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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgassammler für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 1 426 557 A1 ist ein Abgassammler bekannt, der ein erstes Sammelrohr zum fluidischen Verbinden wenigstens einer ersten Einlassöffnung, die einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, mit einer ersten Auslassöffnung, und ein zweites Sammelrohr zum fluidischen Verbinden wenigstens einer zweiten Einlassöffnung, die einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, mit einer zweiten Auslassöffnung aufweist.
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Der bekannte Abgassammler umfasst außerdem ein Turbinengehäuse, das ein Turbinenrad eines Abgasturboladers aufnimmt. Ein Einlass des Turbinengehäuses ist fluidisch mit der ersten Auslassöffnung des ersten Sammelrohrs verbunden. Ein Auslass des Turbinengehäuses führt zu einem Verbindungsflansch, an den ein Katalysator anschließbar ist. Die zweite Auslassöffnung des zweiten Sammelrohrs ist über ein das Turbinengehäuse umgehendes Verbindungsrohr direkt zum Verbindungsflansch geführt. Um Wärmeverluste zu reduzieren, sind beim bekannten Abgassammler die Sammelrohre und das Turbinengehäuse zweilagig zur Realisierung einer Luftspaltisolierung ausgestaltet.
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Problematisch bei derartigen komplexen Abgassammlern ist die Belastung einzelner Komponenten durch thermische Dehnungseffekte, die zu elastischen Deformationen führen kann. Dies erschwert die Unterbringung verstellbarer Elemente, wie z. B. Steuerklappen und dergleichen, da sich deren Lagerung verspannen kann, was deren Funktion beeinträchtigt bzw. deren Verschleiß erhöht.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Abgassammler der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass thermische Dehnungseffekte reduziert sind, z. B. um die Unterbringung beweglicher Komponenten zu vereinfachen ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Abgassammler mit einem monolithischen Gussteil auszustatten, dass einen Turbinenflansch, einen Kühlerflansch und einen Rohrflansch umfasst. Durch die Bereitstellung eines derartigen Gussteils wird innerhalb des Abgassammlers ein Bereich geschaffen, der thermisch bedingt relativ gleichmäßigen Verformungen ausgesetzt ist. Somit eignet sich das Gussteil insbesondere für die Anordnung bzw. Unterbringung beweglicher bzw. verstellbarer Komponenten.
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Der Turbinenflansch dient zum Befestigen des Abgassammlers an einer zweiflutigen Turbine eines Abgasturboladers, wobei der Turbinenflansch eine mit der ersten Auslassöffnung des ersten Sammelrohrs fluidisch verbundene, einer ersten Einlassöffnung der Turbine zugeordnete erste Verbindungsöffnung und eine mit der zweiten Auslassöffnung des zweiten Sammelrohrs fluidisch verbundene, einer zweiten Einlassöffnung der Turbine zugeordnete zweite Verbindungsöffnung aufweist. Der Kühlerflansch dient zum Befestigen des Abgassammlers an einem Abgaskühler bzw. an einer zum Abgaskühler führenden Verbindungsleitung, wobei der Kühlerflansch einem Einlass des Abgaskühlers zugeordnete dritte Verbindungsöffnung aufweist. Der Rohrflansch dient zum Befestigen des zweiten Sammelrohrs. Das Gussteil enthält nun einen Gaspfad, der die zweite Verbindungsöffnung, die dritte Verbindungsöffnung und eine am Rohrflansch ausgebildete, mit der zweiten Auslassöffnung des zweiten Sammelrohrs fluidisch verbundene vierte Verbindungsöffnung miteinander fluidisch verbindet. Somit ermöglicht der im Gussteil ausgebildete Gaspfad eine Aufteilung einer über das zweite Sammelrohr zugeführten Abgasströmung auf den Abgaskühler, der insbesondere einen Abgasrückführkühler bildet, und auf die Turbine. Bemerkenswert ist dabei außerdem, dass die Abzweigung von rückzuführendem Abgas ausschließlich in dem vom zweiten Sammelrohr zur zweiten Einlassöffnung der Turbine führenden zweiten Abgasstrang erfolgt, während die Abgasführung im ersten Abgasstrang, der vom ersten Sammelrohr zur ersten Einlassöffnung der Turbine führt, hiervon nicht betroffen ist.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann nun ein verstellbares Steuerelement vorgesehen sein, das zum Steuern einer Aufteilung einer durch die vierte Verbindungsöffnung in den Gaspfad eintretenden Abgasströmung auf die zweite Verbindungsöffnung und die dritte Verbindungsöffnung dient. Hierzu ist das Steuerelement im Gaspfad angeordnet bzw. gelagert, also vollständig im Gussteil untergebracht. Mit Hilfe eines derartigen Steuerelements kann somit eine über die dritte Verbindungsöffnung in Richtung des Abgaskühlers abgeführte Abgasrückführmenge eingestellt werden. Durch den Einbau des Steuerelements in das Gussteil können sich thermisch bedingte Dehnungseffekte nur in vergleichsweise geringem Maße nachteilig auf die Funktionsfähigkeit des Steuerelements auswirken. Beispielsweise sind Lagerungen des Steuerelements im Gussteil angeordnet, die sich im Falle einer Ausdehnung des Gussteils gleichförmig ausdehnen und ihre Relativlage zueinander beibehalten, wodurch die Funktionsfähigkeit des Steuerelements nicht oder nur sehr gering beeinträchtigt ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann das erste Sammelrohr mit seiner ersten Auslassöffnung direkt an die erste Verbindungsöffnung des Turbinenflansches angeschlossen sein. In diesem Falle enthält das Gussteil keinen separaten Gaspfad zur Verbindung der ersten Auslassöffnung mit der ersten Verbindungsöffnung, da das erste Sammelrohr unmittelbar an den Turbinenflansch angeschlossen ist. Hierdurch vereinfacht sich die Geometrie des Gussteils. Bei einer alternativen Ausführungsform kann dagegen ein weiterer Rohrflansch am Gussteil ausgebildet sein, über den dann das erste Sammelrohr an das Gussteil angebaut werden kann. Im Gussteil ist dann ein entsprechender weiterer Gaspfad ausgebildet, der die erste Verbindungsöffnung des Turbinenflansches mit einer am weiteren Rohrflansch ausgebildeten weiteren Verbindungsöffnung verbindet. Komplementär dazu besitzt das erste Sammelrohr im Bereich der ersten Auslassöffnung einen zum weiteren Rohrflansch passenden Flansch. Durch diese Bauform kann beispielsweise eine komplexe und schwer herstellbare Schweißnaht vermieden werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass nur ein Sammelrohr oder das jedes Sammelrohr als luftspaltisoliertes Sammelrohr ausgestaltet ist, das eine Außenhülle und eine Innenhülle aufweist, zwischen denen ein Zwischenraum ausgebildet ist. Dieser Zwischenraum vermeidet eine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung und ermöglicht bestenfalls eine sehr viel kleinere Wärmeübertragung durch Strahlung. Der Zwischenraum bildet eine Luftspaltisolierung zwischen Innenhülle und Außenhülle, unabhängig davon, dass der Zwischenraum üblicherweise mit Abgasen gefüllt ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Innenhülle segmentiert sein, wodurch innerhalb der Innenhülle Relativbewegungen zwischen den einzelnen Innenhüllensegmenten möglich sind, um thermisch bedingte Dehnungseffekte kompensieren zu können. Insbesondere kann jeder Einlassöffnung zumindest ein Innenhüllensegment zugeordnet sein. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn jeder Einlassöffnung ein separater Einlassflansch zugeordnet ist, mit dem der Abgassammler am Zylinderkopf der jeweiligen Brennkraftmaschine fixiert ist. In der Folge ist die Relativverstellung der Einlassflansche relativ zueinander durch die Dehnung des gekühlten Motorblocks begrenzt, während die Innenhüllensegmente aufgrund der hohen Abgastemperaturen relativ starken Dehnungen ausgesetzt sind. Durch die Segmentierung können sich die Innenhüllensegmente relativ zueinander bewegen, um diese Dehnungseffekte auszugleichen. Zweckmäßig sind die Innenhüllensegmente ineinandergesteckt und bilden im jeweiligen Steckbereich Schiebesitze aus.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann eine Stützstruktur vorgesehen sein, mit deren Hilfe das Gussteil an einem Motorblock, insbesondere an einem Zylinderkopf, der Brennkraftmaschine befestigt werden kann. Zweckmäßig kann diese Stützstruktur am Turbinenflansch angeordnet sein bzw. am Turbinenflansch angreifen, um das Gussteil am Motorblock abzustützen. Durch die separate Abstützung des Gussteils über die Stützstruktur am Motorblock können die Sammelrohre signifikant entlastet werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine isometrische Ansicht eines Abgassammlers,
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2 eine Schnittansicht des Abgassammlers.
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Entsprechend den 1 und 2 umfasst ein Abgassammler 1 einer im Übrigen nicht dargestellten Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, ein erstes Sammelrohr 2, ein zweites Sammelrohr 3 und ein monolithisches Gussteil 4. Das erste Sammelrohr 2 dient zum fiuidischen Verbinden wenigstens einer ersten Einlassöffnung 5 mit einer ersten Auslassöffnung 6. Die jeweilige erste Einlassöffnung 5 ist jeweils einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. Im gezeigten Beispiel sind drei erste Einlassöffnungen 5 vorgesehen. Das zweite Sammelrohr 3 dient zum fluidischen Verbinden wenigstens einer zweiten Einlassöffnung 7 mit einer zweiten Auslassöffnung 8. Die jeweilige zweite Einlassöffnung 7 ist jeweils einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. Im Beispiel sind drei zweite Einlassöffnungen 7 vorgesehen. Insgesamt besitzt der Abgassammler 1 somit sechs Einlassöffnungen 5, 7, die sechs Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind.
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Das Gussteil 4, das beispielsweise aus Grauguss hergestellt sein kann oder auch aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein kann, umfasst einen Turbinenflansch 9, einen Kühlerflansch 10 und einen Rohrflansch 11. Der Turbinenflansch 9 ist so ausgestaltet, dass daran eine hier nicht gezeigte zweiflutige Turbine eines Abgasturboladers befestigt werden kann. Der Turbinenflansch 9 weist eine erste Verbindungsöffnung 12 und eine zweite Verbindungsöffnung 13 auf. Die erste Verbindungsöffnung 12 dient zur fluidischen Verbindung der ersten Auslassöffnung 6 des ersten Sammelrohrs 2 mit einer hier nicht gezeigten ersten Einlassöffnung der Turbine. Die zweite Verbindungsöffnung 13 dient zur fiuidischen Verbindung der zweiten Auslassöffnung 8 des zweiten Sammelrohrs 3 mit einer hier nicht gezeigten zweiten Einlassöffnung der Turbine.
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Über den Kühlerflansch 10 kann eine fluidische Verbindung mit einem Einlass eines hier nicht gezeigten Abgaskühlers, insbesondere eines Abgasrückführkühlers, geschaffen werden. Hierzu umfasst der Kühlerflansch 10 eine dritte Verbindungsöffnung 14. Der Rohrflansch 11 dient zum Befestigen des zweiten Sammelrohrs 3. Hierzu ist im Rohrflansch 11 eine vierte Verbindungsöffnung 15 vorgesehen, die mit der zweiten Auslassöffnung 8 des zweiten Sammelrohrs 3 fluidisch verbunden ist.
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Im Inneren des Gussteils 4 ist ein Gaspfad 16 ausgebildet, der in 2 durch Pfeile angedeutet ist. Der Gaspfad 16 schafft eine fluidische Verbindung der zweiten Verbindungsöffnung 13, der dritten Verbindungsöffnung 14 und der vierten Verbindungsöffnung 15 miteinander. Zweckmäßig ist der Abgassammler 1 außerdem mit einem Steuerelement 17 ausgestattet, das in vorteilhafter Weise im Gussteil 4 angeordnet ist. Im Beispiel ist das Steuerelement 17 als Schmetterlingsklappe konzipiert. Das Steuerelement 17 ist zwischen wenigstens zwei Stellungen verstellbar. In 2 sind rein exemplarisch drei verschiedene Stellungen für das Steuerelement 17 dargestellt, nämlich eine erste Endstellung 17a, eine zweite Endstellung 17b sowie eine Zwischenstellung 17c. Es ist klar, dass grundsätzlich beliebige Zwischenstellungen 17c einstellbar sein können. Mit Hilfe des Steuerelements 17 lässt sich eine Aufteilung einer Abgasströmung, die durch die vierte Verbindungsöffnung 15 in den Gaspfad 16 eintritt, auf die zweite Verbindungsöffnung 13 und auf die dritte Verbindungsöffnung 14 steuern bzw. einstellen. Beispielsweise erfolgt in der ersten Endstellung 17a eine Aufteilung der Abgasströmung zu 100% auf die zweite Verbindungsöffnung 13. In der zweiten Endstellung 17b erfolgt eine Aufteilung der Gasströmung zu 100% auf die dritte Verbindungsöffnung 14. In der Zwischenstellung 17c erfolgt die Aufteilung der Abgasströmung sowohl auf die zweite Verbindungsöffnung 13 als auch auf die dritte Verbindungsöffnung 14, beispielsweise im Verhältnis 50:50. Es ist klar, dass sich grundsätzlich beliebige Zwischenstellung mit beliebigen Aufteilungsverhältnissen einstellen lassen, um eine quasi beliebige Abgasrückführrate einstellen zu können.
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Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist das erste Sammelrohr 2 direkt an den Turbinenflansch 9 angeschlossen, so dass die erste Auslassöffnung 6 unmittelbar an bzw. in der ersten Verbindungsöffnung 12 angeordnet ist. Beispielsweise kann das erste Sammelrohr 2 an den Turbinenflansch 9 angeschweißt sein.
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Im Beispiel sind beide Sammelrohre 2, 3 als luftspaltisolierte Sammelrohre 2, 3 ausgestaltet. Das jeweilige Sammelrohr 2, 3 besitzt dann jeweils eine Außenhülle 18 und eine Innenhülle 19, wobei zwischen Innenhülle 19 und Außenhülle 18 ein Zwischenraum 20 ausgebildet ist, der einen Spalt zur Realisierung der Luftspaltisolierung definiert. Im Beispiel ist die jeweilige Innenhülle 19 segmentiert, so dass sie jeweils mehrere Innenhüllensegmente 21 aufweist. Dabei ist zweckmäßig jeder Einlassöffnung 5 jeweils zumindest ein eigenes Innenhüllensegment 21 zugeordnet. Die einzelnen Innenhüllensegmente 21 sind ineinander gesteckt und über Schiebesitze 22 aneinander beweglich gelagert.
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Der Abgassammler 1 weist außerdem eine Stützstruktur 23 auf, mit deren Hilfe das Gussteil 4 an einem Motorblock, vorzugsweise an einem Zylinderkopf, der Brennkraftmaschine befestigt werden kann. Im Beispiel ist die Stützstruktur 23 am Turbinenflansch 9 abgestützt. Den einzelnen Einlassöffnungen 5 ist jeweils ein Einlassflansch 24 zugeordnet, um das zugehörige Sammelrohr 2, 3 im Bereich der jeweiligen Einlassöffnung 5, 7 am Motorblock, vorzugsweise am Zylinderkopf, zu fixieren. Der hier vorgestellte Abgassammler 1 ist somit im Bereich seiner Sammelrohre 2, 3 über die Einlassflansche 24 und zusätzlich im Bereich des Gussteils 4 über die Stützstruktur 23 am Motorblock festgelegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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