DE102015108509A1

DE102015108509A1 - Luftführung im Bereich einer Abgasanlage im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015108509A1
Application number: DE102015108509.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Laube; Frank Repphun
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-05-30
Also published as: DE102015108509B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftführung im Bereich einer Abgasanlage im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs, wobei die Abgasanlage, insbesondere deren Abgasschalldämpfer (14) in einem beabstandet von Teilen der Abgasanlage und diese im Wesentlichen umschließenden, isolierenden Raum (15) angeordnet ist, der insbesondere den Abgasschalldämpfer (14) umströmend über mindestens eine tiefliegend angeordnete Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) und über mindestens eine gegen die Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) höher liegend angeordnete Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) luftdurchströmt ist, wobei die tiefliegende angeordnete Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) in einem Bereich mit höherem Strömungsdruck und die höherliegend angeordnete Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) in einem Bereich mit geringerem Strömungsdruck angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Luftführung im Bereich einer Abgasanlage im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs, wobei die Abgasanlage, insbesondere deren Abgasschalldämpfer in einem beabstandet von der Abgasanlage diese im Wesentlichen umschließenden, isolierenden Raum angeordnet ist, der insbesondere den Abgasschalldämpfer umströmend über mindestens eine tiefliegend angeordnete Lufteintrittsöffnung und über mindestens eine gegenüber der Lufteintrittsöffnung höherliegend angeordnete Luftaustrittsöffnung von Luft durchströmt ist.
Die im hinteren Bereich von Personenkraftwagen angeordneten Bauteile von Abgasanlagen, insbesondere die Abgasschalldämpfer strahlen beim Betrieb der an sie angeschlossenen Brennkraftmaschine zum Teil sehr hohe Wärme ab. Dementsprechend müssen die angrenzend angeordneten Bauteile entweder hitzebeständig ausgeführt oder mit entsprechendem Abstand zu diesen Wärmequellen angeordnet werden. Einer solchen Bauweise sind aber insbesondere dann Grenzen gesetzt, wenn die Platzierungsmöglichkeiten aufgrund der Raumverhältnisse in diesem Bereich erheblich eingeschränkt sind.
Im Zuge der CO₂-Reduktion bei Kraftfahrzeugen kommt zudem der Reduktion des Luftwiderstands größte Bedeutung zu. Dementsprechend wird bei allen Kraftfahrzeugen ein möglichst geringer c_w-Wert angestrebt. Bei Hochleistungsfahrzeugen ist zudem ein entsprechender Abtrieb erforderlich, um darüber die gewünschten Fahrdynamikziele und vor allem eine überzeugende Hochgeschwindigkeitsstabilität erreichen zu können. Reduzierung des c_w-Werts und gleichzeitig hoher Abtrieb bedeuten aber für die Konstrukteure eine Konfliktsituation. Bei Hochleistungsfahrzeugen wird dieser Konflikt durch mehr oder weniger ausgeprägte Heckdiffusoren zu lösen gesucht, die den c_w-Wert in aller Regel nicht negativ beeinflussen. Zur Umsetzung der entsprechenden Diffusorwirkung ist aber normalerweise eine geschlossene Verkleidung des Unterbodens des Kraftfahrzeugs für die Anordnung der entsprechenden Diffusorkanäle notwendig. Dies schränkt aber wiederum den verfügbaren Platz für die abgasführenden Bauteile, die üblicherweise in diesem Bereich angeordnet sind, zusätzlich ein. Häufig wird das Problem dadurch gelöst, dass die Abgasführung aus der eigentlich zu bevorzugenden Anordnung im unteren Fahrzeugbereich höhergelegt wird. Damit verschärfen sich aber die eingangs bereits erwähnten Probleme im Hinblick auf die Anordnung z.B. wärmeempfindlicher Bauteile.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Lösungen bekannt, bei denen Teile der Abgasanlage isolierend umkleidet oder zur Kühlung verstärkt mit Fahrtluft angeströmt werden sollen. So zeigt die AT 181 208 die Anordnung eines Auspufftopfs im Endteil eines Kraftfahrzeugs, wobei der Auspufftopf in einem durch Karosserieteile gebildeten Raum von Luft umströmt angeordnet ist.
Aus der DE 40 37 494 A1 ist die Anordnung eines Schaufelgitters im Unterboden eines Kraftfahrzeuges bekannt, über das die beim Fahren auftretende Luftströmung auf das Abgassystem zu dessen Kühlung gerichtet umgelenkt werden soll.
Die DE 10 2004 011 331 B4 zeigt und beschreibt die Anordnung eines Abgasschalldämpfers innerhalb eines Abschirmgehäuses um über dieses Abschirmgehäuse die vom Abgasschalldämpfer abgestrahlte Wärme ohne Beeinträchtigung der in der Umgebung angeordneten Bauteile an die Umgebungsluft ableiten zu können.
In der DE 10 2006 041 109 B4 ist eine Abgasanlage offenbart, die bereichsweise durch eine Wärmeabschirmungseinrichtung abgedeckt ist. Die über eine Entlüftungsklappe unterhalb eines bewegbar angeordneten Spoilerelements austretende Warmluft soll mittels einer Abdeckung umgelenkt werden, um Verbrennungen bei Berührung des Heckspoilers zu vermeiden.
Und schließlich wird in der DE 10 2012 205 582 A1 eine Unterbodenverkleidung für den Heckbereich eines Kraftfahrzeugs gezeigt und beschrieben, die den Abgasschalldämpfer abdecken soll. Zu dessen Kühlung ist in dieser Unterbodenverkleidung ein Lufteinlass vorgesehen, über den die Kühlluft einströmt und die nach Kühlung des Abgasschalldämpfers umgelenkt gegen die Fahrtrichtung nach vorne in den Radkasten abgeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Luftführung im Bereich einer im Heckbereich eines Fahrzeugs angeordneten Abgasanlage so zu verbessern, dass eine möglichst optimale Wirkung verbunden mit einer platzsparenden und die Anordnung der Umgebungsbauteile der Abgasanlage nicht beeinträchtigenden Anordnung erreicht werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass mindestens eine tiefliegende Lufteintrittsöffnung in einem Bereich des Kraftfahrzeugs mit höherem Strömungsdruck angeordnet wird und die nach dem Umströmen insbesondere des Abgasschalldämpfers kühlende Luft über eine höherliegend angeordnete Luftaustrittsöffnung in einem Bereich mit geringem bzw. geringerem Strömungsdruck angeordnet ist.
Zweckmäßig ist es dabei, die mindestens eine Lufteintrittsöffnung im Bereich des heckseitigen Unterbodens eines Kraftfahrzeugs anzuordnen. Dabei kann es als besonders bevorzugte Lösung angesehen werden, wenn die Lufteintrittsöffnung unmittelbar im Bereich des Übergangs von Fahrzeug-Unterboden zum Heckteil des Fahrzeugs angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Lösung wird auch darin gesehen, dass Lufteintrittsöffnungen im Bereich des Endrohrs bzw. der Endrohre der Abgasanlage angeordnet sind. Es versteht sich von selbst, dass bei der Anordnung von mehreren Endrohren der Abgasanlage und ggf. auch mehreren Abgasschalldämpfern jeweils den Endrohren Lufteintrittsöffnungen zugeordnet sein können.
Die mindestens eine Luftaustrittsöffnung wird vorzugsweise im oberen Bereich des Heckdeckels eines Fahrzeugs anzuordnen sein. Dabei kann wieder als eine bevorzugte Ausgestaltungsform der Erfindung gesehen werden, dass die Luftaustrittsöffnung am Heckkamm unmittelbar angeordnet ist.
Bei einem Fahrzeug mit einem starr oder auch verstellbar angeordneten Heckspoiler ist die Luftaustrittsöffnung zweckmäßigerweise im Niederdruckbereich unterhalb des Heckspoilers vorzusehen.
Eine besonders zweckmäßige Lösung nach der Erfindung ergibt sich dann, wenn die mindestens eine Luftaustrittsöffnung im Übergangsbereich vom Fahrzeugheck zu den Fahrzeug-Seitenteilen angeordnet wird.
Der Lufteintritt bzw. der Luftansaugbereich der Lufteintrittsöffnung ist zweckmäßigerweise in Form eines NACA-Profils geformt. Es ist aber auch denkbar, dass der Lufteintritts- bzw. Luftansaugbereich der Lufteintrittsöffnung in Form einer Lufthutze geformt ist. Ebenso ist eine Gestaltung des Lufteintrittsbereichs in Form eines oder mehrerer entsprechend strömungsgünstig angeordneter Flügel- bzw. Fluidprofile denkbar. Und schließlich ist es auch denkbar, eines oder auch die mehreren Flügel- bzw. Fluidprofile in der Lufteintrittsöffnung verstellbar anzuordnen und die Verstellung des/der Profile in Abhängigkeit von Fahrzeugzuständen, z.B. von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu steuern.
Die mindestens eine Luftaustrittsöffnung ist zweckmäßigerweise so zu gestalten, dass über sie eine schnellstmögliche Luftabströmung ohne den Strömungsverlauf von der Lufteintrittsöffnung zur Luftaustrittsöffnung zu beeinflussen erfolgen kann. Dabei sind verschiedene Profile denkbar; zweckmäßigerweise wird man auch hier ein entsprechendes NACA- oder auch ein Flügel-Profil bevorzugen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele zum Erfindungsgegenstand dargestellt. Anhand dieser Ausführungsbeispiele in der Zeichnung sollen Einzelheiten, Merkmale und Besonderheiten des Gegenstands der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 eine Heckansicht eines Kraftfahrzeugs, in Fahrtrichtung gesehen;
2 eine schematische Darstellung mit Konturen der im Heckbereich eines Fahrzeugs angeordneten Bauteile entsprechend einer Schnittlinie A-B nach 1;
3 eine alternative Gestaltung der Lufteinlassöffnung in schematischer Darstellung;
4 eine weitere schematisch dargestellte Ausführungsform zum Gegenstand der Erfindung; und
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel zum Gegenstand der Erfindung.
In 1 ist der Heckbereich eines Fahrzeugs mit einer Draufsicht von hinten in Fahrtrichtung dargestellt. Zentral angeordnet sind zwei Endrohre einer Abgasanlage 1 und 2, die z.B. in einer sie aufnehmenden Vertiefung 3 im Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein können. Den Endrohren 1 bzw. 2 bzw. der sie umgebenden Vertiefung 3 zugeordnet sind Lufteintrittsöffnungen 5 bzw. 6. Diese Lufteintrittsöffnungen 5 bzw. 6 sind in einem Strömungs-Hochdruckbereich am Kraftfahrzeugheck angeordnet, zweckmäßigerweise im Bereich des Übergangs des Unterbodenbereichs 7 zum Heckteil 8 des Kraftfahrzeugs.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist im Bereich des Heckkammes 9, anschließend an den Kofferraumdeckel 10 im Übergangsbereich zum Heckfenster 11 mindestens je eine seitlich angeordnete Luftaustrittsöffnung 12, 13 in einem Bereich mit sehr geringem bzw. geringerem Strömungsdruck angeordnet.
In der schematischen Darstellung des Heckbereichs eines Fahrzeugs entsprechend einem Längsschnitt nach der Schnittlinie A-B nach 1 – es sollen nachfolgend nur die zum Verständnis des Erfindungsgegenstands wesentlichen Elemente beschrieben werden – ist ein Abgasschalldämpfer 14 in einem ihn vollkommen umschließenden Raum 15 aus wärmeisolierenden Elementen 16.1, 16.2, 16.3, 16.4 untergebracht. Diese wärmeisolierenden Elemente 16.1, 16.2, 16.3, 16.4 schirmen einerseits den erhitzten Abgasschalldämpfer 14 gegen seine Umgebung ab und dienen andererseits zur Führung der den Abgasschalldämpfer 14 umströmenden Kühlluft. Die Zufuhr der Kühlluft erfolgt über eine Lufteintrittsöffnung 17, die im Unterboden- bzw. Heckbereich des Fahrzeugs in einem Überdruckbereich angeordnet ist.
Im Ausführungsbeispiel nach 2 ist die Lufteintrittsöffnung 17 in Form einer sich gegen die anströmende Luft öffnenden Lufthutze gestaltet, so dass ein besonders leichtes Ansaugen der Kühlluft erfolgen kann. Die Kühlluft umströmt (siehe Pfeile) den Abgasschalldämpfer 14 zu dessen Kühlung vollkommen. In einem Bereich oberhalb des Abgasschalldämpfers 14 tritt die Kühlluft über eine Luftaustrittsöffnung 18, die in einem Bereich mit geringem aerodynamischen Überdruck im Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet ist, z.B. im Bereich unterhalb eines starren oder verstellbaren Heckflügels 19 aus.
3 zeigt eine alternative Gestaltung einer Lufteinlassöffnung 19 (alle anderen Bauteile entsprechen der Darstellung nach 2 und sollen hier nicht weiter wiederholt aufgeführt werden). In der Lufteintrittsöffnung ist ein Flügel-Profil 20 angeordnet, über das die in diesem Überdruckbereich einströmende Luft beschleunigt zur Kühlung des Abgasschalldämpfers zugeführt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Gestaltung einer Lufteinlassöffnung entsprechend der Erfindung ist in 4 dargestellt. Die Lufteinlassöffnung 21 ist wiederum mit einem Flügel-Profil 22 im Lufteinströmbereich versehen. Dieses Profil 22 ist um einen Schwenkpunkt 23 verstellbar. Die Verstellung erfolgt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von Fahrzuständen, z.B. von der Fahrgeschwindigkeit.
5 zeigt die einfachste Form der Gestaltung einer Lufteinlassöffnung 24, die bei entsprechend hohem Unterdruck im Ansaugbereich der Kühlluft aufgrund ihrer Einfachheit als bevorzugte Lösung angesehen werden kann.
Durch die Anordnung der Bauteile der Abgasanlage, insbesondere die Anordnung von Abgasschalldämpfern 14 in einem diese von den übrigen Bauteilen im Heckbereich, z.B. Tank, Getriebe 4 usw. isolierenden Raum 15 mit Hilfe der isolierenden Wandungen 16.1, 16.2, 16.3 und 16.4 wird eine platzsparende und hocheffektive Lösung bei unterschiedlichsten Fahrzeugkonzeptionen erreicht.
Durch die Anordnung von Lufteintrittsöffnungen unten und höher liegenden Luftaustrittsöffnungen wird insbesondere auch bei langsamer Fahrt und/oder im Stillstand eine wirksame Luftströmung von unten nach oben erreicht und damit auch eine effektive Kühlwirkung.
Für den Fachmann versteht es sich von selbst, dass sowohl die Lufteintrittsöffnungen als auch die Luftaustrittsöffnung unter Beachtung des Erfindungsgedankens hinsichtlich der Druckbereich die unterschiedlichsten Gestaltungen wie auch die unterschiedlichsten Platzierungen aufweisen bzw. einnehmen können.
Bezugszeichenliste

1: Endrohr
2: Endrohr
3: Vertiefung im Heckbereich
4: Getriebe
5, 6: Lufteintrittsöffnung
7: Unterbodenbereich
8: Heckteil
9: Heckkamm
10: Kofferraumdeckel
11: Heckfenster
12, 13: Luftaustrittsöffnung
14: Abgasschalldämpfer
15: Raum
16.1: wärmeisolierendes Element
16.2: wärmeisolierendes Element
16.3: wärmeisolierendes Element
16.4: wärmeisolierendes Element
17: Lufteinlassöffnung
18: Luftaustrittsöffnung
19: Heckspoiler
20: Lufteintrittsöffnung
20.1: Profil in der Lufteintrittsöffnung
21: Lufteintrittsöffnung
22: Profil
23: Schwenkpunkt
24: Lufteinlassöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AT 181208 [0004]
DE 4037494 A1 [0005]
DE 102004011331 B4 [0006]
DE 102006041109 B4 [0007]
DE 102012205582 A1 [0008]

Claims

Luftführung im Bereich einer Abgasanlage im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs, wobei die Abgasanlage, insbesondere deren Abgasschalldämpfer (14) in einem beabstandet von Teilen der Abgasanlage und diese im Wesentlichen umschließenden, isolierenden Raum (15) angeordnet ist, der insbesondere den Abgasschalldämpfer (14) umströmend über mindestens eine tiefliegend angeordnete Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) und über mindestens eine gegen die Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) höher liegend angeordnete Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) luftdurchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefliegende Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) in einem Bereich mit höherem Strömungsdruck und die höherliegend angeordnete Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) in einem Bereich mit geringerem Strömungsdruck angeordnet ist.
Luftführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) im Bereich des heckseitigen Unterbodens des Fahrzeugs angeordnet ist.
Luftführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) unmittelbar im Bereich des Übergangs vom Fahrzeug-Unterbodenbereich (7) zum Heckteil (8) des Fahrzeugs angeordnet ist.
Luftführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) im Bereich eines Endrohrs (1, 2) der Abgasanlage angeordnet ist.
Luftführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) im oberen Bereich des Heckdeckels (9, 10) angeordnet ist.
Luftführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) am Heckkamm (9) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Luftführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) unterhalb eines Heckspoilers (19) positioniert ist.
Luftführung nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) im Übergangsbereich von Fahrzeugheck zu den Fahrzeug-Seitenbereichen angeordnet ist.
Luftführung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteintritt der Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) in Form eines NACA-Profils (20.1) geformt ist.
Luftführung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteintritt der Lufteintrittsöffnung (5, 6, 17, 20, 21) in Form einer Lufthutze (17) geformt ist.
Luftführung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteintritt der Lufteintrittsöffnung (20) in Form eines Flügelprofils (20.1) geformt ist.
Luftführung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelprofil (22) in der Lufteintrittsöffnung (21) verstellbar ist.
Luftführung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Profils (22) in Abhängigkeit von Fahrzeugzuständen, z.B. von der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt.
Luftführung nach einem der vorstehenden Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) für schnelle Luftabströmung ausgebildet ist.
Luftführung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) als NACA-Profil gestaltet ist.
Luftführung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Luftaustrittsöffnung (12, 13, 18) als Flügel-Profil gestaltet ist.