DE102015113137B4

DE102015113137B4 - Abgasgehäuse

Info

Publication number: DE102015113137B4
Application number: DE102015113137.4A
Authority: DE
Inventors: Alexander Hornung; Markus Geminn; Andreas Steigert; Adam Karch
Original assignee: Tenneco GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2035-08-11
Also published as: DE102015113137A1; CN107849964A; WO2017025470A1; US20180223720A1

Abstract

Gasführendes Abgasgehäuse (1) einer Brennkraftmaschine mit einem eine Mittelachse (1.5) und mehrere Krümmerrohrstutzen (1.4, 1.4', 1.4") aufweisenden Krümmerabschnitt (1.1) zum Befestigen an einer Flanschplatte (3) zum Anschließen an einen Zylinder (7) einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Mittelachse (1.6) aufweisenden Katalysatorgehäuseabschnitt (1.2) und mit einem stromab des Katalysatorgehäuseabschnitts (1.2) vorgesehenen Abgasrohrstutzenabschnitt (1.3) zum Anschließen an eine weiterführende Abgasanlage, wobei der Krümmerabschnitt (1.1) mit dem Katalysatorgehäuseabschnitt (1.2) und mit dem Abgasrohrstutzenabschnitt (1.3) ein zweischaliges Abgasgehäuse (1) bildet mit einer ersten Halbschale (1a) und einer zweiten Halbschale (1b), wobei beide Halbschalen (1a, 1b) eine zumindest abschnittsweise parallel zur Mittelachse (1.5, 1.6) verlaufende Teilungsebene T aufweisen, wobei der Krümmerabschnitt (1.1) mehrere integrale Krümmerrohrstutzen (1.4, 1.4', 1.4") aufweist, die unmittelbar an eine Flanschplatte anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Krümmerrohrstutzen (1.4, 1.4', 1.4") als Durchzug innerhalb der ersten Halbschale (1a) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein gasführendes Abgasgehäuse einer Brennkraftmaschine mit einem eine Mittelachse und mehrere Krümmerrohrstutzen aufweisenden Krümmerabschnitt zum Befestigen an einer Flanschplatte zum Anschließen an einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Mittelachse aufweisenden Katalysatorgehäuseabschnitt und mit einem stromab des Katalysatorgehäuseabschnitts vorgesehenen Abgasrohrstutzenabschnitt zum Anschließen an eine weiterführende Abgasanlage, wobei der Krümmerabschnitt zusammen mit dem Katalysatorgehäuseabschnitt und mit dem Abgasrohrstutzenabschnitt ein zweischaliges Abgasgehäuse bilden mit einer ersten Halbschale und einer zweiten Halbschale, wobei beide Halbschalen eine zumindest abschnittsweise parallel zur Mittelachse verlaufende Teilungsebene T aufweisen, wobei der Krümmerabschnitt mehrere integrale Krümmerrohrstutzen aufweist, die unmittelbar an eine Flanschplatte anschließbar sind.
Es ist bereits ein luftspaltisoliertes Abgasgehäuse aus der US 6,555,070 B1 bekannt. Dieses weist ein mehrteiliges gasführendes Innengehäuse und ein zweischaliges Außengehäuse bzw. Kombinationsgehäuse auf. Das Innengehäuse weist einen Krümmerabschnitt, ein Katalysatorgehäuse und einen Abgasrohrstutzen auf, wobei der Krümmerabschnitt über einen Einlasskanal und der Abgasrohrstutzen über einen Auslasskanal an das Katalysatorgehäuse angeschlossen sind. Mithin sind fünf nacheinander geschaltete Gehäuseteile zur Bildung des gasführenden Innengehäuses vorgesehen.
Sowohl die US 5,419,125 A wie auch die US 5,589,144 A beschreibt ein zweischaliges Katalysatorgehäuse, an dessen stirnseitigem Ende im Bereich des jeweiligen Schalenrandes Ausformungen zur Aufnahme abgewinkelter Krümmerrohre vorgesehen sind. Der Krümmer selbst ist gebildet aus vier abgewinkelten Krümmerrohren, die endseitig mit dem Katalysatorgehäuse einerseits und mit einer Flanschplatte andererseits verbunden sind.
Aus der WO 2015/040531 A1 ist ein zweischaliges Krümmergehäuse mit Krümmerrohren und Katalysatorgehäuse bekannt, wobei die Krümmerrohre und das Katalysatorgehäuse integraler Bestandteil des Krümmergehäuses sind.
JP S58 - 2 412 A und FR 2 925 111 A3 zeigen einen ähnlichen Aufbau eines zweischaligen Krümmergehäuses mit Krümmerrohren und Katalysatorgehäuse, wobei zumindest die Anschlusskragen der Krümmerrohre und das Katalysatorgehäuse integraler Bestandteil des Krümmergehäuses sind.
DE 37 11 101 A1 zeigt einen doppelwandigen Abgaskrümmer mit integralem Katalysatorgehäuse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gasführendes Innengehäuse derart auszubilden und anzuordnen, dass eine vereinfachte Montage gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der jeweilige Krümmerrohrstutzen als Durchzug innerhalb der ersten Halbschale ausgebildet ist.
Hierdurch wird erreicht, dass der Krümmerabschnitt, der Katalysatorgehäuseabschnitt und der Abgasrohrstutzenabschnitt integrale Bestandteile des zweischaligen Abgasgehäuses sind und dass eine separate Montage bzw. Verbindung mehrerer in Strömungsrichtung nacheinander anschließender Teile nicht mehr notwendig ist.
Durchzüge sind besser schweißbar als Ausformungen innerhalb des Schalenrandes, da ein Spalt mithin eine Materialunterbrechung zwischen den Gehäusehälften entfällt, welche den Schweißprozess nachteilig beeinflusst.
Auch das Kalibrieren des Katalysatorgehäuseabschnitts kann ohne Weiteres durch entsprechende Bearbeitung des Abgasgehäuses erfolgen. Das Abgasgehäuse kann somit über die Durchzüge an eine Flanschplatte befestigt werden, so dass ein einfacher und direkter Anschluss an den Motor gewährleistet ist.
Tiefziehbauteile für Abgasanlagensegmente mit einem solchen komplexen Aufbau erfordern einen sehr großen Aufwand bei der Umsetzung. Da der Umformgrad eine maßgebliche Rolle spielt, kommen für solche Segmente einteilige Tiefziehbauteile eigentlich nicht in Frage. Daher liegen mehrteilige Ausführungen, wie sie im Stand der Technik auch zu finden sind, eher im Rahmen dessen, was für den Durchschnittsfachmann in Betracht kommt.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn die Anschlussebene A in etwa parallel zur Mittelachse des Krümmerabschnitts ausgerichtet ist. Somit ist keine Rohrkrümmung der Krümmerrohrstutzen notwendig. Es können ein sehr kurzer Bauraum und sehr kurze Anschlusswege bis zum Zylinder erreicht werden. Die Sammelströmungshauptrichtung der gesammelten Krümmerströmungen innerhalb des Krümmerabschnitts verläuft grundsätzlich parallel zur Mittelachse des Krümmerabschnitts.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Krümmerabschnitt eine Anschlussebene A für eine Flanschplatte aufweist, wobei die Teilungsebene T zumindest im Bereich des Krümmerabschnitts parallel zur Anschlussebene A ausgerichtet ist.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass Krümmerrohre vorgesehen sind, die als separates Bauteil zwischen dem jeweiligen Krümmerrohrstutzen und der Flanschplatte zu befestigen sind. Mittels der Krümmerrohre können größere Abstände zwischen dem Krümmerabschnitt bzw. dem jeweiligen Krümmerrohrstutzen und dem Zylinder überbrückt werden; insbesondere, wenn die Krümmerrohrstutzen als Durchzüge ausgebildet sind.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn das jeweilige Krümmerrohr zylindrisch ausgebildet ist und/oder die Krümmerrohre der Form und Größe nach gleich ausgebildet sind. Da der Krümmerabschnitt mit den integralen Krümmerrohrstutzen der Architektur nach schon zum Anschließen an den Zylinderkopf geeignet ist, können die anzuwendenden Krümmerrohre zum Überbrücken eines größeren Abstandes ganz einfach ausgestaltet sein. Es bedarf mit Ausnahme des Abstandes keiner weiteren Adaption zwischen der Architektur der Krümmerrohrstutzen einerseits und dem Zylinder andererseits.
In Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn die jeweilige Halbschale einen Verbindungsrand aufweist, über den beide Halbschalen miteinander stoff- oder formschlüssig verbindbar sind, wobei die Teilungsebene T, die über den jeweiligen Verbindungsrand aufgespannt wird, zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist. Mit der gekrümmten Ausbildung des Verbindungsrandes gehen eine bessere Schweißbarkeit und eine einfachere Montage beim Zusammensetzen der Halbschalen einher. Zudem ermöglicht dies eine Materialersparnis, so dass weniger Verschnitt nach dem Umformen entsteht.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn der Krümmerabschnitt mit Bezug zur Mittelachse seitlich versetzt zum Katalysatorgehäuseabschnitt platziert ist, wobei die Mittelachse des Krümmerabschnitts und die Mittelachse des Katalysatorgehäuseabschnitts annähernd parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Hauptströmungsrichtung wird somit ausgehend von der Sammelströmungshauptrichtung innerhalb des Krümmerabschnitts um 180° umgelenkt. Dies führt zu einer verbesserten Durchmischung der einzelnen Krümmerströmungen. Zudem wird damit eine Bauraumoptimierung erreicht.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn ein zweischaliges Außengehäuse vorgesehen ist, das mit Abstand zum Abgasgehäuse platziert ist, wobei zwischen dem Außengehäuse und dem Abgasgehäuse ein isolierender Luftspalt vorgesehen ist. Die vorstehend genannten Vorteile ergeben sich auch für ein LSI-Gehäuse.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn an den Krümmerrohrstutzen oder an den Krümmerrohren die Flanschplatte gasdicht befestigt ist. Über die Flanschplatte kann das Abgasgehäuse allenfalls unter Anwendung einer Dichtung unmittelbar am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:

1 eine Prinzipskizze des Abgasgehäuses in der Ansicht von oben;
2 eine Ansicht von vorne;
3 eine Ansicht nach 1 als weiteres Ausführungsbeispiel;
4 eine Prinzipskizze einer Abgasanlage;
5 eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels des Abgasgehäuses.

Ein in 1 dargestelltes Abgasgehäuse 1 ist zweischalig ausgebildet und weist eine erste Halbschale 1a und eine zweite Halbschale 1b auf. Die beiden zusammengesetzten Halbschalen 1a, 1b bzw. das Abgasgehäuse 1 bilden einen Krümmerabschnitt 1.1 sowie einen Katalysatorgehäuseabschnitt 1.2 und einen daran anschließenden Abgasrohrstutzenabschnitt 1.3 auf, die in Bezug zu der jeweiligen Halbschale 1a, 1b einteilig hergestellt sind. Die nach 1 dargestellte obere Halbschale 1a weist im Bereich des Krümmerabschnitts 1.1 drei Krümmerrohrstutzen 1.4, 1.4', 1.4" auf, die innerhalb der Halbschale 1a als Durchzug ausgebildet sind.
Beide Halbschalen 1a, 1b weisen einen Verbindungsrand 2a, 2b auf, der wiederum eine Teilungsebene T aufspannt.
Der Krümmerabschnitt 1.1 weist eine Mittelachse 1.5 und der Katalysatorgehäuseabschnitt 1.2 weist eine Mittelachse 1.6 auf, die nach 1 koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Die drei Krümmerrohrstutzen 1.4, 1.4', 1.4" weisen eine Anschlussebene A auf, die im Ausführungsbeispiel nach 1 parallel zur Teilungsebene T (rechtwinklig zur Bildebene) ausgerichtet ist. An den drei Krümmerrohrstutzen 1.4, 1.4', 1.4" ist eine Flanschplatte 3 befestigt, die parallel zur Anschlussebene A ausgerichtet ist. Über die Flanschplatte 3 wird das Abgasgehäuse 1 an einen Zylinder 7 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine angeschlossen.
Die Krümmerrohrstutzen 1.4, 1.4', 1.4" sind in dieser Ansicht gerade bzw. krümmungsfrei abgebildet.
In der Ansicht nach 2 ist zu sehen, dass die Teilungsebene T, aufgespannt über den jeweiligen Verbindungsrand 2a, 2b gekrümmt ausgebildet ist. Beide Gehäusehälften 1a, 1b können auch als Klappschale ausgebildet sein.
Im Ausführungsbeispiel nach 3 ist an dem jeweiligen Krümmerrohrstutzen 1.4, 1.4" ein Krümmerrohr 4, 4" angeordnet. Dies dient der Überbrückung des Abstandes zwischen dem Krümmerabschnitt 1.1 und dem Zylinder 7. Die Krümmerrohre 4, 4', 4" sind jeweils zylindrisch ausgebildet und weisen alle dieselbe Form auf. Eine Adaption der Architektur der Krümmerrohrstutzen 1.4, 1.4', 1.4" an die Architektur des Zylinders 7 bzw. des nicht weiter dargestellten Zylinderauslasses ist nicht notwendig.
In 4 ist eine Abgasanlage 5 mit einem Abgasgehäuse 1 in der Ausgestaltung nach einer der 1 bis 3 gezeigt. Ergänzend zu dem Abgasgehäuse 1 weist die Abgasanlage 5 einen weiteren Konverter bzw. Katalysator 5.1 sowie einen Abgasschalldämpfer 5.2 auf, die über ein Abgasrohr 5.3 verbunden sind. Das Abgasgehäuse 1 ist hierbei luftspaltisoliert ausgebildet und weist ergänzend ein Außengehäuse 6 auf, welches zusammen mit dem Innengehäuse einen Luftspalt 6.1 begrenzt.
Nach Ausführungsbeispiel 5 sind der Krümmerabschnitt 1.1 und der Katalysatorgehäuseabschnitt 1.2 über einen U-Rohrabschnitt 1.7 miteinander verbunden, so dass beide Abschnitte mit Bezug zur jeweiligen Mittelachse 1.1, 1.2 seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Die innerhalb des Krümmerabschnitts 1.1 entlang der Mittelachse 1.5 verlaufende Sammelströmung wird über den U-Rohrabschnitt 1.7 um 180° umgelenkt und somit der Mittelachse 1.6 des Katalysatorgehäuseabschnitts 1.2 nach ausgerichtet.
Zwischen beiden Mittelachsen 1.5, 1.6 ist eine geringfügige Winkelabweichung von bis etwa 3 ° möglich. Dies ist zu sehen anhand des gestrichelt dargestellten Krümmerabschnitts 1.1' mit der Mittelachse 1.5'.

Claims

Gasführendes Abgasgehäuse (1) einer Brennkraftmaschine mit einem eine Mittelachse (1.5) und mehrere Krümmerrohrstutzen (1.4, 1.4', 1.4") aufweisenden Krümmerabschnitt (1.1) zum Befestigen an einer Flanschplatte (3) zum Anschließen an einen Zylinder (7) einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Mittelachse (1.6) aufweisenden Katalysatorgehäuseabschnitt (1.2) und mit einem stromab des Katalysatorgehäuseabschnitts (1.2) vorgesehenen Abgasrohrstutzenabschnitt (1.3) zum Anschließen an eine weiterführende Abgasanlage, wobei der Krümmerabschnitt (1.1) mit dem Katalysatorgehäuseabschnitt (1.2) und mit dem Abgasrohrstutzenabschnitt (1.3) ein zweischaliges Abgasgehäuse (1) bildet mit einer ersten Halbschale (1a) und einer zweiten Halbschale (1b), wobei beide Halbschalen (1a, 1b) eine zumindest abschnittsweise parallel zur Mittelachse (1.5, 1.6) verlaufende Teilungsebene T aufweisen, wobei der Krümmerabschnitt (1.1) mehrere integrale Krümmerrohrstutzen (1.4, 1.4', 1.4") aufweist, die unmittelbar an eine Flanschplatte anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Krümmerrohrstutzen (1.4, 1.4', 1.4") als Durchzug innerhalb der ersten Halbschale (1a) ausgebildet ist.
Gasführendes Abgasgehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlussebene A in etwa parallel zur Mittelachse (1.5) des Krümmerabschnitts (1.1) ausgerichtet ist.
Gasführendes Abgasgehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmerabschnitt (1.1) eine Anschlussebene A für eine Flanschplatte (3) aufweist, wobei die Teilungsebene T zumindest im Bereich des Krümmerabschnitts (1.1) parallel zur Anschlussebene A ausgerichtet ist.
Gasführendes Abgasgehäuse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Krümmerrohre (4, 4', 4") vorgesehen sind, die als separates Bauteil zwischen dem jeweiligen Krümmerrohrstutzen (1.4, 1.4', 1.4") und der Flanschplatte (3) zu befestigen sind.
Gasführendes Abgasgehäuse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Krümmerrohr (4, 4', 4") zylindrisch ausgebildet ist und/oder die Krümmerrohre (4, 4', 4") der Form und Größe nach gleich ausgebildet sind.
Gasführendes Abgasgehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Halbschale (1a, 1b) einen Verbindungsrand (2a, 2b) aufweist, über den beide Halbschalen (1a, 1b) miteinander stoff- oder formschlüssig verbindbar sind, wobei die Teilungsebene T, die über den jeweiligen Verbindungsrand (2a, 2b) aufgespannt wird, zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet ist.
Gasführendes Abgasgehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmerabschnitt (1.1) mit Bezug zur Mittelachse (1.5, 1.6) seitlich versetzt zum Katalysatorgehäuseabschnitt (1.2) platziert ist, wobei die Mittelachse (1.5) des Krümmerabschnitts (1.1) und die Mittelachse (1.6) des Katalysatorgehäuseabschnitts (1.2) annähernd parallel zueinander ausgerichtet sind.
Gasführendes Abgasgehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweischaliges Außengehäuse (6) vorgesehen ist, das mit Abstand zum Abgasgehäuse (1) platziert ist, wobei zwischen dem Außengehäuse (6) und dem Abgasgehäuse (1) ein isolierender Luftspalt (6.1) vorgesehen ist.
Gasführendes Abgasgehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Flanschplatte (3), die an den Krümmerrohrstutzen (1.4, 1.4', 1.4") oder an den Krümmerrohren (4, 4', 4") gasdicht befestigt ist.
Abgasanlage (5) für ein Kraftfahrzeug mit einem gasführenden Abgasgehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.