-
Die
Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus
der
US 4,596,304 ist
eine Abgasanlage für eine im Heckbereich eines Fahrzeugs
angeordnete Brennkraftmaschine bekannt. Die Abgasanlage umfasst
einen Abgaskrümmer, einen Katalysator und einen Schalldämpfer.
Außerdem wird die Abgasanlage mittels drei Halterungsvorrichtungen
unmittelbar an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. Darüber hinaus
ist der Abgaskrümmer mit der Brennkraftmaschine verbunden.
Um eine relative Bewegung des Abgaskatalysators gegenüber
des Schalldämpfers zu vermeiden, ist zwischen einem Anschlussflansch am
Katalysator und dem Schalldämpfer ein Befestigungselement
vorgesehen.
-
In
der
DE 41 16 493 A1 ist
eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen und
entsprechend zwei Abgassträngen beschrieben, wobei in jedem
Abgasstrang in jeweils einem Sammlerohr Katalysatoren integriert
eingesetzt sind, deren Längsachsen parallel zu den Zylinderreihen
liegen.
-
Nachteilig
ist bei den bekannten Abgasanlagen, dass eine direkte und starre
Anbindung der Abgasanlage sowohl an der Fahrzeugkarosserie als auch
an der Brennkraftmaschine vorliegt. Dies führt zu einer
intensiven und unerwünschten Übertragung von Vibrationen
der Abgasanlage auf die Brennkraftmaschine und auf die Fahrzeugkarosserie.
Das verstärkt die Bewegung der Abgasanlage in der Eigenresonanz
und belastet somit die Schweißverbindungen der einzelnen
Krümmerrohre am Zylinderkopfflansch durch die Vibrationen
der Abgasanlage.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Brennkraftmaschine
eine Abgasanlage anzugeben, mit der die Übertragung von
Vibrationen der Abgasanlage auf die Fahrzeugkarosserie vermindert
wird, um Belastungen an den Schweißverbindungen der Abgasanlagenteile
zu reduzieren.
-
Die
erfindungsgemäße Abgasanlage zeichnet sich dadurch
aus, dass zwischen einem Abgaskrümmerabschnitt und dem
Sammelrohr eine Verbindungseinrichtung vorgesehen ist, wobei der
Abgaskrümmerabschnitt an einem der Abgaskrümmerrohre und/oder
am Zylinderkopfflansch positioniert ist. Hierdurch liegt eine gezielte
Abstützung bzw. Befestigung zwischen den einzelnen Komponenten
innerhalb des Abgaskrümmers zur Reduzierung der Schwingungsbewegung
des Abgaskrümmers vor. Insbesondere wenn gemäß der
vorliegenden Erfindung der Abgaskatalysator im Abgaskrümmer
integriert aufgenommen ist, wird mit der Verbindungseinrichtung
eine schwingungsarme Ausgestaltung des Abgaskrümmers erzielt.
Weiterhin wird mit der vorliegenden Anordnung eine kompakte Bauweise
der Abgasanlage, ein nahe Positionierung des Sammelrohrs am Zylinderkopfflansch
und eine Verschiebung des Abgaskatalysators in Richtung der heißen
Abgase ermöglicht. Demnach wird eine Aufheizphase des Abgaskatalysators
beschleunigt und somit eine optimierte Abgasnachbehandlung, insbesondere
während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine bewirkt.
-
In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Verbindungseinrichtung
ein Dämpfungselement positioniert. Vorzugsweise ist das
Sammelrohr über das in der Verbindungseinrichtung positionierte Dämpfungselement
mit dem Abgaskrümmerabschnitt bzw. mit einem der Abgaskrümmerrohre
verbunden. Erfindungsgemäß dient die Verbindungseinrichtung
zur Reduzierung der Bewegung des Abgaskrümmers bzw. des
Sammelrohres in der Eigenresonanz, wobei mit einer entsprechenden
Ausgestaltung des Dämpfungselementes eine Abstimmung des
gesamten Schwingungsverhaltens der kompletten Abgasanlage auf das
Schwingungsverhalten des Gesamtfahrzeuges erfolgt.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgaskrümmerabschnitt
als Teilabschnitt eines Abgaskrümmerrohres ausgebildet,
der benachbart zum Zylinderkopfflansch des Abgaskrümmers
positioniert ist. D. h., die Verbindungseinrichtung ist an einem
Abschnitt des Abgaskrümmerrohres angebracht, der unmittelbar
in der Nähe vom Zylinderkopfflansch positioniert ist. Hierdurch
erfolgt eine optimale Abstützung des Sammelrohres am Zylinderkopfflansch.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungseinrichtung
am Sammelrohr derart positioniert, dass zwischen einer Verbindungsstelle
am Sammelrohr und dem Abgaskrümmerabschnitt ein minimaler
bzw. ein kürzester Abstand vorliegt. Hierdurch bilden der
Zylinderkopfflansch, die Abgaskrümmerrohre und das Sammelrohr
eine zusammengefasste und kompakte Einheit dar, bei der eine verminderte
Eigenresonanz vorliegt. Folglich wird das Schwingungsverhalten der
Abgasanlage vom Abgaskrümmer kaum beeinflusst.
-
Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Schalldämpfer
an der Brennkraftmaschine befestigt, wobei zur Reduzierung von Vibrationen
der Abgasanlage mindestens eine erste Dämpfungseinrichtung
am Schalldämpfer vorgesehen ist. Gemäß der
vorliegenden Erfindung können am Schalldämpfer
mehrere bzw. unterschiedlich ausgebildete Dämpfungseinrichtungen
angeordnet sein. Vorzugsweise ist die erste Dämpfungseinrichtung
an einem mit dem Schalldämpfer verbundenen Endabschnitt
einer Abstützeinrichtung angeordnet, wobei die Abstützeinrichtung
zwischen einem Abschnitt hinter dem Abgaskrümmer und dem
Schalldämpfer positioniert ist, so dass Abgaskrümmer
und Schalldämpfer mittels einer gedämpften Befestigungs-
bzw. Abstützeinrichtung miteinander verbindbar sind. Durch
die Anordnung der erfindungsgemäßen Abstützeinrichtung
wird die an der Brennkraftmaschine angekoppelte Masse des Schalldämpfers
getilgt.
-
Darüber
hinaus wird durch die vorteilhafte Positionierung der Dämpfungseinrichtung
am Schalldämpfer eine notwendige Tilgungsfrequenz eingestellt,
so dass ein hoher Dämpfungsgrad vorliegt. Demnach können
die Belastungen in den Schweißverbindungen der einzelnen
Komponenten der Abgasanlage minimiert werden.
-
In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Schalldämpfer
mit der Brennkraftmaschine über eine Halterung befestigt
ist, wobei vorzugsweise der Schalldämpfer mit der Halterung über
eine zweite Dämpfungseinrichtung verbunden ist. Hierdurch
wird eine zusätzliche Tilgung der angekoppelten Masse des
Schalldämpfers an der Brennkraftmaschine erzielt.
-
Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für
einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mehrere Dämpfungseinheiten derart
vorzusehen, dass mindestens zwei der Dämpfungseinheiten
am mit der Brennkraftmaschine verbundenen Schalldämpfer
bzw. Endschalldämpfer positioniert sind, wobei mindestens
eine weitere Dämpfungseinheit innerhalb des Abgaskrümmers
angeordnet ist.
-
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.
-
Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht ist. Es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine der Boxerbauart,
-
2 eine
Abgasanlage für die Brennkraftmaschine nach 1,
-
3 eine
Ansicht eines Abgaskrümmers der Abgasanlage nach 2,
-
4 eine
weitere Ansicht des Abgaskrümmers der Abgasanlage nach 2,
-
5 eine
perspektivische Ansicht einer Halterung für die Abgasanlage
nach 2,
-
6 eine
weitere Ansicht der Halterung aus 5,
-
7 eine
Ansicht der Brennkraftmaschine nach 1 von unten,
-
8 eine
Ansicht der Brennkraftmaschine nach 1 von oben
und
-
9 eine
seitliche Ansicht der Brennkraftmaschine nach 1.
-
Die
in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 2 ist
als eine Brennkraftmaschine der Boxerbauart ausgebildet. Vorzugsweise
ist die Brennkraftmaschine 2 im Heckbereich eines nicht
dargestellten Fahrzeugs positioniert. Demnach kann die Anordnung
der Brennkraftmaschine 2 im Heckbereich des Fahrzeugs vor,
hinter oder in etwa auf einer nicht gezeigten Fahrzeugräderachse
erfolgen. Die gemäß 1 dargestellte
Brennkraftmaschine 2 eines 6-Zylinder-Boxermotors besteht
ohne Einschränkung auf diese Ausführungsform aus
zwei Kurbelgehäusehälften 7 mit zwei
horizontal angeordneten Zylinderbankreihen. An den beiden Kurbelgehäusehälften 7 rechts und
links bzw. seitlich der beiden Kurbelgehäusehälften 7 ist
jeweils ein Zylinderkopf 3 angeordnet, der mit nicht dargestellten
Abgasauslassöffnungen versehen ist. Die erfindungsgemäße
Abgasanlage eignet sich für Brennkraftmaschinen sowohl
im Heckbereich als auch im Vorderbereich eines Fahrzeugs, auch für
V- und Reihenmotoren, insbesondere wenn sich diese im Heckbereich
des Fahrzeugs befinden.
-
An
jedem Zylinderkopf 3 ist jeweils ein Abgaskrümmer 4 mit
einem Zylinderkopfflansch 25 vorgesehen, durch den die
Abgase der Brennkraftmaschine 2 nach außen abgeführt
werden. Somit umfasst die Abgasanlage 1 zwei Abgasstränge,
so dass jeder Abgasstrang mit einer Zylinderbankreihe verbunden
ist. Jeder Abgasstrang besteht jeweils aus dem Abgaskrümmer 4,
einem ersten Schalldämpfer, der als Vorschalldämpfer 6 ausgebildet
ist, und einem zweiten Schalldämpfer, der als Endschalldämpfer 5 ausgebildet
ist, wobei die Vorschalldämpfer 6 in einem gemeinsamen
Gehäuse zusammengefasst sind, das hinter der Brennkraftmaschine 2 positioniert ist.
-
Gemäß 3 umfasst
der Abgaskrümmer 4 im Sinne der vorliegenden Erfindung
den Zylinderkopfflansch 25, der in einem Bereich der nicht
dargestellten Abgasauslassöffnungen der Brennkraftmaschine 2 am
Zylinderkopf 3 befestigt ist, die Abgaskrümmerrohre 9 und
einen gemeinsamen Rohrabschnitt oder ein Sammelrohr bzw. einen Katalysatortopf 10.
Dabei münden die Abgaskrümmerrohre 9 in das
Sammelrohr bzw. den Katalysatortopf 10, in dem ein nicht
dargestellter Abgaskatalysator aufgenommen bzw. positioniert ist.
Wie in 4 dargestellt ist, münden die Abgaskrümmerrohre 9 mit
ihren dem Zylinderkopfflansch 25 entgegengesetzten Enden
in das Sammelrohr 10, in dem die Abgase der Brennkraftmaschine 2 zum
Abgaskatalysator zusammengeführt werden. Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist das Sammelrohr 10 nahe und in
etwa parallel zum Zylinderkopfflansch 25 angeordnet. Hiermit
wird eine Verschiebung des Abgaskatalysators in Richtung der heißen
Abgase ermöglicht.
-
Um
diese kompakte Bausweise des Abgaskrümmers 4 schwingungsarm
auszubilden, ist eine Verbindungseinrichtung 18 zwischen
einem Abgaskrümmerabschnitt 26, der an einem der
Abgaskrümmerrohre 9 und/oder am Zylinderkopfflansch 25 positioniert
ist, und dem Sammelrohr 10 vorgesehen. Zu Dämpfungszwecken
ist an der Verbindungseinrichtung 18 ein Dämpfungselement 19 angeordnet,
wobei dieses mittels eines Befestigungselements, beispielsweise
einer Schraubverbindung, an einem am Sammelrohr 10 angeordneten
Verbindungs- bzw. Halterungsbügel 27 befestigt
ist. Der Abgaskrümmerabschnitt 26 ist vorzugsweise
als ein Teil eines Abgaskrümmerrohres 9 ausgebildet,
der benachbart zum Zylinderkopfflansch 25 des Abgaskrümmers 4 positioniert
ist. Eine besonderes vorteilhafte Verbindung bzw. Abstützung
des Sammelrohres 10 am Zylinderkopfflansch 25 kommt
zustande, wenn eine senkrechte Positionierung der Verbindungseinrichtung 18 am
Sammelrohr 10 derart erfolgt, dass zwischen dem Verbindungsbügel 27 und
dem Abgaskrümmerabschnitt 26 ein minimaler Abstand
vorliegt.
-
Weiterhin
ist zwischen dem Vorschalldämpfer 6 und dem Katalysatortopf 10 ein
Anschlussflansch 11 vorgesehen, mit dem ein Zwischenrohr 20 verbunden
ist, das zum Vorschalldämpfer 6 führt.
Der in 2 gezeigte Vorschalldämpfer 6 dient
als Vorschalldämpfer für die beiden Abgasanlagehälften, und
weist vorzugsweise eine nicht dargestellte Trennwand auf, die eine
Vermischung der Abgase der beiden Zylinderbankreihen verhindert.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Trennwand derart
abgasdurchlässig ausgebildet sein, dass im Vorschalldämpfer 6 die
Abgasströme der einzelnen Abgasstränge vermischt
werden. Die Strömungsrichtung der jeweiligen Abgasmasse
ist schematisch mit Pfeil A in den 7 und 8 dargestellt.
Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine 2 im Heckbereich
des Fahrzeuges hinter der nicht gezeigten Fahrzeugräderachse
angeordnet, wobei die Fahrzeugfahrtrichtung mit dem Pfeil F angedeutet
ist. Die Endschalldämpfer 5 sind seitlich der
Brennkraftmaschine 2 positioniert und mit den Vorschalldämpfer 6 jeweils über
eine Schiebemuffe verbunden.
-
Vorzugsweise
sind am Endschalldämpfer 5 zur Minimierung der
Vibrationen der Abgasanlage in der Eigenresonanz mehrere, vorzugsweise
zwei Dämpfungseinrichtungen 16 und 17 vorgesehen,
wobei die erste Dämpfungseinrichtung 16 mit einer
Abstützeinrichtung 8 verbunden ist. Diese Abstützeinrichtung 8 ist
vorzugsweise als eine Blechstrebe 15 ausgebildet, durch
die der Abgaskrümmer 4 gegen den Endschalldämpfer 5 abgestützt
ist.
-
Alternativ
kann die Abstützeinrichtung 8 als Blech- oder
Gussformteil bzw. als Rohr oder eine Stabform ausgestaltet sein. Über
die Form der Abstützeinrichtung 8 wird die Einstellung
eines notwendigen Dämpfungsgrades ermöglicht.
Somit kann die Form bzw. die Ausgestaltung der Abstützeinrichtung 8 in
Abhängigkeit von der Masse der Abgasanlage 1 sowie
von der Gesamtlänge der Abgaskrümmerrohre 9 variiert
werden. Hierdurch wird eine deutliche Reduzierung der Bewegung der
Abgasanlage in der Eigenresonanz erzielt. Diese Reduzierung beruht
darauf, dass die angekoppelte Masse des Endschalldämpfers 5 getilgt
wird.
-
Eine
weitere Tilgung der angekoppelten Masse des Schalldämpfers
wird über die zweite Dämpfungseinrichtung 17 erzielt, über
die der Endschalldämpfer 5 mit einer Halterung 12 verbunden
ist. Dabei dient die Halterung 12 zur Befestigung des Endschalldämpfers 5 an
der Brennkraftmaschine 2. Dabei weist die Halterung 12 gemäß 5 und 6 zwei
obere Arme 13 und einen unteren Arm 14 auf. Vorzugsweise
sind die beiden oberen Arme 13 aus einem einstückigen
gebogenen Rohr ausgebildet. Im oberen Bereich der Halterung 12 sind
die beiden oberen Arme 13 mit einem Anschlussflansch 21 verbunden,
der an einer geeigneten Stelle an der Brennkraftmaschine 2,
insbesondere am Zylinderkopf 3 befestigt ist. Dagegen ist
der untere Arm 14 mit einem weiteren Anschlussflansch 22 verbunden,
der ebenfalls am Zylinderkopf 3 befestigt ist. Vorzugsweise
sind die oberen Arme 13 und der untere Arm 14 einstückig
aus einem Rohr gebildet. Weiterhin weist die Halterung 12 einen
U-förmigen Halterungsabschnitt 23 auf, in dem
die zweite Dämpfungseinrichtung 17 aufgenommen
ist. An diesem U-förmigen Halterungsabschnitt 23 sind
die beiden oberen Arme 13 und der untere Arm 14 mittels
eines Befestigungsbleches 24 verschraubt.
-
Somit
verfügt jeder Abgasstrang der Abgasanlage 1 über
mehrere, hier drei Dämpfungseinheiten bzw. Dämpfungseinrichtungen 16, 17 und 19,
mit deren Hilfe das gesamte Schwingungsverhalten der Abgasanlage
optimiert und auf das Schwingungsverhalten des Fahrzeuges abgestimmt
wird. Dabei sind mindestens zwei der Dämpfungseinheiten
am Schalldämpfer bzw. Endschalldämpfer 5 positioniert,
der mit der Brennkraftmaschine verbunden ist. Außerdem
ist mindestens eine weitere Dämpfungseinheit innerhalb
des Abgaskrümmers 4 angeordnet. Der Abgaskrümmer 4 besitzt
aufgrund seiner Bauform, durch die Integration des Abgaskatalysators
innerhalb des Abgaskrümmers 4, eine höhere
Masse und durch die Anordnung des Vorschalldämpfers längere Einzelrohre.
Daher wirken die drei Dämpfungseinheiten derart zusammen,
dass hierdurch die Schweißverbindungen der einzelnen Abgaskrümmerrohre 9 am
Zylinderkopfflansch 25 weniger belastet sind. Insbesondere
wird durch die Abstützeinrichtung 8 die Bewegung
des Abgaskrümmers und/oder des Endschalldämpfers 5 in
der Eigenresonanz deutlich vermindert.
-
Über
die Dämpfungseinrichtungen 16, 17, und/oder
das Dämpfungselement 19 einzeln oder in Kombination,
wird die notwendige Tilgungsfrequenz und ein bestimmter Dämpfungsgrad
bei der Abgasanlage 1 eingestellt. Ebenso ist das Schwingungsverhalten über
die Form der Stützstrebe 15 abstimmbar. Die nicht
näher dargestellten Dämpfungseinrichtungen 16 und 17 sowie
das Dämpfungselement 19 bestehen vorzugsweise
aus einem Drahtstrick, der innerhalb einer Hülse aufgenommen
ist. Alternativ kann jede andere Art von Dämpfungseinrichtungen eingesetzt
werden, wobei die Dämpfungseinrichtungen 16, 17,
und das Dämpfungselement 19 unterschiedlich im
Hinblick auf die Dämpfungseigenschaften oder Dimensionierung
ausgestaltet sein können.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4596304 [0002]
- - DE 4116493 A1 [0003]