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Die
Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer eines Kraftfahrzeugs
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
dem Stand der Technik bekannte Abgaskrümmer verfügen über
einen Sammler und mehrere in den Sammler mündende, gekrümmte
Primärabgasrohre, wobei über die Primärabgasrohre
Abgas von den Zylindern einer Brennkraftmaschine ableitbar und dem
Sammler des Abgaskrümmer zuleitbar ist. An den Sammler
des Abgaskrümmer ist gegenüberliegend zu den Primärabgasrohren
ein Abgaskatalysator anschließbar, wobei über
die Primärabgasrohre in den Sammler einströmendes
Abgas über den Sammler dem Abgaskatalysator zugeführt
werden kann.
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Um
eine hohe Abgasreinigungsqualität im Abgaskatalysator zu
gewährleisten, muss derselbe möglichst gleichmäßig
vom Abgas durchströmt werden. Hierzu ist es erforderlich,
mit Hilfe des Abgaskrümmers, über den das Abgas
dem Abgaskatalysator zugeleitet wird, ein möglichst homogenes
Geschwindigkeitsfeld über dem Querschnitt des Abgaskatalysators
zu gewährleisten, und zwar mit einem möglichst
geringen Geschwindigkeitsgradienten.
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Aus
der
EP 0 765 994 B1 sowie
aus der
EP 1 231 365
B1 sind zwar prinzipiell Abgaskrümmer bekannt,
die dem Zuführen von Abgas in Richtung auf einen Abgaskatalysator
dienen, mit welchem es jedoch nicht möglich ist, eine deutliche
Verbesserung der Strömungsgleichverteilung und damit ein
möglichst homogenes Geschwindigkeitsfeld über
dem Abgaskatalysatorquerschnitt mit möglichst geringen Geschwindigkeitsgradienten
einzustellen.
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Hiervon
ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen neuartigen Abgaskrümmer zu schaffen, der eine verbesserte
Anströmung eines Abgaskatalysators ermöglicht. Diese
Aufgabe wird durch einen Abgaskrümmer gemäß Anspruch
1 gelöst. Erfindungsgemäß schließt mindestens
ein Primärabgasrohr in etwa bündig mit einem Anschlussbereich
des Sammlers für das jeweilige Primärabgasrohr
ab und ragt nicht oder nur geringfügig in einem vom Sammler
definierten Hohlraum hinein, wobei mindestens ein Primärabgasrohr einen
Anschlussbereich des Sammlers für das jeweilige Primärabgasrohr
durchdringt und in den vom Sammler definierten Hohlraum hineinragt.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer können
eine Vielzahl von Vorteilen realisiert werden. So ist es mithilfe
des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers möglich,
ein homogenes Geschwindigkeitsfeld über dem Querschnitt
eines anzuströmenden Abgaskatalysators mit einem möglichst
geringen Geschwindigkeitsgradienten einzustellen. Mit dem erfindungsgemäßen
Abgaskrümmer wird eine derartige Anströmung des
Abgaskatalysators gewährleistet, dass mit jedem Primärabgasrohr
ein definierter Bereich des Abgaskatalysators, vorzugsweise schwerpunktmäßig,
angeströmt wird.
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Durch
die mit dem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer
erzielbare, gleichgerichtete Strömungsführung
des Abgases von den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine zum
Abgaskatalysator kann vermieden werden, dass sich je nach Zylinderzahl der
Brennkraftmaschine, Zündabstand, Lauflängen der
Primärabgasrohre und Sammlergeometrie Druckschwingungen
der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine negativ beeinflussen.
Auf diese Art und Weise können Leistungsverluste der Brennkraftmaschine
und erhöhte Abgasemissionen sicher vermieden werden.
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Bevorzugte
Weiterbildungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein,
an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine
erste Ansicht eines Moduls aus einem Abgaskrümmer und einem
Abgaskatalysators;
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2 einen
zweite Ansicht des Moduls aus dem Abgaskrümmer und dem
Abgaskatalysators;
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3 einen
Querschnitt durch das Modul der 1 und 2 entlang
der Schrittrichtung III-III in 2;
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4 einen
Querschnitt durch das Modul der 1 und 2 entlang
der Schrittrichtung IV-IV in 3; und
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5 einen
Querschnitt durch das Modul der 1 und 2 entlang
der Schrittrichtung V-V in 3.
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1 bis 5 zeigen
unterschiedliche Ansichten eines Moduls aus einem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer 10 und
eines dem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer 10 zugeordneten
Abgaskatalysators 11.
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Vom
Abgaskatalysator 11 ist in 1 ein Gehäuse 12 desselben
sichtbar, wobei das Gehäuse 12 des Abgaskatalysators 11 einen
Eingangstrichter 13, einen Ausgangstrichter 14 und
einen zwischen dem Eingangstrichter 13 und dem Ausgangstrichter 14 positionierten
Zylinderabschnitt 15 umfasst, in welchem ein Katalysatorträger 18,
der auch als Katalysatormonolith bezeichnet wird, positioniert ist.
An den Auslasstrichter 14 schließt sich ein Ausgangsrohr 16
mit
einem Flansch 17 an, um das Modul an weitere, nicht-gezeigte
Baugruppen einer Abgasanlage anzuschließen. In 3 und 4 ist
der Katalysatorträger bzw. Katalysatormonolith 18 sichtbar.
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In
Strömungsrichtung 19 des Abgases gesehen stromaufwärts
des Abgaskatalysators 11, nämlich stromaufwärts
des Eingangstrichters 13 desselben, ist der erfindungsgemäße
Abgaskrümmer 10 positioniert.
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Der
erfindungsgemäße Abgaskrümmer 10 verfügt über
einen Sammler 20 und mehrere in den Sammler 20 mündende,
gekrümmte Primärabgasrohre 21, 22 und 23.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel münden drei Primärabgasrohre 21, 22 und 23 in den
Sammler 20 des Abgaskrümmers 10. Es sei
bereits in dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch mehr als
drei Primärabgasrohre oder lediglich zwei Primärabgasrohre
in den Sammler 20 des erfindungsgemäßen
Abgaskrümmers 10 münden können.
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Über
die in den Sammler 20 mündenden Primärabgasrohre 21, 22 und 23 kann
Abgas von Zylindern einer Brennkraftmaschine abgeleitet und dem Sammler 20 zugeleitet
werden, wobei das Abgas dann ausgehend vom Sammler 20 in
den Eingangstrichter 13 des Abgaskatalysators 11 gelangt.
Ein Flansch 24 dient der Anbindung des Abgaskrümmers 10,
nämlich der Primärabgasrohre 21, 22 und 23,
an eine Brennkraftmaschine.
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Der
Sammler 20 des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers 10 verfügt
für jedes Primärabgasrohr 21, 22 und 23 über
einen individuellen Anschlussbereich 25, 26 bzw. 27.
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Mindestens
ein Primärabgasrohr, nämlich im gezeigten Ausführungsbeispiel
die beiden äußeren Primärabgasrohre 21 und 23,
schließt mit dem jeweiligen Anschlussbereich 25 bzw. 27 des
Sammlers 20 bündig ab und ragt demnach geringfügig
in einen vom Sammler 20 definierten Hohlraum 28 hinein.
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Mindestens
ein anderes Primärabgasrohr hingegen, nämlich
im gezeigten Ausführungsbeispiel das mittlere Primärabgasrohr 22,
durchdringt hingegen den jeweiligen Anschlussbereich 26 des
Sammlers 20 und ragt so substantiell in den vom Sammler 20 definierten
Hohlraum 28 hinein.
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So
kann 3 entnommen werden, dass das mittlere Primärabgasrohr 22 mit
einem relativ langen, strömungsführenden Abschnitt 29 in
den vom Sammler 20 definierten Hohlraum 28 hineinragt und
so den Hohlraum 28 gewissermaßen in Teilhohlräume
unterteilt.
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Dann,
wenn, wie im Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 gezeigt,
in den Sammler 30 drei unterschiedlich gekrümmte
Primärabgasrohre 21, 22 und 23 münden,
greifen, wie bereits erwähnt, die beiden äußeren
Primärabgasrohre 21 und 23 in etwa bündig
am jeweiligen Anschlussbereich 25 und 27 an und
ragen demnach nicht in den vom Sammler 20 definierten Hohlraum 28 hinein.
Diese beiden äußeren Primärabgasrohre 21 und 23 sind
im Anschlussbereich 25 und 27 mit dem Sammler 20 verschweißt. Das
mittlere Primärabgasrohr 22 hingegen, welches ebenfalls
im Bereich des jeweiligen Anschlussbereichs 26 mit dem
Sammler 20 verschweißt ist, durchdringt den jeweiligen
Anschlussbereich 26 und ragt mit dem Abschnitt 29 in
den vom Sammler 20 definierten Hohlraum 28 hinein.
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Im
Unterschied zum gezeigten Ausführungsbeispiel ist es auch
möglich, dass zum Beispiel vier unterschiedlich gekrümmte
Primärabgasrohre in den vom Sammler definierten Hohlraum
münden, wobei dann die beiden äußeren
Primärabgasrohre in etwa bündig mit dem jeweiligen
Anschlussbereich des Sammlers für das jeweilige Primärabgasrohr
abschließenden und nicht in dem vom Sammler definierten
Hohlraum hineinragen, und die beiden mittleren Primärabgasrohre
im jeweiligen Anschlussbereich des Sammlers durchdringen und mit
einem Abschnitt in dem vom Sammler definierten Hohlraum hineinragen.
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Ebenso
ist es möglich, dass in den Sammler zwei Primärabgasrohre
münden, wobei dann eines dieser Primärabgasrohre
mit dem jeweiligen Anschlussbereich des Sammlers bündig
abschließt und das andere Primärabgasrohr den
Anschlussbereich des Sammlers durchdringt und demnach wiederum mit
einem Abschnitt in dem vom Sammler definierten Hohlraum hineinragt.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist das mittlere, den Anschlussbereich 26 durchdringende und
in den Hohlraum 28 des Sammlers 20 hineinragende
Primärabgasrohr 22 einteilig ausgebildet. Im Unterschied
hierzu ist es auch möglich, dieses Primärabgasrohr
mehrteilig, nämlich zweiteilig, auszubilden, wobei dann
beide Teile miteinander und mit dem jeweiligen Anschlussbereich
des Sammlers verschweißt sind.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung
ist das oder jedes in den vom Sammler 20 definierten Hohlraum 28 hineinragende
Primärabgasrohr, nämlich im gezeigten Ausführungsbeispiel
das mittlere Primärabgasrohr 22, in dem Abschnitt 29,
mit welchem dasselbe in den Hohlraum 28 hineinragt, in
Krümmungsrichtung des jeweiligen Abschnitts 29 gesehen
radial außen an einer Wand 30 ballig bzw. konvex
konturiert.
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An
einer gegenüberliegenden, in Krümmungsrichtung
des jeweiligen Abschnitts 29 gesehen, radial innenliegenden
Wand 31 ist hingegen der Abschnitt 29 konkav konturiert.
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In
Durchströmungsrichtung des Abschnitts 29 und damit
in Strömungsrichtung 19 des Abgases gesehen ist
der Abschnitt 29 aufgeweitet, sodass derselbe an einem
freien Ende einen größeren Querschnitt aufweist
als zum Beispiel im Bereich des jeweiligen Anschlussbereichs 26.
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Das
oder jedes in den vom Sammler 20 definierten Hohlraum 28 hineinragende
Primärabgasrohr, im gezeigten Ausführungsbeispiel
das mittlere Primärabgasrohr 22, ist mit seinem
offenen, in den Hohlraum 28 des Sammlers 20 hineinragenden
Abschnitt 29 innerhalb des Hohlraums 28 freiliegend
angeordnet, und zwar mit einem solchen Abstand von einer Wandung
des Sammlers 20, dass im Betrieb keine Berührung
zwischen der Wandung des Sammlers 20 und dem freiliegenden
Abschnitt 29 des Primärabgasrohrs 22 erfolgt.
Ferner ist ein Abstand zwischen dem freien Ende des Abschnitts 29 und
einem Anschlussbereich des Sammlers 20 für den
Abgaskatalysator 11, nämlich den Eingangstrichter 13 desselben,
eingehalten.
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Über
die obigen konstruktiven Details des erfindungsgemäßen
Abgaskrümmers 10 kann ein homogenes Geschwindigkeitsfeld über
einem Querschnitt des Katalysatorträgers 18 mit
einem geringen Geschwindigkeitsgradienten realisiert werden.
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Die
im gezeigten Ausführungsbeispiel über das mittlere
Primärabgasrohr 22 von einem Zylinder der Brennkraftmaschine
abgeleitete Abgasströmung wird direkt durch die Geometrie
des Primärabgasrohrs 22, insbesondere den in den
Hohlraum 28 des Sammlers 20 hineinragenden Abschnitt 29 desselben,
geführt, wobei, wie bereits erwähnt, in Krümmungsrichtung
dieses Abschnitts 29 gesehen, die radial außenliegende
Wand 30 des Abschnitts 29 ballig bzw. konvex und
die radial innenliegende Wandung 31 konkav konturiert ist.
Demnach stellt sich ein im Querschnitt sichelförmiges Geschwindigkeitsprofil ein.
Hierdurch ist es möglich, die im Primärabgasrohr 22 geführte
Abgasströmung druckverlustarm umzulenken. Über
die Aufweitung des Abschnitts 29 in Durchströmungsrichtung
desselben gesehen, kann die Strömungsgeschwindigkeit der
durch den Abschnitt 29 fließenden Abgasströmung
reduziert werden. Über die das mittlere Primärabgasrohr 22 durchströmende
Abgasströmung wird der in 4 gezeigte
mittlere Bereich 32 des Katalysatorträgers 18 des Abgaskatalysator 11 angeströmt.
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Die über
das äußere Primärabgasrohr 21 von
einem Zylinder abgeleitete Abgasströmung trifft auf die
Wand 31 des Abschnitts 29 des mittleren Primärabgasrohrs 22,
der in den Hohlraum 28 des Sammlers 20 hineinragt,
und wird durch die Wand 31 des Abschnitts 29 in
Richtung auf den Katalysatorträger 18 umgelenkt.
Durch die konkave Konturierung der Wand 31, auf die die
Abgasströmung des äußeren Primärabgasrohrs 21 trifft,
kann die Abgasströmung dieses Primärabgasrohrs 21 druckverlustarm umgelenkt
werden. Dabei wird die das Primärabgasrohr 21 durchströmende
Abgasströmung 21 dem äußeren
Bereich 33 des Katalysatorträgers 18 zugeführt.
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Über
das weniger stark gekrümmte, äußere Primärabgasrohr 23 wird
ebenfalls eine Abgasströmung von einem Zylinder der Brennkraftmaschine abgeleitet
und dem Sammler 20 des Abgaskrümmers 10 zugeleitet,
wobei die Abgasströmung des Primärabgasrohrs 23 auf
die ballig bzw. konvex konturierte Wand 30 des in den Hohlraum 28 des
Sammlers 20 hineinragenden Abschnitts 29 des mittleren
Primärabgasrohrs 22 trifft. Hierbei stellt sich
ein im Querschnitt sichelförmiges Geschwindigkeitsprofil
ein, wobei durch die ballige bzw. konvexe Konturierung der Wand 30 des
Abschnitts 29 erreicht wird, dass der Katalysatorträger 18 des
Abgaskatalysator 11 möglichst wenig abgeschattet
ist. Die das äußere Primärabgasrohr 29 durchströmende
Abgasströmung wird dem Katalysatorträger 18 im
Bereich 34 zugeleitet.
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Für
jeden Strömungsweg der über die Primärabgasrohre 21, 22 und 23 geführten
Abgasströmungen gilt, dass der freie Strömungsquerschnitt
im Bereich der Öffnung des Abschnitts 29 im Hohlraum 28 des
Sammlers 20 größer ist als der Strömungsquerschnitt
des jeweiligen Primärabgasrohrs 21, 22 und 23 im
jeweiligen Abschlussbereich 25, 26 und 27 desselben.
Hierdurch können Strömungsbeschleunigung und daraus
resultierende ansteigende Druckverluste vermieden werden.
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Wie
bereits ausgeführt, ist der in den Hohlraum 28 des
Sammlers 20 hineinragende Abschnitt 29 des mittleren
Primärabgasrohrs 22 im Hohlraum 28 freiliegend,
und zwar derart, dass der freiliegende Abschnitt 29 im
Betrieb eine Wandung des Sammlers 20 nicht berührt.
Durch einen definierten Abstand des freiliegenden Abschnitts 29 des
mittleren Primärabgasrohrs 22 von der Wandung
des Sammlers 20 wird gewährleistet, dass der freiliegende
Abschnitt 29 selbst bei radialer Ausdehnung sowie bei radialem Verzug
der Baugruppen den Sammler 20 nicht berührt.
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Ein
Abstand zwischen dem offenen Ende des freiliegenden Abschnitts 29 des
in den Hohlraum 28 des Sammlers 20 hineinragenden
Primärabgasrohrs 22 und dem Anbindungsbereich
des Sammlers 20 für den Abgaskatalysator 11 ist
so gewählt, dass einerseits ein nicht gezeigter Sauerstoffsensor
in den Abgaskrümmer 10 integriert werden kann
und dass andererseits die Abgasströmung vor dem Katalysatorträger 18 expandieren
kann, sodass die Abgasströmung vergleichmäßigt
wird.
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Ein
weiterer Vorteil der konstruktiven Details des erfindungsgemäßen
Abgaskrümmers 10 liegt darin, dass vermieden werden
kann, dass sich Druckschwingungen einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine
je nach Zylinderzahl der Brennkraftmaschine, Zündabstand
der Zylinder, Lauflängen und Sammlergeometrie untereinander
negativ beeinflussen. Durch die mit dem erfindungsgemäßen
Abgaskrümmer 10 realisierbare, gleichgerichtete
Strömungsführung aller Abgasströmungen
von den einzelnen Zylindern zum Katalysatorträger hin können
unerwünschten Wechselwirkungen der Zylinder reduziert werden,
sodass ein unerwünschter Leistungsverlust der Brennkraftmaschine
sowie erhöhte Abgasemissionen effektiv verhindert werden
können.
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Dann,
wenn der erfindungsgemäße Abgaskrümmer
bei Saugmotoren zum Einsatz kommt, kann ein Ladungswechselverhalten
des Saugmotors positiv beeinflusst werden. Für das Ladungswechselverhalten
von Saugmotoren spielen die Gaslauflängen, nämlich
die der Ansaugrohre und der Abgasrohre, eine entscheidende Rolle.
Durch die Konstruktion des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers
wird das Volumen des Sammlers 20 in kleinere Einzelvolumina
aufgeteilt, weiterhin wird ein Querschnittssprung reduziert. Dies
kommt von der Wirkung her einer Verlängerung der Primärabgasrohre
gleich, was sich positiv auf das Ladungswechselverhalten auswirkt.
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Der
erfindungsgemäße Abgaskrümmer kann in
Verbindung mit unterschiedlichen Brennmaschinenkonzepten genutzt
werden. So kann der Abgaskrümmer des Ausführungsbeispiels
der 1 bis 3 zum Beispiel bei einer R3
(Reihen Dreizylinder), B6 (Boxer Sechszylinder), V6, R6 oder V12 Brennkraftmaschine
eingesetzt werden. Bei einer R3 Brennkraftmaschine reicht ein einziger
solcher Abgaskrümmer aus. Bei einer B6, V6 und R6 Brennkraftmaschine
kommen zwei derartige Abgaskrümmer zum Einsatz. Bei einer
V12 Brennkraftmaschine kommen hingegen vier Abgaskrümmer
des Ausführungsbeispiels der 1 bis 5 zum
Einsatz. Dann, wenn vier Primärabgasrohre in den Sammler des
erfindungsgemäßen Abgaskrümmers münden, kann
die Erfindung auch bei R4 und V8 Brennkraftmaschinen zum Einsatz
kommen. Dann, wenn zwei Primärabgasrohre in den Sammler
münden, ist der erfindungsgemäße Abgaskrümmer
auch bei R2 Brennkraftmaschinen einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgaskrümmer
- 11
- Abgaskatalysator
- 12
- Gehäuse
- 13
- Eingangstrichter
- 14
- Ausgangstrichter
- 15
- Zylinderabschnitt
- 16
- Ausgangsrohr
- 17
- Flansch
- 18
- Katalysatorträger
- 19
- Strömungsrichtung
- 20
- Sammler
- 21
- Primärabgasrohr
- 22
- Primärabgasrohr
- 23
- Primärabgasrohr
- 24
- Flansch
- 25
- Anschlussbereich
- 26
- Anschlussbereich
- 27
- Anschlussbereich
- 28
- Hohlraum
- 29
- Abschnitt
- 30
- Wand
- 31
- Wand
- 32
- Bereich
- 33
- Bereich
- 34
- Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0765994
B1 [0004]
- - EP 1231365 B1 [0004]