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Abgas-Abgabe-Anlage für Kraftfahrzeuge
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgas-Abgabe-Anlage für Kraftfahrzeuge,
insbesondere für Nutzkraftfahrzeuge mit einer in die obere Straßenatmosphäre führenden
Abgasleitung, die in ein vom oberen Strömungsfeld des Fahrzeugs beaufschlagtes Leitflächengehäuse
mündet.
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Eine derartige Abgas-Abgabe-Anlage für Kraftfahrzeuge ist durch die
IT-PS 459 550 bekannt. Bei der bekannten Abgas-Abgabe-Anlage weist jedoch das Leitflächengehäuse,
das ein Tragflügelprofil zeigt , an der Oberseite und der Unterseite Abgasaustrittsöffnungen
auf. Dadurch kann aber die Schadstoffemission nicht in der Weise durchgeführt werden,
wie sie gemäß der hier vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, durch die bei der
erhöhten Dichte des Stadtverkehrs die unteren Luftschichten von giftigem Abgas freigehalten
werden sollen.
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Zum weiteren Stand der Technik gehört auch noch die GB-PS 471 177;
jedoch lassen sich die im Luftverkehr auftretenden Verhältnisse nicht ohne weiteres
auf Kraftfahrzeuge übertragen, die sich in einem dichten Stadtverkehr bewegen müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Schadstoffimmission in den
straßennahen Bereich, insbesondere in die fahrbahnnahe Straßen-Atmosphäre der kleinen
Verkehrspartner wesentlich zu verbessern, in der sich Personenkraftwagen, Zweiradfahrer
und Fußgänger bewegen. Demgemäß soll die Schadgasabgabe an die obere, windfeld-winkelschwankungsreiche
Freiraum-Straßen-Atmosphäre vorgenommen werden.
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Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, die Abgasabgabehöhe bis an
die vom Gesetzgeber zugelassene Fahrzeughöhe je nach den Fahrzeugnutzaufbaukonturen
und je nach den räumlichen Gegebenheiten der Straßenführung, nämlich Troglage, Normallage
oder Hochlage zu variieren, da die aktuelle Belastung der Straßenatmosphäre mit
Schadstoffen von der Emissionssituation, der Ausbreitungsmetereologie und von den
räumlichen Gegebenheiten der Straße abhängt. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung,
die Fahrzeug-Aerodynamik für die gas technische Entsorgung der motorischen Verbrennung
heranzuziehen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Leitflächengehäuse
eine obere Leitfläche aufweist, die in Längs- und Querrichtung konvex gekrümmt ist
und in der sich ein Abgas-Abgabe-Gitter befindet. Das dadurch entstehende Strömungsfeld
soll infolge der relativen änderung der Fahrzeugfront
-Querschnittsfläche
durch das Leitflächengehäuse zur fahrzeugumriß- und straßenumweltschonenden Entsorgung
des Abgasstromes dienen. Hierzu kann das Leitflächengehäuse Teil einer oberen Strömungsanpassungszelle
sein oder es kann als Tragflügel-, Tropfenform- oder Umlenkschaufelprofil ausgebildet
sowie freistehend über der Abgasleitung starr angeordnet sein. Dabei soll das Abgas-Abgabe-Gitter
in einem Leitflächenprofil liegen, das sich durch lange laminare vordere und hintere
Lauflängen auszeichnet. Damit kann am Schadgas-Auslaufgitter eine gebündelte Parallelströmung
aufgebaut werden, die den Abgas-Quellstrom an die obere Atmosphäre wirbelschnittarm
verteilt. Im übrigen soll das Abgabe-Element weder Strömungstrennflächen noch Wirbelschichten
aufweisen, was bedeutet, daß es keinen oder nur einen geringen zusätzlichen aerodynamischen
Widerstand erzeugt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Leitflächengehäuse
als Tragflügel-, Tropfenform- oder Umlenkschaufelprofil ausgebildet und über der
Abgasleitung freistehend, mit einem veränderbaren Anstellwinkel angeordnet sein,
der so einstellbar ist, daß das Abgasmischstrombündel über die Nutzaufbauten des
Fahrzeugs hinweg geleitet wird. Hiermit soll die staudruckindizierte Potential-Parallelströmung
nicht nur zur wirbelschnittarmen Entsorgung des Schadgasquellstromes, sondern auch
zum Hoch- oder Umleiten desselben über extrem hohe Nutzaufbauten Verwendung finden.
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Weiterhin kann das Leitflächengehäuse erfindungsgemäß als Tragflügel-,
Tropfenform- oder Umlenkschaufelprofil ausgebildet
und über der
Abgasleitung freistehend, mit veränderbarem Anstellwinkel angeordnet sein, der so
einstellbar ist, daß der Abgabedruck des Abgases in die obere Straßenatmosphäre
variierbar ist. Diese Einstellungsmöglichkeit kann auch zur Richtungsregelung des
Abgas-Mischstromes ohne Berücksichtigung des Abgabedruckes durch Verstellung der
Leitflächen- oder Umlenkschaufelprofile um eine Querachse zur Anpassung an die Aufbauhöhe
und deren Strömungsfeldes.
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Das Leitflächengehäuse kann nun am Fahrerhaus, am Rahmen oder am Nutzaufbau
befestigt sein.
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Zur Anpassung bei einem gegenüber dem Nutzaufbau niedrigeren Fahrerhaus
kann das Leitflächengehäuse auch oberhalb des Fahrerhauses vor dem Nutzaufbau angeordnet
sein. Es kann aber auch am hinteren Ende des Nutzaufbaues oberhalb seiner Dachfläche
angeordnet sein.
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Zur Einstellung des Leitflächengehäuses, das als Tragflügel-, Tropfenform-
oder Umlenkschaufelprofil ausgebildet ist, kann die Veränderbarkeit des Anstellwinkels
durch mechanische Mittel bewirkt werden. Diese mechanische Mittel können von Steuermitteln
elektrisch, elektronisch, hydraulisch, pneumatisch oder in anderer entsprechender
Weise beispielsweise auch von Hand eingestellt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Veränderbarkeit
der Druckverteiler am Abgasauslaufgitter durch Änderung des Anstellwinkels proportional
dem Staudruck am Staupunkt, der dem Scheitelpunkt des Tragflügelprofils entspricht,
gesteuert werden. Andererseits kann
die Veränderbarkeit der Druckverteilung
am Abgasauslaufgitter durch Anderung des Anstellwinkels proportional zum Abgasgegendruck
am Motor oder an der Aufladeturbine gesteuert werden, Dabevsoll die fahrstaudruckinjizierte
Parallelströmung bei einem anstellwinkelveränderbaren Abgas-Abgabegehäuse der Einstellung
einer fahrdynamisch reellen oder ideellen barometrischen Ortshöhe dienen, die eine
Optimierung des Liefergrades der motorischen Hubkolben oder der Turbinenverbrennung
herbeiführt. Damit soll eine fahrstaudynamische Beeinflussung der Betriebsparameter
des Antriebsmotors zur Verbesserung der Schadgaswerte vorgenommen werden.
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Auf diese Weise kann bei Motoren mit hohem Gasdurchsatz eine intensive,
kraftstoffsparende Regelung der Abgasspülung im Hochgeschwindigkeitsverkehr bei
hohem Staudruck realisiert werden. Es ergibt sich dadurch weiterhin, daß das Nachlaufen
der Abgasturbine bei freier Beschleunigung des Motors durch eine staudruckinjiziertee
Unterdruck-Abgasabgabe verhindert wird.
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Schließlich kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das integrierte
oder das freistehende Leitflächengehäuse als Dämpfungskammer für die Abgaspulsation
ausgebildet sein. Das Leitflächengehäuse dient dadurch als Dämpfungskammer und Auslaßstauraum
für die Abgaspulsation.
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Die Erfindung wird anhand von mehreren in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen in der folgenden Beschreibung näher erläutert, der auch weitere
Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung entnommen werden können. Es eigen
Fig.
1 eine Abgas-Abgabe-Anlage nach der Erfindung in Seitenansicht, wobei das Leitflächengehäuse
ein Teil der oberen Nutzaufbau-Strömungsanpassungs-Zelle ist, Fig. 2 einen Schnitt
nach der Linie II - II in Fig. 1, Fig. 3 die Draufsicht auf die obere tragflügelrückenförmige
Leitfläche mit einem Abgabegitter, Fig. 4 eine Antriebsbaugruppe ähnlich wie nach
Fig. 1, jedoch mit maximal hohem Nutzaufbau, Fig. 5 eine Seitenansicht einer Abgas-Abgabe-Anlage
als freistehendes Leitflächengehäuse im Tragflügelprofil, Fig. 6 einen Schnitt nach
der Linie VI - VI in Fig. 5, Fig. 7 eine Seitenansicht einer Abgas-Abgabe-Anlage
mit einem Leitflächengehäuse in Tropfenform-Profil (Luftschiff-Formprofil), freistehend
und um eine Querachse schwenkbar angeordnet, mit einer Gehäusestellung, die im durchschnittlichen
Geschwindigkeitsbereich eine Gasstromabgabe unter barometrischer Ortshöhe oder unter
Fahrstau- Nulldruck bewerkstelligt.
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Fig. 8 eine Seitenansicht der Abgas-Abgabe-Anlage nach Fig. 7, jedoch
mit einer Gehäusestellung, die im durchschnittlichen Geschwindigkeitsbereich eine
Gasstromabgabe unter erhöhter barometrischer Ortshöhe oder unter Fahrstau-Überdruck
bewerkstelligt, Fig. 9 eine Seitenansicht der Abgas-Abgabe-Anlage nach Fig. 7, jedoch
mit einer Gehäusestellung, die im durchschnittlichen Geschwindigkeitsbereich eine
Gasstromabgabe unter niederer barometrischer Ortshöhe oder unter Fahrstau-Unterdruck
bewirkt.
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Fig. 10 eine Seitenansicht einer Abgas-Abgabe-Anlage mit einem Leitflächengehäuse
in Umlenkschaufel-Profi. (Abgas-Abschirmschaufel) bei einem Fahrzeug mit Tank-Nutzaufbau
für brennbare Flüssigkeit, Fig. 11 eine Seitenansicht einer Abgas-Abgabe-Anlage
mit einem manuell mechanisch verstellbaren Leitflächengehäuse in Tragflügelprofil
bei einem Fahrzeug mit an sich turbulenter oberer Nutzaufbauumströmung, Fig. 12
eine Seitenansicht einer Abgas-Abgabe-Anlage in Umlenkschaufel-Profil bei einem
Fahrzeug mit optimal anliegender oberer Nutzaufbau-Umströmung,
Fig.
13 eine Seitenansicht eines Nutzfahrzeugs mit Hecktriebwerksanordnung und einer
Abgas-Abgabe-Anlage an der Heckdachseite mit einem als Tragflächenprofil ausgebildeten
Leitflächengehäuse.
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In der Fig. 1 ist das Oberteil einer Antriebsbaugruppe 1 eines Nutzfahrzeugs
dargestellt. Diese Baugruppe weist eine kippbare Bedienungszelle 2 und eine rahmenfeste
Nutzaufbau-Strömungsanpassungs-Zelle 6 auf. In diese Nutzaufbau-Strömungsanpassungs-Zelle
ist eine Abgas-Dämpfungs-und Pulsationsfangraum-Anlage integriert. Zwischen der
Bedienungszelle 2 und der Nutzaufbau-Strömungsanpassungs-Zelle 6 ist ein elastisch
nachgiebiger Balg 3 vorgesehen, der die Bewegungen der Bedienungszelle 2 gegenüber
der Nutzaufbau-Strömungsanpassungs-Zelle 6 ausgleicht. Die obere Peripherie 4 der
Nutzaufbau-Strömungsanpassungs-Zelle 6 stellt die Leitfläche des Leitflächengehäuses
lo dar, die in Längs- und Querrichtung konvex gekrümmt ist und in der sich ein Abgas-Abgabegitter
11 befindet. Mit 12 ist das vom Fahrzeug erfaßte obere Windfeld bezeichnet, das
im Bereich der Abgas-Abgabe-Anlage das Fahrzeug bei der Fahrt bestreicht.
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Durch das Abgas-Abgabeleitflächengehäuse 1o wird in dieses Windfeld
Abgas eingeleitet, wodurch ein laminares Abgas-Mischstromfaden-Bündel 13 mit hoher
Stabilität über dem Nutzaufbau 7 entsteht, in das Abgas an die obere Straßenatmosphäre
wirbelschnittarm eingeleitet worden ist.
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Unter der rahmenfesten Nutzaufbau-Strömungsanpassungs-Zelle 6 befindet
sich eine Entnahme- und Aufbereitungszelle 5
für Verbrennungsrohluft.
Diese Zelle 5 ist auch für die seitliche Strömungsanpassung in geeigneter Weise
ausgebildet.
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Eine ähnliche Ausführung ist in Fig. 4 dargestellt, jedoch erreicht
hier der Nutzaufbau 7 die größte gesetzlich zulässige Höhe. Demgemäß muß die obere
Nutzaufbau-Strömungsanpassungs-Zelle 15 den Höhenunterschied zwischen der Obergrenze
der kippbaren Bedienungszelle 2 und der Oberkante des Nutzaufbaus 7 ausgleichen.
In der Nähe des Nutzaufbaus befindet sich das Abgas-Abgabegitter 11 und im übrigen
ist auch hier wieder dargestellt, wie das vom Fahrzeug erfaßte obere Windfeld 12
im Bereich der Abgasanlage in das laminare Abgas-Mischstromfaden-Bündel 13 übergeht,
nachdem wirbelschnittarm das Abgas aus dem Abgas-Abgabegitter 11 aufgenommen worden
ist. Weiterhin ist ein vom Fahrzeug erfaßtes oberes Strömungsfeld 14 dargestellt,
das im Bereich eines Verbrennungsluftentnahmegitters 8 seitlich am Fahrzeug vorbeistreicht.
In Fig. 4 ist noch ein Luftaustrittsgitter 9 zu erkennen, das zur Belüftung der
Abgasdämpfungs- und Pulsationsfangraum-Anlage dient.
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In den Fig. 5 und 6 ist eine Ausführung dargestellt, bei der das Leitflächengehäuse
als Tragflügelprofil 16 ausgebildet ist, das freistehend auf der in die obere Straßenatmosphäre
führenden Abgasleitung 17 sitzt. Auch dieses Tragflügelprofil weist ein Abgas-Abgabegitter
11 auf. Zusätzlich zu dem oberen Windfeld 12, das in das laminare Abgas-Mischstromfaden-Bündel
13 übergeht, ist hier nun noch ein weiteres Stromfadenbündel 18 dargestellt, das
das Leitflächengehäuse 16 an der dem Fahrzeug zugewandten
Leitflächenseite
umströmt und in ein Stromfadenbündel 19 übergeht, das schmutz- und brandempfindliche
Nutzaufbauten 7 durch ein laminares anliegendes Stromfadenbündel abschirmt und vor
Schmutz und Funkenflug schützt.
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In Fig. 7 ist eine Abgas-Abgabe-Anlage mit einem Leitflächengehäuse
dargestellt, die in Tropfenform-Profil 20 ausgebildet ist, das einem Luftschiff-Formprofil
ähnelt. Dieses Tropfenform-Profil 20 ist auch freistehend über der Abgasleitung
17 angeordnet, kann aber um eine Querachse 21 verschwenkt werden, wozu ein hydraulischer
oder pneumatischer Verstellzylinder 22 vorgesehen ist. Der Profil-Anstellwinkel2
des Leitflächengehäuses bewirkt im durchschnittlichen Geschwindigkeitsbereich eine
Gasstromabgabe unter barometrischer Ortshöhe oder unter Straßenatmosphäre, wobei
der Druck in der Umleitung der Strömung 12 konstant bleibt. Neben dem bisher schon
dargestellten oberen Windfeld 12, dem Abgas-Mischstromfaden-Bündel 13 und dem Stromfadenbündel
18, das in das Stromfadenbündel 19 übergeht, ist in Fig. 7 auch noch ein Staupunktstromfaden
23 dargestellt, der als Steuergröße für die Einstellung des Leitflächengehäuses
in Tropfenprofilform 20 dient, wenn er am Staupunkt A auf das Leitflächengehäuse
auftrifft. Es wird der Gesamtdruck oder der statische Druck als Überdruck gegenüber
dem Atmosphärendruck gemessen.
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In Fig. 8 ist dasselbe Leitflächengehäuse mit Tropfenform-Profil 20
dargestellt, das jedoch entgegen dem Uhrzeiger-S Irin gegeniiber der in Fig. 7 gEzeigten
SteLlung verschwenkt worden ist. Dadurch wirt eine Gehliuseanstellung erreicht,
die im durchschnittlichen Geschwindigkeitsbereich eine
Gasstromabgabe
unter erhöhter baromtetrischer Ortshöhe oder unterFahrstau-Überdruck herbeiführt.
Dies hat zur Folge, daß der Druck in der Umleitung der Strömung 12 steigt.
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In Fig. 9 dagegen ist das Leitflächengehäuse gegenüber der in Fig.
7 gezeigten Stellung im Uhrzeigersinn verschwenkt, wodurch im durchschnittlichen
Geschwindigkeitsbereich eine Gasstromabgabe unter niederer barometrischer Ortshöhe
oder unter Fahrstau-Unterdruck hervorgerufen wird. Dabei sinkt der Druck in der
Umleitung der Strömung 12.
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In Fig. 10 ist eine Abgas-Abgabe-Anlage mit einem Leitflächengehäuse
dargestellt, das von einem Umlenkschaufelprofil 24 gebildet ist. Dieses stellt eine
Abgas-Abschirmschaufel dar und kann vorteilhaft bei einem Fahrzeug mit einem Tank-Nutzaufbau
für brennbare Flüssigkeiten verwendet werden. Neben dem bisher schon dargestellten
Strombündel 12, das in 13 übergeht, und 18, das in 19 übergeht, ist hier noch ein
vom Fahrzeug erfaßtes oberes Strömungsfeld 25 der Dachumströmung der Betriebsaufbaugruppe
1 dargestellt, das in ein den Nutzaufbau abschirmendes und anliegendes Laminar-Stromfadenbündel
26 übergeht. Durch dieses Strombündel wird der Tank-Nutzaufbau 28 für brennbare
Flüssigkeiten mit einer besonderen Gefahrenklasse geschützt. Dieser Tank-Nutzaufbau
28 weist in Fahrtrichtung vorn noch eine besondere feuerfeste Verkleidung 27 auf.
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In Fig. 11 ist ein Leitflächengehäuse in Tragflügelprofilform 29 dargestellt,
das im Gegensatz zu dem in Fig. 5 dargestellten Tragflügelprofil 10 mit der mechanischen
Einrichtung 22' verstellbar auf der Abgasleitung 17 sitzt, damit es je nach der
Nutzaufbauhöhe zur
strömungsimpulsfreien Abgabe des Abgasstromes
im Bereich wieder laminarer Nutzaufbauumströmung angepaßt werden kann.
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In Fig. 12 ist wiederum ein Umlenkschaufelprofil 24 dargestellt, das
fest auf der Abgasleitung 17 sitzt, die auf einer oberen Nutzaufbau-Strömungsanpassungs-Zelle
15 angeordnet ist. Mit dieser Ausführung wird ein Abgasmischstrom abgegeben, der
durch ein oberes und unteres Laminar-Stromfadenbündel 13 und 19 charakterisiert
ist.
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Mit den in den Zeichnungen dargestellten verschiedenen Ausführungsbeispielen
sind nur eine Keihe von Möglichkeiten dargestellt, die zeigen, in welcher Weise
sich die Erfindung anwenden und durchführen läßt.
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In Fig. 13 ist die Seitenansicht eines Nutzfahrzeugs 30 mit den Vorderwagenkonturen
31 und den Hinterwagenkonturen 32 dargestellt. An der Dachfläche 33 der Hinterwagenkontur
32 sitzt die Abgasleitung 17, die ein Umlenkschaufelprofil 24 mit einem Abgasabgabegitter
11 trägt. Auch hier wieder ist erkennbar, daß die Stromfadenbündel 12, 18 und 25
in die laminaren Stromfadenbündel 13 und 19 übergchen. Dadurch wird ein laminarer
Abgasmischstrom über einen Heck«-irbelschleppenbereich 36 hinübergeleitet. Außerdem
ist im Zusammenhang mit diesem Fahrzeug noch ein Stromfaden 35 zur Rohluftversorgung
dargestellt, von dem ein Teil durch das Rohluftentnahmegitter 34 für die motorische
Verbrennung verwendet wird.