DE102006007843A1

DE102006007843A1 - Auspuffkrümmeranordnung

Info

Publication number: DE102006007843A1
Application number: DE102006007843A
Authority: DE
Inventors: Takuya Toyota Kajita
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2026-02-18
Also published as: GB2423338B; JP4594128B2; US7325396B2; JP2006226175A; US20070039319A1; GB2423338A; DE102006007843B4; GB0602987D0

Abstract

Eine Auspuffkrümmeranordnung (1) verfügt über ein Schaltventil (15), das zwischen einem Öffnen und Schließen des Abgaswegs eines Sammelabschnittes (4) schaltet und den Abgasweg von Abgas zwischen Durchlass und Blockieren eines Bypassweges schaltet, der über einen in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden (Front-) Katalysator (21) verfügt. Dies verbessert die Strömung von Abgas, wenn das Schaltventil (15) vollständig geschlossen ist, und verringert Abgaswechselwirkung und einen Verlust an Abgaswärme. Es ist eine Trennwandstruktur (12) in einem Rohrbefestigungsteil (11) vorhanden, so dass das Schaltventil (15) derart geschlossen ist, dass das Abgas während eines Kaltstarts zu dem in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden (Front-) Katalysator (21) geleitet ist, wobei die Abgaswege für jedes der Krümmerrohre (3) auf der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils (15) innerhalb eines Sammelabschnitts (4) unabhängig voneinander ausgebildet sind. Wenn das Schaltventil (15) geschlossen ist, ist die in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite jedes der Krümmerrohre (3) innerhalb des Sammelabschnitts (4) nicht in Strömungsverbindung mit anderen Rohren, so dass in diesem Bereich die Luftströmung verhindert ist und Abgaswechselwirkung und Verlust an Abgaswärme verringert sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auspuffanordnung und insbesondere befasst sie sich mit der Installation und dem Aufbau von Zylinderkrümmerrohren und einem Sammelabschnitt, der jedes der Krümmerrohre in ein Rohr zusammenführt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei einer Auspuffanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise in dem Fall einer Verbrennungskraftmaschine mit vier Zylindern, gibt es eine Krümmeranordnung, die vier jeweils einem Zylinder zugeordnete Krümmer in ein Rohr zusammenführt. Die Krümmeranordnung umfasst einen Kopfflanschabschnitt, der über eine Öffnung verfügt, die dem Auslass eines jeden Zylinders zugeordnet ist, vier Krümmer, die mit jeder Öffnung in dem Flanschabschnitt verbunden sind, und einen Sammelabschnitt, der die Auslassseiten aller Krümmer in ein Rohr zusammenführt und diese dem Katalysator zuführt, um das Abgas zu reinigen (siehe beispielsweise japanisches Gebrauchsmuster Kokai-Veröffentlichung Nr. JP07-22016U, nachfolgend als Dokument 1 bezeichnet).

Weiterhin gibt es, wie in Dokument 1 offenbart, bei einigen neuen Krümmeranordnungen ein Schaltventil mit einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung, das den Abgasweg in dem Sammelabschnitt entweder schließt oder öffnet. Bei einer derartigen Krümmeranordnung gibt es zwischen dem in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Endabschnitt jedes Krümmers und dem Mittelabschnitt eines Hauptkatalysators (Auslasskatalysators) einen Bypassweg, der in dem Schaltventil in Strö mungsrichtung rückseitig des Schaltventils angeordnet ist, und es ist ein Vorkatalysator (in Strömungsrichtung vorderseitig liegender (Front-) Katalysator) vorhanden, der innerhalb des Bypassweges angeordnet ist.

Während eines Kaltstarts ist das Schaltventil in der geschlossenen Stellung, und Abgas strömt von dem Bypassweg durch den Vorkatalysator und dann in den Hauptkatalysator. Auf diese Art und Weise erreicht der Vorkatalysator früher als der Hauptkatalysator eine geeignete Aktivierungstemperatur, und daher kann die Reinigung des Abgases wirkungsvoll vorgenommen werden. Wenn andererseits der Hauptkatalysator eine geeignete Katalysatoraktivierungstemperatur erreicht, schaltet das Schaltventil in den geöffneten Zustand, und das Abgas wird so umgeschaltet, dass es direkt in den Hauptkatalysator strömt. Wenn mit anderen Worten die Abgase über den Bypassweg (über den Vorkatalysator) abgegeben werden, ist der Abgaswiderstand größer und beeinflusst die von dem Motor abgegebene Leistung. Daher öffnet das Schaltventil und schaltet den Strömungsweg für die Abgase auf den Hauptweg (Hauptkatalysator) um, der einen niedrigen Auslasswiderstand aufweist, nachdem der Hauptkatalysator eine geeignete Aktivierungstemperatur erreicht hat.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei dem vorgenannten Dokument 1 jedoch kommen in dem Sammelabschnitt, der alle Krümmer aufnimmt (zusammenführt), die Abgaswege zu einem Weg an der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils zusammen, das heißt sie stehen untereinander in Verbindung. Auch wenn daher während des Kaltstarts das Schaltventil in der geschlossenen Stellung ist, stehen alle Krümmer in dem Raum innerhalb des Sammelabschnittes an der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils miteinander in Verbindung. Auf diese Art und Weise beginnt die Luftströmung zwischen den Krümmern und dem Sammelabschnitt aktiv zu werden.

Aufgrund der Strömungsverbindung jedes Krümmers in dem Sammelabschnitt nimmt der Motorwirkungsgrad ab, da der Einfluss der Abgase auf die anderen Zylinder aufgrund des Pulsierens der Abgase zunimmt. Da weiterhin die Luftströmung zwischen jedem Krümmer auftritt, ergibt es sich, dass die gesamte Luft in diesem Raum durch die Abgase erwärmt wird. Daher wird die Abgaswärme der Abgase absorbiert (oder dissipiert), so dass die Wärmemenge zum Aufwärmen des Vorkatalysators verringert ist. Daher kommt es zu einer nur allmählichen Zunahme der Temperatur des Vorkatalysators, und es ist eine gewisse Zeit erforderlich, damit der Vorkatalysator eine geeignete Aktivierungstemperatur erreicht.

Daher bleibt bei dem Stand der Technik viel zu wünschen übrig.

Ein Hauptanliegen der vorliegenden Erfindung ist es, eine Krümmeranordnung zu schaffen, die über ein Schaltventil verfügt, das zwischen entweder einem Schließen oder einem Öffnen des Abgasweges eines Sammelabschnittes schaltet und das den Abgasweg des Abgases zwischen Durchlassen oder Blockieren eines Bypassweges schaltet, der einen in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden (Front-) Katalysator enthält, und die dazu eingerichtet ist, die Strömung des Abgases zu verbessern, wenn das Schaltventil vollständig geschlossen ist, und Abgaswechselwirkung sowie ein Verlust von Abgaswärme verringert.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der vollständigen Offenbarung einschließlich der Patentansprüche.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Auspuffkrümmeranordnung mit Krümmerrohren, die jeweils einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern zugeordnet sind, einem Sammelabschnitt, der Endabschnitte an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre aufnimmt und diese einem in Strömungsrichtung rückseitig liegenden (End-) Katalysator zuführt, mit einem Bypassweg, um die in Strömungsrichtung vorderseitig liegende Seite des Sammelabschnitts mit der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite des Sammelabschnitts zu verbinden und das Einwirken eines in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden (Front-) Katalysators im mittleren Strömungsweg zu verursachen, und mit einem Schaltventil geschaffen, das den Abgasweg innerhalb des Sammelabschnitts schließt und Abgas von einer Verbrennungskraftmaschine zu dem in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Katalysator führt, während es andererseits bei Öffnen dieses Abgaswegs das Abgas zu dem in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Katalysator (nachfolgend „Basisstruktur" genannt) leitet. Wenn das Schaltventil geschlossen ist, ist ein Wegsystem derart bereitgestellt, dass die Abgaswege für jedes der verbundenen Krümmerrohre auf der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils innerhalb des Sammelabschnitts unabhängig voneinander sind.

Bei der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind, wenn das Schaltventil während eines Kaltstarts geschlossen ist, so dass das Abgas zu dem in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden (Front-) Katalysator geleitet wird, die Abgaswege auf der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils für jedes der verbundenen Krümmerrohre voneinander unabhängig. Da die in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Enden der Krümmerrohre innerhalb des Sammelabschnittes nicht durchgehend sind (das heißt sie stehen nicht miteinander in Verbindung), ist daher die Luftströmung in diesen Abschnitt verhindert. Auf diese Art und Weise kommt die Abgas beeinflussung in den anderen Zylindern aufgrund der Abgaspulsierung in dem Sammelabschnitt nicht vor, so dass ein Abfall in der Motorleistung unterdrückt ist. Da die Luftströmung innerhalb des Abgaswegs von der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite des Bypasswegs in die unabhängigen Abgaswege für jedes Krümmerrohr zu den Schaltventil klein ist, ist es weiterhin nicht erforderlich, in diesem Abschnitt die gesamte Luft aktiv zu erwärmen, und es ist daher möglich, den Verlust an Abgaswärme in dem Abgas auf ein Minimum zu beschränken. Daher erwärmt sich der in Strömungsrichtung vorderseitig liegende (Front-) Katalysator früher innerhalb einer kürzeren Zeitdauer.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verfügt eine Auspuffkrümmeranordnung der Basisstruktur weiterhin über eine Trennwandstruktur, die die Abgaswege von jedem der verbundenen Krümmerrohre an der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils innerhalb des Sammelabschnitts trennt, wenn das Schaltventil geschlossen ist.

Wenn bei der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Schaltventil während eines Kaltstarts geschlossen ist, so dass das Abgas zu dem in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden (Front-) Katalysator geleitet ist, werden durch das Vorsehen einer Trennwandstruktur die Abgaswege für jedes der miteinander verbundenen Krümmerrohre an der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils innerhalb des Sammelabschnitts voneinander unabhängig. Allein durch diese Maßnahme wird der gleiche Effekt wie bei der ersten Ausgestaltung erzielt.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die äußere Gestalt wenigstens eines Bereiches des Sammelabschnittes, der die Krümmerrohre zusammenführt, kreisartig ausgebildet, und die Ausbildung der Abgaswege im Schnitt jedes der Krümmerrohre innerhalb des Sammelabschnittes ist strö mungskanalartig ausgestaltet und durch einen jeweils gleich großen Winkel beabstandet, der der Anzahl der Krümmerrohre entspricht, die zusammengeführt sind.

Bei der dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die äußere Gestalt wenigstens des Bereiches des Sammelabschnittes, der die Krümmerrohre zusammenführt, kreisartig ausgebildet, und die Ausbildung der Abgaswege im Schnitt jedes der Krümmerrohre innerhalb des Sammelabschnittes ist strömungs kanalartig ausgestaltet und jeweils durch ein Winkelsegment beabstandet, der der Anzahl der Krümmerrohre entspricht, die zusammengeführt sind. Der Querschnittsbereich der Abgaswege für jedes der Krümmerrohre innerhalb des Sammelabschnitts nimmt mit anderen Worten soviel Raum wie möglich ein, während es zur gleichen Zeit möglich ist, die äußere Gestalt des Bereiches des Sammelabschnittes, der die Krümmerrohre aufnimmt, so klein wie möglich zu halten, und daher ist es möglich, den Sammelabschnitt kompakter zu gestalten.

Gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verfügt der Sammelabschnitt über ein Rohrbefestigungsteil, das Gasöffnungen aufweist, die jeweils einem der Krümmerrohre zugeordnet sind, so dass die Endabschnitte an den in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seiten jedes der verbundenen Krümmerrohre in den zugeordneten Gasöffnungen eingefügt und befestigt sind, und jede der Gasöffnungen an der den Krümmerrohren gegenüberliegenden Seite wird durch das Schaltventil geöffnet oder geschlossen.

Bei der vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Rohrbefestigungsteil mit Gasöffnungen ausgebildet, die jeweils einem der Krümmerrohre zugeordnet sind, und die Endabschnitte an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite jedes der miteinander verbundenen Krümmerrohre sind in den zugeordneten Gasöffnungen eingefügt und befestigt. Das Schaltventil öffnet oder schließt die Gasöffnungen an der den Krümmerrohren gegenüberliegenden Seite in dem Rohrbefestigungsteil. Mit anderen Worten, durch einen einfachen Einsatz eines derartigen Rohrbefestigungsteils wird das Befestigen der Krümmerrohre einfacher, und es wird einfacher, in einen Zustand mit den unabhängigen Wegen für jedes der Krümmerrohre umzuschalten, wenn das Schaltventil geschlossen ist.

Gemäß einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist, wenn die äußere Gestalt der Endabschnitte an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre verschieden von der Gestalt der Gasöffnungen ist, die äußere Gestalt der Endabschnitte der auf der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre so verformt, dass sie an die Gestalt der Gasöffnungen angepasst ist, so dass sie in die Gasöffnungen eingefügt werden können.

Bei der fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist, wenn die äußere Gestalt der Endabschnitte an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre verschieden von der Gestalt der Gasöffnungen des Rohrbefestigungsteils ist, die äußere Gestalt der Endabschnitte der auf der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre so verformt, dass sie an die Gestalt der Gasöffnungen angepasst ist, so dass sie in die Gasöffnungen eingefügt werden können. Daher ist es möglich, die Größe des Spaltes zwischen der innenseitigen Wandfläche, die die Gasöffnungen und die Krümmerrohre ausbildet, zu verringern, und daher ist es möglich, einfach und sicher die Krümmerrohre in dem Rohrbefestigungsteil anzubringen.

Gemäß einer sechsten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verfügt das Schaltventil über eine Ventilscheibe, die an einem Spitzenendabschnitt eines Armes angebracht ist, die dazu eingerichtet ist, den Abgasweg innerhalb des Sammelabschnit tes zu schließen, und durch drehbares Schwenken des Basisendabschnittes des Armes die Abgaswege innerhalb des Sammelabschnittes öffnet oder schließt.

Bei der sechsten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Schaltventil so ausgebildet, dass die Ventilscheibe an dem Spitzenendabschnitt des Armes den Abgasweg innerhalb des Sammelabschnittes durch Drehen des Basisendabschnittes des Armes öffnet oder schließt. Durch Einsatz einer derartigen Aus bildung eines oszillatorartigen Schaltventils ist es möglich, auf den Zustand mit unabhängigen Wegen für jedes der Krümmerrohre umzuschalten, wenn das Schaltventil einfacher als beispielsweise mit einem sogenannten Butterfly-Ventil oder Schieberventil geschlossen ist.

Die vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend zusammengefasst.

Gemäß der ersten Ausgestaltung und zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Abgasströmung von jedem der Krümmerrohre durch den Bypassweg geglättet, wenn das Schaltventil vollständig geschlossen ist, und es ist möglich, die Abgaswechselwirkung und den Verlust an Abgaswärme zu verringern.

Gemäß der dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Kompaktheit des Sammelabschnittes zu fördern.

Gemäß der vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es zusammen mit der Möglichkeit, eine einfache Befestigung der Krümmerrohre zu erzielen, möglich geworden, in einfacher Art und Weise in den Zustand mit unabhängigen Wegen für jedes der Krümmerrohre umzuschalten, wenn das Schaltventil geschlossen ist.

Gemäß der fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Krümmerrohre einfach und sicher in dem Rohrbefestigungsteil zu befestigen.

Gemäß der sechsten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, in einfacher Art und Weise in den Zustand mit unabhängigen Wegen für jedes der Krümmerrohre umzuschalten, wenn das Schaltventil geschlossen ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Vorderansicht einer Auspuffkrümmeranordnung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schnitt der die in Strömungsrichtung vorderseitig liegende Seite des Sammelabschnittes darstellt.
3 ist eine Schnittansicht des Schnittes A-A in 2.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Auspuffkrümmeranordnung, die beispielhaft bei einem Motor mit vier Zylindern eingesetzt wird.
Wie in 1 dargestellt ist, verfügt die Auspuffkrümmeranordnung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels über einen Kopfflansch 2, über vier Krümmerrohre 3, über einen Sammelabschnitt 4, über ein Hauptauspuffrohr 5 und über Bypassrohre 6, 7.
Der Kopfflansch 2 ist eine horizontale längliche Platte aus Stahl mit vier kreisartig ausgebildeten Öffnungen (in der Figur nicht dargestellt), die zu Abgasauslässen eines jeden Zylinders passen, und sie ist mit einer Dichtung an dem Motor angebracht (beides in der Figur nicht dargestellt). Die Endabschnitte an der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite der Krümmerrohre 3 sind beispielsweise durch Schweißen an den Randabschnitten angebracht, die entlang des Umfangs jeder der Öffnungen des Kopfflansches 2 ausgebildet sind. Jedes der Krümmerrohre 3 ist ein rundes Rohr aus rostfreiem Stahl und in eine bestimmte Gestalt gebogen (und zwar so gebogen, dass die Rohrlänge jedes Rohres von dem Abgasauslass jedes Zylinders bis zu dem Sammelabschnitt 4 soweit als möglich gleich groß ist). Die Krümmerrohre 3 sind auf der in Strömungsrichtung hinteren Seite durch den Sammelabschnitt 4 zu einem Rohr zusammengeführt.
Wie in 2 dargestellt ist, verfügt der Sammelabschnitt 4 über ein Gehäuse 10 aus rostfreiem Stahl und ein ringförmiges Rohrbefestigungsteil 11, das entsprechend aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, ist an dem in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Abschnitt des Gehäuses 10 angebracht. Wie in 3 dargestellt ist, weist das Rohrbefestigungsteil 11 eine kreisartige äußere Gestalt auf, und der im Schnitt kreisartige Raum in der Innenseite ist durch eine kreuzartig ausgebildete Trennwand (Trennwandstruktur) 12 in vier Raumbereiche unterteilt, um Gasöffnungen 13 auszubilden. Jede der Gasöffnungen 13 hat im Schnitt eine strömungskanalartig gefächerte Gestalt mit einem von der Mitte aus genommenen Winkel von 90° und ist mit einem jeweils gleichen Winkelabstand angeordnet. Weiterhin erstreckt sich die Trennwand 12 axial von der Abschlussoberfläche 11a auf der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Rohrbefestigungsteiles 11 zu der Endfläche 11b an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite, während sich die Trennwand mit ihren radialen Wandabschnitten radial von der Mitte des Kreuzes zu der kreisförmigen Innenfläche des Rohrbefestigungsteiles 11 erstreckt, um einen übereinstimmenden Körper auszubilden.
Hier sind Einsatzabschnitte 3a, die von einer kreisförmigen Gestalt in eine äußere Gestalt (fächerartige Strömungskanalgestalt), die der Gestalt der Gasöffnungen 13 im Schnitt entspricht, verformt sind, an den Endabschnitten auf der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre 3 ausgebildet. Weiterhin sind die Einsatzabschnitte 3a der Krümmerrohre 3 von der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite der Gasöffnungen 13 in das Rohrbefestigungsteil 11 eingefügt, und über den gesamten Umfang sind beispielsweise durch Schweißen Verbindungsabschnitte 14 zwischen der Außenfläche der Einsatzabschnitte 3a und der Innenwandflächen angebracht, die die Gasöffnungen 13 bilden.
In dem Gehäuse 10 ist ein Ventil mit zwei Stellungen, nämlich einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung, nachfolgend kurz Schaltventil 15 genannt, vorhanden, das an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite (der den Krümmerrohren 3 gegenüberliegenden Seite) des Rohrbefestigungsteiles 11 angeordnet ist. Das Schaltventil 15 verfügt über einen sich drehenden Schaft (Schwenkteil) 16, der durch ein außenseitig angebrachtes Betätigungsteil (in den Figuren nicht dargestellt) drehbar ist, über einen Arm 17, dessen Basisendabschnitt an dem drehbaren Schaft 16 angebracht ist, und über eine Ventilscheibe 18, die an dem Spitzenendabschnitt des Armes 17 befestigt ist. Die Ventilscheibe 18 ist in einer scheibenartigen Gestalt mit einer Größe ausgebildet, die groß genug ist, um alle Gasöffnungen 13 abzudecken. Wenn das Betätigungsteil den drehbaren Schaft 16 dreht, bewegt sich der Arm 17 bei dieser Drehung, und die Ventilscheibe 18 kommt mit den Endflächen 17b an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite des Rohrbefestigungsteiles in Kontakt (in diesem Fall kommt sie mit der Endoberfläche auf der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Trennwand 12 in Kontakt), und das Schaltventil 15 schließt alle Gasöffnungen 13, oder die Ventilscheibe 18 entfernt sich von der Endfläche 17b an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite des Rohrbefestigungsteiles 11, und das Schaltventil 15 öffnet alle Gasöffnungen 13.
An der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite des Sammelabschnittes 4 ist ein Hauptauspuffrohr 5 angebracht, und der Raum innerhalb des Gehäuses 10 steht mit dem Hauptabgasrohr 5 in Strömungsverbindung. Ein Hauptkatalysator (strömungsrückseitig liegender oder hinterer Katalysator) 20, der eine Reinigung des Abgases durchführt, ist an der in Strömungsrichtung hinten liegenden Seite des Hauptauspuffrohres 5 angeordnet.
Weiterhin ist das Bypassrohr 7 auf der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite mit der Mitte des Hauptauspuffrohres 5 verbunden, und das Hauptauspuffrohr 5 steht mit dem Bypassrohr 7 in Strömungsverbindung. Überdies ist das Bypassrohr 6 an der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite an bestimmten Stelle an der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite der Krümmerrohre 3 angebracht, und die Krümmerrohre 3 stehen mit dem Bypassrohr 6 in Verbindung. Im übrigen ist der Durchlassquerschnittsbereich des Bypassrohres 6 kleiner als der Durchlassquerschnittsbereich jedes der Krümmerrohre 3. Ein Vorkatalysator (strömungsvorderseitig liegender oder frontseitiger Katalysator) 21 ist zwischen den Bypassrohren 6, 7 angeordnet. Der Vorkatalysator 21 ist so ausgelegt, dass seine Wärmekapazität deutlich kleiner als die des vorgenannten Hauptkatalysators 20 ist, um den Temperaturanstieg zu beschleunigen, so dass er im Wesentlichen während eines Kaltstarts des Motors verwendet wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in dem Hauptkatalysator 20 ein Temperatursensor (in den Figuren nicht dargestellt) installiert, und wenn der Temperatursensor detektiert, dass der Hauptkatalysator 20 noch nicht seine passende Katalysatoraktivierungstemperatur erreicht hat, ist das Schaltventil 15 in der geschlossenen Stellung. Daher strömt das Abgas, das aus den Abgasauslässen des Motors abgegeben wird, über das Bypassrohr 6, den Vorkatalysator 21, das Bypassrohr 7 und das Hauptauspuffrohr 5 zu dem Hauptkatalysator 20. Der Temperaturanstieg des Vorkatalysators 21 erfolgt schnell, so dass die Reinigung des Abgases bereits zu einem verhältnismäßig frühen Zeitpunkt wirksam durch den Vorkatalysator 21 vorgenommen werden kann.
Wenn weiterhin das Schaltventil die Gasöffnungen 13 abgesperrt hat, sind die in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seiten der Krümmerrohre 3 durch die Trennwandstruktur 12 blockiert, so dass sie innerhalb des Sammelabschnittes 4 nicht weiter in Verbindung stehen, so dass in diesem Bereich die Luftströmung verhindert ist. Auf diese Art und Weise tritt keine Abgaswechselwirkung in den anderen Zylinder aufgrund Abgaspulsieren in den Bereich des Sammelabschnitts 4 auf, so dass ein Abfall in der Motorleistung unterdrückt ist. Weiterhin ist eine Luftströmung von der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite des Bypassrohres 6 in jedem der Krümmerrohre 3 zu dem Schaltventil 15 verringert, so dass es nicht erforderlich ist, aktiv die gesamte Luft in diesem Raum zu erwärmen, und daher ist es möglich, einen Verlust aufgrund der Abgaswärme des Abgases auf einem Minimum zu halten. Daher kann das Abgas dem Vorkatalysator 21 ohne wesentlichen Abfall in der Wärmekapazität des Abgases zugeführt werden.
Wenn der Temperatursensor schließlich detektiert, dass der Hauptkatalysator 20 eine geeignete Katalysatoraktivierungstemperatur erreicht hat, schaltet das Schaltventil 15 von der ge schlossenen Stellung in die geöffnete Stellung um. Daher beginnt das Abgas, das von den Abgasauslässen des Motors abgegeben wird, von jedem der Krümmerrohre 3 über den Sammelabschnitt 4 und das Hauptauspuffrohr 5 zu dem Hauptkatalysator 20 zu strömen. Mit anderen Worten, wenn der Hauptkatalysator 20 eine geeignete Aktivierungstemperatur erreicht hat, ist es nicht weiter erforderlich, den Vorkatalysator 21 zu verwenden, der einen großen Abgaswiderstand aufweist, so dass sich das Schaltventil 15 öffnet und so geschaltet ist, dass der Abgaswiderstand verringert ist.
Mit dem im Detail oben erläuterten Ausführungsbeispiel werden folgende bemerkenswerte Effekte erzielt.
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel das Schaltventil 15 während eines Kaltstarts geschlossen ist, so dass durch das Vorsehen einer Trennwand 12 in dem Rohrbefestigungsteil 11 das Abgas zu dem Vorkatalysator 21 geführt wird, sind die Abgaswege für jedes der Krümmerrohre 3 auf der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils 15 in dem Sammelabschnitt 4 voneinander unabhängige Wege. Da die in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seiten jedes der Krümmerrohre 3 innerhalb des Sammelabschnittes 4 nicht miteinander in Verbindung stehen, ist die Luftströmung in diesem Bereich verhindert. Wenn das Schaltventil 15 geschlossen ist, tritt dadurch Abgaswechselwirkung in den anderen Zylindern aufgrund eines Abgaspulsierens in dem Sammelabschnitt 4 nicht auf, so dass es möglich ist, einen Abfall in der Motorleistung zu unterdrücken. Da die Luftströmung in den Krümmerrohren 3 von der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite des Bypassrohres 6 zu dem Schaltventil 15 niedrig wird, ist es daher nicht erforderlich, aktiv die gesamte Luft in diesem Raum zu erwärmen, und es ist daher möglich, den Verlust an Abgaswärme des Abgases auf einem Minimum zu halten. Es ist daher möglich, ein frühes Aufwärmen des Vorkatalysators 21 vorzunehmen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die äußere Gestalt wenigstens eines Bereiches des Sammelabschnittes 4, der die Krümmerrohre 3 zusammenführt, oder mit anderen Worten die äußere Gestalt des Rohrbefestigungsteiles 11 von einer kreisartigen (ringartigen) Gestalt, und die Gestalt der Gasöffnungen 13 im Schnitt, die die Abgaswege für jedes der Krümmerrohre 3 innerhalb des Sammelabschnittes 4 sind, sind strömungskanalartig ausgebildet und unter einem Winkel von 90° angeordnet, was der Anzahl (in diesem Fall vier) der zusammengeführten Krümmerrohre 3 entspricht. Mit anderen Worten, es ist möglich, für die Abgaswege jedes der Krümmerrohre 3 innerhalb des Sammelabschnittes 4 einen Querschnittsbereich zu verwenden, der so groß wie möglich ist, und das Äußere des Rohrbefestigungsteiles 11, das alle Krümmerrohre 3 innerhalb des Sammelabschnittes 4 aufnimmt, so klein als möglich zu gestalten, und daher ist das vorliegende Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, dazu beizutragen, dass der Sammelabschnitt 4 kompakter ist.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel verfügt über ein Rohrbefestigungsteil 11, das Gasöffnungen 13 aufweist, die jeweils einem der Krümmerrohre 3 zugeordnet und die durch die Trennwandstruktur 12 getrennt sind, und die Einsatzabschnitte 3a, die an den Endabschnitten an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre 3 angeordnet sind, sind in die zugeordneten Gasöffnungen 13 eingefügt und befestigt. Die Gasöffnungen 13 in dem Rohrbefestigungsteil 11 an der den Krümmerrohren 3 (Endflächen 11b an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite) werden durch das Schaltventil 15 geöffnet oder geschlossen. Mit anderen Worten, durch den einfachen Einsatz eines Rohrbefestigungsteiles 11 dieses Typs ist es einfach, die Krümmerrohre 3 zu befestigen, und es ist möglich, in einfacher Art und Weise in den Zustand mit unabhängigen Wegen für jedes der Krümmerrohre 3 umzuschalten, wenn das Schaltventil 15 geschlossen ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die äußere Gestalt der Einsatzabschnitte 3a der Krümmerrohre 3 verformt, um an die Gestalt der Gasöffnungen 13 des Rohrbefestigungsteiles 11 angepasst zu sein, was ein Einfügen ermöglicht. Daher ist es möglich, den Spalt zwischen den inneren Trennflächen, die die Gasöffnungen 13 bilden, und den Krümmerrohren 3 zu verringern, und daher ist es möglich, die Krümmerrohre 3 einfach und sicher in dem Rohrbefestigungsteil 11 zu befestigen.
Durch Drehen des Basisendabschnittes des Armes 17 funktioniert bei diesem Ausführungsbeispiel die Ventilscheibe 18 an dem Spitzenendabschnitt dieses Armes 17 als ein Schaltventil 15, das den Abgasweg innerhalb des Sammelabschnittes 4 schließt oder öffnet. Durch Verwenden eines oszillationsartigen Schaltventils 15 ist es einfacher als bei einem Butterfly-Ventil oder einem Schieberventil möglich, in den Zustand mit unabhängigen Wegen für jedes Krümmerrohr 3 umzuschalten, wenn das Schaltventil 15 geschlossen ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Ventilscheibe 18 des Schaltventils 15 eine kreisförmige scheibenartige Gestalt auf, und da sie so ausgelegt ist, dass sie mit der Endfläche 11d auf der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite des Rohrbefestigungsteiles 11 in Kontakt kommt, ist es möglich, im Vergleich zu dem Butterfly-Ventil, das, wie in dem Beispiel aus dem Stand der Technik (Dokument 1) offenbart ist, innerhalb des Abgasweges verwendet wird, die Abdichtung gegenüber dem Abgas zu verbessern.
Die Auspuffkrümmeranordnung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der in dem Beispiel aus dem Stand der Technik (Dokument 1) offenbarten Auspuffkrümmeranordnung dadurch, dass, sogar wenn das Schaltventil 15 offen ist, das Abgas, das aus den Gasöffnungen jedes Zylinders ausgelassen wird, durch die Krümmerrohre 3 unabhängig zu dem Sammelabschnitt 4 geleitet wird, so dass schwerlich eine Abgaswechselwirkung auftritt, und es ist daher möglich, einen Abfall in der Motorleistung zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Inhalte des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles beschränkt, und es kann beispielsweise auch wie unten beschrieben ausgeführt werden.
Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel sind die Krümmerrohre 3 verbaut, und es wird ein Rohrbefestigungsteil 11 eingesetzt, das in Kontakt mit einem Schaltventil 15, das die in Strömungsrichtung rückseitig liegende Seite jedes der Krümmerrohre 3 öffnet oder schließt, kommt oder von diesem abgetrennt wird. Allerdings ist es ebenfalls möglich, ein Schaltventil 15 vorzusehen, das in direktem Kontakt mit oder getrennt von den Endflächen auf der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite jedes der Krümmerrohre 3 kommt. In diesem Fall ist es möglich, das Rohrbefestigungsteil 11 wegzulassen.
Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel sind die Gasöffnungen 13 des Rohrbefestigungsteiles 11 strömungskanalartig ausgebildet, allerdings ist die Gestalt jedoch nicht darauf beschränkt, wobei die Endabschnitte (Einsatzabschnitte 3a) auf der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre 3 in einer zylindrischen Gestalt belassen sein können, und die Gasöffnungen 13 des Rohrbefestigungsteiles 11 können in einer kreisförmigen Gestalt ausgeführt sein, die an die Krümmerrohre 3 angepasst ist. Auf diese Art und Weise ist es möglich, sich der Notwendigkeit zu entledigen, die Einsatzabschnitte 3a der Krümmerrohre 3 zu bearbeiten.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel ist bei einem Motor mit vier Zylindern eingesetzt, allerdings kann es außer bei einem Motor mit vier Zylindern auch bei anderen mehrzylindrigen Moto ren eingesetzt werden. Beispielsweise ist in dem Fall des Einsatzes des Ausführungsbeispiels bei einem Motor mit sechs Zylindern die Anzahl der Krümmerrohre 3 auf sechs erhöht. In diesem Fall ist zum Beispiel vorgesehen, sechs Krümmerrohre 3 in einen Sammelabschnitt 4 zusammenzuführen, oder es ist vorgesehen, drei Krümmerrohre 3 in einer Gruppe zusammenzufassen und dann für jede Gruppe einen Sammelabschnitt 4 einzurichten. Bei der ersten Ausführung ist es bevorzugt, dass die Gasöffnungen 13 des Rohrbefestigungsteiles 11 strömungskanalartig gefächert ausgestaltet und mit einem von der Mitte aus genommenen Winkel von 60° voneinander beabstandet sind. Bei der letztgenannten Ausführung ist es bevorzugt, dass die Gasöffnungen 13 des Rohrbefestigungsteiles 11 strömungskanalartig ausgebildet und mit einem von der Mitte aus genommenen Winkel von 120° voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten, die Gasöffnungen 13 des Rohrbefestigungsteiles 11 sind strömungskanalartig ausgebildet und mit einem von der Mitte aus genommenen Winkel voneinander beabstandet, der der Anzahl der zusammengeführten Krümmerrohre entspricht.
Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel sind der Arm 17 und die Ventilscheibe 18 des Schaltventils 15 getrennt und so ausgelegt, dass die Ventilscheibe 18 an dem Arm 17 angebracht ist. Allerdings ist es auch möglich, den Arm 17 und die Ventilscheibe 18 als ein einziges Teil auszubilden. Weiterhin kommt eine einzige Ventilscheibe 18 zum Einsatz, und diese Ventilscheibe 18 ist so ausgebildet, dass es möglich ist, alle Gasöffnungen 13 zu schließen. Allerdings ist es ebenso möglich, beispielsweise für jede Gasöffnung 13 eine zugeordnete Ventilscheibe 18 vorzusehen. Weiterhin ist das Schaltventil 15 ein Schaltventil des oszillierenden Typs, wobei es jedoch ebenso möglich ist, einen anderen Typ eines Schaltventils wie beispielsweise ein Butterfly-Ventil oder ein Schieberventil einzusetzen.

Claims

Auspuffkrümmeranordnung mit Krümmerrohren, die jeweils einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern zugeordnet sind, einem Sammelabschnitt, der Endabschnitte an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre aufnimmt und diese einem in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Katalysator zuführt, mit einem Bypassweg, um die in Strömungsrichtung vorderseitig liegende Seite des Sammelabschnitts mit der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite des Sammelabschnitts zu verbinden und das Einwirken eines in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden (Front-) Katalysators im mittleren Strömungsweg zu verursachen, und mit einem Schaltventil, das den Abgasweg innerhalb des Sammelabschnitts schließt und Abgas von einer Verbrennungskraftmaschine zu dem in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Katalysator führt, während es andererseits bei Öffnen dieses Abgaswegs das Abgas zu dem in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Katalysator leitet, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Schaltventil (15) geschlossen ist, ein Wegsystem derart bereitgestellt ist, dass die Abgaswege für jedes der verbundenen Krümmerrohre (3) auf der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils (15) innerhalb des Sammelabschnitts (4) unabhängig voneinander sind.
Auspuffkrümmeranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspuffkrümmeranordnung weiterhin über eine Trennwandstruktur (12) verfügt, die die Abgaswege von jedem der verbundenen Krümmerrohre (3) an der in Strömungsrichtung vorderseitig liegenden Seite des Schaltventils (15) innerhalb des Sammelabschnitts (4) trennt, wenn das Schaltventil (15) geschlossen ist.
Auspuffkrümmeranordnung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Gestalt wenigstens eines Bereiches des Sammelabschnittes (4), der die Krümmerrohre (3) zusammenführt, kreisartig ausgebildet ist und dass die Ausbildung der Abgaswege im Schnitt jedes der Krümmerrohre (3) innerhalb des Sammelabschnittes (4) strömungskanalartig ausgestaltet und durch einen jeweils gleich großen Winkel beabstandet ist, der der Anzahl der Krümmerrohre (3) entspricht, die zusammengeführt sind.
Auspuffkrümmeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelabschnitt (4) über ein Rohrbefestigungsteil (11) verfügt, das Gasöffnungen (13) aufweist, die jeweils einem der Krümmerrohre (3) zugeordnet sind, so dass die Endabschnitte an den in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seiten jedes der verbundenen Krümmerrohre (3) in den zugeordneten Gasöffnungen (13) eingefügt und befestigt sind, und dass jede der Gasöffnungen (13) an der den Krümmerrohren (3) gegenüberliegenden Seite durch das Schaltventil (15) geöffnet oder geschlossen wird.
Auspuffkrümmeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die äußere Gestalt der Endabschnitte an der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre (3) verschieden von der Gestalt der Gasöffnungen (13) ist, die äußere Gestalt der Endabschnitte der auf der in Strömungsrichtung rückseitig liegenden Seite der Krümmerrohre (3) so verformt ist, dass sie an die Gestalt der Gasöffnungen (13) angepasst ist, so dass sie in die Gasöffnungen (13) eingefügt werden können.
Auspuffkrümmeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (15) über eine Ventilscheibe (18) verfügt, die an einem Spitzenendabschnitt eines Armes (17) angebracht ist, die dazu eingerichtet ist, den Abgasweg innerhalb des Sammelabschnittes (4) zu schließen, und durch drehbares Schwenken des Basisendabschnittes des Armes (17) die Abgaswege innerhalb des Sammelabschnittes (4) öffnet oder schließt.