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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auslassvorrichtung für den Auslass von Abgas eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Auslassvorrichtung.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren ausgestattet werden, welche zum Antrieb des Fahrzeugs Kraftstoff verbrennen. Das dabei entstehende Abgas wird über Auslassvorrichtungen einer Auspuffanlage des Fahrzeugs der Umgebung zugeleitet. Bekannte Auslassvorrichtungen in Form von Abgasanlagen weisen entsprechende Endrohre mit Auslassöffnungen auf, welche üblicherweise an der Heckseite des Fahrzeugs angeordnet sind. Je nach Abgasaufkommen und Abgasvolumen sind dabei auch zwei oder mehr Auslassöffnungen an der Heckseite des Fahrzeugs vorgesehen.
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Nachteil bei den bekannten Lösungen ist es, dass solche Auslassvorrichtungen im Wesentlichen ausschließlich einer einzelnen Funktionalität, nämlich dem Abgeben von Abgas an die Umgebung des Fahrzeugs, zu Gute kommen. Andere Funktionen sind bisher nicht vorgesehen. Insbesondere fehlt eine Nutzung des Abgases hinsichtlich einer aerodynamischen Wirkung für das Fahrzeug. Die aerodynamische Situation ist für das Fahrzeug hinsichtlich des Fahrverhaltens, des Spritverbrauchs sowie der Endgeschwindigkeit jedoch von wesentlicher Bedeutung. So sind üblicherweise hohe konstruktive Aufwendungen notwendig, um den sogenannten CW-Wert und damit den Luftwiderstand des Fahrzeugs im Vorwärtstrieb zu reduzieren.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise einen Abgasstrom einzusetzen, um die Aerodynamik und die Anströmung des Fahrzeugs zumindest teilweise zu verbessern.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch eine Auslassvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten steht wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß ist eine Auslassvorrichtung vorgesehen für den Auslass von Abgas eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs. Hierfür weist die Auslassvorrichtung wenigstens eine Abgasführungsleitung für die Aufnahme von Abgas für den Verbrennungsmotor auf, wobei die wenigstens eine Abgasführungsleitung einen Auslassabschnitt mit zumindest einer Auslassöffnung aufweist. Die erfindungsgemäße Auslassvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die zumindest eine Auslassöffnung eine Auslassrichtung für einen Abgasstrahl aufweist, welche in Einbauposition entlang der Oberfläche eines Frontabschnitts der Außenhaut des Fahrzeugs ausgerichtet ist.
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Erfindungsgemäß ist nun im Vergleich zu den bekannten Auslassvorrichtungen der Ort und die Ausrichtung der Auslassöffnung verändert worden. Eine erfindungsgemäße Auslassvorrichtung ist also hinsichtlich der Geometrie und der entsprechenden Montageschnittstellen so ausgebildet, dass die Auslassöffnungen sich im Bereich der Frontpartie und damit des Fahrzeugs und damit an dem Frontabschnitt der Außenhaut des Fahrzeugs befinden. Die Auslassöffnungen führen dabei einen entsprechenden Abgasstrahl des Abgases beim Austreten aus der Auslassöffnung entlang dieser Außenhaut an dem Frontabschnitt des Fahrzeugs.
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Mit anderen Worten wird das Abgas vom Verbrennungsmotor nicht mehr zum Heck des Fahrzeugs über die Abgasführungsleitung transportiert, sondern vielmehr in die entgegengesetzte Richtung zum Frontabschnitt des Fahrzeugs. In dem Frontbereich des Fahrzeugs erfolgt nun eine Abgabe des Abgases in Form eines Abgasstrahls. Unter einem Abgasstrahl ist eine definiert ausgerichtete Strömung eines Abgasstroms zu verstehen, wobei insbesondere auch eine definierte Geschwindigkeit eines solchen Abgasstrahls hinsichtlich der Strahlgeschwindigkeit vorgegeben ist. Mit anderen Worten tritt an der zumindest einen Auslassöffnung ein Abgasstrahl mit definierter Richtung entlang einer Auslassrichtung mit definierter Geschwindigkeit aus. Durch die Ausrichtung der Auslassrichtung entlang der Oberfläche eines Frontabschnitts der Außenhaut strömt dementsprechend dieser Abgasstrahl auch entlang dieser Außenhaut im Frontabschnitt des Fahrzeugs. Eine Strahlströmung, welche entlang einer festen Kontur, in diesem Fall der Außenhaut des Fahrzeugs, strömt hat eine fluiddynamische Wirkung. Insbesondere in der Kombination zu der normalen Umströmung des Fahrzeugs durch den Fahrtwind entstehen hier positive Beeinflussungsmöglichkeiten für die Umströmungssituation der Außenhaut des Fahrzeugs, wie sie nachfolgend erläutert werden.
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Durch das Ausgeben eines Abgasstrahls aus der zumindest einen Auslassöffnung entsteht ein sogenannter CW Effekt an der Außenhaut des Fahrzeugs im Bereich dieses Abgasstrahls. Dabei legt sich der Abgasstrahl nach dem Austritt aus der Auslassöffnung entlang der Außenhaut an diese Außenhaut an und schirmt sozusagen diese Außenhaut gegen den normalen Fahrtwind ab. Da es sich bei dem Abgasstrahl um eine definierte Strahlströmung handelt, wirkt dieser CW Effekt besonders stark, sodass dieser Abgasstrahl einen besonders langen Weg entlang dieser Außenhaut entlang strömt, ohne das ein Abriss dieser Abgasstrahlströmung erfolgt. Dies führt dazu, dass von vorne auf das Fahrzeug bzw. auf diesen Abgasstrahl treffender Luftwiderstand bzw. Fahrtwind von der Außenhaut abgehalten wird, sondern vielmehr gemeinsam mit der Außenseite des Abgasstrahls an die Seitenflächen des Fahrzeugs geführt wird. Damit führt dies zu einer Situation mit deutlich reduzierten Druckverhältnissen an der Vorderseite des Fahrzeugs. Diese reduzierten statischen Druckverhältnisse an der Vorderseite des Fahrzeugs reduzieren den dort angeordneten Luftwiderstand, sodass ohne bauliche Veränderungen an den luftführenden Bauteilen des Fahrzeugs eine Reduktion des Luftwiderstandes und damit des CW-Wertes zur Verfügung gestellt werden kann. Mit anderen Worten wird durch den Abgasstrahl eine unterstützende Strahlströmung zur Verfügung gestellt, welche bei der Umströmung der Fahrzeugaußenhaut mit dem Fahrtwind unterstützend wirkt. Der Abgasstrahl dient also dazu in führender Weise auf den auftreffenden Fahrtwind einzuwirken und diesen mit möglichst geringem Luftwiderstand um das Fahrzeug herumzuleiten.
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Dabei ist darauf hinzuweisen, dass grundsätzlich die tatsächliche Ausrichtung der Auslassöffnung unerheblich ist, solange die Wirkung eines CW Effekts die beschriebene Führungsfunktionalität für den auftreffenden Fahrtwind zur Verfügung stellt.
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Die Ausrichtung der Auslassvorrichtung bzw. der Auslassrichtung der Auslassöffnung ist dabei auf die Einbauposition definiert. So kann eine solche Auslassvorrichtung selbstverständlich auch bei bereits bestehenden Fahrzeugen nachgerüstet werden, um diese mit der erfindungsgemäßen Funktionalität auszustatten. Die Einbausituation erlaubt es nun anhand der Auslassvorrichtung, für welche eine solche Einbausituation anhand von Montageschnittstellen und der tatsächlichen geometrisch baulichen Ausrichtung definiert ist, mit dem erfindungsgemäßen Effekt zur Verfügung zu stellen.
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Die Abgasführungsleitung ist dabei im Wesentlichen auf die Funktionalität der Überbrückung des Abstandes zwischen den Auslassöffnungen und dem Verbrennungsmotor fokussiert. Dabei kann der Verbrennungsmotor im Wesentlichen frei angeordnet werden, sodass sowohl ein im Heck, als auch in der Front des Fahrzeugs angeordneter Verbrennungsmotor für eine erfindungsgemäße Auslassvorrichtung einsetzbar ist.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung zumindest zwei Auslassöffnungen mit entgegensetzt oder im Wesentlichen entgegengesetzt ausgerichteten Auslassrichtungen ausgerichtet sind. Mit anderen Worten ist eine sozusagen symmetrische Einwirkung auf den Fahrtwind möglich. Dies kann, wie später noch erläutert wird, zum Beispiel für die linke und die rechte Fahrzeugseite eingesetzt werden. Eine im Wesentlichen symmetrische Ausgestaltung mit entgegengesetzt ausgerichteten Auslassrichtungen führt dazu, dass die erfindungsgemäß positive Beeinflussung des umströmenden Fahrtwindes ebenfalls im Wesentlichen in symmetrischer Weise erfolgt. Dies führt dazu, dass der erfindungsgemäße Effekt neben der Reduktion des Luftwiderstandes zu einer Stabilisierung des Fahrzeugs bei hohen Geschwindigkeiten beiträgt. So wird dies dazu führen, dass seitlich einwirkende Kräfte durch die entsprechende Führungsfunktionalität des CW Effektes reduziert bzw. abgemildert werden. Die Fahrstabilität wird durch die entsprechende gleichmäßige Druckreduktion an beiden Seiten positiv beeinflusst.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung die zumindest zwei Auslassöffnungen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen, die Auslassrichtung nach links und rechts ausgerichtet haben. Dabei ist insbesondere die Seitenführungsstabilität des Fahrzeugs positiv beeinflusst. Die Ausrichtung nach links und rechts führt dazu, dass der Abgasstrom also nach links und rechts bezogen auf die Fahrtrichtung durch entsprechend separate Auslassöffnungen abgegeben wird. Dementsprechend wird auftreffender Fahrtwind im Bereich dieser abgegebenen Abgasströme ebenfalls nach links und rechts unterstützend mitgenommen, sodass nach links und rechts die entsprechend seitliche Umströmung mit reduziertem Widerstand erfolgt. Mit anderen Worten saugt das Fahrzeug den Fahrtwind an und führt ihn aktiv mit Hilfe des Abgasstroms um die beiden Seitenflächen des Fahrzeugs herum. Diese Saugwirkung führt dazu, dass neben der Reduktion des Fahrtwiderstandes durch den Luftwiderstand eine entsprechende Seitenführungsstabilität für das Fahrzeug insbesondere in Kurvensituationen zur Verfügung gestellt werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung, die zumindest eine Auslassöffnung eine Auslassrichtung aufweist, welche den Abgasstrahl entlang der Oberfläche der Außenhaut unter das Fahrzeug oder über das Fahrzeug führt. Selbstverständlich sind auch beliebige Kombinationen von zwei, drei, vier oder auch mehr Auslassöffnungen für eine erfindungsgemäße Auslassvorrichtung denkbar. Neben der Ausrichtung nach links und rechts für eine Seitenführungsstabilität des Fahrzeugs, ist eine Führung des Abgasstrahls unter das Fahrzeug bzw. über das Fahrzeug ebenfalls mit Vorteilen hinsichtlich einer Reduktion des entsprechenden Strömungsverhaltens des Fahrtwindes erzielbar. Eine verbesserte Unterströmung des Fahrzeugs kann dabei zum Beispiel zu einem erhöhten Anpressdruck führen, welche eine verbesserte Straßenlage des Fahrzeugs zur Folge hat. Gleiches gilt auch für eine verbesserte Überströmung des Fahrzeugs, welche damit ein erhöhten Anpressdruck und insbesondere auch ein verbessertes Kurvenverhalten zur Verfügung stellen kann.
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Weiter von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung die zumindest eine Abgasführungsleitung eine Pumpvorrichtung aufweist für eine Unterstützung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstrahls. Eine solche Pumpvorrichtung kann sowohl eine aktive Pumpvorrichtung, als auch eine passive Pumpvorrichtung sein. In Form von aktiven Pumpvorrichtungen können zum Beispiel Lüfterrädchen oder Verdichter zum Einsatz kommen, welcher zur aktiven Beschleunigung des Abgasstrahls für den Auslass aus der Auslassöffnung zur Verfügung stellen. Dies erlaubt es, in noch definierterer Weise den Abgasstrahl auszurichten und mit einer entsprechenden Abgasstrahlgeschwindigkeit auszustatten. Eine passive Möglichkeit einer Pumpvorrichtung ist zum Beispiel eine Reduktion des Querschnittes, sodass die gleiche Strömungsmenge nur mit einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit erzielbar wird. Eine entsprechende Verengung des Auslassquerschnittes, insbesondere im Bereich der Auslassöffnungen führt also dazu, dass ebenfalls in Form einer passiven Pumpvorrichtung eine definierte Beeinflussung der Abgasstrahlgeschwindigkeit zur Verfügung gestellt ist.
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Ebenfalls von Vorteil ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung die zumindest eine Auslassöffnung einen Auslassquerschnitt aufweist mit einem rechteckigen Querschnitt, insbesondere mit einem entlang der Außenhaut verlaufenden flachen rechteckigen Querschnitt. Selbstverständlich sind hinsichtlich einer flachen Ausbildung des Querschnittes auch andere Geometrien, zum Beispiel freigeformte Querschnitte oder Umrandungen für die Auslassöffnungen denkbar. Insbesondere ist die geometrische Umrandung und damit der Querschnitt der Auslassöffnung an die tatsächliche Geometrie der Außenhaut in diesem Bereich angepasst, um eine später noch näher beschriebene zumindest teilweise nahtlose Übergangslösung zu schaffen an die Außenhaut des Fahrzeugs. Ein möglichst flacher Querschnitt führt dazu, dass die Höhe der sich einstellenden Zwischenschicht des Abgasstroms zwischen dem Auftreffen des Fahrtwindes und der Fahrzeughaut begrenzt ist. Je flacher diese Schicht ist, umso stärker kann die Wirkung des Coanda Effekts eintreten. Gleichzeitig dient eine besonders flache, jedoch sehr lange Ausbildung des Abgasstrahls dazu, eine großflächige Fläche zu schaffen, in welcher der erfindungsgemäße Effekt auftritt. Die entsprechend definierte Effektfläche für den Coanda Effekt wird auf diese Weise vergrößert und bei gleichem Abgasvolumen bzw. gleichem Abgasstrom eine höhere Vorteilswirkung der erfindungsgemäßen Qualität erzielt.
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Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung die Abgasführungsleitung insbesondere im Bereich des Auslassabschnittes einen Strömungsteiler aufweist, für eine Aufteilung des Abgases auf unterschiedliche Auslassöffnungen. So ist es denkbar, dass ein gemeinsamer Abgasstrom vom Verbrennungsmotor zu der einen oder mehreren Auslassöffnungen geführt wird. Um nun verschiedene Effektflächen für den Coanda Effekt an der Außenhaut des Fahrzeugs zur Verfügung stellen zu können, kann mit Hilfe des Strömungsteilers diese Aufteilung auf die einzelnen Auslassöffnungen erfolgen. Dies kann sowohl im entsprechenden Auslassabschnitt aber auch bereits vorher innerhalb der Abgasführungsleitung zur Verfügung gestellt werden.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, aufweisend eine erfindungsgemäße Auslassvorrichtung für die Aufnahme von Abgas von dem Verbrennungsmotor und dem Auslass eines Abgasstrahls über die zumindest eine Auslassöffnung entlang der Oberfläche entlang eines Frontabschnitts der Außenhaut des Fahrzeugs. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Auslassvorrichtung erläutert worden sind. Bevorzugt sind dabei die Auslassöffnungen in einem Bereich angeordnet, dass der abgegebene Abgasstrahl ausschließlich entlang geschlossener Außenhaut geführt wird. Dies führt dazu, dass separate Lufteinlässe zum Beispiel für die Prozessluft oder für die Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs von dem abgegeben Abgasstrahl unbeeinträchtigt bleiben. Diese Lufteinlässe sind dementsprechend allein durch die Ausrichtung der Auslassöffnungen Bereichs gegen einen Eintritt des Abgasstrahls geschützt.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug der Frontabschnitt bezogen auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs die Vorderseite des Fahrzeugs ist. Der als Frontpartie bezeichnete Abschnitt des Fahrzeugs ist besonders stark dem Fahrtwind ausgesetzt, da der Hauptbetrieb eines solchen Fahrzeugs der Vorwärtsfahrtbetrieb ist. Dementsprechend ist ein entsprechender Einsatz einer erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung in dieser Frontpartie mit der stärksten Wirkung der erfindungsgemäßen Vorteile besetzt.
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Weiter lässt sich ein erfindungsgemäßes Fahrzeug dahingehend verbessern, wenn zumindest ein Teil der Umrandung der zumindest eine Auslassöffnung direkt an die Oberfläche der Außenhaut angrenzt. Das bedeutet, dass ohne Sprung oder ohne unstetigen Abschnitt ein direkter Übergang zwischen der Innenfläche des Auslassabschnittes und zu der entsprechenden Oberfläche der Außenhaut zur Verfügung gestellt ist. Dies erlaubt es insbesondere ohne jeglichen Strömungsabriss und ohne Verwirbelung den Abgasstrahl an die Außenhaut abzugeben und dementsprechend die Wirkung des Coanda Effekts zu verstärken bzw. zu verbessern.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung einzeln beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
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1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs
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2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
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3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
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4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
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5 eine Möglichkeit einer Auslassöffnung und
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6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung.
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In 1 dargestellt, wie in Draufsicht ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 100 mit einer erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung 10 ausgestattet sein kann. So ist dieses Fahrzeug 100 mit einem Verbrennungsmotor 110 im Heck des Fahrzeugs 100 ausgestattet. Entsprechend lange Abgasführungsleitungen 20 der Auslassvorrichtung 10 führen das Abgas an die Vorderseite des Fahrzeugs 100, also in den entsprechenden Frontabschnitt 122 der Außenhaut 120. Dort sind auch die beiden Auslassabschnitte 30 vorgesehen, welche mit einer entsprechenden Krümmung die Auslassöffnungen 32 mit Auslassrichtungen AR nach links und nach rechts entlang der Außenhaut 120 des Fahrzeugs 100 zur Verfügung stellen. Mit anderen Worten wird nun beim Betrieb des Verbrennungsmotors 110 ein Antrieb des Fahrzeugs 100 in Fahrtrichtung FR nach links erfolgen. Das dabei entstehende Abgas wird entlang der Auslassvorrichtung AR nach links und rechts entlang der Außenhaut 120 im Frontabschnitt 122 des Fahrzeugs 100 ausgebracht.
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In 3 ist dargestellt, wie anschließend dieser Abgasstrom 200 an der Außenhaut 120 des Fahrzeugs 100 entlang streicht und auf diese Weise von links entgegen der Fahrtrichtung FR auftreffenden Fahrwind abschirmt bzw. mitnimmt. Damit stellt sich die erfindungsgemäße Unterstützung der Umströmung des Fahrzeugs 100 und damit einhergehend eine Reduktion eines Luftwiderstandes ein.
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2 zeigt schematisch eine Alternative, bei welcher der Verbrennungsmotor 110 in dem Frontbereich des Fahrzeugs 100 angeordnet ist. Hier ist gut zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Qualität in gleicher Weise unabhängig von der tatsächlichen Anordnung des Verbrennungsmotors 110 erzielbar wird.
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4 zeigt eine Möglichkeit sowohl in seitlicher Richtung eine Auslassöffnung 32, als auch nach oben eine Auslassöffnung 32 vorzusehen. So sind nicht nur die seitlichen Umströmungen des Fahrzeugs 100, sondern auch die Überströmungen, wie auch eine nicht näher dargestellte Unterströmung um den Unterboden des Fahrzeugs 100 mit der erfindungsgemäßen Qualität ausstattbar.
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5 zeigt in einem Teilbild, wie die Auslassöffnung 32 einen Wesentlichen rechteckigen und flachen Auslassquerschnitt 32a aufweisen kann. Somit kann die tatsächliche Effektfläche, welche sich hier von oben nach unten auf der Außenhaut 120 erstreckt, deutlich vergrößert werden und damit der erfindungsgemäße Effekt verbessert werden. Gleichzeit ist hier gut zu erkennen, wie der Auslassquerschnitt 32a und damit der Auslass 32 zumindest teilweise direkt an die Außenhaut 120 angrenzt und damit Sprünge oder unstetige Übergänge für den Abgasstrom 200 entlang der Auslassrichtung AR vermieden werden.
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In 6 ist dargestellt, wie eine Auslassrichtung AR der jeweiligen Auslassöffnung 32 sowohl nach oben als auch nach unten gerichtet sein kann. Um dies hier zu erreichen, ist im Bereich des einzigen Auslassabschnitts 30 ein Strömungsteiler 40 vorgesehen, welcher das entsprechende Abgas aufteilt und auf diese Weise zwei separate Abgasstrahlen 200 zur Verfügung stellt. Um bei dieser Ausführungsform sicherzustellen, dass eine definierte Strömungsgeschwindigkeit an den beiden Auslassöffnungen 32 zur Verfügung gestellt ist, ist hier sogar eine aktive Pumpvorrichtung 22 vorgesehen.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll frei, miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.