der Oberfläche O erfassen kann. Die Sensorik 42 kann einen Infrarotsensor umfassen. Die Sensorik 42 kann der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 Sensorsignale zur Verfügung stellen. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 39 kann dann die Wandlereinrichtung 30 basierend auf den Sensorsignalen derart ansteuern, dass sich die Wärmesignatur S der Abgasschalldämpferanlage 6 an die Wärmesignatur der Umgebung U und/oder der Oberfläche O anpasst.
Die Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasschalldämpferanlage 6. Bei dem Verfahren wird in einem Schritt S1 Wärme W mit Hilfe der Wandlereinrichtung 30 aktiv aus dem Abgasschalldämpfer 7 und somit aus dem Abgas A entzogen. In einem Schritt S2 wird die Wärme W an die durch das Kühlluftführungsgehäuse 21 strömende Kühlluft L abgegeben. Dies erfolgt mit Hilfe des Kühlkörpers 35. Durch das aktive Entziehen der Wärme W kann die Wärmesignatur S der Abgasschalldämpferanlage 6 beeinflusst werden. Das aktive Entziehen der Wärme W erfolgt in dem ersten Betriebszustand der Wandlereinrichtung 30.
Wie zuvor erwähnt, wird in dem zweiten Betriebszustand von der Wandlereinrichtung 30 der Wärmestrom von der dem Abgasschalldämpfer 7 zugewandten Heißseite 32 der Wandlereinrichtung 30 zu der dem Abgasschalldämpfer 7 abgewandten Kaltseite 33 der Wandlereinrichtung 30 unterbrochen. Dies kann dadurch erfolgen, dass eine Spannung, mit der die Wandlereinrichtung 30 beziehungsweise die Wandlerelemente 31 in dem ersten Betriebszustand bestromt werden, umgepolt wird. Insbesondere kann in dem zweiten Betriebszustand auch Wärme W von der Kühlluft L auf den Abgasschalldämpfer 7 übertragen werden.
In dem dritten Betriebszustand wird mit Hilfe der Wandlereinrichtung 30 aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der Heißseite 32 der Wandlereinrich- tung 30 und der Kaltseite 33 der Wandlereinrichtung 30 beziehungsweise der Wandlerelemente 31 Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie kann in dem Energiespeicher 41 zwischengespeichert werden.
Durch ein individuelles Ansteuern der Wandlerelemente 31 der Wandlereinrich- tung 30 kann in der Wärmesignatur S der Abgasschalldämpferanlage 6, insbesondere des Abgasschalldämpfers 7, ein vorgegebenes Muster erzeugt werden. Insbesondere kann die Wärmesignatur S der Abgasschalldämpferanlage 6 an die Wärmesignatur der Umgebung U und/oder der Oberfläche O angepasst werden. Hierdurch kann eine Infrarottarnung des Fahrzeugs 1 erfolgen.
Obwohl die vorhegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE F ahrzeug F ahrgastzelle Rad Rad Verbrennungsmotor Abgasschalldämpferanlage Abgasschalldämpfer Deckel Boden Seitenwand Seitenwand Vorderwand Rückwand Volumen Abgaszuführrohr Außenrohr Innenrohr Abgaseinlass Abgasabführrohr Abgasauslass Kühlluftführungsgehäuse Seitenwand Boden Kühlluftverteiler Kühllufteinlass Lüftungseinrichtung Kühlluftsammler Kühlluftauslass Kühlluftkanal elektrothermische Wandlereinrichtung elektrothermisches Wandler element Heißseite 33 Kaltseite
34 Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
35 Kühlkörper
36 Basis ab schnitt
37 Kühlrippe
38 Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
39 Steuer- und/oder Regeleinrichtung
40 Außenhülle
41 Energiespeicher
42 Sensorik
A Abgas
F F ahrtrichtung g Schwerkraftrichtung
I Innenraum
L Kühlluft
O Oberfläche
S Wärmesignatur
51 Schritt
52 Schritt
T Temperatur
U Umgebung
W Wärme x x-Richtung y y-Richtung z z- Richtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Abgasschallschalldämpferanlage (6) für ein geschütztes Fahrzeug (1), mit einem Abgasschalldämpfer (7), einem an dem Abgasschalldämpfer (7) angebrachten Kühlluftführungsgehäuse (21), und einer außenseitig an dem Abgasschalldämpfer (7) und innerhalb des Kühlluftführungsgehäuses (21) angebrachten elektrothermischen Wandlereinrichtung (30) zum aktiven Entziehen von Wärme (W) aus dem Abgasschalldämpfer (7), welche die Wandlereinrichtung (30) an durch das Kühlluftführungsgehäuse (21) strömende Kühlluft (L) abgibt, um eine Wärmesignatur (S) der Abgasschallschalldämpferanlage (6) zu beeinflussen.
2. Abgasschallschalldämpferanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (30) aus einem ersten Betriebszustand, in dem die Wandlereinrichtung (30) die Wärme (W) an die durch das Kühlluftführungsgehäuse (21) strömende Kühlluft (L) abgibt, in einen zweiten Betriebszustand schaltbar ist, in dem die Wandlereinrichtung (30) einen Wärmestrom von einer dem Abgasschalldämpfer (7) zugewandten Heißseite (32) der Wandlereinrichtung (30) zu einer dem Abgasschalldämpfer (7) abgewandten Kaltseite (33) der Wandlereinrichtung (30) unterbricht.
3. Abgasschallschalldämpferanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (30) aus dem ersten Betriebszustand oder aus dem zweiten Betriebszustand in einen dritten Betriebszustand schaltbar ist, in dem die Wandlereinrichtung (30) mit Hilfe einer Temperaturdifferenz zwischen der Heißseite (32) der Wandlereinrichtung (30) und der Kaltseite (33) der Wandler- einrichtung (30) Wärmeenergie in elektrische Energie umwandelt.
4. Abgasschalldämpferanlage nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (30) eine Vielzahl von elektrothermischen Wand- lerelementen (31) umfasst, die individuell ansteuerbar sind, um in der Wärmesignatur (S) der Abgasschallschalldämpferanlage (6) ein vorgegebenes Muster zu erzeugen.
5. Abgasschalldämpferanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerelemente (31) derart ansteuerbar sind, dass sich die Wärmesignatur (S) der Abgasschalldämpferanlage (6) an eine Wärmesignatur einer Umgebung (U) der Abgasschalldämpferanlage (6) anpasst.
6. Abgasschalldämpferanlage nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (30) einen Kühlkörper (35) umfasst, der in einen zwischen dem Abgasschalldämpfer (7) und dem Kühlluftführungsgehäuse (21) vorgesehenen Kühlluftkanal (29) hineinragt.
7. Abgasschalldämpferanlage nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (30) an einem Boden (9) und an einer Seitenwand (11) des Abgasschalldämpfers (7) angebracht ist.
8. Abgasschalldämpferanlage nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasschalldämpfer (7) einen Abgasauslass (20) umfasst, wobei das Kühlluftführungsgehäuse (21) einen Kühlluftauslass (28) umfasst, und wobei der Kühlluftauslass (28) zumindest abschnittsweise um den Abgasauslass (20) herumgeführt ist.
9. Abgasschalldämpferanlage nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlluftführungsgehäuse (21) einen Kühlluftverteiler (24) zum gleichmäßigen Verteilen der Kühlluft (L) auf die Wandlereinrichtung (30) umfasst, wo- bei dem Kühlluftverteiler (24) die Kühlluft (L) mit Hilfe eines Kühllufteinlasses (25) des Kühlluftführungsgehäuses (21) zuführbar ist.
10. Geschütztes Fahrzeug (1) mit einer Abgasschalldämpferanlage (6) nach einem der Ansprüche 1 - 9.
11. Verfahren zum Betreiben einer Abgasschalldämpferanlage (6) für ein geschütztes Fahrzeug (1), wobei die Abgasschalldämpferanlage (6) einen Abgasschalldämpfer (7), ein an dem Abgasschalldämpfer (7) angebrachtes Kühlluftführungsgehäuse (21), und eine außenseitig an dem Abgasschalldämpfer (7) und innerhalb des Kühlluftführungsgehäuses (21) angebrachte elektrothermische Wandlereinrichtung (30) umfasst, mit folgenden Schritten: a) aktives Entziehen (Sl) von Wärme (W) aus dem Abgasschalldämpfer (7) mit Hilfe der Wandlereinrichtung (30), und b) Abgeben (S2) der Wärme (W) an durch das Kühlluftführungsgehäuse (21) strömende Kühlluft (L) mit Hilfe der Wandlereinrichtung (30), wodurch eine Wärmesignatur (S) der Abgasschallschalldämpferanlage (6) beeinflusst wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (30) aus einem ersten Betriebszustand, in dem die Wandlereinrichtung (30) die Wärme (W) an die durch das Kühlluftführungsgehäuse (21) strömende Kühlluft (L) abgibt, in einen zweiten Betriebszustand schaltbar ist, in dem von der Wandlereinrichtung (30) ein Wärmestrom von einer dem Abgasschalldämpfer (7) zugewandten Heißseite (32) der Wandlereinrichtung (30) zu einer dem Abgasschalldämpfer (7) abgewandten Kaltseite (33) der Wandlereinrichtung (30) unterbrochen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (30) aus dem ersten Betriebszustand oder aus dem zweiten Betriebszustand in einen dritten Betriebszustand schaltbar ist, in dem von der Wandlereinrichtung (30) mit Hilfe einer Temperaturdifferenz zwischen der Heißseite (32) der Wandlereinrichtung (30) und der Kaltseite (33) der Wandlereinrichtung (30) Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (30) eine Vielzahl von elektrothermischen Wandlerelementen (31) umfasst, die individuell angesteuert werden, so dass in der Wärmesignatur (S) der Abgasschallschalldämpferanlage (6) ein vorgegebenes Muster erzeugt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerelemente (31) derart angesteuert werden, dass die Wärmesignatur (S) der Abgasschalldämpferanlage (6) an eine Wärmesignatur einer Umge- bung (U) der Abgasschalldämpferanlage (6) angepasst wird.
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