DE102006011091A1 - Komponente einer Abgasanlage - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine abgasführende Komponente einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Komponente ausgestattete Abgasanlage.
- Eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, umfasst eine Vielzahl von Komponenten, die ein in einem Gehäuse angeordnetes, abgasführendes Rohr aufweisen. Beispielsweise befinden sich in Schalldämpfern Rohre, die in einem Gehäuse des Schalldämpfers angeordnet sind. Dabei kann es erforderlich sein, eine Wandung des jeweiligen Rohrs für Luftschall durchlässig auszugestalten, beispielsweise um Luftschall so in einen Absorptionsraum eintreten zu lassen, in dem eine Dämpfung des Luftschalls stattfindet. Zu diesem Zweck kann das jeweilige Rohr mit einer Perforation ausgestattet sein. Insbesondere sind Vorschalldämpfer mit einem perforierten Rohr ausgestattet, das von einem Gehäuse in Umfangsrichtung unter Ausbildung einer ringförmigen Absorptionskammer umhüllt ist.
- Abgasanlagen sind im Betrieb, insbesondere während einer Warmlaufphase der damit ausgestatteten Brennkraftmaschine, hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Dabei können zwischen einem innen liegenden, Abgas führenden Rohr und einem außen liegenden Gehäuse relativ große Temperaturdifferenzen entstehen. Zusätzlich oder alternativ können Rohr und Gehäuse aus unterschiedlichen Materialien mit verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Hierdurch kann es zu stark unterschiedlichen thermischen Längsdehnungen des Rohrs einerseits und des Gehäuses andererseits kommen. Damit hierbei keine kritischen, thermisch bedingten Spannungen zwischen dem Rohr und dem Gehäuse entstehen, ist es üblich, das jeweilige Rohr nur in einem seiner Endbereiche am Gehäuse zu befestigen, während es mit seinem anderen Endbereich über einen Schiebesitz in seiner Längsrichtung verschiebbar am Gehäuse gelagert ist. Hierdurch kann sich das Rohr in seiner Längsrichtung relativ zum Gehäuse bewegen, so dass eine thermisch bedingte Verspannung zwischen Rohr und Gehäuse nicht auftritt. Allerdings ist der Fertigungsaufwand zur Bereitstellung eines derartigen Schiebesitzes relativ groß, da insbesondere relativ enge Herstellungstoleranzen einzuhalten sind. Des Weiteren können derartige Schiebesitze eine Quelle für störende Geräusche bilden.
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Komponente sowie für eine Abgasanlage der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine preiswerte Herstellbarkeit auszeichnet.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Rohr durch eine gezielte Auswahl bzw. Auslegung der Perforation in seiner Längsrichtung mit einer erhöhten elastischen Flexibilität zu versehen. Durch eine geeignete Dimensionierung der Perforation kann die Flexibilität des Rohrs gezielt so ausgelegt werden, dass thermisch bedingte Längsdehnungskräfte zwischen dem Rohr und dem Gehäuse von einem mit der Perforation versehenen Längsabschnitt des Rohrs weitgehend durch elastische Verformung aufgenommen werden können. Grundsätzlich können geringfügige plastische Verformungen toleriert werden, solange diese das Rohr bzw. die jeweilige Komponente nicht gefährden. Die Perforation ist dabei so ausgestaltet, dass der damit versehene Längsabschnitt des Rohrs quasi als Feder wirkt. Thermisch bedingte Längsdehnungen können somit vom Rohr federelastisch aufgenommen werden. Durch die mit Hilfe der Perforation erreichte Federelastizität des Rohrs ist es möglich, das Rohr an seinen beiden Endbereichen fest mit dem Gehäuse zu verbinden. Ein Schiebesitz ist dann nicht mehr erforderlich. Hierdurch wird die Montage der mit dem perforierten Rohr und dem Gehäuse ausgestatteten Komponente bzw. der Abgasanlage deutlich vereinfacht. Insbesondere lassen sich mehr Gleichteile verwenden. Das Gehäuse kann z. B. aus identischen Halbschalen zusammengebaut sein. Das Rohr und/oder das Gehäuse können symmetrisch gestaltet sein, so dass für das Rohr insbesondere keine Montagerichtung beachtet werden muss.
- Darüber hinaus ergibt sich durch die beiden fest mit dem Gehäuse verbundenen Endbereiche eine signifikante Aussteifung des Gehäuses, wodurch die Komponente in diesem Bereich eine erhöhte Stabilität aufweist.
- Außerdem ist die Tendenz einer Geräuschentwicklung, wie sie beispielsweise im Bereich eines Schiebesitzes aufgrund von Relativbewegungen entstehen kann, reduziert.
- Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Perforation durch Langlöcher gebildet sein, deren Längsrichtung sich jeweils in der Umfangsrichtung des Rohrs erstreckt. Bei dieser Bauweise lässt sich die Elastizität des Rohrs in dessen Längsrichtung besonders deutlich vergrößern.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Die einzige
1 zeigt einen vereinfachten Längsschnitt durch eine Komponenten einer Abgasanlage. - Entsprechend
1 umfasst eine hier nur zum Teil dargestellte Abgasanlage1 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine zumindest eine Komponente2 , die zum Beispiel in einen Abgasstrang3 der Abgasanlage1 eingebunden ist. Die Abgasanlage1 dient zum Abführen von Abgasen der Brennkraftmaschine, die zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Dementsprechend dient auch die Komponente2 zur Abgasführung, das heißt die Komponente2 ist im Betrieb der Brennkraftmaschine von Abgasen durchströmt. - Die Komponente
2 weist ein Rohr4 sowie ein Gehäuse5 auf. Das Rohr4 weist zwei Längsenden, nämlich ein erstes Längsende6 und ein zweites Längsende7 auf. Die Längsenden6 ,7 sind dabei jeweils in der Längsrichtung des Rohrs4 offen. Im vorliegenden Fall erstreckt sich das Rohr4 geradlinig, so dass die Längsenden6 ,7 axial offen sind. Des Weiteren ist das Rohr4 hier zylindrisch ausgestaltet, wobei es einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen kann. Grundsätzlich ist auch eine Ausführungsform mit gekrümmtem Rohr4 denkbar. - Das Rohr
4 ist somit von dem einen (ersten) Längsende6 zum anderen (zweiten) Längsende7 im Betrieb der Brennkraftmaschine vom Abgas durchströmbar. Zwischen seinen Längsenden6 ,7 weist das Rohr4 einen Längsabschnitt8 auf, der hier durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet ist. In diesem Längsabschnitt8 besitzt das Rohr4 eine Wandung9 , die mit einer Perforation10 versehen ist. Im Unterschied dazu sind Endbereiche, nämlich ein erster Endbereich11 und ein zweiter Endbereich12 des Rohrs4 jeweils mit einer Wandung9' versehen, die keine Perforation10 besitzt. - Durch die Perforation
10 ist das Rohr4 in seinem Längsabschnitt8 für Luftschall radial durchlässig ausgestaltet. - Das Rohr
4 ist mit dem ersten Endbereich11 , der das erste Längsende6 aufweist, fest mit dem Gehäuse5 verbunden. Ebenso ist das Rohr4 auch mit seinem zweiten Endbereich12 , der das zweite Längsende7 aufweist, fest mit dem Gehäuse5 verbunden. Die feste Verbindung zwischen dem Gehäuse5 und den Endbereichen11 ,12 des Rohrs4 kann beispielsweise durch Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Bördelverbindungen oder auf gleich wirkende Weise realisiert werden. Hierdurch ergibt sich eine intensive Aussteifung des Gehäuses5 in den Endbereichen11 ,12 zugeordneten Längsabschnitten des Gehäuses5 . - Die Perforation
10 des Längsabschnitts8 des Rohrs4 ist gezielt so ausgestaltet, dass besagter Längsabschnitt8 thermisch bedingte Längsdehnungskräfte zwischen Rohr4 und Ge häuse5 dadurch aufnehmen kann, dass sich der Längsabschnitt8 elastisch verformt. Beispielsweise wird im Betrieb der Abgasanlage1 das dem Abgas direkt ausgesetzte Rohr4 sehr viel heißer als das Gehäuse5 , das außerdem Wärme in die Umgebung abstrahlen kann. Hierdurch kommt es zu einer Temperaturdifferenz zwischen Rohr4 und Gehäuse5 , die zu stark unterschiedlichen Längsdehnungen im Rohr4 einerseits und im Gehäuse5 andererseits führt. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Werkstoffauswahl für das Rohr4 und das Gehäuse5 zu unterschiedlichen Längsdehnungen führen. Typisch sind z.B. Austenit und Ferrit Kombinationen. Das Rohr4 tendiert dazu, sich deutlich stärker in seiner Längsrichtung auszudehnen als das Gehäuse5 . Da das Rohr4 bei der hier gezeigten Komponente2 an seinen Endbereichen11 ,12 am Gehäuse5 festgelegt ist, kann sich das Rohr4 gegenüber dem Gehäuse5 nicht im erforderlichen Maße ausdehnen, wodurch entsprechende Längsdehnungskräfte zwischen dem Rohr4 und dem Gehäuse5 entstehen. Durch die Perforation10 ist das Rohr4 weicher als das Gehäuse5 , wodurch der Längsabschnitt8 gestaucht werden kann. Aufgrund der gezielt so ausgelegten Perforation10 erfolgt diese Stauchung weitgehend im elastischen Verformungsbereich des Längsabschnitts8 . Die entstehenden Längsdehnungskräfte können somit vom Längsabschnitt8 im wesentlichen federelastisch aufgenommen werden. Durch die mit Hilfe der Perforation10 erzielte Federelastizität des Längsabschnitts8 bzw. des Rohrs4 können unterschiedliche Längsdehnungen abgefedert werden, ohne dass hierbei zu große Kräfte auf das Rohr4 , auf das Gehäuse5 und auf die Anbindungsstellen zwischen Rohr4 und Gehäuse5 wirken. - Vorzugsweise erfolgt die Auslegung der Perforation
10 so, dass der Längsabschnitt8 diejenigen thermischen Längsdehnungskräfte zwischen Rohr4 und Gehäuse5 noch im wesentlichen durch elastische Verformung aufnehmen kann, die bei der im normalen Betrieb der Abgasanlage1 bzw. der damit ausgestatteten Brennkraftmaschine maximal erwarteten Temperaturdifferenz zwischen Rohr4 und Gehäuse5 auftreten können. - Die auftretenden Verformungen im Längsabschnitt
8 sind dabei hauptsächlich elastisch. Es ist klar, dass über die Lebensdauer der Komponente2 auch plastische Verformungen auftreten können. Durch die Perforation10 wird erreicht, dass die im Längsabschnitt8 auftretenden Verformungen soweit im elastischen Bereich auftreten, dass gegebenenfalls auch auftretende plastische Verformungen das Rohr4 in der Vorgesehen Lebensdauer der Komponente2 keine ernsthafte Beschädigung des Rohrs4 bewirken. - Da beide Endbereiche
11 ,12 in gleicher Weise mit dem Gehäuse5 befestigt werden können, ist eine symmetrische Bauweise für das Rohr4 und für das Gehäuse5 möglich. Hierdurch lässt sich die Montage der Komponente2 vereinfachen. Des Weiteren lässt sich die Herstellung des Rohrs4 sowie die Herstellung des Gehäuses5 vereinfachen. Insbesondere lässt sich das Gehäuse5 z.B. aus zwei identischen Halbschalen zusammenbauen. - Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Perforation
10 durch eine Vielzahl von Langlöchern13 gebildet. Dabei sind die einzelnen Langlöcher13 in der Wandung9 so angeordnet, dass sie sich mit ihrer Längsrichtung jeweils in der Umfangsrichtung des Rohrs4 erstrecken. Des Weiteren sind sämtliche Langlöcher13 vorzugsweise gleich groß ausgebildet. Dabei sind die Langlöcher13 hier in Lochreihen14 angeordnet. Diese Lochreihen14 enthalten jeweils mehrere, in Umfangsrichtung des Rohrs4 voneinander beabstandete Langlöcher13 und sind zueinander in der Längsrichtung des Rohrs4 benachbart. Dabei kann jede Lochreihe14 z.B. zwei bis zehn Langlöcher13 oder vier bis acht Langlöcher13 oder beispielsweise sechs Langlöcher13 aufweisen. - Zur Erzielung der gewünschten Federelastizität des Rohrs
4 in der Rohrlängsrichtung sind die Langlöcher13 einer jeden Lochreihe14 gegenüber den Langlöchern13 einer in der Längsrichtung des Rohrs4 benachbarten Lochreihe14 in der Umfangsrichtung des Rohrs4 versetzt angeordnet. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist ein Versatz15 zwischen den Langlöchern13 der einen Lochreihe14 gegenüber den Langlöchern13 der dazu in Rohrlängsrichtung benachbarten Lochreihe14 genau so groß wie eine in Rohrumfangsrichtung gemessene halbe Länge16 eines Langlochs13 zuzüglich einen in Rohrumfangsrichtung gemessenen halben Abstand17 zwischen zwei benachbarten Langlöchern13 derselben Lochreihe14 . Hierdurch ergibt sich von Lochreihe14 zu Lochreihe14 eine bezüglich der Abstände17 symmetrische Überlappung der jeweils benachbarten Langlöcher13 . Durch den Versatz15 kann ein durch den Längsabschnitt8 in Rohrlängsrichtung durchgehender Steg vermieden werden. - Der in Rohrumfangsrichtung gemessene Abstand
17 benachbarter Langlöcher13 derselben Lochreihe14 beträgt z.B. etwa ein Drittel der Länge16 eines der Langlöcher13 . Des Weiteren kann ein in Rohrlängsrichtung gemessener Abstand18 zwischen zwei benachbarten Lochreihen14 etwa gleich groß gewählt sein, wie eine in der Rohrlängsrichtung gemessene Breite19 eines der Langlöcher13 . Durch die bevorzugte Dimensionierung der Langlöcher13 lässt sich in Verbindung mit der gewählten Anordnung der einzelnen Langlöcher13 die gewünschte Federelastizität des Rohrs4 in dessen Längsrichtung erzielen. - Bei anderen Ausführungsformen kann die Perforation
10 auch mit Öffnungen realisiert werden, die eine von den Langlöchern13 abweichende Geometrie besitzen. - Um die Federelastizität des Rohrs
4 möglichst weich auszugestalten, erstreckt sich der perforierte Längsabschnitt8 zweckmäßig direkt vom ersten Endbereich11 bis zum zweiten Endbereich12 . - Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Komponente
2 als Schalldämpfer, insbesondere als Vorschalldämpfer, ausgestaltet. Hierzu umschließt das Gehäuse5 das Rohr4 zwischen den Endbereichen11 ,12 radial beabstandet, wodurch radial zwischen dem Rohr4 und dem Gehäuse5 ein Ringraum20 entsteht. Dieser Ringraum20 , auch Absorptionsraum genannt, ist vorzugsweise mit einem Schallschluckmaterial21 oder Absorptionsmaterial befüllt. Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann Luftschall, der sich im Abgas ausbreitet, quer zur Strömungsrichtung durch die Perforation10 in den Ringraum20 eintreten, wodurch er vom Schallschluckmaterial mehr oder weniger bedämpft wird. Bei einem derartigen Schalldämpfer durchsetzt das Rohr4 das Gehäuse5 vollständig, so dass die in Rohrlängsrichtung gemessene Länge des Gehäuses5 etwa mit derjenigen des Rohrs4 übereinstimmt. - Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sich das Rohr
4 nur innerhalb eines Teilbereichs des Gehäuses5 erstreckt. Denkbar ist beispielsweise eine trichterförmige Ausgestaltung des Rohrs4 . Das Rohr4 kann beispielweise einen Innentrichter bilden, der in einem als Außentrichter ausgestalteten Gehäuseabschnitt angeordnet ist, um eine Luftspaltisolation zu realisieren. Während derartige Innentrichter aufgrund der erwarteten thermischen Längenänderungen herkömmlicherweise an einem axialen Ende fliegend gelagert bzw. freistehend angeordnet sind, ist es durch den perforierten Längsabschnitt8 möglich, das als Innentrichter ausgestaltete Rohr4 an seinen beiden Endbereichen11 ,12 fest mit dem Gehäuse zu verbinden.
Claims (10)
- Abgasführende Komponente einer Abgasanlage (
1 ) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Rohr (4 ), das von einem Längsende (6 ) zum anderen Längsende (7 ) von Abgas durchströmbar ist und das zwischen seinen Längsenden (6 ,7 ) einen Längsabschnitt (8 ) aufweist, dessen Wandung (9 ) mit einer Perforation (10 ) versehen ist, – mit einem Gehäuse (5 ), welches das Rohr (4 ) in Umfangsrichtung umhüllt und mit dem das Rohr (4 ) in einem das eine Längsende (6 ) aufweisenden einen Endbereich (11 ) und in einem das andere Längsende (7 ) aufweisenden anderen Endbereich (12 ) fest verbunden ist, – wobei die Perforation (10 ) so ausgestaltet ist, dass der Längsabschnitt (8 ) thermische Längsdehnungskräfte zwischen Rohr (4 ) und Gehäuse (5 ) im wesentlichen durch elastische Verformung aufnimmt. - Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforation (
10 ) so ausgestaltet ist, dass der Längsabschnitt (8 ) die bei einer im Betrieb der Abgasanlage (1 ) maximal erwarteten Temperaturdifferenz zwischen Rohr (4 ) und Gehäuse (5 ) auftretenden thermischen Längsdehnungskräfte zwischen Rohr (4 ) und Gehäuse (5 ) im wesentlichen durch elastische Verformung aufnehmen kann. - Komponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforation (
10 ) durch Langlöcher (13 ) gebildet ist, deren Längsrichtung sich in der Umfangsrichtung des Rohrs (4 ) erstreckt. - Komponente nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforation (
10 ) mehrere in Längsrichtung des Rohrs (4 ) benachbarte Lochreihen (14 ) mit jeweils mehreren in Umfangsrichtung des Rohrs (4 ) voneinander beabstandeten Langlöchern (13 ) aufweist. - Komponente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, – dass jede Lochreihe (
14 ) zwei bis zehn oder vier bis acht oder sechs Langlöcher (13 ) aufweist, und/oder – dass die Langlöcher (13 ) einer Lochreihe (14 ) gegenüber den Langlöchern (13 ) einer in der Längsrichtung des Rohrs (4 ) benachbarten Lochreihe (14 ) in Umfangsrichtung des Rohrs (4 ) versetzt angeordnet sind, und/oder – dass die Langlöcher (13 ) einer Lochreihe (14 ) gegenüber den Langlöchern (13 ) einer in der Längsrichtung des Rohrs (4 ) benachbarten Lochreihe (14 ) in Umfangsrichtung des Rohrs (4 ) um eine halbe Länge (16 ) eines Langlochs (13 ) und einen halben Abstand (17 ) zwischen zwei Langlöchern (13 ) versetzt angeordnet sind, und/oder – dass in Längsrichtung des Rohrs (4 ) benachbarte Lochreihen (14 ) voneinander einen Abstand (18 ) aufweisen, der etwa so groß ist wie eine in der Längsrichtung des Rohrs (4 ) gemessene Breite (19 ) eines Langlochs (13 ), und/oder – dass in einer Lochreihe (14 ) ein in Umfangsrichtung des Rohrs (4 ) gemessener Abstand (17 ) benachbarter Langlöcher (13 ) etwa ein Drittel so groß ist wie eine in der Umfangsrichtung des Rohrs (4 ) gemessene Länge (16 ) eines Langlochs (13 ). - Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der perforierte Längsabschnitt (
8 ) von dem einen Endbereich (11 ) zum anderen Endbereich (12 ) erstreckt. - Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass das Gehäuse (
5 ) zwischen den Endbereichen (11 ,12 ) des Rohrs (4 ) radial zum Rohr (4 ) beabstandet ist, so dass radial zwischen Rohr (4 ) und Gehäuse (5 ) ein Ringraum (20 ) ausgebildet ist, und/oder – dass der Ringraum (20 ) mit Schallschluckmaterial (21 ) befüllt ist. - Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, – dass das Rohr (
4 ) zylindrisch oder trichterförmig ausgestaltet ist, und/oder – dass das Rohr (4 ) einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweist. - Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – dass das Rohr (
4 ) das Gehäuse (5 ) vollständig durchsetzt, und/oder – dass die Komponente (2 ) ein Vorschalldämpfer ist. - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Komponente (
2 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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