DE102015112718B4 - Abgasleitung für einen Turboverbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Eine Abgasleitung (9) für einen Turboverbrennungsmotor zum Verbinden eines Turboladers (TC) mit einem Aufwärm-Katalysator (21), die Abgasleitung (9) aufweisend:einen Flansch (11), der ein Ende, das mit dem Turbolader (TC) verbunden wird, und einen Einschubabschnitt (11a) hat, der an einem anderen Ende davon ausgebildet ist, undeinen Konusabschnitt (10), der durch Verbinden eines Unterkonus (13) mit einem Oberkonus (17) gebildet ist, wobei der Konusabschnitt (10) aufweist einen Einlass (15), der an einem ersten Ende des Konusabschnittes (10) ausgebildet ist, wo der Einschubabschnitt (11a) des Flansches (11) darin eingesetzt ist und durch Schweißen entlang eines Umfangs (W) des Einlasses (15) verbunden ist, und einen Auslass (19), der an einem zweiten Ende des Konusabschnittes (10) ausgebildet ist, wo ein Einlass des Aufwärm-Katalysators (21) verbunden wird,wobeider Einlass (15), in welchen der Einschubabschnitt (11a) des Flansches (11) eingesetzt ist, an dem ersten Ende des Unterkonus (13) in einer Ellipsenform ausgebildet ist, und ein gestufter Abschnitt (13a) in einer vorbestimmten Distanz vom Einlass zum Auslass (19) hin in dem Unterkonus ausgebildet ist,ein Einsteckende (17a), das in den gestuften Abschnitt (13a) des Unterkonus (13) eingesetzt wird, in dem Oberkonus (17) ausgebildet ist, unddas Einsteckende (17a) in den gestuften Abschnitt (13a) eingesetzt ist und ein Außenumfang eines Überlappungsabschnittes geschweißt ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • (a) Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasleitung für einen Turboverbrennungsmotor (z.B. Turbolader-Verbrennungsmotor) und insbesondere eine Abgasleitung zum Verbinden eines Turboladers mit einem Aufwärm-Katalysator (z.B. elektrisch beheizbaren (Metall-)Katalysator oder Metallträger-Katalysator), um Schweißprozesse zum Verbinden dieser Elemente zu reduzieren und die Haltbarkeit zu verbessern.
  • (b) Beschreibung der bezogenen Technik
  • Im Allgemeinen sind ein Turbolader und ein Aufwärm-Katalysator durch eine Abgasleitung miteinander verbunden.
  • Aus einem Verbrennungsmotor ausgelassenes Abgas strömt in den Turbolader und wird dann durch die Abgasleitung vom Turbolader aus dem Aufwärm-Katalysator zugeführt.
  • Das Abgas von dem Aufwärm-Katalysator wird durch einen Schalldämpfer zur Außenseite eines Fahrzeugs (z.B. Kraftfahrzeugs) ausgelassen.
  • Die Abgasleitung ist im Allgemeinen durch Schweißen mit einem Flansch verbunden.
  • Insbesondere ist ein Einlass der Abgasleitung direkt an den Flansch angeschweißt. Somit ist ein Schweißabschnitt dem Abgas ausgesetzt, und Risse können in dem Schweißabschnitt gebildet werden, sodass das Abgas dorthindurch entweichen kann.
  • Insbesondere kann das von dem Turbolader bei einer hohen Temperatur ausgelassene Abgas einen Wärmeschaden am Schweißabschnitt der Abgasleitung verursachen und kann thermische Ermüdung verursachen, sodass Risse in dem Schweißabschnitt gebildet werden.
  • Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und können somit Informationen enthalten, die nicht Stand der Technik bilden, welcher dem Fachmann in diesem Land bekannt ist.
  • Weiter ist aus der CN 2 01 635 807 U , der CN 2 03 335 189 U und der US 2014 / 0 060 690 A1 jeweils eine Abgasleitung für einen Turboverbrennungsmotor zum Verbinden eines Turboladers mit einem Aufwärm-Katalysator, die Abgasleitung aufweisend: einen Flansch, der ein Ende, das mit dem Turbolader verbunden wird, und einen Konusabschnitt, der durch Verbinden eines Unterkonus mit einem Oberkonus gebildet ist, wobei der Konusabschnitt aufweist einen Einlass, der an einem ersten Ende des Konusabschnittes ausgebildet ist, welches durch Schweißen entlang eines Umfangs des Einlasses verbunden ist, und einen Auslass, der an einem zweiten Ende des Konusabschnittes ausgebildet ist, wo ein Einlass des Aufwärm-Katalysators verbunden wird.
  • Weitere Abgasleitungen und verwandte Strukturen sind aus der KR 10 0 444 661 B1 , der JP H06- 7 827 U und der KR 10 0 885 667 B1 bekannt.
  • Erläuterung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Abgasleitung für einen Turboverbrennungsmotor bereit, die die Vorteile hat, dass vermieden wird, dass ein Schweißabschnitt einem Abgas direkt ausgesetzt wird, um Wärmeschäden an dem Schweißabschnitt zu verhindern.
  • Hierzu stellt die vorliegende Erfindung eine Abgasleitung für einen Turboverbrennungsmotor nach Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • In wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet eine Abgasleitung (z.B. Abgasrohr) für einen Turboverbrennungsmotor einen Turbolader mit einem Aufwärm-Katalysator. Die Abgasleitung weist erfindungsgemäß einen Flansch, der ein Ende, welches mit dem Turbolader verbunden wird (bzw. ist), und einen Einschubabschnitt hat, welcher an dem anderen Ende davon ausgebildet ist, und einen Konusabschnitt, der durch Verbinden eines Unterkonus mit einem Oberkonus (z.B. durch komplementäres Eingreifen eines Unterkonus in einen Oberkonus) gebildet ist, auf, wobei der Konusabschnitt einen Einlass, der an einem ersten Ende des Konusabschnittes ausgebildet ist, wo der Einschubabschnitt des Flansches darin eingesetzt ist und durch Schweißen entlang eines Umfangs des Einlasses verbunden ist, und einen Auslass hat, der an einem zweiten Ende davon ausgebildet ist, wo ein Einlass des Aufwärm-Katalysators verbunden wird (bzw. ist).
  • Der Einlass, in welchen der Einschubabschnitt des Flansches eingesetzt ist, ist erfindungsgemäß an dem ersten Ende des Unterkonus in einer Ellipsenform ausgebildet, und ein gestufter Abschnitt ist erfindungsgemäß an dem Unterkonus in Distanz (z.B. im Abstand) vom Einlass zum Auslass hin ausgebildet. Ferner ist erfindungsgemäß ein Einsteckende, das in den gestuften Abschnitt des Unterkonus eingesetzt wird, an dem Oberkonus ausgebildet, und das Einsteckende ist erfindungsgemäß in den gestuften Abschnitt eingesetzt sein und ein Außenumfang eines Überlappungsabschnittes ist geschweißt.
  • Ein oberer Abschnitt des Einschubabschnittes kann weiter hervorstehen (z.B. weiter hervorstehend ausgebildet sein) als ein unterer Abschnitt davon.
  • Wenigstens ein Teil des Einsteckendes kann zwischen dem Einschubabschnitt und dem gestuften Abschnitt (z.B. in den Zwischenraum zwischen dem Einschubabschnitt und dem gestuften Abschnitt) eingesetzt sein.
  • Der Flansch, der Unterkonus und der Oberkonus können aus dem gleichen Material gebildet (z.B. hergestellt) sein.
  • Das Material kann ein Austenit-Material (z.B. austenitisches Stahlmaterial) sein.
  • Erläuterung der Zeichnungen
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Abgasleitung für einen Turboverbrennungsmotor gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine Seiten-Explosionsansicht der Abgasleitung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus 1.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus 1.
    • 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Abgasleitung für einen Turboverbrennungsmotor gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 ist eine Seiten-Explosionsansicht der Abgasleitung gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII aus 5.
  • Detaillierte Beschreibung
  • In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sind nur bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einfach im Wege der Veranschaulichung gezeigt und beschrieben.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zwecke der Beschreibung von besonderen Ausführungsformen und ist nicht beabsichtigt, für die Erfindung einschränkend zu sein. Wie hierin verwendet, sind die singularischen Formen „ein, eine“ und „der, die, das“ dazu beabsichtigt, ebenso die pluralischen Formen zu enthalten, soweit nicht der Kontext deutlich etwas Anderes angibt. Es wird weiter verstanden, dass die Begriffe „aufweisen“ und/oder „aufweisend“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von ein oder mehreren weiteren Merkmalen, Ganzzahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Begriff „und/oder“ jede und alle Kombinationen von ein oder mehreren der dazugehörigen aufgelisteten Elemente. In der gesamten Beschreibung wird, soweit nicht explizit das Gegenteil beschrieben wird, das Wort „aufweisen“ und Variationen wie „weist auf“ oder „aufweisend“ so verstanden, dass es den Einbezug der genannten Elemente impliziert, aber nicht den Ausschluss von irgendwelchen weiteren Elementen. Außerdem bedeuten die in der Beschreibung erläuterten Begriffe „Einheit“ und „Modul“ Einheiten zum Verarbeiten wenigstens einer Funktion und Operation und können durch Hardware-Komponenten oder Software-Komponenten und Kombinationen davon implementiert werden.
  • Wie einem Fachmann ersichtlich, können die erläuterten Ausführungsformen verschiedenartig modifiziert werden, ohne dabei vom Sinn oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Ein Teil, das für die Beschreibung irrelevant ist, wird weggelassen, um die vorliegende Erfindung klar zu beschreiben, und gleiche oder ähnliche Elemente werden in der gesamten Beschreibung durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In den Zeichnungen sind die Dicken von Schichten, Filmen, Paneelen, Bereichen usw. zur Klarheit übertrieben dargestellt.
  • Es wird verstanden, dass die Begriffe „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere ähnliche Begriffe wie sie hierin verwendet werden, einschließend sind für allgemeine Kraftfahrzeuge wie Personenfahrzeuge inklusive Geländewagen (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plugin-Hybridfahrzeuge, Wasserstoff-angetriebene Fahrzeuge und andere alternative Kraftstoff-Fahrzeuge (z.B. Kraftstoffe, die von Ressourcen außer Mineralöl stammen) mit einschließen. Wie hierin darauf verwiesen, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Kraftquellen hat, zum Beispiel sowohl benzin-angetriebene als auch elektrisch-angetriebene Fahrzeuge.
  • Weiterhin kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht-flüchtiges computerlesbares Medium auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt sein, das ausführbare Programmanweisungen enthält, welche durch einen Prozessor, eine Steuerung oder dergleichen durchgeführt werden. Beispiele der computerlesbaren Medien beinhalten - sind jedoch nicht darauf beschränkt - ROM, RAM, Kompaktdisk-(CD)-ROM, Magnetbänder, Diskettenlaufwerke, Flash-Laufwerke, Smart-Cards und optische Datenspeichereinrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenso in Netzwerk-gekoppelten Computersystemen verteilt (z.B. übertragbar) sein, sodass das computerlesbare Medium auf eine verteilte (z.B. übertragbare) Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, zum Beispiel durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Abgasleitung für einen Turboverbrennungsmotor gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine Seiten-Explosionsansicht der Abgasleitung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus 1, und 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV aus 1.
  • Bezugnehmend auf die 1 bis 4 kann eine Abgasleitung 9 für einen Turboverbrennungsmotor gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Turbolader TC mit einem Aufwärm-Katalysator 21 verbinden und weist vorzugsweise einen Flansch 11 und einen Konusabschnitt (z.B. konusförmigen Abschnitt) 10 auf.
  • Ein Ende des Flansches 11 ist mit dem Turbolader TC verbunden, und ein Einschubabschnitt 11a ist an dem anderen Ende des Flansches 11 ausgebildet.
  • Der Konusabschnitt 10 ist durch Verbinden eines Unterkonus (z.B. Unterteilkonus) 13 mit einem Oberkonus (z.B. Oberteilkonus) 17 (z.B. durch Steckverbindung eines Unterkonus mit einem Oberkonus) gebildet. Außerdem ist ein Einlass 15 mit einer Ellipsenform an einem ersten Ende des Konusabschnittes 10 ausgebildet, in welches der Einschubabschnitt 11a des Flansches 11 eingesetzt wird, und ein Auslass 19 ist an einem zweiten Ende des Konusabschnittes 10 ausgebildet, an welches ein Einlass des Aufwärm-Katalysators 21 angeschlossen wird (bzw. ist).
  • Der ellipsenförmige Einlass 15 ist an dem ersten Ende des Unterkonus-Abschnittes 13 ausgebildet, in welches der Einschubabschnitt 11a des Flansches 11 eingesetzt ist, und ein gestufter Abschnitt (z.B. radial aufgeweiteter Abschnitt) 13a ist in dem Unterkonus 13 in Distanz (z.B. im Abstand) zum Einlass 15 zum Auslass 19 hin ausgebildet.
  • Die Verbindung des Flansches 11 mit dem Konusabschnitt 10 wird realisiert, indem der Einschubabschnitt 11a des Flansches 11 in den Einlass 15 des Konusabschnittes 10 eingesetzt wird und ein Außenumfang eines Überlappungsabschnittes entlang des Umfangs W des Einlasses 15 geschweißt wird.
  • Ein oberer Abschnitt des Einschubabschnittes 11a steht weiter hervor (z.B. weiter hervorstehend ausgebildet) als ein unterer Abschnitt davon.
  • Somit kann eine thermische Beanspruchung aufgrund des Schweißens und eine thermische Beanspruchung aufgrund des Abgases reduziert werden.
  • Ein Einsteckende 17a, das in den gestuften Abschnitt 13a des Unterkonus 13 eingesetzt wird, ist in dem Unterkonus 17 ausgebildet, und das Einsteckende 17a ist in den gestuften Abschnitt 13a eingesetzt, und ein Außenumfang eines Überlappungsabschnitts ist geschweißt.
  • Wenigstens ein Teil des Einsteckendes 17a ist zwischen dem Einschubabschnitt 11a und dem gestuften Abschnitt 13a (z.B. in den Zwischenraum zwischen Einschubabschnitt 11a und gestufter Abschnitt 13a) eingesetzt, und somit kann die Konzentration von thermischer Beanspruchung reduziert und die Beschädigung durch Vibration reduziert werden.
  • Der Auslass 19 wird gebildet durch einen an einem Ende des Unterkonus 13 ausgebildeten (z.B. halbkreisförmigen) Unterkonus-Auslass 19a und einen an einem Ende des Oberkonus 17 ausgebildeten (z.B. halbkreisförmigen) Oberkonus-Auslass 19.
  • Der Unterkonus 13 und der Oberkonus 17 können aus dem gleichen Material gebildet (z.B. hergestellt) sein, sodass der Schweißprozess leicht durchgeführt werden kann. Das Material kann ein Austenit-Material (z.B. austenitisches Stahlmaterial) sein.
  • Nachfolgend wird eine Abgasleitung 109 für einen Turboverbrennungsmotor gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diskutiert.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Abgasleitung für einen Turboverbrennungsmotor gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 6 ist eine Seiten-Explosionsansicht der Abgasleitung gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII aus 5.
  • Bezugnehmend auf die 5 bis 7 weist eine Abgasleitung 109 für einen Turboverbrennungsmotor gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Flansch 111 und einen Konusabschnitt 110 auf.
  • Der Konusabschnitt 110 weist einen Unterkonus 113 und einen Oberkonus 117 auf, und ein gestufter Abschnitt 113a ist in dem Unterkonus 113 von einem Einlass 115 aus zu einem Auslass 119 des Unterkonus 113 hin entlang eines offenen Abschnitts ausgebildet.
  • Ein Einsteckende 117a ist an dem Unterkonus 117 korrespondierend zum offenen Abschnitt des Unterkonus 113 ausgebildet, das Einsteckende 117a wird in den gestuften Abschnitt 113a eingesetzt, und dann wird ein Außenumfang eines Überlappungsabschnitts geschweißt.
  • Ein Ende 115a des Unterkonus 113 und ein Ende 115b des Oberkonus 117 bilden durch Verbinden des Unterkonus 113 mit dem Oberkonus 117 den Einlass 115, und ein Einschubabschnitt 111a des Flansches 111 ist in den Einlass 115 eingesetzt.
  • Der Auslass 119 wird gebildet durch einen Unterkonus-Auslass 119a und einen Oberkonus-Auslass 119b, die jeweilig an den anderen Enden des Unterkonus 113 bzw. des Oberkonus 117 gebildet sind.
  • Ein oberer Abschnitt des Einschubabschnittes 111a steht weiter hervor als ein unterer Abschnitt davon.
  • Somit können eine thermische Beanspruchung aufgrund des Schweißens und eine thermische Beanspruchung aufgrund des Abgases reduziert werden.
  • Da die Einschubabschnitte 11a und 111a der Flansche 11 und 111 in einer Ellipsenform ausgebildet sind, werden somit in den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Schweißabschnitte W vergrößert und die Beanspruchung kann verteilt werden. Auch kann die Verbindungsfestigkeit in den Schweißabschnitten W verbessert werden.
  • Da die Einschubabschnitte 11a und 111a der Flansche 11 und 111 in den Einlässen 15 und 115 der Konusabschnitte 10 und 110 eingesetzt werden und dann die äußeren Umfänge der Überlappungsabschnitte geschweißt werden, sind die Schweißabschnitte W nicht direkt dem Abgas mit hoher Temperatur ausgesetzt. So kann die thermische Ermüdung in dem Schweißabschnitt W reduziert werden und die Haltbarkeit kann verbessert werden.
  • Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was derzeit als praktische beispielhafte Ausführungsform angesehen wird, sollte es verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern durch die angehängten Ansprüche definiert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 9, 109
    Abgasleitung
    10, 110
    Konusabschnitt
    11, 111
    Flansch
    11a, 111a
    Einschubabschnitt
    13, 113
    Unterkonus
    13a, 113a
    Gestufter Abschnitt
    15, 115
    Einlass
    115a
    Ende des Unterkonus
    115b
    Ende des Oberkonus
    17, 117
    Oberkonus
    17a, 117a
    Einsteckende
    19, 119
    Auslass
    19a, 119a
    Unterkonus-Auslass
    119b
    Oberkonus-Auslass
    21
    Katalysator
    TC
    Turbolader
    W
    Umfang / Schweißabschnitt

Claims (5)

  1. Eine Abgasleitung (9) für einen Turboverbrennungsmotor zum Verbinden eines Turboladers (TC) mit einem Aufwärm-Katalysator (21), die Abgasleitung (9) aufweisend: einen Flansch (11), der ein Ende, das mit dem Turbolader (TC) verbunden wird, und einen Einschubabschnitt (11a) hat, der an einem anderen Ende davon ausgebildet ist, und einen Konusabschnitt (10), der durch Verbinden eines Unterkonus (13) mit einem Oberkonus (17) gebildet ist, wobei der Konusabschnitt (10) aufweist einen Einlass (15), der an einem ersten Ende des Konusabschnittes (10) ausgebildet ist, wo der Einschubabschnitt (11a) des Flansches (11) darin eingesetzt ist und durch Schweißen entlang eines Umfangs (W) des Einlasses (15) verbunden ist, und einen Auslass (19), der an einem zweiten Ende des Konusabschnittes (10) ausgebildet ist, wo ein Einlass des Aufwärm-Katalysators (21) verbunden wird, wobei der Einlass (15), in welchen der Einschubabschnitt (11a) des Flansches (11) eingesetzt ist, an dem ersten Ende des Unterkonus (13) in einer Ellipsenform ausgebildet ist, und ein gestufter Abschnitt (13a) in einer vorbestimmten Distanz vom Einlass zum Auslass (19) hin in dem Unterkonus ausgebildet ist, ein Einsteckende (17a), das in den gestuften Abschnitt (13a) des Unterkonus (13) eingesetzt wird, in dem Oberkonus (17) ausgebildet ist, und das Einsteckende (17a) in den gestuften Abschnitt (13a) eingesetzt ist und ein Außenumfang eines Überlappungsabschnittes geschweißt ist.
  2. Die Abgasleitung (9) nach Anspruch 1, wobei ein oberer Abschnitt des Einschubabschnittes (11a) weiter hervorsteht als ein unterer Abschnitt davon.
  3. Die Abgasleitung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei wenigstens ein Teil des Einsteckendes (17a) zwischen dem Einschubabschnitt (11a) und dem gestuften Abschnitt (13a) eingesetzt ist.
  4. Die Abgasleitung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Flansch (11), der Unterkonus (13) und der Oberkonus (17) aus einem gleichen Material gebildet sind.
  5. Die Abgasleitung (9) nach Anspruch 4, wobei das Material ein Austenit-Material ist.
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