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Die
Erfindung betrifft eine zwei Abgasstränge aufweisende Abgasanlage
für einen Verbrennungsmotor insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Bei solchen zweiflutigen Abgasanlagen ist jeweils ein Abgasstrang
einer Gruppe von Zylindern des Motors, einer sog. Zylinderbank,
zugeordnet. Es kann nun aus unterschiedlichen Gründen erforderlich
sein, einen Teil des Abgases des einen Abgasstranges mit Hilfe einer
Mischvorrichtung zum jeweils anderen Abgasstrang überzuleiten.
Eine aus
EP 1 767 757
A2 bekannte Mischvorrichtung umfasst zwei separate, jeweils
eine erste Eingangsöffnung aufweisende Längskanäle,
die jeweils einem Abgasstrang zugeordnet sind und die zur Durchleitung
eines nicht übergeleiteten Abgas-Massenstroms dienen, sowie
zwei separate, jeweils eine zweite Eingangsöffnung aufweisende
Verbindungskanäle, die jeweils einem Abgasstrang zugeordnet
sind, von diesem abzweigen und in den jeweils anderen Abgasstrang
münden und zur Überleitung eines Abgas-Massenstroms
dienen. Jeweils eine erste und eine zweite Eingangsöffnung sind
in einer sich im Wesentlichen quer zur Längsrichtung eines
Abgasstrangs bzw. zur Strömungsrichtung des in die Mischvorrichtung
einströmenden Abgases verlaufenden Ebene angeordnet und
sind durch eine Trennwand voneinander separiert, die mit ihrer gegen
die Strömungsrichtung weisenden Stirnkante den Abgasstrom
teilt.
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Eine
Mischvorrichtung dieser Art ist beispielsweise bei einer Abgasnachbehandlung
mit SCR-Katalysatoren zweckmäßig. Hier ist nämlich eine
Dosiervorrichtung zur Einspritzung eines Redukti onsmittels, in der
Regel Ammoniak oder Harnstoff, in das Abgas erforderlich, damit
im Katalysator eine selektive Reduktion von Stickoxiden zu Stickstoff
erfolgen kann. Wird – in Strömungsrichtung gesehen – vor
den SCR-Katalysatoren eine Mischvorrichtung angeordnet und diese
so ausgelegt, dass die Hälfte des Abgas-Massenstroms des
einen Abgasstrangs in den jeweils anderen Abgasstrang übergeleitet
wird, erfolgt auch eine entsprechende Aufteilung des Reduktionsmittel-Massenstroms,
so dass eine Reduktionsmitteleinspritzung nur in einen Abgasstrang
und dementsprechend nur eine Dosiervorrichtung erforderlich ist.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind einer Abgasnachbehandlungseinrichtung
zu deren Überwachung und Regelung nachgeschaltete Sonden.
Auch hier kann durch eine 50-prozentige gegenseitige Überleitung
der Abgasmassenströme der Einbau von teuren Sonden in beide
Abgasstränge vermieden werden. Auch aus akustischen Gründen
kann eine Mischvorrichtung zweckmäßig sein, etwa
um die subharmonischen Anteile der Motorzündfrequenz, die
dem Motorsound einen eher sportlichen Charakter verleihen, zu reduzieren oder
zu modifizieren. Je nach dem gewünschten Motorsound und
den Gegebenheiten des Motors und der Abgasanlage müssen
unterschiedlich große Abgas-Massenströme, beispielsweise
solche, deren Anteil am Gesamtmassenstrom eines Abgasstrang 25%
oder 41% beträgt, erforderlich.
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Bei
den genannten und ähnlichen Anwendungsfällen ist
ein exaktes Verhältnis zwischen dem übergeleiteten
und dem nicht übergeleiteten Abgas-Massenstrom erforderlich,
um die angestrebten Wirkungen in vollem Umfang zu erzielen. Dies
ist bei den bekannten Mischvorrichtungen nicht der Fall.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine zweiflutige Abgasanlage mit einer Mischvorrichtung
der eingangs Art vorzuschlagen, die in dieser Hinsicht verbessert
ist.
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Diese
Aufgabe wird nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Flächen
der ersten und zweiten Eingangsöffnungen so bemessen sind,
dass das Verhältnis der Fläche der ersten Eingangsöffnung
zur Fläche der zweiten Eingangsöffnung kleiner
ist als das mit der Mischvorrichtung beabsichtigte Massenstromverhältnis,
also das Soll-Massenstromverhältnis. Das Massenstromverhältnis
ist dabei das Verhältnis von nicht übergeleiteten,
d. h. einen Längskanal durchströmenden Abgas-Massenstrom
zu übergeleiteten, d. h. einen Verbindungskanal durchströmenden
Abgas-Massenstrom. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den übergeleiteten
Abgas-Massenstrom beeinträchtigende Einflüsse,
wie einen gegenüber dem Längskanal erhöhten
Strömungswiderstand des Verbindungskanals, zu kompensieren,
so dass das tatsächlich erreichte Massenstromverhältnis
dem Soll-Massenstromverhältnis entspricht. Eine beispielsweise
im Falle einer nur in einem Abgasstrang vorhandenen Sonde oder Dosiervorrichtung für
Reduktionsmittel erforderliche hälftige Stromaufteilung
lässt sich somit exakt einstellen.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich
mit unterschiedlichen geometrischen Ausgestaltungen verwirklichen.
So ist es denkbar, die Überleitung durch jeweils von einem
Abgasstrang abzweigende, sich überkreuzende Rohren vorzunehmen. Eine
solche Ausgestaltung ist, abgesehen davon, dass sie einen relativ
hohen Herstellungsaufwand erfordert, hinsichtlich des erforderlichen
Bauraums ungünstig, vor allem wenn es sich um eine an der
Unterbodengruppe eines Kraftfahrzeugs montierte Abgasanlage handelt.
In diesen Fällen ist es zweckmäßig, wenn
die ersten und zweiten Eingangsöffnungen übereinander
angeordnet sind oder allgemeiner ausgedrückt, wenn die
genannten Öffnungen so angeordnet sind, dass die gedachte
Verbindungslinie ihrer Öffnungsachsen quer bzw. rechtwinklig
zur der von den Abgassträngen aufgespannten Ebene verläuft. Auf
diese Weise können sich die Verbindungskanäle in
Platz sparender und in herstellungstechnisch einfach zu realisierender
Weise kreuzen. Dies gelingt in an sich bekannter Weise, wenn die
Mischvorrichtung ein aus zwei Gehäuseschalen gebildetes
Gehäuse aufweist, wobei die Teilungsebene der Gehäuseschalen
parallel zu der von den Abgassträngen aufgespannten Ebene
verläuft, und wobei in jeder Gehäuseschale jeweils
ein dem einen Abgasstrang zugeordneter Längskanal und ein
dem anderen Abgasstrang zugeordneter Verbindungskanal eingeformt sind.
Dabei ist zwischen den Gehäuseschalen ein Zwischenblech
angeordnet, das die in den Gehäuseschalen vorhandenen Kanäle
zumindest auf einem Teil ihrer Länge von einander abtrennt
und das die zwischen einer ersten und einer zweiten Einströmöffnung
vorhandene Trennwand bildet.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen der Längskanal
und ein ihm zugeordnete Verbindungskanal den gleichen Strömungsquerschnitt
auf, wobei ein sich von der ersten und zweiten Eingangsöffnung
weg erstreckender Längsabschnitt der Trennwand sich in
den Längskanal vorwölbt. Es kann beispielsweise
von einer kreisrunden Querschnittsfläche ausgegangen werden,
die durch eine Trennwand in zwei Teile unterteilt wird, wobei der eine
Teil die erste und der andere Teil die zweite Eingangsöffnung
bildet.
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Bei
einem aus zwei Gehäuseschalen gebildeten Gehäuse
ist es denkbar, dass ein planebenes Zwischenblech verwendet wird, wobei
die unterschiedlichen Querschnittsflächen der ersten und zweiten
Eingangsöffnungen durch unterschiedlich geformte Gehäuseschalen
gebildet werden. Eine solche Mischvorrichtung lässt sich
jedoch nur für ein einziges Soll-Massenstromverhältnis
verwenden. Anders ist dies bei den Mischvorrichtungen, bei denen das
Massenstromverhältnis durch das Zwischenblech mit gewölbten
Trennwänden bestimmt wird. Hier können die gleichen
Gehäuseschalen zur Herstellung von Mischvorrichtungen mit
unterschiedlichen Soll-Massenstromverhältnissen verwendet
werden, wobei jeweils nur anders gestaltete Zwischenbleche eingesetzt
werden müssen.
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Eine
für sich gesehen erfinderische Ausgestaltung sieht vor,
dass die Gehäuseschalen das Zwischenblech formschlüssig
zwischen sich aufnehmen. Im Gegensatz zu einer Verschweißung
mit den Gehäuseschalen ermöglicht dies eine Relativbewegung zwischen
dem Zwischenblech und den Gehäuseschalen im Falle unterschiedlicher
Wärmeausdehnungen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante
wird dies dadurch gewährleistet, dass die Längsränder
der Gehäuseschalen einen zur gegenseitigen stoffschlüssigen
Fixierung dienenden Fixierflansch aufweisen, wobei innenliegende
Bereiche der Fixierflansche einen in der Teilungsebene der Gehäuseschalen
verlaufenden Aufnahmespalt umschließen, in den sich das
Zwischenblech mit seinen Außenrändern hinein erstreckt.
Je nach den Einsatzbedingungen kann ein mehr oder weniger großes
Bewegungsspiel in der Erstreckungsrichtung vorgesehen werden.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das Zwischenblech
u-förmig ist, wobei ein sich zwischen den U-Schenkeln des
Zwischenbleches befindlicher Bereich der Gehäuseschalen
ausgespart ist. Der Rand des ausgesparten Bereiches einer Gehäuseschale
weist einen zur gegenseitigen stoffschlüssigen Fixierung
dienenden Fixierflansch auf, wobei innenliegende Bereiche der Fixierflansche einen
Aufnahmespalt umschließen, in den sich die U-Schenkel des
Zwischenblechs mit ihren Innenrändern hinein erstrecken.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen jeweils mehr oder weniger stark schematisiert:
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1 eine
Draufsicht auf eine an einen Verbrennungsmotor angeschlossene, eine
Mischvorrichtung umfassende Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges,
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer Mischvorrichtung, die
im wesentlichen aus zwei Gehäuseschalen und einem zwischen
diesen angeordneten Zwischenblech gebildet ist,
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3 eine
Gehäuseschale mit Zwischenblech,
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4 die
Mischvorrichtung im Montagezustand,
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5 eine
Ansicht in Richtung des Pfeils V in 4.
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6 eine 5 entsprechende
Ansicht einer Mischvorrichtung mit anderer Ausgestaltung,
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7 eine 5 entsprechende
Ansicht einer Mischvorrichtung mit anderer Ausgestaltung,
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8 eine
Ansicht entsprechend 5, welche die Fixierung eines
Zwischenblechs zwischen den Gehäuseschalen verdeutlicht.
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1 zeigt
eine typische zweiflutige Abgasanlage 1 mit zwei Abgassträngen 2, 3,
verschiedenen Abgasnachbehandlungseinrichtungen 4, Schalldämpfern 5 und
einer beiden Abgassträngen zugeordneten Mischvorrichtung 6.
Die Abgasanlage ist an die Krümmer 7 eines zwei
Zylinderbänke 8 aufweisenden Verbrennungsmotor 9 anschließbar.
Die Mischvorrichtung 6 umfasst, wie den restlichen Abbildungen
entnehmbar ist, ein Gehäuse 10, das aus zwei als
Gleichteile ausgebildeten Gehäuseschalen 12, 13 gebildet
ist. Die Teilungsebene 14 der Gehäuseschalen 12, 13 verläuft
parallel zu der von den Abgassträngen 2, 3 aufgespannten
Ebene 15 bzw. der Zeichnungsebene von 1.
In die gehäuseschalen 12, 13 sind beispielsweise
durch Tiefziehen Kanäle eingeformt, nämlich ein
sich in Längsrichtung 16 der gehäuseschalen 12, 13 bzw. – im
Einbauzustand gem. 1 gesehen – in Längsrichtung
bzw. Strömungsrichtung 17 des Abgases erstreckender Längskanal 18 sowie
ein Verbindungskanal 19 eingeformt. Der Längskanal 18a der
Gehäuseschale 13, welche im Einbauzustand die
untere Gehäuseschale des Gehäuses 10 bildet,
ist dem in 1 linken Abgasstrang 2 zugeordnet.
Der Verbindungskanal 19a ist dem rechten Abgasstrang 3 zugeordnet
und mündet mit einem Mündungsbereich 20 in
den Längskanal 18a. Für die entsprechenden
Kanäle 18b, 19b der oberen Gehäuseschale 12 gilt
das Gleiche.
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Die
Längskanäle 18 weisen jeweils eine erste
Eingangsöffnung 23 und die Verbindungskanäle 19 jeweils
eine zweite Eingangsöffnung 24 auf. (siehe auch 4).
Die ersten und zweiten Eingangsöffnungen 23, 24 sind
jeweils durch eine Trennwand 25 voneinander abgegrenzt.
Sie sind in einer sich quer zur Längsrichtung 16 der
Mischvorrichtung 6 bzw. quer zur Strömungsrichtung 17 erstreckenden
Ebene 11 (2) so angeordnet, dass die gedachte
Verbindungslinie ihrer Öffnungsachsen quer zu den von den Abgassträngen 2, 3 aufgespannten
Ebene 15 verläuft. Ein sich an die Eingangsöffnungen 23, 24 anschließender
Längsabschnitt der Trennwände 25 bildet
einen zum Längskanal 18 vorgewölbten
Bereich 26, so dass die ersten Eingangsöffnungen 23 eine kleinere
Querschnittsfläche aufweisen als die zweiten Eingangsöffnungen 24.
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Die
in 2 bis 5 gezeigte Mischvorrichtung 6 ist
für einen Anwendungsfall vorgesehen, bei dem exakt 50%
des Abgas-Massenstroms eines Abgasstrangs 2, 3 in
den jeweils anderen Abgasstrang übergeleitet werden sollen.
Bei gleich großen ersten und zweiten Eingangsöffnungen 23, 24 wäre der
Massenstrom durch die Verbindungskanäle 19 beispielsweise
wegen eines sich aufgrund von deren gekrümmter Form aufbauenden
Gegendrucks geringer als der Massenstrom der Längskanäle 18.
Indem nun die Trennwände abweichend von der etwa in 7 gezeigten
Ausgestaltung jeweils in den Längskanal 18 vorgewölbt
sind, wird die beispielsweise durch einen erhöhten Strömungswiderstand
bedingte Massenstromreduzierung der Verbindungskanäle kompensiert,
so dass letztlich das tatsächlich erreichte Massenstromverhältnis
aus übergeleitetem Massenstrom zu nicht übergeleitetem
Massenstrom den Wert 1 annimmt. Die erläuterte Kompensationsmöglichkeit
ergibt sich nicht nur bei einer 50/50 Aufteilung des Abgasstroms.
Sie kann vielmehr bei beliebigen Massenstromverhältnissen
angewendet werden. Es ist dabei letztlich nur darauf zu achten,
dass das Verhältnis der ersten Eingangsöffnung 23 zu
der zweiten Eingangsöffnungen 24 kleiner ist als
das angestrebte Soll-Massenstromverhältnis. Dabei hängt
das Flächenverhältnis bzw. der Größenunterschied
zwischen dem ersten und zweiten Eingangsöffnungen 23, 24 von
der Größe des Strömungswiderstands der Verbindungskanäle 19a,
b ab. So ist es etwa denkbar, das bei einem Soll-Massenstrom-Verhältnis
von beispielsweise 40:60 sich eine planebene Ausgestaltung der Trennwände 25a entsprechend 7 ergibt.
Hier ist das Verhältnis von erster Eingangsöffnung 23 zu
zweiter Eingangsöffnung 24 gleich 1. Dementsprechend
ist das Soll- Massenstromverhältnis, das den gleichen Wert
hat wie das Ist-Massenstromverhältnis, größer
als 1. Bei der genannten 60:40 Aufteilung des Massenstroms nimmt
es den Wert 1,5 an.
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Erste
und zweite Eingangsöffnungen 23, 24 mit
unterschiedlichen Querschnittsflächen können nicht
nur durch gewölbte Trennwände 25 (2 bis 5)
sondern auch durch planebene Trennwände 25 (6)
erreicht werden. In diesem Falle läuft die Teilungsebene 14 der
Gehäuseschalen 12, 13 nicht parallel
zu der von den Abgassträngen 2, 3 aufgespannten
Ebene 15 sondern schräg dazu. Auch in diesem Falle
können die Gehäuseschalen 12, 13 als Gleichteile
ausgestaltet sein. Allerdings ist für jedes gewünschte
Massenstromverhältnis eine eigene Mischvorrichtung erforderlich.
Wird hingegen das Verhältnis von erster Eingangsöffnung 23 zu
zweiter Eingangsöffnung 24 ausschließlich
durch die Trennwand 25 bestimmt, können die Gehäuseschalen 12, 13 für
Mischvorrichtungen beliebiger Soll-Massenstromverhältnisse
verwendet werden.
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Wie
aus 2 und 3 ersichtlich ist, ist das Zwischenblech 22 u-förmig
ausgebildet, wobei die u-Schenkel die Trennwände 25 bilden.
Die Trennwände 25 teilen mit ihren gegen die Strömungsrichtung 17 weisenden
Stirnkanten 21 den Abgasstrom, wobei das Teilungsverhältnis
durch das Ausmaß bestimmt ist, mit dem sich der vorgewölbte
Bereich 26 der Trennwände 25 in die Längskanäle 18 hinein
erstreckt. Die in Strömungsrichtung 17 weisende
Stirnkante 27 des die beiden Trennwände 25 verbindenden
Bereichs des Zwischenblechs 22 ist keilförmig ausgestaltet.
Dem in Strömungsrichtung 17 verlaufenden Abschnitt 31 des
Verbindungskanals 19 ist ein in die Gehäuseschalen 12, 13 eingeformter
Blindkanal 29 in Strömungsrichtung 17 nachgeordnet.
Dieser ist dem gleichen Abgasstrang 2, 3 zugeordnet, wie der
entsprechende Verbindungskanal 19 und erstreckt sich im
Wesentlichen koaxial zu dem jeweiligen Abgasstrang 2, 3 und
zu dem Abschnitt 31 des Verbindungskanals 19.
Zwischen dem gekrümmten Abschnitt 28 des Verbindungskanals 19 und
dem Blindkanal 29 ist eine in der Teilungsebene 14 verlaufende,
stegförmige Gehäusewand 30 angeordnet. Die
Gehäusewand 30 geht in eine in Querrichtung 34 des
Gehäuses 10 verbreiterte Gehäusewand 33 über.
Dieser trennt den Blindkanal 29 von dem in Strömungsrichtung 17 weisenden
Endabschnitt 36 des Längskanals 18. Die
jeweils der anderen Gehäuseschale 12, 13 zugewandten
Stirnseiten 32 und 35 der Gehäusewände 30 bzw. 33 verlaufen
in bzw. parallel zu der Teilungsebene 14 der Gehäuseschalen 12, 13.
Die Blindkanäle 29 überdecken die Endabschnitte 36 der
Längskanäle 18 und bilden einen Ausströmkanal 47,
der mit einer Ausgangsöffnung 48 an den jeweiligen
Abgasstrang 2, 3 anschließbar ist. Der
Ausströmkanal 47 und die Ausgangsöffnung 48 haben
ein dem Abgasstrang 2, 3 entsprechende Querschnittsfläche.
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An
den Längsseiten der Gehäuseschalen 12, 13 sind
Fixierflansche 37 angeformt, mit denen die Gehäuseschalen 12, 13 durch
eine Verschweißung aneinander fixiert sind. Im Montagezustand liegt
die in Strömungsrichtung 17 weisende Stirnkante 27 des
Zwischenblechs mit einem Schrägabschnitt 27a an
der Stirnseite 32a und mit einem Schrägabschnitt 27b an
der Stirnseite 32b der Gehäusewand 30a bzw. 30b an
(2). Die Trennwände 25 sind mit ihren
Außenrändern 38 zwischen den Fixierflanschen 37 angeordnet.
Wie 8 zu entnehmen ist, ist das Zwischenblech 22 nicht
an die Gehäuseschalen 12, 13 angeschweißt,
sondern von diesen form- und reibschlüssig gehalten. Die
an den Längsrändern der Gehäuseschalen 12, 13 vorhandenen
Fixierflansche 37 umgrenzen jeweils mit einem innenliegenden
Bereich 39 einen Aufnahmenspalt 40, in den sich
die Außenränder 38 des Zwi schenblechs 22 hineinerstrecken.
Eine derartige Fixierung kann auch für die Innenränder 42 der
Trennwände 25 zweckmäßig sein.
Dabei ist es aus Gründen der besseren Verschweißbarkeit
zweckmäßig, wenn eine sich zwischen den Anfangsabschnitten
des Längskanals 18 und des Verbindungskanals 19 erstreckende
Gehäusewand 43 ausgespart ist, wobei die Aussparung 44 (in 2 durch
eine gestrichelte Linie angedeutet) so bemessen ist, dass ein Fixierflansch 45 stehen
bleibt. Auch in diesem Falle wird durch einen inneren Bereich 39 ein
Aufnahmespalt 46 umgrenzt, in den sich der Innenrand 42 des
Zwischenblechs 22 bzw. der Trennwände 25 hinein
erstreckt.
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- 1
- Abgasanlage
- 2
- Abgasstrang
- 3
- Abgasstrang
- 4
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 5
- Schalldämpfer
- 6
- Mischvorrichtung
- 7
- Krümmer
- 8
- Zylinderbank
- 9
- Verbrennungsmotor
- 10
- Gehäuse
- 11
- Ebene
- 12
- Gehäuseschale
- 13
- Gehäuseschale
- 14
- Teilungsebene
- 15
- Ebene
- 16
- Längsrichtung
- 17
- Strömungsrichtung
- 18
- Längskanal
- 19
- Verbindungskanal
- 20
- Mündungsbereich
- 21
- Stirnkante
- 22
- Zwischenblech
- 23
- erste
Eingangsöffnung
- 24
- zweite
Eingangsöffnung
- 25
- Trennwand
- 26
- vorgewölbter
Bereich
- 27
- Stirnkante
- 28
- gekrümmter
Abschnitt
- 29
- Blindkanal
- 30
- Gehäusewand
- 31
- Abschnitt
- 32
- Stirnseite
- 33
- Gehäusewand
- 34
- Querrichtung
- 35
- Stirnseite
- 36
- Endabschnitt
- 37
- Fixierflansch
- 38
- Außenrand
- 39
- Bereich
- 40
- Aufnahmespalt
- 42
- Innenrand
- 43
- Gehäusewand
- 44
- Aussparung
- 45
- Fixierflansch
- 46
- Aufnahmespalt
- 47
- Ausströmkanal
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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