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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug aufweisend einen Hochtemperaturbereich, in welchem zumindest ein Hochtemperatur-Bauteil angeordnet ist, einen Kältemittelkreislauf mit einem darin eingeschlossenen Kältemittel sowie eine Vorrichtung zur bedarfsweisen Entleerung des Kältemittelkreislaufs durch eine Auslassöffnung in die Umgebung.
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Die meisten Kraftfahrzeuge der aktuellen Generation weisen einen Kältemittelkreislauf auf, mit dessen Hilfe eine sogenannte Klimaanlage realisiert ist, die eine Regulierung der Temperatur im Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges nach an sich bekanntem Prinzip ermöglicht.
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Tritt nun beispielsweise infolge eines Unfalls ein Schaden am Kältemittelkreislauf auf, der eine Undichtigkeit bedingt, so tritt das im Kältemittelkreislauf eingeschlossene Kältemittel aus, was je nach eingesetztem Kältemittel sowie je nach Position der Undichtigkeit potentiell problematisch ist.
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So ist in der
DE 102 41 367 A1 zum Beispiel ein Kältemittelkreislauf beschrieben, der mit dem Kältemittel R744, also Kohlendioxid, betrieben wird, welches in hohen Konzentrationen eine Schädigung oder eine gesundheitliche Beeinflussung bei Personen bewirken kann, weswegen insbesondere ein unkontrolliertes Austreten dieses Kältemittels in die Fahrgastzelle oder den Fahrgastraum potentiell problematisch ist.
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Um nun eine kritische Konzentration an Kohlendioxid im Fahrgastraum durch ein Austreten dieses Kältemittels zu verhindern, weist das in der
DE 102 41 367 A1 beschriebene Kraftfahrzeug eine Sicherheitseinrichtung auf, die im Falle eines Unfalls ausgelöst wird und eine Entleerung des Kältemittelkreislaufs an einer vorgegebenen Position im Kältemittelkreislauf bewirkt. Hierbei wird mittels eines pyrotechnischen Elements der Kältemittelkreislauf an der vorgegebenen Position geöffnet, so dass dann das Kältemittel an eben dieser Stelle in die Umgebung austreten kann. Die gewählte Position liegt dabei im Motorraum des Kraftfahrzeuges und dementsprechend in räumlicher Distanz zum Fahrgastraum, wodurch eine problematische Erhöhung der Kohlenstoffdioxidkonzentration im Fahrgastraum sicher vermieden wird.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben, das für den Einsatz eines temperaturempfindlichen Kältemittels ausgelegt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.
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Hierbei weist das Kraftfahrzeug einen Hochtemperaturbereich auf, in welchem zumindest ein Hochtemperatur-Bauteil angeordnet ist, einen Kältemittelkreislauf mit einem darin eingeschlossenen Kältemittel sowie eine Vorrichtung zur bedarfsweisen Entleerung des Kältemittelkreislaufs durch eine Auslassöffnung in die Umgebung, wobei die Auslassöffnung der Vorrichtung in einem räumlichen Sicherheitsabstand vom Hochtemperaturbereich und somit vom Hochtemperatur-Bauteil positioniert ist
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Jenes Hochtemperatur-Bauteil heizt sich dabei im Betrieb des Kraftfahrzeuges zumindest zeitweise so weit auf, dass die dadurch im Hochtemperaturbereich vorherrschende Temperatur für verschiedene Kältemittel potentiell kritisch ist. Als Hochtemperaturbereich ist hierbei der Bauraum anzusehen, in dem das Hochtemperatur-Bauteil verbaut ist, oder aber er ist gleichzusetzen mit einem Raum, der diesen Bauraum umfasst und der sich in einem vorgegebenen Maß über diesen Bauraum hinaus ersttreckt.
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Dabei lässt sich für die verschiedenen Kältemittel jeweils ein kältemittelabhängiger Temperaturgrenzwert definieren, den das entsprechende Kältemittel nicht überschreiten sollte, und in Anhängigkeit des jeweiligen Temperaturgrenzwertes lässt sich dann festlegen, welche Bauteile oder Baugruppen als Hochtemperatur-Bauteile anzusehen sind und welcher Raumbereich um die entsprechenden Hochtemperatur-Bauteile herum als Hochtemperaturbereich anzusehen ist.
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Von genau diesem Bereich muss nun das eingesetzte Kühlmittel ferngehalten werden, damit sich dieses nicht auf den zugehörigen kritischen Temperaturgrenzwert erhitzt. Während dies ist im Normalbetrieb durch die Gestaltung des Kältemittelkreislaufes und die Führung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf sichergestellt ist, erfolgt im Falle des Auftretens einer Undichtigkeit und/oder im Falle eines Unfalls eine gezielte Entleerung des Kältemittelkreislaufs durch eine Auslassöffnung in die Umgebung, so dass der Großteil des Kältemittels nicht im Bereich der Undichtigkeit sondern durch die Auslassöffnung in die Umgebung austritt. Hierbei ist die Auslassöffnung der Vorrichtung in einem räumlichen Sicherheitsabstand vom Hochtemperaturbereich positioniert, wodurch eine problematische Erhitzung des Kältemittels zumindest für den Großteil des Kältemittels vermieden wird.
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Das heißt also, dass im Falle des Auftretens einer Undichtigkeit und/oder im Falle eines Unfalls eine gezielte Entleerung des Kältemittelkreislaufs über die Auslassöffnung erfolgt, um auf diese Weise eine Entleerung über die Undichte Stelle bzw. eine Öffnung im Kältemittelkreislauf, die sich durch eine Beschädigung des Kältemittelkreislaufs im Zuge des Unfalls gebildet hat, zu vermeiden. Anstatt also zu riskieren, dass sich der Kältemittelkreislauf an einer problematischen Stelle entleert, wird eine gezielte Entleerung vorgenommen, bei der die Position, an der die Entleerung in die Umgebung letzten Endes erfolgt, vorgegeben werden kann.
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Bevorzugt ist ein hier vorgestelltes Kraftfahrzeug dabei für das Kältemittel R1234yf ausgelegt, für das als kritischer Temperaturgrenzwert oder kritischer Temperaturwert 400°C, dies entspricht der unteren Selbstentzündungstemperatur, angesehen wird.
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In diesem Fall wird dann als Hochtemperaturbereich des Kraftfahrzeuges der Bereich angesehen, in dem im Betrieb zumindest zeitweise Temperaturen von 400°C und mehr zu erwarten sind und als Hochtemperatur-Bauteil werden Bauteile angesehen, die im Betrieb typischerweise zumindest zeitweise Temperaturen von mindestens 400°C erreichen. Dies trifft auf den Motorblock und Teile der Abgasführung zu, sowie auch auf einen Abgasturbolader, sofern vorhanden.
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Werden andere Kältemittel eingesetzt, so liegt der kritische Temperaturgrenzwert mitunter bei einem Wert deutlich über 400°C, also beispielsweise im Bereich von 600°C, so dass demzufolge weniger Bauteile, Bauteilabschnitte oder Baugruppen als Hochtemperatur-Bauteile anzusehen sind. Dementsprechend weist dann der Hochtemperaturbereich auch eine geringere Ausdehnung und ein geringeres Volumen auf.
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Vorteilhaft ist es weiter, einen möglichst großen räumlichen Sicherheitsabstand zu wählen, wobei ein räumlicher Sicherheitsabstand größer 0,5 m und insbesondere größer 1 m bevorzugt wird. Dabei lässt sich ein möglichst großer räumlicher Sicherheitsabstand zum Beispiel dadurch realisieren, dass sich an den Abgaskrümmer anschließende Abgasführung in einem seitlichen Bereich im Unterflurbereich angeordnet wird und dass die Auslassöffnung auf der gegenüberliegenden Seite im Unterflurbereich angeordnet wird, wobei sich in diesem Fall problemlos ein räumlicher Sicherheitsabstand realisieren lässt, der zumindest 2/3 der Breite des Kraftfahrzeuges entspricht.
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Zur Vorgabe eines entsprechenden räumlichen Sicherbeitsabstandes ist es zudem von Vorteil, wenn die Vorrichtung eine Kältemittelführung, insbesondere aus Leitungselementen, Schläuchen und/oder Rohren, aufweist, über die das Kältemittel zur bedarfsweisen Entleerung des Kältemittelkreislaufs aus diesem hin zur Auslassöffnung und somit weg vom Hochtemperaturbereich geführt wird. Die Kältemittelführung bildet dabei vorzugsweise eine Art Bypass aus Rohr- oder Schlauchleitungselementen aus, durch die die Position der Auslassöffnung festgelegt wird. Hierdurch ist es dann auch nicht notwendig, den eigentlichen Kältemittelkreislauf anzupassen, umzupositionieren oder zu modifizieren. Das heißt also, dass bevorzugt ein Kältemittelkreislauf, wie er bisher üblicherweise eingesetzt wird, verbaut und insbesondere so wie bisher angeordnet wird und dass dieser durch eine zusätzliche Kältemittelführung ergänzt wird, über die das Kältemittel für eine Entleerung des Kältemittelkreislaufs vom eigentlichen Kältemittelkreislauf weg hin zur Auslassöffnung geführt wird.
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Günstig ist es weiter, die Vorrichtung für eine gerichtete Entleerung vom Hochtemperaturbereich weg auszubilden und hierfür eine Auslassöffnung vorzusehen, die vom Hochtemperaturbereich weg zeigt. Typischerweise zeigt die Auslassöffnung dabei auch vom Kraftfahrzeug zur Seite weg.
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Einer Ausführungsvariante entsprechend ist die Auslassöffnung dabei im Bereich eines sogenannten Radhauses oder Radkastens positioniert, und zwar insbesondere in einem Bereich, der bezogen auf das Rad im Radhaus auf der der Bremsanlage gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
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Desweiteren ist die Vorrichtung bevorzugt als reine Sicherheitsvorrichtung ausgebildet, wobei in diesem Fall eine Entleerung des Kältemittelkreislaufes initiiert wird, wenn ein Druckabfall im Kältemittelkreislauf messtechnisch erfasst wird und/oder eine Verunfallung des Kraftfahrzeuges ermittelt wird. Gestartet wird die Entleerung dann in einem solchen Fall durch eine Generierung eines Steuersignals oder Auslösesignals, das einem ansteuerbaren Ventil zugeführt wird, welches daraufhin durch eine Änderung der Ventilstellung den Kältemittelkreislauf mit der Auslassöffnung kältemittelleitend verbindet. Als Ventil wird dabei zum Beispiel ein ansteuerbares 3-Wege-Ventil genutzt.
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Alternativ zu einem entsprechenden ansteuerbaren Ventil ist es vorgesehen, eine ansteuerbare pyrotechnische Einheit einzusetzen, durch deren Auslösung eine kältemittelleitende Verbindung zwischen dem Kältemittelkreislauf und der Auslassöffnung hergestellt wird, beispielsweise indem diese eine vorhandene Barriere, die den Kältemittelkreislauf und die Auslassöffnung voneinander trennt, zerstört.
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Unabhängig davon, ob ein ansteuerbares Ventil oder eine ansteuerbare pyrotechnische Einheit zum Einsatz kommt, ist es vorteilhaft, das entsprechende Ventil oder die entsprechende pyrotechnische Einheit unmittelbar in dem Bereich anzuordnen, in dem, sofern vorhanden, die Kältemittelführung mit dem der Auslassöffnung gegenüberliegenden Ende auf den Kältemittelkreislauf trifft. Im Falle eines ansteuerbaren Ventils ist dieses dabei bevorzugt quasi in den eigentlichen Kältemittelkreislauf integriert und die Auslassöffnung oder die Kältemittelführung schließt sich unmittelbar an das Ventil an.
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Wie bereits zuvor erwähnt, wird eine Entleerung des Kältemittelkreislaufes bevorzugt automatisch im Falle einer Verunfallung des Kraftfahrzeuges gestartet. Das hierzu benötigte Steuersignal für das ansteuerbare Ventil oder das hierfür notwendige Auslosesignal für die pyrotechnische Einheit wird dabei beispielsweise durch einen Crash-Sensor generiert. Alternativ wird als Steuersignal, Schaltsignal oder Auslösesignal ein Signal einer Steuereinheit mit genutzt, durch die ein Airbag des Kraftfahrzeuges ausgelöst wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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1 in einer Blockschaltbilddarstellung ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf und einer Vorrichtung zur bedarfsweisen Entleerung des Kältemittelkreislaufs.
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Ein nachfolgend exemplarisch beschriebenes Kraftfahrzeug 2 weist einen Verbrennungsmotor 4 mit einem Abgasturbolader sowie eine Abgasführung 6 mit einem Abgaskrümmer auf, mit deren Hilfe die Verbrennungsgase des Verbrennungsmotors im Betrieb vom Verbrennungsmotor 4 weg hin zum Heck des Kraftfahrzeuges 2 weggeführt werden.
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Teile des Verbrennungsmotors 4 und der Abgasführung 6 erreichen dabei im Betrieb zumindest zeitweise Temperaturen größer 400°C und daher werden der Verbrennungsmotor 4 einerseits und die Abgasführung 6 andererseits als Hochtemperatur-Bauteile des Kraftfahrzeuges 2 angesehen.
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Weiter weist das Kraftfahrzeug einen Kältemittelkreislauf 8 mit einem darin eingeschlossenen Kältemittel auf, mit dessen Hilfe nach an sich bekanntem Prinzip eine so genannte Klimaanlage im Kraftfahrzeug 2 realisiert ist, die zur Regulierung der Temperatur im so genannten Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges 2 dient. Teil der Klimaanlage und somit des Kältemittelkreislaufs 8 sind hierbei eine Verdichtereinheit 10, eine Expansionseinheit 12, zwei Wärmetauscher 14 sowie diverse Kältemittelleitungselemente 16. Dabei sind die Kältemittelleitungselemente 16 derart ausgebildet, dass ein möglichst geringer Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel in den Kältemittelleitungselementen 16 und der unmittelbaren Umgebung erfolgt.
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Als Kältemittel ist im Ausführungsbeispiel das Kältemittel R1234yf in Gebrauch und dementsprechend im Kältemittelkreislauf 8 eingeschlossen. Dieses Kältemittel ist unter bestimmten Bedingungen leicht entzündlich und im Falle einer entsprechenden Entzündung entstehen Verbrennungsprodukte, die als gesundheitsgefährdend einzustufen sind.
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Unter normalen Umständen sind diese Eigenschaften des Kältemittels unproblematisch, da das Kältemittel im Kältemittelkreislauf 8 auf einem unkritischen Temperaturniveau gehalten wird. Als potentiell kritisch sind jedoch Unfälle anzusehen, bei denen es prinzipiell zu einer Beschädigung des Kältemittelkreislaufs 8 und somit zu einem Austreten des Kältemittels kommen kann. Tatsächlich problematisch ist dabei der Fall, dass das Kältemittel im Nahbereich zu einem Hochtemperatur-Bauteil, also dem Verbrennungsmotor 4 oder der Abgasführung 6, austritt und sich in Richtung des entsprechenden Hochtemperatur-Bauteils ausbreitet. Hier kann es zu einer Entzündung des Kältemittels kommen und dementsprechend zu einer Reaktion, die gesundheitsgefährdende Verbrennungsprodukte generiert, welche eine Schädigung bei Personen, die sich im Nahbereich des Kraftfahrzeuges 2 aufhalten, also beispielsweise bei Insassen oder bei Rettungskräften, hervorrufen können.
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Um dieses Risiko weitestgehend ausschließen zu können, weist das Kraftfahrzeug 2 eine Vorrichtung 18 zur bedarfsweisen Entleerung des Kältemittelkreislaufs 8 durch eine Auslassöffnung 20 in die Umgebung auf, wobei die Auslassöffnung 20 in einem ausreichenden räumlichen Sicherheitsabstand S zu den Hochtemperatur-Bauteilen positioniert ist. Im Ausführungsbeispiel ist bezogen auf die Auslassöffnung 20 die Abgasführung 6 das nächstgelegene Hochtemperatur-Bauteil und ausgehend von diesem ist die Auslassöffnung 20 in einem Sicherheitsabstand S = 1,4 m positioniert, sodass aus der Auslassöffnung 20 austretendes Kältemittel ausreichend weit von jeder Hitzequelle, die eine Entzündung des Kältemittels hervorrufen könnte, in die Umgebung entlassen wird.
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Eine entsprechende Entleerung des Kältemittelkreislaufes 8 wird hierbei automatisch und somit in einigen Fällen rein präventiv gestartet, sobald mittels eines Crash-Sensors 22 eine Verunfallung des Kraftfahrzeuges 2 ermittelt wird. Das heißt also, dass im Falle eines Unfalls eine gezielte Entleerung des Kältemittelkreislaufs 8 über die Auslassöffnung 20 erfolgt, um auf diese Weise eine Entleerung über eine Öffnung im Kältemittelkreislauf 8, die sich durch eine Beschädigung des Kältemittelkreislaufs 8 im Zuge des Unfalls gebildet haben könnte, zu vermeiden. Anstatt also zu riskieren, dass sich der Kältemittelkreislauf 8 an einer problematischen Stelle entleert, wird eine gezielte Entleerung vorgenommen, bei der die Position, an der die Entleerung in die Umgebung letzten Endes erfolgt, vorgegeben werden kann.
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Hierzu umfasst die Vorrichtung 18 ein ansteuerbares 3-Wege-Ventil 24, welches seine Ventilstellung wechselt, sobald ein Sensorsignal vom Crash-Sensor 22 eingeht. Durch einen entsprechenden Wechsel der Ventilstellung wird eine Kältemittelführung 26 mit dem Kältemittelkreislauf 8 leitend verbunden, wodurch das Kältemittel über die Kältemittelführung 26 durch den im Kältemittelkreislauf 8 vorherrschenden Druck hin zur Auslassöffnung 20 strömt und schließlich über die Auslassöffnung 20 in die Umgebung des Kraftfahrzeuges 2 gelangt. Dabei ist der Endabschnitt der Kältemittelführung 26 im Bereich der Auslassöffnung 20 derart ausgestaltet und ausgerichtet, dass die Entleerung des Kältemittelkreislaufs 8 gerichtet vom Kraftfahrzeug 2 weg und insbesondere von den Hochtemperatur-Bauteilen weg geführt ist, was die Wahrscheinlichkeit der Ausbreitung des Kältemittels hin zu einem Hochtemperatur-Bauteil weiter reduziert oder zumindest die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass größere Mengen des Kältemittels zu einem Hochtemperatur-Bauteil gelangen.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Kältemittelführung 26 desweiteren derart ausgestaltet, dass das Kältemittel im Falle einer Entleerung des Kältemittelkreislaufs 8 vom 3-Wege-Ventil 24 zunächst in Richtung des Unterflurbereichs des Kraftfahrzeuges 2 geführt wird und dann im Bereich des Unterbodens entlang des Unterbodens in Richtung des Hecks des Kraftfahrzeuges 2. Im Bereich des linken hinteren Radkastens 28 erfolgt schließlich eine Führung des Kältemittels zur linken Seite des Kraftfahrzeuges 2 hin, also in den linken Radkasten 28 hinein hin zu linken Flanke des Kraftfahrzeuges 2. Da die Abgasführung 6 im relevanten Abschnitt quasi auf der gegenüberliegenden Seite im Bereich des rechten hinteren Radkastens 30 in Richtung des Hecks des Kraftfahrzeuges 2 ausgerichtet und angeordnet ist, ist ein besonders großer Sicherheitsabstand S realisiert, ohne dass hierfür größere oder technisch aufwändigere Umgestaltungsmaßnahmen am Kraftfahrzeug 2, ausgehend von einem Kraftfahrzeug 2 nach dem Stand der Technik, vorgenommen werden müssen.
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Einem alternativen Ausführungsbeispiel entsprechend erfolgt keine Anpassung der Abgasführung 6 und die Auslassöffnung 20 ist in einem der vorderen Radkästen positioniert.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Verbrennungsmotor
- 6
- Abgasführung
- 8
- Kältemittelkreislauf
- 10
- Verdichtereinheit
- 12
- Expansionseinheit
- 14
- Wärmetauscher
- 16
- Kältemittelleitungselement
- 18
- Vorrichtung
- 20
- Auslassöffnung
- 22
- Crash-Sensor
- 24
- 3-Wege-Ventil
- 26
- Kältemittelführung
- 28
- linker Radkasten
- 30
- rechter Radkasten
- S
- Sicherheitsabstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10241367 A1 [0004, 0005]
