-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Endrohr mit einer mit der Umgebungsluft in Verbindung stehenden Ausgangsöffnung.
-
Derartige Endrohre bilden in der Regel die letzte Komponente einer Abgasanlage und dienen zur Abgabe des Abgases an die Umgebung. Zu diesem Zweck sind sie mit einer mit der Umgebungsluft in Verbindung stehenden Ausgangsöffnung versehen. Bei der Abgabe von Abgasen an die Umgebung ist zu berücksichtigen, dass die ausgestoßenen Abgase oftmals noch sehr hohe Temperaturen aufweisen. Bei Nutzlastfahrzeugen kann die Abgastemperatur nach einem Volllastbetrieb 550°C oder mehr erreichen. Kommt das Fahrzeug beispielsweise an einer Ampel zum Stillstand, so kann das heiße Abgas eine Gefährdung für andere Verkehrsteilnehmer darstellen, da derart hohe Temperaturen Verletzungen von Personen oder Schäden an anderen Fahrzeugen verursachen können.
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasanlage zu schaffen, die eine Absenkung der Abgastemperatur beim Austritt des Abgases in die Umgebungsluft bewirkt und die gleichzeitig möglichst wenig Gegendruck in der Abgasanlage erzeugt. Außerdem soll sie keine störenden Geräusche entwickeln und kostengünstig herstellbar sein.
-
Diese Aufgabe wird von einer Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß weist das Endrohr der Abgasanlage Einbauten auf, durch die das durch das Endrohr strömende Abgas in zumindest zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei die Einbauten derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass die Teilströme im Wesentlichen getrennt voneinander durch die Ausgangsöffnung entweichen.
-
Mit anderen Worten wird durch die Einbauten eine Aufteilung des Abgasstroms in mehrere Teilströme erzwungen. Durch die Aufteilung des Abgasstroms wird eine Vergrößerung der Grenzfläche Abgas/Umgebungsluft erzeugt. An dieser Grenzfläche finden ein Temperaturausgleich und eine Durchmischung des Abgases mit der Umgebungsluft statt. Je größer diese Grenzfläche ist, desto schneller kommt es zu einer Durchmischung des Abgases und der Umgebungsluft und damit zu einer schnelleren Temperaturabsenkung. Eine Zone mit übermäßig hohen Abgastemperaturen im Außenraum des Endrohrs kann so verringert oder sogar ganz vermieden wird.
-
Die Einbauten können an die jeweils vorliegenden Bedingungen (z. B. durchschnittliche oder maximale Abgastemperatur, Druck und Abgasmenge) angepasst werden, um den vorstehend beschriebenen Effekt im jeweils erforderlichen Maß zu erzielen. Auch die Anzahl der durch die Einbauten erzeugten Teilströmungen kann frei gewählt werden.
-
Durch eine geeignete strömungsdynamische Ausgestaltung der Einbauten wird verhindert, dass durch die Abgasstromaufteilung zusätzliche Geräusche erzeugt werden, die als störend empfunden werden.
-
Die Einbauten können im Bereich der Ausgangsöffnung angeordnet sein, insbesondere im Mündungsquerschnitt der Ausgangsöffnung oder unmittelbar davor. Diese Ausführungsform ist fertigungstechnisch auf einfache Weise umsetzbar.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Einbauten zumindest einen quer, insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases angeordneten Strömungsteiler. Insbesondere ist der zumindest eine Strömungsteiler in Einbaulage senkrecht angeordnet, um eine Auffächerung des Abgases in einer horizontalen Ebene zu erzeugen.
-
Eine effiziente Strömungsteilung wird durch einen Strömungsteiler erreicht, der zumindest eine Leitfläche umfasst, die in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases geneigt angeordnet ist, um den Abgasstrom abzulenken und/oder aufzufächern. Beispielsweise ist ein derartiger Strömungsteiler ein kostengünstig herstellbares ebenes oder gekrümmtes Blechteil. Der Strömungsteiler kann aber auch ein stangenförmiges Element sein, das insbesondere zylinderförmig ausgebildet ist. Verschiedene Querschnittsformen senkrecht zur Längserstreckung des Strömungsteilers sind denkbar, beispielsweise kreisförmige, dreieckige oder ovale Querschnitte.
-
Es kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei Strömungsteiler in einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht oder geneigt zu der Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist. Sollten mehr als zwei Strömungsteiler vorgesehen sein, so können diese auch in mehreren Ebenen, die insbesondere parallel versetzt zueinander liegen, angeordnet sein. Die Anordnung der Strömungsteiler in zumindest einer Ebene bewirkt eine gleichmäßige Aufteilung des Abgasstroms in verschiedene Teilströme.
-
Wenn die genannte Ebene, in der die Strömungsteiler angeordnet sind, parallel zu einer Ebene verläuft, die durch die Ausgangsöffnung aufgespannt wird, wird bewirkt, dass die Teilströme in einem in etwa gleichen Zustand durch die Ausgangsöffnung treten.
-
Um beispielsweise einen gerichteten und/oder asymmetrischen Austritt des Abgases durch die Ausgangsöffnung zu erreichen, kann die Ausgangsöffnung eine Ebene aufspannen, die quer oder geneigt zu der Strömungsrichtung des Abgases verläuft. Dadurch treten bestimmte Teilströme früher aus dem Endrohr aus als andere.
-
Gemäß einer robusten Ausführungsform des Endrohrs sind die Einbauten direkt mit dem Endrohr verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt. Bei manchen Ausführungsformen der Einbauten kann es jedoch kostengünstiger sein, wenn die Einbauten Teil eines separat vom restlichen Endrohr hergestellten Moduls sind, das insbesondere zumindest ein Trägerelement zur Befestigung der Strömungsteiler aufweist. Das Trägerelement kann beispielsweise ein Rahmen sein, der die Strömungsteiler verbindet. Das Modul kann durch zumindest ein Befestigungselement im Endrohr befestigt sein. Das Befestigungselement kann aufgrund seiner Formgebung und/oder seines Material dazu geeignet sein, unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Moduls und des Endrohrs aufzunehmen, um das Auftreten von Spannungen bei Betrieb des Endrohrs zu minimieren.
-
Das Endrohr kann im Bereich der Einbauten aufgeweitet sein. Um den durch die Einbauten erzeugten Gegendruck zu minimieren, ist insbesondere vorgesehen, dass die Fläche des freien Strömungsquerschnitts des Endrohrs im Bereich der Einbauten so gestaltet ist, dass sie zumindest im Wesentlichen der Fläche des freien Strömungsquerschnitts davor und/oder dahinter entspricht. Eine derartige Aufweitung des Endrohrs in diesem Bereich kompensiert somit zumindest zum Teil den Strömungswiderstand, der durch die Einbauten hervorgerufen wird.
-
Zusätzlich oder alternativ kann sich der Querschnitt des Endrohrs zur Ausgangsöffnung hin aufweiten. Beispielsweise ist er trichterförmig ausgebildet. Diese Maßnahme unterstützt die Bildung von aufgefächerten und getrennten Teilströmen des durch das Endrohr strömenden Abgases.
-
Die Aufweitung des Endrohrs – ob im Bereich der Einbauten oder im Bereich hin zur Ausgangsöffnung – kann in einer Richtung quer zur Abgasstromrichtung größer sein als in einer Richtung senkrecht hierzu. Mit anderen Worten sind zwei zueinander senkrecht angeordnete Aufweitungsachsen unterschiedlich groß. Insbesondere verläuft die größere Achse (Hauptachse) der Ausdehnung senkrecht zu einer Längserstreckung der Strömungsteiler. Dadurch wird ein Fächer aus zumindest zwei Teilströmen erzeugt, die wiederum selbst fächerartig ausgebildet sind, um eine noch effizientere Abkühlung der Teilströme zu erzielen.
-
Das Endrohr kann in einer Richtung quer zur Abgasstromrichtung aufgeweitet und in einer Richtung senkrecht hierzu eingezogen sein, wobei die Hauptachse der Ausdehnung insbesondere senkrecht zu einer Längserstreckung des zumindest einen Strömungsteilers verläuft, beispielsweise um eine besonders starke Fächerwirkung zu erzielen.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Endrohr für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Endrohrs.
-
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen angegeben.
-
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsformen rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 bis 6 verschiedene Ausführungsformen des Endrohrs einer erfindungsgemäßen Abgasanlage,
-
7 eine Ausführungsform eines Strömungsteilermoduls in einer Perspektivansicht,
-
8A und 8B verschiedene Ausführungsformen eines Strömungsteilermoduls in jeweils einem Querschnitt,
-
9A und 9B eine weitere Ausführungsform des Endrohrs einer erfindungsgemäßen Abgasanlage in einer Seitenansicht bzw. in einer Draufsicht und
-
10 eine Ausführungsform des Endrohrs einer erfindungsgemäßen Abgasanlage mit einer quer zur Abgasströmung verlaufenden Ausgangsöffnung.
-
1 zeigt einen Querschnitt durch ein Endrohr 10, das mit einer nicht gezeigten Abgasanlage in Verbindung steht. Bei Betrieb der Abgasanlage strömt Abgas in der durch den Pfeil P bezeichneten Richtung durch das Endrohr 10, um dieses durch eine Ausgangsöffnung 12 zu verlassen.
-
Bei herkömmlichen Endrohren strömt das Abgas als ein kompakter Strom durch die Ausgangsöffnung 12. Das Endrohr 10 weist hingegen einen im Querschnitt dreieckig geformten Strömungsteiler 14 auf, der den Abgasstrom P in zwei Teilströme T1, T2 aufteilt, die das Endrohr 10 separat voneinander verlassen. Die Teilströme T1, T2 sind in 1 rein schematisch durch zwei getrennte schraffierte Flächen dargestellt. Die Begrenzung der Flächen ist rein beispielhaft eine Isotherme. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich im Strömungsschatten des Strömungsteilers 14 zwischen den beiden Teilströmen T1, T2 ein Zwischenbereich Z ausbildet.
-
Da der Strömungsteiler 14 in stromabwärtiger Richtung mit der Ausgangsöffnung 12 abschließt, können sich die beiden Teilströme T1, T2 nicht mehr im Endrohr 10 vermischen. Die beiden separat aus dem Endrohr 10 austretenden Teilströme T1, T2 weisen zusammengenommen eine Oberfläche auf, die größer ist als die eines kompakten Abgasstroms, der einem Endrohr ohne Strömungsteiler entweicht. Je größer die Grenzfläche zwischen dem Abgas und der Umgebungsluft ist, desto schneller kühlt sich der Abgasstrom ab. Mit anderen Worten trägt der Zwischenraum Z zu einer beschleunigten Abkühlung der Teilströme T1, T2 bei, da – bildlich gesprochen – auch über ihn Wärme abtransportiert werden kann.
-
2 zeigt ein Endrohr 10, das allerdings im Gegensatz zu dem Endrohr 10 einen zu der Ausgangsöffnung 12 hin aufgeweiteten Trichterabschnitt 16 aufweist. Die Aufweitung kann in einer Einbaulage des Endrohrs 10a in einer horizontalen und/oder vertikalen Ebene angeordnet sein. Analoges gilt für Strömungsteiler 14'. Je nach Anforderungsprofil können sich die Strömungsteiler 14 in Einbaulage in vertikaler oder horizontaler Richtung – oder auch schräg dazu – erstrecken. Es ist auch denkbar, eine Art rechtwinkliges oder schrägwinkliges Gitter mit den Strömungsteilern 14' vorzusehen, um eine Matrix von Teilströmen zu erzeugen.
-
Bei dem Endrohr 10a werden durch die äquidistant zueinander angeordneten, im Querschnitt kreisförmigen Strömungsteiler 14' vier Teilströme T1, T2, T3, T4 erzeugt, die qualitativ durch jeweils fünf Isothermen dargestellt sind. Es ist zu erkennen, dass aufgrund der Anordnung der Strömungsteiler 14' erreicht wird, dass die Teilströme T1, T2, T3, T4 separat voneinander durch die Ausgangsöffnung 12 aus dem Endrohr 10 austreten, obwohl die Strömungsteiler 14' in einer Strömungsteilerebene E angeordnet sind, die parallel versetzt vor der durch die Ausgangsöffnung 12 aufgespannten Ebene angeordnet ist. Dies schützt die Strömungsteiler 14' vor externen Einflüssen.
-
3 zeigt ein Endrohr 10b mit Strömungsteilern 14'', die als Leitflächen ausgebildet sind, um den Abgasstrom P in geeigneter Weise in sich schneller abkühlende Abgasteilströme zu zerlegen. Wie auch bei dem Endrohr 10a der 2 sind die Strömungsteiler 14'' in einem aufgeweiteten Trichterabschnitt 16 angeordnet, um den durch die Strömungsteiler 14'' erzeugten Strömungswiderstand durch eine Querschnittsvergrößerung des Endrohrs 10b zumindest zum Teil zu kompensieren. Die flächenhaften Strömungsteiler 14'' sind paarweise unterschiedlich gegenüber dem Abgasstrom P geneigt oder angestellt, um eine vorteilhafte Teilstromcharakteristik zu erzeugen.
-
Bei dem in 4 gezeigten Endrohr 10c sind die Strömungsteiler 14' in einer Strömungsteilerebene E' angeordnet, die gegenüber der Ebene der Ausgangsöffnung 12 und dem Abgasstrom P geneigt angeordnet ist, beispielsweise um einem asymmetrischen Abgasstrom P Rechnung zu tragen oder um eine bestimmte Teilabgasstromcharakteristik in der Umgebungsluft zu erzeugen.
-
5 zeigt ein Endrohr 10d mit einer Anordnung von Strömungsteilern 14', die in einer Richtung senkrecht zu dem Abgasstrom P alternierend in zwei zueinander parallelen Strömungsteilerebenen E1 und E2 angeordnet sind. Es versteht sich, dass die Ebenen E1, E2 nicht parallel liegen müssen und/oder schräg zu dem Abgasstrom P und/oder der Ausgangsöffnung 12 angeordnet sein können.
-
6 zeigt ein Endrohr 10e mit Strömungsteilern 14'', die die Ausgangsöffnung 12 queren, also in der Ebene der Ausgangsöffnung 12 angeordnet sind.
-
Grundsätzlich können die Strömungsteiler 14, 14', 14'' direkt an dem Endrohr 10, 10a, 10b, 10c, 10d befestigt sein. In einigen Fällen ist es jedoch fertigungstechnisch vorteilhaft, wenn die Strömungsteiler 14, 14', 14'' Teil eines Moduls sind, das separat gefertigt wird und das anschließend als Ganzes in dem Endrohr 10, 10a, 10b, 10c, 10d befestigt wird. 7 zeigt ein solches Modul 18, das neben den Strömungsteilern 14' einen diese verbindenden Rahmen 20 umfasst, dessen Außenabmessungen an die Geometrie eines nicht gezeigten Endrohrs angepasst ist. Das Modul 18 wird mittels Laschen 22 an dem Endrohr befestigt. Zum einen erleichtern die Laschen 22 die Befestigung des Moduls 18 in dem Endrohr, zum anderen ermöglichen sie die Kompensation von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen dem Modul 18 und dem Endrohr. Die Kompensationswirkung kann durch eine geeignete geometrische Ausbildung der Laschen 22 und/oder eine geeignete Materialwahl erzielt werden.
-
8A und B zeigen jeweils einen Querschnitt durch verschiedene Ausführungsformen des Moduls 18. Deren Strömungsteiler 14''' werden durch gekrümmte Abschnitte gebildet. Die 8A und 8B zeigen, wie die Strömungsteiler 14''' in unterschiedlicher Weise an dem Rahmen 20 befestigt werden können. In Einbaulage strömt der Abgasstrom von links auf die Strömungsteiler 14''' zu.
-
Die 9A und 9B zeigen ein weiteres Endrohr 10f. Der Seitenansicht des Endrohrs 10f in 9A ist zu entnehmen, dass in einem Bereich vor den Strömungsteilern 14 ein Einzug des Endrohrquerschnitts vorgesehen ist, um den Abgasstrom P in eine Horizontalebene H zu drängen. Diese Querschnittsverengung wird – wie in 9B zu sehen ist – durch eine Querschnittsaufweitung in einer horizontalen Ebene (Bildebene) zumindest teilweise kompensiert, so dass der freie Strömungsquerschnitt nicht übermäßig reduziert wird, was den Gegendruck der Abgasanlage erhöhen würde. Die Anordnung und Ausbildung der Strömungsteiler 14' ähnelt denen des Endrohrs 10a der 2. Es versteht sich, dass obwohl der Einzug des Endrohrs 10f von 9A in Bezug auf eine Horizontalebene H beschrieben wurde, dieser jedoch grundsätzlich in jeder beliebigen Ebene vorgesehen sein kann.
-
10 verdeutlicht anhand eines Endrohrs 10g, dass die Ausgangsöffnung 12 nicht in jedem Fall eine Ebene aufspannen muss, die senkrecht zu dem Abgasstrom P angeordnet ist. Durch die abgeschrägte Ausgestaltung der Ausgangsöffnung 12 wird erreicht, dass die Umgebung oberhalb des Endrohrs 10g stärker gegenüber dem Abgas abgeschirmt wird als in einem in 10 unteren Bereich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10a–10g
- Endrohr
- 12
- Ausgangsöffnung
- 14, 14', 14'', 14'''
- Strömungsteiler
- 16
- Trichterabschnitt
- 18
- Modul
- 20
- Rahmen
- 22
- Lasche
- P
- Abgasstrom
- T1, T2, T3, T4
- Teilstrom
- Z
- Zwischenraum
- E, E', E1, E2
- Strömungsteilerebene
- H
- Horizontalebene
