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Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
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Auch betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Abgasanlage der vorgenannten Art.
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Solche Kraftfahrzeuge und Abgasanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Im Zuge des allgemeinen Bestrebens, Kraftfahrzeuge im Gewicht leichter zu machen, sodass unter anderem der Kraftstoffverbrauch und die zugehörigen CO2-Emissionen sinken, wird im Bereich der Abgasanlagen ebenfalls eine allgemeine Gewichtsreduzierung angestrebt.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Abgasanlage anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch eine Abgasanlage der eingangs genannten Art gelöst, die eine Trägerplatte umfasst, auf der zumindest eine Abgasleitung oder zumindest ein Abgasschalldämpfer vorgesehen ist, wobei die Trägerplatte aus einem Kunststoff hergestellt ist. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Abgasanlage unterscheidet sich somit grundlegend von bekannten Abgasanlagen, die durch eine selbsttragende Struktur aus Abgasleitungen und Abgasbehandlungsvorrichtungen, zum Beispiel Abgasschalldämpfern, gebildet sind. Bei der erfindungsgemäßen Abgasanlage sind die Abgasleitung und/oder der Abgasschalldämpfer nicht selbsttragend. Lediglich die Trägerplatte ist als tragendes Teil ausgeführt und stabilisiert in diesem Zusammenhang die Abgasleitung und/oder den Abgasschalldämpfer. Es ist also lediglich die Trägerplatte ein Strukturteil. Aus diesem Grund können für die Abgasleitung und/oder den Abgasschalldämpfer Materialien mit verhältnismäßig geringer Wandstärke genutzt werden. Beispielsweise können Bleche oder Folien mit Wandstärken von 0,2 mm oder weniger verwendet werden. Durch diesen Aufbau ergibt sich insgesamt eine besonders leichte Abgasanlage. Durch die Herstellung der Trägerplatte aus Kunststoff kann eine weitere Gewichtsreduzierung erreicht werden, wobei die Trägerplatte trotzdem über die notwendige Stabilität verfügt.
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Der vorgenannte Abgasschalldämpfer kann entweder als passiver Abgasschalldämpfer oder als aktiver Abgasschalldämpfer ausgeführt sein. Dabei umfasst der aktive Abgasschalldämpfer bevorzugt einen Lautsprecher, mittels dem zum von einem Abgasstrom getragenen Schall gegenphasiger Schall erzeugt werden kann, sogenannter Gegenschall.
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Bevorzugt ist die Trägerplatte aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. Es lässt sich somit ein besonders gutes Verhältnis zwischen dem Gewicht der Trägerplatte und deren mechanischen Eigenschaften erreichen. Insbesondere kann so die Trägerplatte besonders steif ausgeführt werden. Bevorzugt wird die Trägerplatte mittels eines Sheet Moulding Compounds (SMC) hergestellt. Solche Werkstoffe können mittels Pressverfahren verarbeitet werden, sodass die Herstellung der Trägerplatte besonders einfach und kostengünstig ist. Bevorzugt wird ein glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet. Solche Kunststoffe weisen ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Kosten, Gewicht und mechanischen Eigenschaften auf.
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Vorteilhafterweise sind bzw. ist der Abgasschalldämpfer und/oder die Abgasleitung zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. In der Regel sind Bauteile aus Kunststoff gegenüber Vergleichsbauteilen aus Metall leichter. Dies gilt insbesondere für die vorliegenden Abgasanlagen. In Abhängigkeit der thermischen Beständigkeit des Kunststoffs und der Temperaturverteilung innerhalb der Abgasanlage können auch nur bestimmte Abschnitte derselben aus Kunststoff hergestellt sein. Die übrigen Abschnitte können beispielsweise aus einem Metallwerkstoff hergestellt sein, dessen thermische Beständigkeit bekanntermaßen für Abgasanlagen ausreichend ist. Es ergibt sich so eine leichte Abgasanlage, deren Funktionstüchtigkeit und Zuverlässigkeit durch die Verwendung von Kunststoff nicht beeinträchtigt ist.
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In einer Variante sind bzw. ist zudem der Abgasschalldämpfer und/oder die Abgasleitung zumindest abschnittsweise integral mit der Trägerplatte hergestellt. Dies wird durch eine Ausführung der Trägerplatte sowie des Abgasschalldämpfers und/oder der Abgasleitung aus Kunststoff begünstigt. Durch die integrale Bauweise werden gegenüber bekannten Abgasanlagen Montageschritte eingespart. Zudem ist eine solche Abgasanlage besonders leicht, da sonst notwendige Befestigungsmittel entfalten können. Ähnliches gilt den Materialbedarf der Abgasanlage, der vergleichsweise gering ist.
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In einer Ausführungsform ist die Abgasanlage dazu ausgebildet, in einem Unterbodentunnel des Kraftfahrzeugs angeordnet zu werden, insbesondere wobei die Trägerpatte den Unterbodentunnel zumindest abschnittsweise bodenseitig verschließen kann. Unter einem Unterbodentunnel kann dabei ein Mitteltunnel oder ein Kardantunnel verstanden werden. Zudem wird von diesem Begriff auch ein speziell für die Anordnung der Abgasanlage vorgesehener Tunnel in einem Unterboden des Kraftfahrzeugs erfasst. Der Unterbodentunnel ist dabei vorzugsweise durch einen Abschnitt eines Bodenblechs des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die Anordnung der Abgasanlage im Unterbodentunnel ist insgesamt besonders platzsparend. Zudem wird durch eine solche, zurückversetzte Anordnung der Abgasanlage der Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs am Unterboden reduziert. Dazu trägt auch die Trägerplatte bei, die den Unterbodentunnel bodenseitig verschließt, wobei bodenseitig dahingehend zu verstehen ist, dass die Trägerplatte den Unterbodentunnel auf seiner einer Fahrbahn zugewandten Seite verschließt. Darüber hinaus ist so die Abgasanlage im Wesentlichen vor störenden Umwelteinflüssen, zum Beispiel Steinschlag und/oder Spritzwasser geschützt. Im Vergleich zu bekannten, auf eine Unterseite des Unterbodens angeordneten Abgasanlagen kann eine erfindungsgemäße Abgasanlage somit besonders leicht ausgeführt werden.
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Auch kann zumindest ein Abschnitt des Unterbodentunnels zusammen mit der Trägerplatte ein Abgasanlagengehäuse bilden. Der Abschnitt des Unterbodentunnels stellt somit eine Oberschale des Abgasanlagengehäuses dar, die zugehörige Unterschale die Trägerplatte. Erfindungsgemäß sind hier die Abgasleitung und/oder der Abgasschalldämpfer innerhalb des Abgasanlagengehäuses angeordnet. Dabei kann zwischen dem Abgasanlagengehäuse und der Abgasleitung sowie zwischen dem Abgasanlagengehäuse und dem Abgasschalldämpfer Isolationsmaterial vorgesehen sein. Vorzugsweise sind alle sich innerhalb des Abgasanlagengehäuses ergebenden Hohlräume mit Isolationsmaterial gefüllt. Verglichen mit bekannten Abgasanlagen, die über vom Unterbodentunnel separate Oberschalen verfügen, ist eine erfindungsgemäße Abgasanlage besonders leicht und einfach im Aufbau.
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Die Trägerplatte kann zudem Befestigungsmittel aufweisen, mittels der die Trägerplatte an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs befestigbar ist. Die Trägerplatte ist damit vorzugsweise derart am Unterboden des Kraftfahrzeugs befestigt, dass sie einfach demontiert werden kann. Beispielsweise ist die Trägerplatte mittels Schrauben am Unterboden befestigt, die mit an der Trägerplatte angeordneten Befestigungslaschen zusammenwirken. Es lässt sich somit zum Beispiel im Rahmen einer Wartung oder Reparatur die Trägerplatte mit der Abgasleitung und/oder dem Abgasschalldämpfer vom Unterboden des Kraftfahrzeugs abnehmen. Auch aus der Perspektive des Recyclings am Ende des Lebenszyklus des Kraftfahrzeugs ist eine solche Demontierbarkeit vorteilhaft, da in einem Fall, in dem für die Trägerplatte und den Unterboden unterschiedliche Materialien verwendet werden, diese einfach voneinander getrennt werden können. Zur Vereinfachung der Montage und Demontage weisen die Abgasleitungen an den entsprechenden Positionen sogenannte Trennstellen auf.
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In einer Variante ist die Trägerplatte mehrteilig ausgebildet, insbesondere wobei die Trägerplatte entlang einer Abgasströmungsrichtung segmentiert ist. Entlang der Abgasströmungsrichtung ist die Trägerplatte also aus mindestens zwei Segmenten gebildet. Dadurch wird die Montage und Demontage der Trägerplatte erleichtert. Zwischen den einzelnen Abschnitten der Trägerplatte sind Trennstellen vorgesehen. Ferner kann die Segmentierung der thermischen und/oder schwingungstechnischen Entkopplung der einzelnen Segmente dienen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerplatte zumindest in einem Übergangsbereich zwischen dem sogenannten Hot End der Abgasanlage und dem sogenannten Cold End der Abgasanlage einen Trennstelle auf. Die Trennstelle liegt also im Bereich eines ersten Katalysators oder eines Partikelfilters.
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Insbesondere umfasst die Trägerplatte zumindest eine Belüftungsöffnung und/oder zumindest eine Entlüftungsöffnung. Die Belüftungsöffnung und/oder die Entlüftungsöffnung erlauben bzw. erlaubt einen Luftaustausch zwischen einer Umgebung des Kraftfahrzeugs und einem von der Trägerplatte abgegrenzten Volumen. Der Luftaustausch kann dabei rein passiv erfolgen; während der Fahrt beispielsweise durch Fahrtwind. Auch ist ein aktiver Luftaustausch möglich. Dafür ist beispielsweise ein Ventilator oder ein Kompressor im Bereich der Belüftungsöffnung und/oder der Entlüftungsöffnung vorgesehen. Insbesondere dient der Luftaustausch dazu, von einem Abgasstrom eingebrachte Wärme aus einem durch die Trägerplatte abgegrenzten Bereich abzuführen. Die Belüftungsöffnung und/oder die Entlüftungsöffnung dient bzw. dienen also der Kühlung der Abgasanlage.
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Insbesondere sind bzw. ist die zumindest eine Belüftungsöffnung und/oder die zumindest eine Entlüftungsöffnung entlang einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs in einem Endbereich der Trägerplatte angeordnet. Beispielsweise ist die zumindest eine Belüftungsöffnung in einem vorderen Endbereich vorgesehen und die zumindest eine Entlüftungsöffnung in einem hinteren Endbereich. Es ergibt sich also eine im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung verlaufende Strömung durch die Abgasanlage.
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Auch kann die Trägerplatte Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit und/oder Festigkeit aufweisen, insbesondere wobei die Trägerplatte einen Vibrationsdämpfungsbereich aufweist. Eine solche Trägerplatte kann insbesondere als aus faserverstärktem Kunststoff hergestellte Trägerplatte ausgeführt sein. Es können bzw. kann somit die Festigkeit und/oder Steifigkeit der Trägerplatte für jeden Bereich bedarfsgerecht eingestellt werden. In diesem Zusammenhang können auch lokale Aussteifungen vorgesehen sein. Insbesondere ist die Trägerplatte in denjenigen Bereichen, in denen sie die Abgasleitung und/oder den Abgasschalldämpfer trägt, steif ausgeführt. In anderen Bereichen, insbesondere in denjenigen Bereichen, über die die Trägerplatte mit einem Unterboden des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, kann die Trägerplatte nachgiebig gestaltet sein. Das dient einer schwingungsentkoppelten Montage der Trägerplatte am Unterboden. Somit können schwingungsentkoppelnde Zusatzelemente im Vergleich zu bekannten Abgasanlagen entfallen oder kleiner ausgeführt werden.
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Ferner kann die Trägerplatte eine Serviceöffnung aufweisen. Eine solche Öffnung dient der Kontrolle und/oder Wartung der Komponenten der Abgasanlage. Zusätzlich kann sie der Montage und/oder Demontage der Abgasanlage dienen. Auch wenn die Trägerplatte demontierbar am Unterboden eines Kraftfahrzeugs befestigt ist, kann es vorteilhaft sein Inspektionen und/oder kleine Reparaturen über die Serviceöffnung durchzuführen. Der zugehörige Aufwand ist deutlich geringer.
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In einer Gestaltungsalternative umfasst die Trägerplatte eine Verschlussklappe, die dazu ausgebildet ist, die Serviceöffnung wahlweise zu verschließen. Es wird so verhindert, dass unerwünschte Gegenstände oder Partikel aus der Umgebung in die Abgasanlage eindringen. Insbesondere kann so der Eintritt von Feuchtigkeit sowie von Schmutz verhindert werden. Es wird so die Zuverlässigkeit der Abgasanlage gesteigert. Ferner kann die Verschlussklappe im geschlossenen Zustand Teil einer Strömungskanalwand sein.
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Vorteilhafterweise weist die Trägerplatte im montierten Zustand bodenseitig eine abtriebsfördernde und/oder luftwiderstandsreduzierende Oberfläche auf. Es wird somit der Luftwiderstand eines Kraftfahrzeugs, an dem die Abgasanlage montiert ist, gesenkt. Dadurch sinken der Verbrauch an Kraftstoff sowie die Emissionen an CO2 des entsprechenden Kraftfahrzeugs. Eine abtriebsfördernde Oberfläche bewirkt, dass ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug unter Einwirkung des Fahrtwindes in Richtung einer Fahrbahnoberfläche gedrückt wird. Dies ist vorteilhaft für die Fahrstabilität und Fahrsicherheit. In diesem Zusammenhang kann sich die Trägerplatte in eine luftwiderstandsreduzierende Unterbodenverkleidung des Kraftfahrzeugs eingliedern.
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Zudem kann die Trägerplatte als thermisches Isolationselement, insbesondere als Hitzeschild, zur thermischen Abschirmung der Abgasanlage von einer Umgebung ausgebildet sein. Mittels der Trägerplatte ist somit sichergestellt, dass insbesondere an einem Unterboden eines mit der erfindungsgemäßen Abgasanlage ausgestatteten Kraftfahrzeugs die Temperaturen in einem vorgeschriebenen Bereich gehalten werden.
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Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art gelöst, das eine erfindungsgemäße Abgasanlage umfasst, wobei die Abgasanlage in einem Unterbodentunnel des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Aufgrund der Tatsache, dass eine solche Abgasanlage besonders leicht im Gewicht ist, ist auch das Kraftfahrzeug vergleichsweise leicht. Durch die Anordnung der Abgasanlage im Unterbodentunnel verfügt das Kraftfahrzeug zudem über einen verhältnismäßig geringen Luftwiderstand. Ferner ist die Abgasanlage im Unterboden platzsparend angeordnet, sodass das Kraftfahrzeug über ein gutes Platzangebot für die Passagiere und/oder über ausreichend Bauraum für weitere technische Komponenten verfügt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
- - 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Abgasanlage,
- - 2 eine erfindungsgemäße Abgasanlage mit einem Abgasschalldämpfer (2a)) sowie eine erfindungsgemäße Abgasanalage mit einer Abgasleitung (2b)), jeweils in einer Schnittdarstellung,
- - 3 weitere erfindungsgemäße Abgasanlagen, wobei eine Abgasleitung und ein Abgasschalldämpfer integral mit einer Trägerplatte hergestellt sind, und
- - 4 die erfindungsgemäßen Abgasanlagen aus den vorhergehenden Figuren in einer Draufsicht.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Verbrennungsmotor 12 und einer in einem Unterbodentunnel 14 des Kraftfahrzeugs 10 angeordneten Abgasanlage 16.
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Die Abgasanlage 16 umfasst eine Trägerplatte 18, auf der ein Abgasschalldämpfer 22 (siehe 2a) und 3a)) oder eine Abgasleitung 20 (siehe 2b) und 3b)) vorgesehen ist.
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Zudem verschließt die Trägerplatte 18 zumindest abschnittsweise den Unterbodentunnel 14 bodenseitig.
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Damit bildet der Unterbodentunnel 14 zusammen mit der Trägerplatte 18 ein Abgasanlagengehäuse 23. Der Unterbodentunnel 14 stellt in diesem Zusammenhang eine Oberschale des Abgasanlagengehäuses 23 dar und die Trägerplatte 18 eine Unterschale des Abgasanlagengehäuses 23.
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Vorliegend ist die Trägerplatte 18 aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt.
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Ferner weist die Trägerplatte im montierten Zustand bodenseitig eine abtriebsfördernde und/oder luftwiderstandsreduzierende Oberfläche 24 auf. Es wird somit der Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs 10 reduziert und während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 der Abtrieb, also der Anpressdruck des Fahrzeugs auf eine Fahrbahn, erhöht.
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Darüber hinaus dient die Trägerplatte 18 als thermisches Isolationselement. Sie schirmt in der dargestellten Ausführungsform als Hitzeschild 25 die Abgasanlage 16 thermisch von einer Umgebung 26 ab.
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Zur Befestigung der Trägerplatte 18 am Unterboden des Kraftfahrzeugs 10 weist diese Befestigungsmittel 28 auf, die vorliegend als Befestigungslaschen ausgeführt sind (siehe 4). Diese werden über Schrauben 30 am Unterboden befestigt (vgl. 2 und 3).
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Um einen Luftaustausch zwischen dem vom Unterbodentunnel 14 und der Trägerplatte 18 begrenzten Volumen und der Umgebung 26 zu ermöglichen, sind in der in 4 dargestellten Ausführungsform der Abgasanlage 16 zwei Belüftungsöffnungen 32 sowie vier Entlüftungsöffnungen 34 vorgesehen.
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Beispielhaft sind die Belüftungsöffnungen 32 bezüglich einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10 weiter vorne angeordnet als die Entlüftungsöffnungen 34. Damit kann der von der Trägerplatte 18 und dem Unterbodentunnel 14 begrenzte Bereich vom Fahrtwind durchströmt werden.
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Die Trägerplatte 18 weist auch eine Serviceöffnung 36 auf, die mittels einer Verschlussklappe 38 wahlweise verschlossen werden kann. Die Serviceöffnung 36 und die Verschlussklappe 38 dienen dazu, Komponenten der Abgasanlage 16 inspizieren zu können, ohne die Abgasanlage 16 vom Kraftfahrzeug 10 demontieren zu müssen.
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Die Trägerplatte 18 der Abgasanlage 16 gemäß 4 weist zudem Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit und/oder Festigkeit auf. Dabei ist insbesondere ein Bereich 40 mit verringerter Steifigkeit vorgesehen, der als Vibrationsdämpfungsbereich gestaltet ist. Er dient der schwingungsentkoppelten Montage der Trägerplatte 18 am Unterboden des Kraftfahrzeugs 10.
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Die Abgasanlage 16 gemäß 4 ist zudem mehrteilig ausgebildet. Dabei ist die Trägerplatte 18 entlang einer Abgasströmungsrichtung in die Segmente 18a, 18b und 18c segmentiert.
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In den Ausführungsformen gemäß 3 sind im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäße 2 die Abgasleitung 20 und der Abgasschalldämpfer 22 integral mit der Trägerplatte 18 hergestellt. Es handelt sich also bei der Trägerplatte 18 und der Abgasleitung 20 bzw. bei der Trägerplatte 18 und dem Abgasschalldämpfer 22 lediglich um ein einziges Bauteil.
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In den dargestellten Ausführungsformen sind zudem der Abgasschalldämpfer 22 und die Abgasleitung 20 aus einem Kunststoff hergestellt. Auch an dieser Stelle kann ein faserverstärkter Kunststoff verwendet werden.
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In den dargestellten Ausführungsformen weist die Abgasanlage 16 stets entweder eine Abgasleitung 20 oder einen Abgasschalldämpfer 22 auf. Selbstverständlich ist es auch möglich, diese Ausführungsformen zu kombinieren, sodass eine Abgasanlage 16 entsteht, die sowohl eine Abgasleitung 20 als auch einen Abgasschalldämpfer 22 umfasst.
