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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen einen Abgaskrümmer für ein Fahrzeug (z.B. ein Kraftfahrzeug), welcher ein Riss/Reißen an einem Endabschnitt eines Auslasses (z.B. eines Abgasauslasses) aufgrund von Hochtemperaturgas, welches vom Abgaskrümmer ausgegeben wird, am Auftreten hindern kann.
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Beschreibung der bezogenen Technik
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Unlängst hat die Verwendung eines Zylinderkopfs mit integriertem Abgaskrümmer eine fortlaufend ansteigende Tendenz gezeigt, um ein Downsizing-Konzept eines turboaufgeladenen Benzinmotors anzuwenden, und insbesondere wird der Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer weitgehend verwendet, um die Kraftstoffeffizienz in einem Hochgeschwindigkeits-/Hochdrehzahl-Hochlastbereich zu verbessern.
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Da der zuvor genannte Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer einen Zylinderkopf und einen Abgaskrümmer aufweist, welche integral/einstückig sind, erhöht die Temperatur eines Kühlwassers, welche durch den Abgaskrümmer erhöht wird, zusätzlich die Temperatur einer Brennkammer, sodass es möglich ist, eine geringere Kraftstoffmenge als in der bezogenen Technik zu verwenden, wodurch die Kraftstoffeffizienz in einem Hochgeschwindigkeits-/Hochdrehzahl-Hochlastbereich verbessert ist.
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Da jedoch ein solcher Abgaskrümmer mit dem Zylinderkopf integral/einstückig ist, ist die Länge eines Kanals (z.B. eines Abgaskanals) kurz und geht Abgasenergie aufgrund von Interferenzen (z.B. Abgasinterferenzen) verloren, sodass eine Niedrig-bis-Mittelgeschwindigkeit-/Mitteldrehzahlleistungsfähigkeit verschlechtert ist.
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Um ein solches Problem partiell zu lösen, ist ein Vierzylindersystem (z.B. ein Vierzylindermotor) in einer 4-2-Typ Abgasstruktur eingerichtet, sodass unter einem ersten, einem zweiten, einem dritten bzw. einem vierten Kanal 101, 102, 103 bzw. 104 der erste und der vierte Kanal 101 und 104 miteinander verbunden sind, während der zweite und der dritte Kanal 102 und 103 miteinander verbunden sind, wie es in 1 gezeigt ist, um zwei Auslässe (z.B. Abgasauslässe) an einem Endabschnitt eines Abgaskrümmers zu formen. Solch eine Struktur ist eingerichtet, um die Längen der Kanäle zu steigern und um Abgasinterferenzen zu reduzieren.
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2 ist eine Querschnittansicht, welche einen in der 1 gezeigten Auslassabschnitt zeigt, wobei ein Trennabschnitt 105 an/in einem Abschnitt geformt ist, an welchem sich die zwei Auslässe treffen.
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Wenn jedoch solch ein Trennabschnitt 105 kontinuierlich einem Hochtemperaturabgas ausgesetzt ist, entsteht ausgehend von einem Endabschnitt 105-1 ein Riss aufgrund einer Beschränkung eines Eigenschaftwerts (z.B. einer Beschränkung aufgrund einer Materialeigenschaft) des aus Aluminium gemachten Zylinderkopfs 100 mit integriertem Abgaskrümmer.
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Um solch ein Problem zu lösen kann erwogen werden, einen Wassermantel 106 an einer Position nahe dem Trennabschnitt zu formen. Jedoch kann eine solche Konfiguration mit einer herkömmlichen Formstruktur nicht erreicht werden, da es unmöglich ist, den Wassermantel in der Längsrichtung erstreckt zu formen (z.B. die Wassermäntel längs zu verbinden), und eine 4-2-Typ Abgasstruktur kann nicht geformt werden aufgrund von Beschränkungen in der Struktur und Gestalt bei der Herstellung des (Abgas-)Auslasses an einer Position nahe dem Wassermantel.
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Darüber hinaus kann der Trennabschnitt geformt sein, um Dicker als der in der bezogenen Technik zu sein, sodass die Haltbarkeit des Trennabschnitts verbessert ist. Jedoch ist in diesem Fall die Querschnittsfläche des Auslasses (der Auslässe) reduziert, sodass der Abgas(strömungs)widerstand erhöht ist.
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Die in diesem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung“ offenbarten Informationen dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollen nicht als eine Bestätigung oder irgendeine Form von Vorschlag verstanden werden, dass diese Informationen den Stand der Technik bilden, der dem Fachmann schon bekannt ist.
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Erläuterung der Erfindung
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Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, eine Abgasausgabevorrichtung für ein Fahrzeug (z.B. ein Kraftfahrzeug) zum Verhindern eines Risses/Reißens an einem Trennabschnitt (z.B. einem Stegabschnitt, z.B. einem plattenförmigen Vorsprung) bereitzustellen, welcher Riss / welches Reißen an einem Endabschnitt eines Auslasses (z.B. eines Abgasauslasses) aufgrund einer kontinuierlichen Hochtemperaturabgasexposition auftritt.
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Gemäß zahlreichen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung zum Ausgeben von Abgas eines Fahrzeugs aufweisen einen Auslass (z.B. einen Abgasauslass), welcher einen ersten Zusammenführungsteil, an welchem zumindest zwei Kanäle unter Kanälen eines Abgaskrümmers, die/der mit einem Zylinder (z.B. einer Brennkammer) verbunden sind/ist (z.B. sind die Kanäle des Abgaskrümmers mit einem zugehörigen Zylinder verbunden), zusammengeführt sind, und einen zweiten Zusammenführungsteil formt, an welchem die verbleibenden Kanäle zusammengeführt sind, und ein Verbindungselement, das einen Einlass (z.B. einen Abgaseinlass) aufweist, durch welchen Abgas, das durch den Auslass hindurch ausgegeben wird, hindurch eingeführt wird, und das einen Trennabschnitt (z.B. in Form eines Stegs oder eines plattenförmigen Vorsprungs) aufweist, welcher im Einlass in Richtung zum Auslass hin geformt ist, um den ersten Zusammenführungsteil und den zweiten Zusammenführungsteil voneinander zu trennen/separieren.
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Eine finale Grenzfläche (z.B. eine Endgrenzfläche) kann zwischen dem ersten Zusammenführungsteil und dem zweiten Zusammenführungsteil eingerichtet sein, und ein Spalt kann zwischen der finalen Grenzfläche und einem Endabschnitt des Trennabschnitts, welcher der finalen Grenzfläche zugewandt ist, angeordnet sein.
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Eine Nut (z.B. allgemein: eine Aussparung), welche eine Breite hat, die größer als eine Dicke des Trennabschnitts ist, kann an einem Zwischenabschnitt (z.B. einem Mittenabschnitt) der finalen Grenzfläche angeordnet sein, um den Spalt zu formen.
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Beide Seitenflächen, welche ausgehend von einer unteren Fläche der Nut fortgesetzt sind, können eingerichtet sein, um eine Gestalt zu haben, die erweiternd geöffnet ist, wobei sie (die Gestalt) ausgehend von der unteren Fläche in Richtung zu einer Außenseite hin breiter wird (z.B. hat die Nut an ihrer unteren Fläche (geschlossene Seite) eine kleinere Breite als an ihrem oberen Ende (offenen Seite), d.h., die Nut hat z.B. im Wesentlichen eine Trapezgestalt).
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Wassermäntel können an einem unteren Abschnitt angrenzend zum ersten Zusammenführungsteil und an einem oberen Abschnitt angrenzend zum zweiten Zusammenführungsteil geformt sein.
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Der Abgaskrümmer kann eingerichtet sein, um mit einem Zylinderkopf integral/einstückig zu sein.
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Das Verbindungselement kann eingerichtet sein, um mit einem Turbolader (z.B. einem Turboladergehäuse) integral/einstückig zu sein.
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Es ist zu verstehen, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-...“ oder irgendwelche ähnlichen Begriffe, welche hier verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen einschließt wie z.B. Personenkraftfahrzeuge, einschließlich sogenannter Sportnutzfahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, zahlreiche kommerzielle Fahrzeuge, sowie z.B. Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl an Booten und Schiffen, sowie auch z.B. Flugzeuge und dergleichen, und ferner auch Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge für alternative Treibstoffe (z.B. Treibstoffe, welche aus anderen Ressourcen als Erdöl hergestellt werden). Ein sogenanntes Hybridfahrzeug, auf welches hier Bezug genommen wird, ist ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Energiequellen hat, z.B. Fahrzeuge, welche sowie mit Benzin als auch elektrisch betrieben werden.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder darin detaillierter ausgeführt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Ansicht, welche einen Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer zeigt.
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2 ist eine Querschnittansicht, welche einen in der 1 gezeigten Auslassabschnitt (z.B. einen Abgasauslassabschnitt) zeigt.
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3 ist eine Querschnittansicht, welche eine Struktur zeigt, in der ein Trennabschnitt in einem Auslass gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
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4 ist eine Ansicht, welche eine Struktur eines Turbinengehäuses (z.B. eines Turboladers) zeigt, welches einen Trennabschnitt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
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5 ist eine Ansicht, welche die Gestalt eines Spalts erläutert, der zwischen einem Abgaskrümmer und einem Trennabschnitt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geformt ist.
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Es sollte klar sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Merkmalen darstellen, welche die Grundprinzipien der Erfindung aufzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, unter anderem z.B. konkrete Abmessungen, Richtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben ist, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüchen definiert, enthalten sein können.
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In Übereinstimmung mit zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist eine Vorrichtung zum Ausgeben von Abgas eines Fahrzeugs (z.B. eines Kraftfahrzeugs) einen Auslass (z.B. einen Abgasauslass) 11, welcher an/in einem Abgaskrümmer geformt ist, und ein Verbindungselement auf, welches einen Trennabschnitt (z.B. in Form eines Stegs oder eines plattenförmigen Vorsprungs) 23 aufweist.
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Als erstes ist die vorliegende Erfindung im Detail mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben, wobei der Auslass 11 einen ersten Zusammenführungsteil 11a, an welchem zumindest zwei Kanäle unter Kanälen (z.B. Abgaskanälen) eines Abgaskrümmers 25, welche/welcher mit einem Zylinder 30 verbunden sind/ist, zusammengeführt sind, und einen zweiten Zusammenführungsteil 11b aufweist, an welchem die verbleibenden Kanäle zusammengeführt sind.
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Hier kann in Übereinstimmung mit zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Abgaskrümmer 25 eingerichtet sein, um mit einem Zylinderkopf 10 integral/einstückig zu sein. Im Falle eines Vierzylindermotors können ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Kanal eines Abgaskrümmers eingerichtet sein, sodass der erste und der vierte Kanal zusammengeführt sind, um den ersten Zusammenführungsteil 11a zu formen, und der zweite und der dritte Kanal zusammengeführt sind, um den zweiten Zusammenführungsteil 11b zu formen. Dementsprechend ist der Auslass 11 an einem Endabschnitt der Kanäle geformt, d.h., an einem Abschnitt, an welchem der erste Zusammenführungsteil 11a und der zweite Zusammenführungsteil 11b aufeinander treffen, sodass eine 4-2-Typ Abgasstruktur durch den nachfolgend beschriebenen Trennabschnitt 23 implementiert werden kann.
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Insbesondere kann in Übereinstimmung mit zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Verbindungselement mit einem Turbolader integral/einstückig sein. In diesem Fall ist das Verbindungselement ein Turboladergehäuse (z.B. ein Turbinengehäuse) (nachfolgend als „Turbinengehäuse“ bezeichnet).
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Das heißt, das Turbinengehäuse 20 ist eingerichtet, um eine Gestalt zu haben, welche die Turbine des Turboladers 35 umgibt, und um einen Einlass (z.B. einen Abgaseinlass) 21 an einem Endabschnitt davon zu haben, sodass der Turbine durch das Abgas Antriebsleistung (z.B. zum Drehen der Turbine) bereitgestellt wird, wobei der Einlass 21 mit dem Auslass 11 verbunden ist, sodass Abgas, welches durch den Auslass 11 hindurch ausgegeben wird, durch den Einlass 21 hindurch in das Turbinengehäuse 20 eingeführt wird.
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Darüber hinaus ist der Trennabschnitt 23 geformt, um im Einlass 21 in Richtung zum Auslass 11 hin vorzustehen, sodass der Trennabschnitt 23 angeordnet sein kann, um den ersten Zusammenführungsteil 11a und den zweiten Zusammenführungsteil 11b voneinander zu trennen/separieren. In diesem Fall kann der Trennabschnitt 23 geformt sein, um im Einlass 21 integral/einstückig mit dem Turbinengehäuse 20 zu sein (z.B. kann der mit dem Turbinengehäuse 20 einstückige Trennabschnitt 23 z.B. teilweise im Einlass 21 angeordnet sein).
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Gemäß einer solchen Konfiguration ist der Trennabschnitt 23 mit dem Turbinengehäuse 20 einstückig/integral und erstreckt sich zur Innenseite des Auslasses 11 hin, sodass der Endabschnitt des Trennabschnitts 23 geformt ist, um nicht abgeschnitten zu sein, sondern mit dem Inneren des Einlasses 21 verbunden zu sein (z.B. ragt der Trennabschnitt in das Innere des Einlasses 21 hinein und z.B. steht der Trennabschnitt ausgehend vom Einlass vor), wodurch die Haltbarkeit des Endabschnitts des Trennabschnitts gegenüber dem in der bezogenen Technik verbessert ist und deshalb grundsätzlich die Ursache für einen Riss / ein Reißen verhindert wird.
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Bezugnehmend auf die 5 kann in Übereinstimmung mit zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Spalt „t” zwischen einer finalen Grenzfläche (z.B. einer Endgrenzfläche) 13, welche zwischen dem ersten Zusammenführungsteil 11a und dem zweiten Zusammenführungsteil 11b geformt ist, und dem Endabschnitt des Trennabschnitts 23, welcher der finalen Grenzfläche 13 zugewandt ist, geformt sein.
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Das heißt, wenn der Trennabschnitt 23 und der Abgaskrümmer 25 durch das Abgas thermisch expandieren, tritt zwischen diesen aufgrund des Spalts „t” keine Beeinflussung auf.
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Darüber hinaus kann eine Nut 15, welche eine Breite L hat, die größer als die Dicke des Trennabschnitts 23 ist, an einem Zwischenabschnitt/Mittenabschnitt der finalen Grenzfläche 13 geformt sein, um den Spalt „t“ zwischen der finalen Grenzfläche 13 und dem Endabschnitt des Trennabschnitts 23 zu formen.
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Zum Beispiel sind beide Seitenflächen 15b, welche ausgehend von der unteren Fläche 15a der Nut 15 fortgesetzt sind, geformt, um eine Gestalt zu haben, welche erweiternd geöffnet ist, wobei sie (die Gestalt) ausgehend von der unteren Fläche 15a in Richtung zur Außenseite hin breiter wird (z.B. hat die Nut an ihrer unteren Fläche (geschlossene Seite) eine kleinere Breite als an ihrem oberen Ende (offenen Seite), d.h., die Nut hat z.B. im Wesentlichen eine Trapezgestalt).
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Das heißt, durch den Spalt „t”, der durch die konkav gestaltete Nut 15 an/in der finalen Grenzfläche 13 geformt ist, wird eine Abgasinterferenz maximal verhindert, während ein gegenseitiger Kontakt zwischen dem Abgas, welches durch den ersten Zusammenführungsteil 11a und den zweiten Zusammenführungsteil 11b hindurch ausgegeben wird, minimiert ist, sodass das Abgas sanft durch den Auslass 11 (z.B. jeden der Zusammenführungsteile) hindurch ausgegeben wird. Deshalb kann die Fahrleistung eines Fahrzeugs in einem Nieder-bis-Mitteldrehzahl-/Geschwindigkeitsbereich verbessert sein.
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Darüber hinaus, da der Endabschnitt des Trennabschnitts 23 geformt ist, um nicht abgeschnitten zu sein, sondern mit dem Inneren des Einlasses 21 verbunden zu sein, wie es oben beschrieben ist, ist ein Merkmal bereitgestellt, um gegenüber einer Gasleckage widerstandsfähig zu sein, sodass eine überlegene Eigenschaft in Anbetracht der Gesamtabdichtung vorliegt, sogar ohne das Anwenden eines Dichtungselements, wie beispielsweise einer Dichtung, welche in der bezogenen Technik am Endabschnitt des Trennabschnitts verwendet wird.
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Darüber hinaus kann die Hochtemperaturhaltbarkeit verbessert sein, sogar ohne einen separaten Wassermantel, welcher angrenzend zum Trennabschnitt 23 geformt ist, und die Länge der Kanäle wird (bleibt) groß, da die 4-2-Typ Abgasstruktur nicht geändert wird, sodass eine Abgasinterferenz maximal verhindert werden kann, um die Leistungsfähigkeit in einem Niederdrehzahlbereich/Niedergeschwindigkeitsbereich zu verbessern.
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Andererseits können Wassermäntel 17 an einem unteren Abschnitt angrenzend zum ersten Zusammenführungsteil 11a bzw. an einem oberen Abschnitt angrenzend zum zweiten Zusammenführungsteil 11b im Zylinderkopf 10 geformt sein, wodurch zur Verbesserung der Hochtemperaturhaltbarkeit beigetragen wird.
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Darüber hinaus ermöglicht es die vorliegende Erfindung, im Gegensatz zur bezogenen Technik, in welcher ein Trennabschnitt aus Aluminium geformt sein muss, um eine Dicke von etwa 12 mm zu haben, dass eine Dicke des Trennabschnitts 23 auf einen Betrag von etwa 4 bis 5 mm reduziert sein kann aufgrund der Materialeigenschaft des Turbinengehäuses 20, welches eine Hochtemperaturhaltbarkeit hat, sodass der Abgas(strömungs)widerstand stark reduziert ist durch eine Erhöhung der Querschnittsfläche des Auslasses 11, wodurch die Fahrleistung weiter verbessert ist.
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In Übereinstimmung mit den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Haltbarkeit des Trennabschnitts in einer Zylinderkopfstruktur mit integriertem Abgaskrümmer sichergestellt, sodass das Auftreten eines Risses am/im Trennabschnitt verhindert werden kann. Darüber hinaus, da die Dicke des Trennabschnitts minimiert ist, ist der Abgas(strömungs)widerstand durch einer Erhöhung der Querschnittsfläche des Auslasses reduziert, wodurch die Fahrleistung des Fahrzeugs in einem Niedergeschwindigkeitsbereich/Niederdrehzahlbereich verbessert ist.
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Zur Erleichterung der Erklärung und zur genauen Definition der beigefügten Ansprüche werden die Begriffe „ober(e)“ oder „unter(e)“, „inner(e)“ oder „außen/äußere“ und etc. verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf Positionen dieser Merkmale, welche in den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben.
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Die vorhergehenden Beschreibungen von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienten dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
