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Die
Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
mit mehreren Zylindern, wobei die Zylinder in Zylinderbänken, insbesondere
in V-Anordnung, zusammengefasst angeordnet sind und die Abgasanlage
Abgasrohre (Abgaskrümmer)
für Zylinder
mehrerer Zylinderbänke umfasst.
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Bei
derartigen zylinderbankübergreifenden Abgasanlagen
ergeben sich konstruktionsbedingt lange Abgasrohre im Abgaskrümmer, welche
Eigenfrequenzen im Anregungsbereich des Motors besitzen. Damit ergeben
sich hohe mechanische Belastungen insbesondere an den Rohren und
deren Anbindungsbereichen. Im Extremfall gelangen beim Betrieb der
Brennkraftmaschine sogar einzelne Abgasrohre miteinander in Berührkontakt.
In der Folge treten an den Abgasrohren Schwingungsbrüche auf.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, das Resonanzverhalten der Abgasrohre der Abgasanlage,
insbesondere des Abgaskrümmers,
so zu verändern,
dass die mechanischen Belastungen insbesondere in den hoch belasteten
Bereichen der Abgasrohre reduziert werden.
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Die
Aufgabe wird mit einer Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst,
indem sich Abgasrohre gegenseitig aneinander abstützen. Auf diese
Weise wird eine Verlagerung der Eigenfrequenz der Abgasrohre außerhalb
des Anregungsbereichs der Brennkraftmaschine erreicht. Dies führt zu einer
Reduktion der mechanischen Belastungen insbesondere in den hoch
belasteten Bereichen der Abgasrohre.
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Besonders
zu bevorzugende Ausführungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorzugsweise
sind Abgasrohre entsprechend der Zündfolge der Brennkraftmaschine
gegeneinander abgestützt.
Dabei hat es sich insbesondere als zweckmäßig erwiesen, wenn sich ein
Abgasrohr, das einem bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine gerade
gezündeten
Zylinder zugeordnet ist, an einem Abgasrohr abstützt, das einem bei diesem Betrieb
der Brennkraftmaschine gerade in Ruhe befindlichen Zylinder zugeordnet
ist. Damit werden nachteilige Überlagerungen
von zündfolgebedingten Schwingungen
vermieden und ein Abgasrohr kann sich bei Zündung des zugehörigen Zylinders
an einem zündungsschwingungsfreien
anderen Abgasrohr abstützen.
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Bei
einer Brennkraftmaschine mit einer V-8-Zylinder-Brennkraftmaschine,
bei der die Zylinder 1–4
eine erste Zylinderbank und die Zylinder 5-8 eine zweite Zylinderbank
bilden, die Abgasrohre der Zylinder 1 und 6, 2 und 8, 3 und 5 sowie
4 und 7 zusammengeführt
sind und eine Zündfolge 1-5-4-8-6-3-7-2
besteht, ist es von besonderem Vorteil, wenn Abstützungen
zwischen den Abgasrohren der Zylinder 2 und 5, 3/5 und 2/8 (364),
2 und 6, 1/6 und 4/7, 3 und 8 und/oder 3 und 7 vorgesehen sind.
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Zur
gegenseitigen Abstützung
von Abgasrohren hat sich die Verwendung von Drahtgestrickelementen
als besonders günstig
erwiesen. Drahtgestrickelemente sind hoch tempemperaturbeständig, wenig
wärmeleitend
und elastisch, sodass auch eine Schwingungsdämpfung erzielt ist. Die Drahtgestrickelemente
sind zweckmäßigerweise
ringförmig
ausgebildet und ermöglichen
neben insbesondere eine gewisse Abgasrohrbewegung in Abgasrohrachsrichtung.
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Nachfolgend
ist unter Bezugnahme auf Figuren ein besonders zu bevorzugendes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert,
dabei zeigen schematisch und beispielhaft
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1 einen
zylinderbankübergreifenden
Abgaskrümmer
einer V-8-Zylinder-Brennkraftmaschine in
Draufsicht,
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2 eine
Schnittansicht entlang der in 1 mit A-A
bezeichneten Linie und
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3 eine
Abgasrohranordnung eines zylinderbankübergreifenden Abgaskrümmers einer V-8-Zylinder-Brennkraftmaschine.
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1 zeigt
eine zylinderbankübergreifenden Abgaskrümmer 100 einer
hier nicht näher
dargestellten V-8-Zylinder-Brennkraftmaschine für einen PKW in Draufsicht.
Die Brennkraftmaschine umfasst acht Zylinder, die in zwei zueinander
V-förmig
angeordneten Zylinderbänken 102, 104 gruppiert
sind. Dabei umfasst die erste Zylinderbank 102 in brennkraftmaschineneinbaulage
von der Fahrzeugfront zum Fahrzeugheck hin nummeriert Zylinder eins
bis vier und die zweite Zylinderbank 104 Zylinder fünf bis acht. Die
Zylinder sind jeweils von außen/unten
nach oben/innen hin durchströmt,
sodass die Auslasskanäle
der Zylinder in das V-Innere münden.
Der Abgaskrümmer 100 ist
entsprechend im V zwischen den Zylinderbänken 102, 104 liegend
angeordnet.
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Zur
auslassseitigen Verbindung mit den Zylindern eins bis acht weist
die Abgasanlage 100 Rohre 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 jeweils
mit Verbindungsflansch zur Befestigung am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
auf. Exemplarisch ist der Verbindungsflansch 122 mit Befestigungslöchern 124, 126 zur
Aufnahme von Befestigungsschrauben mit Bezugszeichen versehen.
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Der
Abgaskrümmer 100 ist
in luftspaltisolierter Bauart ausgeführt, indem die abgasführenden Rohre
von einer Außenschale
umhüllt
sind. Dabei ist die Außenschale
geteilt ausgeführt
und ein erster Teil 117 der Außenschale der Zylinderbank 102 und
ein zweiter Teil 119 der Außenschale der Zylinderbank 104 zugeordnet.
Zwischen den Teile 119, 117 der Außenschale
ist ein Spalt 136 vorgesehen, in dessen Bereich die Teile 119, 117 der
Außenschale
mittels einer beweglichen Dichtung 132 miteinander verbunden
sind. Dadurch können
insbesondere temperaturbedingte Form- und Lageänderungen des Abgaskrümmers 100 zumindest
annähernd
spannungsfrei aufgenommen werden. Die abgasführenden Rohre des Abgaskrümmers 100 sind,
wie unter Bezugnahme auf 3 weiter untern detailliert
beschrieben, in Ausgangsrohren 156, 158, 160, 162 zusammengeführt.
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2 zeigt
eine Schnittansicht entlang der in 1 mit A-A
bezeichneten Linie durch den Abgaskrümmer 200 im Bereich
des dem Zylinder sechs zugeordneten Rohrs 216. Aus dieser
Schnittansicht ist ersichtlich, wie im Inneren der der Zylinderbank 102 zugeordneten
Außenschale 234 und
der der Zylinderbank 104 zugeordneten Außenschale 219 die
Abgasrohre 228, 238, 242 der Zylinder
sechs, zwei und fünf
geführt
sind. Im Bereich des Befestigungsflanschs 222 zur Befestigung
des Abgaskrümmers 200 am
Zylinder sechs ist das Abgasrohr 228 mit der Außenschale 219 verbunden.
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Wie
bereits aus 1 ersichtlich ist zwischen den
Teile 219, 234 der Außenschale ist ein Spalt 236 vorgesehen,
in dessen Bereich die Teile 219, 234 der Außenschale
mittels einer beweglichen Dichtung 232 miteinander verbunden
sind. In diesem Spaltbereich sind das Abgasrohr 228 mit
einem Abgasrohr 230 und das Abgasrohr 238 mit
einem Abgasrohr 240 mittels Schiebesitz verbunden. Dadurch können insbesondere
temperaturbedingte Form- und Lageänderungen des Abgaskrümmers 200 auch
im Bereich der abgasführenden
Rohre 228, 230, 238, 240 zumindest
annähernd
spannungsfrei aufgenommen werden.
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3 zeigt
die Anordnung der in der Außenschale 117, 119, 219, 234 liegenden
abgasführenden Rohre.
Zur auslassseitigen Verbindung mit den Zylindern eins bis acht weist
der Abgaskrümmer 300 Abgasrohre 346, 338, 348, 350, 342, 328, 352, 354 jeweils
mit Verbindungsflansch zur Befestigung am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
auf. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine werden die Zylinder nacheinander
in der Folge 1-5-4-8-6-3-7-2 gezündet.
Zur Erzeugung einer vorbestimmten Abgasdynamik ist der Abgaskrümmer 300 besonders
angepasst, indem die Abgasrohre 346 und 328 der
Zylinder eins und sechs in einem Auslassrohr 356, die Abgasrohre 338 und 354 der
Zylinder zwei und acht in einem Auslassrohr 358, die Abgasrohre 348 und 342 der
Zylinder drei und fünf
in einem Auslassrohr 362 sowie die Abgasrohre 350 und 352 der
Zylinder vier und sieben in einem Auslassrohr 360 zusammengeführt sind.
Die Auslassrohre 356, 358, 362, 360 weisen
jeweils einen halbkreisförmigen
Querschnitt auf und liegen paarweise (356/358 und 362/360)
zusammen, sodass die Auslassrohre 356, 358 und
die Auslassrohre 362, 360 zusammen jeweils einen
Kreisförmigen Querschnitt
bilden. Vorliegend ist mit den Auslassrohren 356, 358 und 362, 360 jeweils
ein hier nicht gezeigter zweiflutiger Abgasturbolader verbunden.
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Bei
dem zylinderbankübergreifenden
Abgaskrümmer 100, 200, 300 weisen
die einzelnen Abgasrohre eine große Länge auf. Um die Schwinglängen der einzelnen
Abgasrohre 346, 338, 348, 350, 342, 328, 352, 354 des
Abgaskrümmers 100, 200, 300 zu verkürzen, sodass
die Schwingwege und damit die mechanischen Belastungen insbesondere
in den hoch belasteten Bereichen der Abgasrohre reduziert werden,
stützen
sich Abgasrohre gegenseitig aneinander ab.
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Entsprechend
der Zündfolge
1-5-4-8-6-3-7-2 der Brennkraftmaschine sind vorliegend Abstützungen 244, 364, 366, 368, 370, 372 zwischen
den Abgasrohren der Zylinder 2 und 5 (244), 3/5 und 2/8 (364),
2 und 6 (366), 1/6 und 4/7 (368), 3 und 8 (370) und/oder
3 und 7 (372) vorgesehen. Auf diese Weise stützt sich
jeweils ein Abgasrohr, das einem bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine
gerade gezündeten
Zylinder zugeordnet ist, an einem Abgasrohr ab, das einem bei diesem
Betrieb der Brennkraftmaschine gerade in Ruhe befindlichen Zylinder
zugeordnet ist. Die Abstützungen 244, 364, 366, 368, 370, 372 sind
vorliegend als das jeweilige Abgasrohr umschließender Drahtgestrickring ausgeführt.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. Insbesondere
kann die Erfindung auch bei Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderzahl,
wie insbesondere 4-, 6-, 10- oder
12-Zylinder-Brennkraftmaschinen und/oder Brennkraftmaschinen mit
anderer Zylinderbankanordnung, wie insbesondere W- oder Reihen-Anordnung angewendet
werden. Die Erfindung auch bei Brennkraftmaschinen mit anderer Zündfolge
und anderer Führung
der Abgasrohre angewendet werden. Insbesondere dann können die Abstützungen
zwischen anderen Abgasrohren vorgesehen sein, um den gewünschten
Effekt zu erzielen.
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Hinsichtlich
der Abstützungen
ist wesentlich, dass diese mechanisch in der Lage sind, in radialer Richtung
die erforderliche Abstützung
zu gewährleisten,
den im Bereich der Abgasanlage auftretenden hohen Temperaturen von
bis zu ca. 1050°C
stand zu halten und eine Längsverschiebung
der Abgasrohre zu ermöglichen.
Die Abstützungen
bestehen demnach aus geeigneten insbesondere metallischen oder mineralischen
Materialien, wie Stahl, Edelstahl, Stein, Keramik, Glas und weisen
eine geeignete Struktur, wie Fasern, Draht, Gestrick, Geflecht, Schaum,
blattfederartige Elemente, auf. Geeignete Materialien und Strukturen
können
auf zweckmäßige Weise
kombiniert werden.