DE102011120566A1

DE102011120566A1 - Abgasausleitungsrohr für einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102011120566A1
Application number: DE102011120566A
Authority: DE
Inventors: Bryan Clarke; Christopher Lee; Rajendra Sharma; Praveen Kumar Reddy Mallu
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-06-14
Also published as: CN102562243A; BRPI1105353A2; US20120145268A1

Abstract

Eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor weist ein stromaufwärts liegendes Segment mit einem nahe liegenden Teil und einem entfernt liegenden Teil und ein stromabwärts liegendes Segment auf. Der entfernt liegende Teil des stromaufwärts liegenden Segmentes hat einen nicht kreisförmigen Querschnitt und definiert zumindest teilweise eine Venturi-Öffnung. Das stromabwärts liegende Segment hat einen stromabwärts liegenden nahe gelegenen Teil, der zumindest teilweise die Venturi-Öffnung definiert. Der entfernt liegende Teil definiert einen Strömungsquerschnitt, der kleiner ist als elf Strömungsquerschnitt des nahe liegenden Teils oder gleich diesem und definiert einen Umfang, der größer ist als ein Umfang des nahe gelegenen Teils.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Abgasausleitungsrohr einer Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine Abgasausleitungsrohrgeometrie, die eine gewisse unabhängige Steuerung des Mitführungsflusses gegenüber dem Rückdruck bietet.
Hintergrund
Viele Straßen- und Geländefahrzeuge verwenden eine Abgasanlage, um heißes Abgas weg vom Verbrennungsmotor zu führen. Einige dieser Abgasanlagen weisen eine Venturi-Öffnung auf, um Luft aus dem Motorraum bzw. Motorraumluft mit dem Abgas mitzuführen, welches aus dem Verbrennungsmotor und typischer Weise dem Motorraum austritt. Die Motorraumluft, die auch relativ hohe Temperaturen erreichen kann, wird somit aus dem Motorraum gezogen, und kann in manchen Fällen das Abgas kühlen und/oder lösen bzw. verdünnen. Abgasanlagen, welche eine Venturi-Öffnung aufweisen, weisen typischerweise ein Abgasausleitungsrohr auf, welches stromaufwärts der Venturi-Öffnung positioniert ist, und ein Rohrsegment, welches stromabwärts der Venturi-Öffnung positioniert ist. Ein entfernter Teil oder ein entferntes Ende des Abgasausleitungsrohrs hat einen verringerten Durchmesser und somit einen verringerten Strömungsquerschnitt im Vergleich zu einem nahe liegenden bzw. zum Motor hin liegenden Teil des Abgasausleitungsrohrs. Diese Verringerung des Durchmessers steigert die Geschwindigkeit des Abgases, welches durch das Abgasausleitungsrohr läuft, und als eine Folge verringert dies den Strömungsmitteldruck des Abgases am entfernt liegenden Teil bzw. Endteil des Ausleitungsrohrs. Motorraumluft mit höherem Druck wird somit in das Abgas durch die Venturi-Öffnung mitgeführt und wird mit dem Abgas durch das stromabwärts liegende Rohr der Abgasanlage ausgestoßen.
Das US-Patent Nr. 7,207,172 von Willix u. a. offenbart ein Abgassystem mit einem Lufteinlass zum Einlassen von Luft aus dem Motorraum in eine Abgasauslassleitung des Abgassystems und zum Mitführen der Motorraumluft mit dem Abgas. Insbesondere weist der Lufteinlass ein Luftleitelement auf, welches die Motorraumluft in die Abgasauslassleitung nahe einer Venturi-Öffnung führt. Ein kleiner Spalt, der gerade stromaufwärts der Venturi-Öffnung positioniert ist, der das Hindurchlaufen von Abgas von einem Auslassrohr zur Abgasauslassleitung gestattet, definiert einen geringeren Strömungsquerschnitt im Vergleich zu einem stromaufwärts gelegenen Teil der Abgasauslassleitung, um die Motorraumluft geleitet von dem Luftleitelement in dem Abgas mitzuführen. Obwohl dieser Stand der Technik einen Venturi-Effekt verwenden mag, was auch als ein Ejektor- bzw. Ausleitungseffekt bezeichnet wird, um Motorraumluft mit dem Abgas mitzuführen, kann der verringerte Abgas-Strömungsquerschnitt zu einem nicht akzeptablen Rückdruck beitragen, was negativ die Brennstoffausnutzung und den Motorbetrieb beeinflussen kann.
Die vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme gerichtet.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt weist eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor ein stromaufwärts liegendes Segment mit einem nahe liegenden bzw. beim Motor liegenden Teil und einem entfernt liegenden Teil bzw. Endteil und ein stromabwärts liegendes Segment auf. Der entfernt liegende Teil des stromaufwärts liegenden Segmentes hat einen nicht kreisförmigen Querschnitt und definiert zumindest teilweise eine Venturi-Öffnung. Das stromabwärts liegende Segment hat einen stromabwärts liegenden nahe gelegenen Teil, der zumindest teilweise die Venturi-Öffnung definiert. Der entfernt liegende Teil definiert einen Strömungsquerschnitt, der kleiner als ein Strömungsquerschnitt des nahe liegenden Teils ist oder gleich diesem ist und definiert einen Umfang, der größer ist als ein Umfang des nahe gelegenen Teils.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist eine Geländemaschine einen Verbrennungsmotor auf, der an einem Rahmen befestigt ist und eine Auslasssammelleitung besitzt. Eine Abgasanlage ist konfiguriert, um an der Auslasssammelleitung angebracht zu werden, und weist ein stromaufwärts liegendes Segment mit einem nahe liegenden bzw. zum Motor hin liegenden Teil und einem entfernt liegenden Teil und ein stromabwärts liegendes Segment auf. Der entfernt liegende Teil des stromaufwärts liegenden Segmentes hat einen nicht kreisförmigen Querschnitt und definiert zumindest teilweise eine Venturi-Öffnung. Das stromabwärts liegende Segment hat einen stromabwärts liegenden nahe gelegenen Teil, der zumindest teilweise die Venturi-Öffnung definiert. Der entfernt liegende Teil definiert einen Strömungsquerschnitt, der kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt des nahe liegenden Teils oder gleich diesem und definiert einen Umfang, der größer ist als ein Umfang des nahe gelegenen Teils.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt weist ein stromaufwärts liegendes Segment einer Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor einen nahe liegenden Teil mit einem kreisförmigen Querschnitt und einen entfernt liegenden Teil mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt auf. Der nicht kreisförmige Querschnitt des entfernt liegenden Teils wird durch eine Vielzahl von inneren Wänden mit einem ersten Radius von einer Mittelachse des stromaufwärts liegenden Segmentes und einer Vielzahl von äußeren Wänden mit einem zweiten Radius von der Mittlachse definiert. Der zweite Radius ist größer als der erste Radius. Der entfernt legende Teil definiert einen Strömungsquerschnitt, der kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt des nahe liegenden Teils oder gleich diesem und definiert einen Umfang, der größer ist als ein Umfang des nahe gelegenen Teils.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Abgasanlage mit einem stromaufwärts liegenden Segment und einem stromabwärts liegenden Segment, die bei der Maschine der 1 verwendet werden kann;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines stromabwärts liegenden Segmentes des Standes der Technik zur Verwendung bei der Abgasanlage der 2, welches einen kreisförmigen Querschnitt an einem entfernt liegenden Ende davon aufweist;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines stromaufwärts liegenden Segmentes der Abgasanlage der 2 mit einem mit Schleifenansätzen versehenen entfernt liegendem Ende gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linien 5-5 der 2 aufgenommen ist, wobei das stromaufwärts liegende Segment das mit Schleifenansätzen versehene entfernt liegende Ende der 4 aufweist;
6 ist eine perspektivische Ansicht eines stromaufwärts liegenden Segmentes zur Anwendung bei der Abgasanlage der 2 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine perspektivische Ansicht eines stromaufwärts liegenden Segmentes zur Anwendung bei der Abgasanlage der 2 gemäß einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung
8 ist eine perspektivische Ansicht des stromaufwärts liegenden Segmentes der 4, welche eine Herstellungsoption für das stromaufwärts liegende Segment veranschaulicht, und zwar gemäße einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung; und
9 ist eine perspektivische Ansicht des stromaufwärts liegenden Segmentes der 4, welches eine isolierende Abschirmung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung aufweist.
Detaillierte Beschreibung
Eine beispielhafte Ausführungsform einer Maschine 10 ist allgemein in 1 gezeigt. Die Maschine 10 kann ein Straßen- oder Geländefahrzeug sein, wie beispielsweise ein Radlader, oder kann eine stationäre Maschine sein, wie beispielsweise ein Generatorsatz. Die Maschine 10 kann einen Rahmen 12, mit dem Boden in Eingriff stehende Elemente, wie beispielsweise Räder 14, die am Rahmen 12 montiert sind, und eine Bedienersteuerstation 16 aufweisen, die auch am Rahmen 12 montiert ist. Die Maschine 10 kann weiter einen Verbrennungsmotor 18 aufweisen, der an einem Hinterteil der Maschine 10 positioniert ist, beispielsweise unter einer Haube 20. Ein Abgassystem 22 kann eine Abgasanlage 24 aufweisen, die an einer Auslasssammelleitung 26 des Verbrennungsmotors 18 angebracht ist, um Abgas, welches vom Verbrennungsmotor 18 erzeugt wurde, aus dem Motorraum 28 zu entfernen. Obwohl gezeigt ist, dass das Abgas im Wesentlichen nach oben ausgestoßen bzw. abgeführt wird, kann das Abgas in jeder Richtung von der Maschine 10 weggeführt werden.
Nun mit Bezug auf 2 kann eine beispielhafte Ausführungsform der Abgasanlage 24 im Allgemeinen ein stromaufwärts (legendes Segment 40 und ein stromabwärts liegendes Segment 42 aufweisen. Das stromaufwärts liegende Segment 40 kann konfiguriert sein, um an der Auslasssammelleitung 26 (1) oder an einer anderen Komponente des Abgassystems 22 angebracht zu sein. Es sei bemerkt, dass das Abgassystem 22 eine Anzahl von zusätzlichen Merkmalen aufweisen kann, die in der Technik wohlbekannt sind, wie beispielsweise einen Dieselpartikelfilter und ein Abgasrückführungssystem. Jedoch sind diese Merkmale nicht innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung und werden daher nicht besprochen. Das stromaufwärts liegende Segment 40 ist stromaufwärts einer Venturi-Öffnung 44 positioniert und hat einen nahe liegenden bzw. zum Motor hin liegenden Teil 46 und einen entfernt liegenden Teil bzw. Endteil 48. „Nahe liegend” wie dies hier verwendet wird, kann sich auf eine Komponente oder einen Teil beziehen, die bzw. der näher an der Auslasssammelleitung 26 liegt als eine „entfernt liegende” Komponente oder „entfernt liegender” Teil. Ein gekrümmter Teil 49, speziell in einer beispielhaften Ausführungsform, kann zwischen dem nahe liegenden Teil 46 und dem entfernt liegenden Teil 48 positioniert sein. Wie gezeigt, definiert der entfernt liegende Teil 48 zumindest teilweise die Venturi-Öffnung 44. Das stromabwärts liegende Segment 42 ist stromabwärts der Venturi-Öffnung 44 positioniert und hat einen stromabwärts liegenden nahe liegenden Teil 50, der zumindest teilweise die Venturi-Öffnung 44 definiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind das stromaufwärts liegende Segment 40 der Abgasanlage 24 und zumindest der stromabwärts liegenden nahe liegenden Teil 50 des stromabwärts liegenden Segments 42 unter der Haube 20 der 1 und innerhalb des Motorraums 28 positioniert. Als solches kann die Abgasanlage 24 konfiguriert sein, um nicht nur Abgas, welches vom Verbrennungsmotor 18 erzeugt wurde, vom Motorraum 28 zu entfernen, sondern auch um heiße Motorraumluft durch die Venturi-Öffnung 44 in die Abgasanlage 24 mitzuführen. Die Mischung aus Abgas und Motorraumluft wird dann durch einen entfernt liegenden Teil 52 des stromabwärts liegenden Segments 42 in die Umgebungsluft geleitet. Das Hereinziehen von Motorraumluft in die Abgasanlage 24 in der hier beschriebenen Weise kann als Venturi-Effekt, als Ejektor- bzw. Ausleitungseffekt oder als Mitführungsfluss bezeichnet werden. Weiterhin kann das stromaufwärts liegende Segment 40 auch als ein Abgasejektor bzw. Abgasausleitungsrohr bezeichnet werden, und die Abgasanlage 24 kann als eine Venturi-Abgasanlage bezeichnet werden.
Nun mit Bezug auf 3 ist ein stromaufwärts liegendes Segment 60 oder ein Abgasausleitungsrohr einer Abgasanlage des Standes der Technik gezeigt. Das stromaufwärts liegende Segment 60 des Standes der Technik kann stromaufwärts einer Venturi-Öffnung positioniert sein, die ähnlich der Venturi-Öffnung 44 der 2 ist, und kann einen nahe liegenden Teil 62 und einen entfernt liegenden Teil 64 aufweisen. Der entfernt liegende Teil 64 des stromaufwärts liegende Segmentes 60 des Standes der Technik kann zumindest teilweise die Venturi-Öffnung definieren und kann einen kreisförmiger Querschnitt aufweisen, der einen verringerten Durchmesser d₁ im Vergleich zu einem Durchmesser d₂ des nahe liegenden Teils 62 hat. Der verringerte Durchmesser d₁ und somit der verringerte Strömungsquerschnitt an dem entfernt liegenden Teil 64 im Vergleich zum nahe liegenden Teil 62 kann eine Geschwindigkeit des Abgases steigern, welches durch das stromaufwärts liegende Segment 60 am entfernt liegenden Teil 64 fließt. Wenn das Abgas schneller durch den entfernt liegenden Teil 64 fließt, verringert sich der Strömungsmitteldruck des Abgases, was somit einen Venturi-Effekt oder Ejektor- bzw. Ausleitungseffekt an der Venturi-Öffnung erzeugt. Insbesondere kann die Motorraumluft mit höherem Druck in das Abgas mit niedrigerem Druck bei der Venturi-Öffnung hereingezogen werden oder mitgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung hat der entfernt liegende Teil 48 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40, wie in der beispielhaften Ausführungsform der 4 gezeigt, einen nicht kreisförmigen Querschnitt. Wie gezeigt, kann der entfernt liegende Teil 48 eine Vielzahl von Schleifenansätzen 70 aufweisen, die um einen Umfang p₁ des entfernt liegenden Teils 48 beabstandet sind. Obwohl sechs Schleifenansätze 70 in dem Ausführungsbeispiel der 4 gezeigt sind, kann irgendeine Anzahl von Schleifenansätzen oder anderen Formen für die vorliegende Offenbarung verwendet werden. Obwohl die Schleifenansätze 70 als gleich um den Umfang p₁ beabstandet gezeigt sind, können weiterhin die Schleifenansätze 70 oder die anderen Formen eine symmetrische Anordnung oder eine asymmetrische Anordnung um den Umfang p₁ des entfernt liegenden Teils 48 vorsehen. Wie hier offensichtlich wird, ist eine Schleifenansatzkonstruktion nur eine Konstruktion von einer Anzahl von nicht kreisförmigen Konstruktionen, die gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können.
Der entfernt liegende Teil 48 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40 oder des Abgasausleitungsrohres ist so geformt, dass ein Mitführungsfluss von Motorraumluft in das Abgas, welches durch die Abgasanlage 24 läuft, bei der Venturi-Öffnung 44 vorgesehen wird. Insbesondere ist der entfernt liegende Teil 48 so geformt, dass ein Strömungsmitteldruck des Abgases am entfernt liegenden Teil 48 verringert wird, ohne wesentlich den Strömungsquerschnitt des entfernt liegenden Teils 48 im Vergleich zum Strömungsquerschnitt des nahe liegenden Teils 46 zu verringern, der einen kreisförmigen Querschnitt haben kann. Diese Verringerung des Strömungsmitteldruckes, wie sie hier beschrieben wird, wird erreicht, indem eine Oberfläche einer Grenzschicht 72 am entfernt liegenden Teil 48 vergrößert wird. Wie klar sein sollte, wird die vergrößerte Oberfläche erreicht durch Vergrößern des Umfangs p₁ am entfernt liegenden Teil 48 im Vergleich zum Umfang p₂ am nahe liegenden Teil 46. Der Mitführungsfluss, der unter Verwendung einer solchen Konstruktion erzeugt wird, kann ähnlich dem Mitführungsfluss sein, der von Konstruktionen des Standes der Technik erzeugt wird, oder kann im Vergleich dazu vergrößert sein, wie beispielsweise im Vergleich zu der oben beschriebenen Konstruktion. Weil die nicht kreisförmige Konstruktion des entfernt liegenden Teils nicht auf einem verringerten Durchmesser am entfernt liegenden Teil 48 beruht, wie dies die Konstruktionen des Standes der Technik erfordern, erzeugen die Konstruktionen der vorliegenden Offenbarung weiterhin nicht den Rückdruck, der üblicher Weise bei Konstruktionen des Standes der Technik auftritt.
Wie klar sein sollte, wird ein stromaufwärts liegendes Segment 40, welches von der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen wird, einen Umfang p₁ am entfernt liegenden Teil 48 haben, der größer ist als ein Umfang p₂ am nahe liegenden Teil 46. Obwohl der Strömungsquerschnitt über das stromaufwärts liegende Segment 40 hinweg ähnlich sein kann, ist es weiter vorzuziehen, dass der Strömungsquerschnitt des entfernt liegenden Teils 48 kleiner als der oder gleich dem Strömungsquerschnitt des nahe liegenden Teils 46 ist. Obwohl der Strömungsquerschnitt an dem entfernt liegenden Teil 48 im Vergleich zum nahe liegenden Teil 46 verringert werden kann, muss er nicht so stark verringert werden, wie bei Konstruktionen des Standes der Technik, die entfernt liegende Teile mit kreisförmigen Querschnitten verwenden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Strömungsquerschnitt des entfernt liegenden Teils 48 zwischen ungefähr 0,5 und 1,0-mal dem Strömungsquerschnitt des nahe liegenden Teils 46 sein. Zusätzlich kann der Umfang p₁ des entfernt liegenden Teils 48 zwischen ungefähr 1,0 und 3,0-mal der Umfang p₂ des nahe liegenden Teils 46 sein.
Weiterhin mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform der 2 und 4, ist ein Querschnitt der Abgasanlage 24, aufgenommen entlang der Linien 5-5 der 2 in 5 gezeigt. Wie gezeigt, weist die Abgasanlage 24 das stromaufwärts liegende Segment 40 mit dem mit Schleifenansätzen versehenen entfernt liegenden Ende auf, wie in 4 abgebildet. Ebenfalls ist in 5 ein Außendurchmesser od abgebildet, der einen Durchmesser des entfernt liegenden Teils 48 gemessen von den oberen Enden der Schleifenansätze 70 darstellt, weiter ein Innendurchmesser id, der einen Durchmesser des entfernt liegenden Teils 48 gemessen von den Basen bzw. Anfängen der Schleifenansätze darstellt, und ein Teilungsdurchmesser pd, der auf den Tangentenpunkten zwischen den inneren und äußeren Schleifenansätzen liegt. Eine Teilungstiefe bzw. Zahnhöhe kann od–id darstellen, während ein Teilungsverhältnis pd–id/od–id darstellen kann. Dies sind nur einige wenige Beispiele von Abmessungen und/oder dimensionslosen Parametern, die als Steuerfaktoren in einem berechneten Strömungsmittel-Dynamikmodell (CFD-Modell = Computational Fluid Dynamics Modell) dienen können.
Beispielsweise kann es wünschenswert sein ein CFD-Modell des stromabwärts liegenden Segmentes 40 zu erzeugen, um unterschiedliche Geometrien des entfernt liegenden Teils 48 zu testen. Insbesondere kann das CFD-Modell verwendet werden, um den wahrscheinlichen Mitführungsfluss und Rückdruck zu bewerten, der von unterschiedlichen Geometrien erzeugt wird. Steuerfaktoren, wie beispielsweise die dimensionsbehafteten oder dimensionslosen Parameter, die oben beschrieben wurden, können variiert werden, um eine oder mehrere Geometrien zu identifizieren, die einen Mitführungsfluss und einen Rückdruck innerhalb erwünschter Bereiche erzeugen. Es kann herausgefunden werden, dass einige Steuerfaktoren, wie beispielsweise der Teilungsdurchmesser pd und die Teilungstiefe bzw. Zahntiefe den größten Einfluss auf den Mitführungsfluss und/oder den Rückdruck haben und somit können dies die Steuerfaktoren sein, die am häuftigsten eingestellt werden. Jedoch können in manchen Fällen Anwendungseinschränkungen oder Beschränkungen die Werte für manche Steuerfaktoren vorgeben, was somit die Flexibilität bei der Konstruktion einschränkt.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann, wie klar sein sollte, der nicht kreisförmige Querschnitt des entfernten Teils 48 durch eine Vielzahl von inneren Wänden 73 mit einem ersten Radius r₁ von einer Mittelachse A des stromaufwärts liegenden Segmentes 70 definiert sein und durch eine Vielzahl von äußeren Wänden 74 mit einem zweiten Radius r₂ von der Mittelachse A. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist der zweite Radius r₂ größer als der erste Radius r₁. Wie in der beispielhaften Ausführungsform gezeigt, können weiterhin die inneren Wände 73 und die äußeren Wände 74 sich um den Umfang p₁ abwechseln, so dass eine innere Wand 73 zwischen zwei äußeren Wänden 74 positioniert ist, und dass eine äußere Wand 74 zwischen zwei inneren Wänden 73 positioniert ist. Die inneren Wände 73 können eine konkave Krümmung haben, wie gezeigt, und die äußeren Wände 74 können eine konvexe Krümmung haben, wie gezeigt. Als solches können die äußeren Wände 74 Schleifenansätze 70 definieren, die um den Umfang p₁ beabstandet sind.
Zusätzlich und wiederum mit Bezugnahme auf 4 kann ein Kreisumfang c des entfernten Teils 48 eine von nah nach fern verlaufende Verjüngung an jeder Innenwand 73 und einen von nah nach fern verlaufenden Anstieg an jeder Außenwand 74 aufweisen. Die von nah nach fern verlaufende Verjüngung kann eine Abnahme, wie beispielsweise eine allmähliche Abnahme, des Kreisumfangs des entfernt liegenden Teils 48 von einer nahe liegenden Region des entfernt liegenden Teils 48 zu einer entfernt liegenden Region des entfernt liegenden Teils 48 an jeder der Innenwände 73 darstellen. Im Gegensatz dazu kann der von nah nach fern verlaufende Anstieg eine Zunahme, wie beispielsweise eine allmähliche Zunahme, des Kreisumfangs des entfernt liegenden Teils 48 von einer nahe liegenden Region des entfernt liegenden Teils 48 zu einer entfernt liegenden Region des entfernt liegenden Teils 48 an jeder der Außenwände 74 darstellen. Es sei bemerkt, dass der Kreisumfang sich auf die äußere Grenze oder Oberfläche des entfernt liegenden Teils 48 bezieht.
Nun ist mit Bezug auf 6 eine alternative Ausführungsform eines stromaufwärts liegenden Segmentes 80 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Im Allgemeiner kann das stromaufwärts liegende Segment 80 einen nahe liegenden Teil 82 und einen entfernt liegenden Teil 84 aufweisen und kann ähnlich dem stromaufwärts liegenden Segment 40 sein, und zwar mit Ausnahme des entfernt liegenden Teils 84. Obwohl der entfernt liegende Teil 84 eine ähnliche Anzahl von Schleifenansätzen 86 aufweisen kann, die um den Umfang p₃ beabstandet sind, kann insbesondere eine Teilungstiefe bzw. Zahntiefe, wie oben beschrieben, der Schleifenansätze 86 geringer sein als eine Teilungstiefe der Schleifenansätze 70 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40. Weiterhin kann das Teilungsverhältnis der Schleifenansätze 86 geringer sein als ein Teilungsverhältnis der Schleifenansätze 70 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40. Dies kann einen verringerten Umfang p₃ im Vergleich zum Umfang p₁ des Ausführungsbeispiels der 4 und einen verringerten Strömungsquerschnitt zur Folge haben. Solch eine Konstruktion kann bezüglich der Effizienz im Hinblick auf den Mitführungsfluss gegenüber dem Rückdruck und dem Brennstoffverbrauch bewertet werden.
Nun mit Bezug auf 7 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines stromaufwärts liegenden Segments 90 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Im Allgemeinen kann das stromaufwärts liegende Segment 90 einen nahe liegenden Teil 92 und einen entfernt liegenden Teil 94 aufweisen und kann zehn Schleifenansätze 96 aufweisen, die um den Umfang p₄ beabstandet sind. Wie klar sein sollte, kann eine Teilungstiefe bzw. Zahntiefe, wie oben beschrieben, der Schleifenansätze 96 größer sein als eine Teilungstiefe der Schleifenansätze 70 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40. Weiterhin kann das Teilungsverhältnis der Schleifenansätze 96 größer sein als ein Teilungsverhältnis der Schleifenansätze 70 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40. Dies kann einen verringerten Umfang p₄ im Vergleich zum Umfang p₁ des Ausführungsbeispiels der 4 und einen verringerten Strömungsquerschnitt zur Folge haben. Wiederum kann eine solche Konstruktion bezüglich des Wirkungsgrades im Hinblick auf den Mitführungsfluss gegenüber dem Rückdruck und dem Brennstoffverbrauch bewertet werden.
Obwohl mit Schleifenansätzen versehene Ausführungsbeispiele gezeigt sind, sei bemerkt, dass irgendeine Anzahl von nicht kreisförmigen Querschnitten für den entfernt liegenden Teil 48 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40 ausgewählt werden kann. Beispielsweise kann der Querschnitt des entfernt liegenden Teils 48 eine Dreieck- oder Sternform oder eine andere Polygonform aufweisen. Alternativ kann der Querschnitt des entfernt liegenden Teils 48 eine nicht kreisförmige freie Form aufweisen, die frei von scharfen Ecken oder Kanten ist. Die ausgewählten Geometrien können Wendungen aufweisen und können sich entlang irgendeiner Länge entlang des entfernt liegenden Teils 48 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40 erstrecken. Obwohl ein gekrümmter Teil 49 in einer der beispielhaften Ausführungsformen gezeigt ist, sei bemerkt, dass das stromaufwärts liegende Segment 40 Kurven oder Biegungen aufweisen kann oder nicht und irgendeine erwünschte Länge haben kann.
8 ist eine perspektivische Ansicht des stromaufwärts liegenden Segmentes 40 der 4, die eine Herstellungsoption für das stromaufwärts liegende Segment 40 veranschaulicht. Insbesondere können der nahe liegende Teil 46, der gekrümmte Teil 49 und der entfernt liegende Teil 48 alle als getrennte Komponenten hergestellt oder geformt sein. Die Komponenten können dann aneinander unter Verwendung irgendwelcher vorzuziehender Anbringungsmittel befestigt werden. Beispielsweise kann der nahe gelegene Teil 46 mit dem gekrümmten Teil 49 an einer ersten Schweißnaht 100 verbunden sein, während der gekrümmte Teil 49 mit dem entfernt gelegenen Teil 48 an einer zweiten Schweißnaht 102 verbunden sein kann. Zusätzliche Komponenten, die von einer speziellen Anwendung abhängen, können auch mit dem stromaufwärts liegenden Segment 40 vorgesehen sein. Beispielsweise kann, wie in 9 gezeigt, eine isolierende Abschirmung 110 um das stromaufwärts liegende Segment 40 herum vorgesehen sein. Ein oder mehrere Anbringungsmerkmale, wie beispielsweise Anbringungsmerkmale 112 und 114 können vorgesehen sein, um die Positionierung der isolierenden Abschirmung 110 relativ zum stromaufwärts liegenden Segment 40 zu halten und/oder eine spezielle Positionierung des stromaufwärts liegenden Segmentes 40 in dem Abgassystem 22 der Maschine 10 zu halten.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung kann spezielle Anwendung bei Maschinen finden, die Abgassysteme besitzen, die Venturi-Öffnungen verwenden. Weiterhin kann die vorliegende Offenbarung insbesondere bei Einsatzgebieten anwendbar sein, wo ein verbesserter Mitführungsfluss von Motorraumluft im Abgas erwünscht ist. Die vorliegende Offenbarung kann speziell bei solchen Einsatzgebieten anwendbar sein, die einen wünschenswerten Mitführungsfluss mit minimalem resultierendem Rückdruck erfordern.
Mit Bezug auf die 1–9 kann eine beispielhafte Ausführungsform einer Maschine 10 einen Verbrennungsmotor 18 aufweisen, der an einem Rahmen 12 getragen wird und eine Auslasssammelleitung 26 besitzt. Eine Abgasanlage 24 ist zur Anbringung an der Auslasssammelleitung 26 konfiguriert und weist ein stromaufwärts liegendes Segment 40 auf, welches auch als Abgasejektor bzw. Abgasausleitungsrohr bezeichnet wird, und ein stromabwärts liegendes Segment 42. Das stromaufwärts liegende Segment 40 ist stromaufwärts einer Venturi-Öffnung 44 positioniert und hat einen nahe gelegenen Teil 46 und einen entfernt gelegenen Teil 48. Wie gezeigt, definiert der entfernt gelegene Teil 48 zumindest teilweise die Venturi-Öffnung 44. Das stromabwärts liegende Segment 42 ist stromabwärts von der Venturi-Öffnung 44 positioniert und hat einen stromabwärts liegenden nahe gelegenen Teil 50, der zumindest teilweise die Venturi-Öffnung 44 definiert.
Während des Betriebs der Maschine 10 und gemäß der hier vorgesehenen beispielhaften Ausführungsform, kann Abgas aus der Auslasssammelleitung 26 durch das stromaufwärts liegende Segment 40 der Abgasanlage 24 geleitet werden. Dies weist das Verringern oder Beibehalten eines Strömungsquerschnittes am entfernt gelegene Teil 48 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40 im Vergleich zum nahe gelegen Teil 46 des stromaufwärts liegenden Segmentes 40 auf, und das Verringern eines Strömungsmitteldruckes des Abgases an dem entfernt gelegenen Teil 48 durch Vergrößerung einer Oberfläche einer Grenzlage an dem entfernt gelegenen Teil 48 im Vergleich zum nahe gelegenen Teil 46. Motorraumluft wird in dem Abgas durch die Venturi-Öffnung 44 mitgeführt, und die Mischung aus Abgas und mitgeführter Motorraumluft wird durch das stromabwärts liegende Segment 42 der Abgasanlage 24 geleitet.
Der entfernt liegende Teil des stromaufwärts liegenden Segmentes 40 ist geformt, um einen Mitführungsfluss von Motorraumluft bei der Venturi-Öffnung 44 in das Abgas zu liefern, welches durch die Abgasanlage 24 läuft. Insbesondere ist der entfernt liegende Teil 48 geformt, um einen Strömungsmitteldruck des Abgases an dem entfernt liegenden Teil 48 zu verringern, ohne beträchtlich den Strömungsquerschnitt des entfernt liegenden Teils 48 im Vergleich zum Strömungsquerschnitt des nahe gelegenen Teils 46 zu verringern. Diese Verringerung des Strömungsmitteldruckes, wie sie hier beschrieben wird, wird erreicht durch Vergrößern eines Umfangs p₁ und somit einer Oberfläche einer Grenzlage 72 am entfernt liegenden Teil 48. Als eine Folge wird ein Mitführungsfluss vergrößert. Jedoch wird der Rückdruck nicht beträchtlich vergrößert, wie bei Konstruktionen des Standes der Technik üblich ist. Somit wird eine gewisse unabhängige Steuerung der Mitführungsflussrate und des Motorrückdruckes durch Auswahl einer geeigneten Geometrie am entfernt liegenden Teil 48 für die Systemkonstrukteure möglich.
Es sei bemerkt, dass die obige Beschreibung nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen ist und nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränken soll. Somit wird der Fachmann aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erkennen, dass andere Aspekte der Offenbarung erreicht werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7207172 [0003]

Claims

Abgasanlage (24) für einen Verbrennungsmotor (18), die Folgendes aufweist: ein stromaufwärts liegendes Segment (40, 80, 90) mit einem nahe gelegenen Teil (46, 82, 92) und einem entfernt gelegenen Teil (48, 84, 94), wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84, 94) einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat und zumindest teilweise eine Venturi-Öffnung (44) definiert, und ein stromabwärts liegendes Segment (42) mit einem stromabwärts liegenden nahe gelegenen Teil (50), der zumindest teilweise die Venturi-Öffnung (44) definiert; wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84, 94) einen Strömungsquerschnitt definiert, der kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt des nahe gelegenen Teils (46, 82, 92) oder gleich diesem; wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84, 94) einen Umfang (p₁, p₃, p₄) definiert, der größer ist als ein Umfang p₂ des nahe gelegenen Teils (46, 82, 92).
Abgasanlage (24) nach Anspruch 1, wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84, 94) eine Vielzahl von Schleifenansätzen (70, 86, 96) aufweist, die um den Umfang (p₁, p₃, p₄) beabstandet sind.
Abgasanlage (24) nach Anspruch 2, wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84) sechs Schleifenansätze (70, 86) aufweist, die in gleichen Abständen um den Umfang (p₁, p₃) beabstandet sind.
Abgasanlage (24) nach Anspruch 1, wobei der Strömungsquerschnitt des entfernt gelegenen Teils (48, 84, 94) zwischen 0,5 und 1,0 mal so groß ist wie der Strömungsquerschnitt des nahe gelegenen Teils (46, 82, 92).
Abgasanlage (24) nach Anspruch 1, wobei der Umfang (p₁, p₃, p₄) des entfernt gelegenen Teils (48, 84, 94) zwischen ungefähr 1,0 und 3,0 mal so groß ist wie der Umfang (p₂) des nahe gelegenen Teils (46, 82, 92).
Geländemaschine (10), die Folgendes aufweist: einen Rahmen (12); einen Verbrennungsmotor (18), der an dem Rahmen (12) befestigt ist und eine Auslasssammelleitung (26) besitzt; und eine Abgasanlage (24), die zur Anbringung an der Auslasssammelleitung (26) konfiguriert ist und Folgendes aufweist: ein stromaufwärts liegendes Segment (40, 80, 90) mit einem nahe gelegenen Teil (46, 82, 92) und einem entfernt gelegenen Teil (48, 84, 94), wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84, 94) einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat und zumindest teilweise eine Venturi-Öffnung (44) definiert; und ein stromabwärts liegendes Segment (42) mit einem stromabwärts liegenden nahe gelegenen Teil (50), der zumindest teilweise die Venturi-Öffnung (44) definiert; wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84, 94) einen Strömungsquerschnitt definiert, der kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt des nahe gelegenen Teils (46, 82, 92) oder gleich diesem; wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84, 94) einen Umfang (p₁, p₃, p₄) definiert, der größer ist als ein Umfang (p₂) des nahe gelegenen Teils (46, 82, 92).
Geländemaschine (10) nach Anspruch 6, wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84, 94) eine Vielzahl von Schleifenansätze (70, 86, 96) aufweist, die um den Umfang (p₁, p₃, p₄) beabstandet sind.
Geländemaschine (10) nach Anspruch 7, wobei der entfernt gelegene Teil (48, 84) sechs Schleifenansätze (70, 86) aufweist, die in gleichen Abständen um den Umfang (p₁, p₃) beabstandet sind.
Geländemaschine (10) nach Anspruch 6, wobei der Strömungsquerschnitt des entfernt gelegenen Teils (48, 84, 94) zwischen ungefähr 0,5 und 1,0 mal so groß ist wie der Strömungsquerschnitt des nahe gelegenen Teils (46, 82, 92).
Geländemaschine (10) nach Anspruch 6, wobei der Umfang (p₁, p₃, p₄) des entfernt gelegenen Teils (48, 84, 94) zwischen ungefähr 1,0 und 3,0 mal so groß ist wie der Umfang (p₂) des nahe gelegenen Teils (46, 82, 92).