DE102007061219A1 - Abgasanlage - Google Patents

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Abstract

Abgasanlage für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei die Zylinder in Zylinderbänken, insbesondere in V-Anordnung, zusammengefasst angeordnet sind, die Abgasanlage Abgasrohre für Zylinder mehrerer Zylinderbände umfasst und sich Abgasrohre gegenseitig aneinander abstützen.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Besonders zu bevorzugende Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf Figuren ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
  • 1 einen zylinderbankübergreifenden Abgaskrümmer einer V-8-Zylinder-Brennkraftmaschine in Draufsicht,
  • 2 eine Schnittansicht entlang der in 1 mit A-A bezeichneten Linie und
  • 3 eine Abgasrohranordnung eines zylinderbankübergreifenden Abgaskrümmers einer V-8-Zylinder-Brennkraftmaschine.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

  1. Abgasanlage (100, 200, 300) für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei die Zylinder in Zylinderbänken (102, 104), insbesondere in V-Anordnung, zusammengefasst angeordnet sind und die Abgasanlage (100, 200, 300) Abgasrohre (228, 230, 238, 240, 242, 346, 338, 348, 350, 342, 328, 352, 354) für Zylinder mehrerer Zylinderbänke (102, 104) umfasst, gekennzeichnet durch eine gegenseitige Abstützung von Abgasrohren (228, 230, 238, 240, 242, 346, 338, 348, 350, 342, 328, 352, 354).
  2. Abgasanlage (100, 200, 300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abgasrohre (228, 230, 238, 240, 242, 346, 338, 348, 350, 342, 328, 352, 354) entsprechend der Zündfolge der Brennkraftmaschine gegeneinander abgestützt sind.
  3. Abgasanlage (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abgasrohr (228, 230, 238, 240, 242, 346, 338, 348, 350, 342, 328, 352, 354), das einem bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine gerade gezündeten Zylinder zugeordnet ist, an einem Abgasrohr (228, 230, 238, 240, 242, 346, 338, 348, 350, 342, 328, 352, 354) abstützt, das einem bei diesem Betrieb der Brennkraftmaschine gerade in Ruhe befindlichen Zylinder zugeordnet ist.
  4. Abgasanlage (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine eine V-8-Zylinder-Brennkraftmaschine ist, bei der die Zylinder 1–4 eine erste Zylinderbank (102) und die Zylinder 5–8 eine zweite Zylinderbank (104) 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, dadurch gekennzeichnet, dass Abstützungen 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 sind.
  5. Abgasanlage (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur gegenseitigen Abstützung von Abgasrohren (228, 230, 238, 240, 242, 346, 338, 348, 350, 342, 328, 352, 354) Drahtgestrickelemente (244, 364, 366, 368, 370, 372) vorgesehen sind.
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