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Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer sowie eine Brennkraftmaschine mit einem Abgaskrümmer. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
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Ein Abgaskrümmer stellt den ersten beziehungsweise den direkt an Auslasskanäle eines Verbrennungsmotors anschließenden Abschnitt eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine dar. Bei einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor dient ein Abgaskrümmer zudem dazu, das aus mehreren Auslasskanälen überströmende Abgas zu sammeln und einem sich anschließenden Abschnitt des Abgasstrangs, beispielsweise einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung oder der Turbine eines Abgasturboladers, zuzuführen.
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An einen solchen Abgaskrümmer können widersprüchliche Anforderungen hinsichtlich der thermischen Wirkung gestellt werden. Während einer Warmlaufphase nach einem Kaltstart des dazugehörigen Verbrennungsmotors und gegebenenfalls auch während eines Betriebs des Verbrennungsmotors mit geringen Lasten sollte sich das Abgas bei der Durchströmung des Abgaskrümmers möglichst wenig abkühlen, um mit einer möglichst hohen Temperatur in nachgeschaltete Komponenten des Abgasstrangs und insbesondere in eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zu gelangen, damit deren Betriebstemperaturen möglichst schnell die für eine wirksame Abgasnachbehandlung erforderlichen Grenzwerte erreichen oder diese Grenzwerte bei einem andauernden Betrieb des Verbrennungsmotors mit geringen Lasten nicht unterschritten werden. Für diesen Fall ist folglich eine möglichst gute thermisch isolierende Wirkung des Abgasstrangs vorteilhaft. Andererseits besteht während eines länger andauernden Betriebs des Verbrennungsmotors mit hohen Lasten und insbesondere mit Höchstlast die Gefahr einer thermischen Überlastung von in den Abgasstrang integrierten Komponenten, insbesondere einer oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen und/oder der Turbine eines Abgasturboladers, wodurch diese beschädigt und/oder hinsichtlich ihrer Funktionen negativ beeinträchtigt werden können. Für diesen Fall ist folglich eine relevante Kühlung des Abgases bei der Durchströmung des Abgaskrümmers vorteilhaft.
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Die
DE 10 2010 018 087 A1 offenbart ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Brennräumen. Vorgesehen ist eine getrennte Abgasabführung über zwei Auslasskanäle je Brennraum eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine und zwei Abgaskrümmer, von denen jeweils einer an einen der Auslasskanäle angeschlossen ist. Dabei sind die beiden Abgaskrümmer derart ineinander integriert, dass ein Sammelrohr eines äußeren der Abgaskrümmer ein Sammelrohr eines inneren der Abgaskrümmer unter Bildung eines Spalts umschließt. Weist die Brennkraftmaschine eine noch unterhalb eines Grenzwerts liegende Betriebstemperatur auf und/oder wird diese mit einer relativ niedrigen Last betrieben, so soll das dabei entstehende Abgas lediglich durch die mit dem inneren Abgaskrümmer verbundenen Auslasskanäle aus den Brennräumen abgeführt werden und folglich lediglich den inneren Abgaskrümmer durchströmen. Dabei wird durch den gasgefüllten Spalt, der zwischen den Sammelrohren des inneren und des äußeren Abgaskrümmers ausgebildet ist, eine thermische Isolierung bewirkt, so dass sich das durch den inneren Abgaskrümmer strömende Abgas nur geringfügig abkühlt. In anderen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine wird das Abgas dagegen über beide Abgaskrümmer geführt. Für das Sammelrohr des äußeren Abgaskrümmers soll vorzugsweise eine zusätzliche thermische Isolierung vorgesehen sein.
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Nachteilig an dem aus der
DE 10 2010 018 087 A1 bekannten Abgassystem ist, dass es für die Erzielung der thermischen Isolierung für das ausschließlich den inneren Abgaskrümmer durchströmende Abgas erforderlich ist, das Abgas ausschließlich über die diesem zugeordneten Auslasskanäle der Brennräume zuzuführen. Dies schränkt nicht nur das für diesen Betriebszustand zur Verfügung stehende Strömungsvolumen des Abgassystems ein, sondern bedingt auch, die anderen, mit dem äußeren Abgaskrümmer verbundenen Auslasskanäle der Brennräume verschlossen zu halten, was mittels eines entsprechenden variablen Ventiltriebs realisiert werden kann. Ein solcher variabler Ventiltrieb ist jedoch mit einem erheblichen konstruktiven Aufwand verbunden. Weiterhin verhindert die thermische Isolierung des äußeren Abgaskrümmers, eine relevante Kühlung des Abgases bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit hohen Lasten. Die eingangs erwähnten widersprüchlichen Anforderungen an einen Abgaskrümmer werden mittels eines Abgassystems gemäß der
DE 10 2010 018 087 A1 folglich nicht gelöst.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskrümmer anzugeben, bei dem trotz einer möglichst einfachen konstruktiven Ausgestaltung die sich eigentlich widersprechenden Anforderungen an das thermische Verhalten erfüllt werden können.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Abgaskrümmers gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgaskrümmer und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der Patentansprüche 8 und 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers und der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sowie bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist ein Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine vorgesehen. Dieser umfasst mindestens einen Eingangskanalabschnitt, der für eine fluidleitende Anbindung an mindestens einen Auslasskanal, der einem Brennraum eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, vorgesehen ist. Ein erfindungsgemäßer Abgaskrümmer bildet weiterhin mindestens einen, vorzugsweise einen einzigen Ausgangskanalabschnitt aus, der für einen Anschluss an einen weiteren beziehungsweise an einen stromab des Abgaskrümmers gelegenen Abschnitt eines Abgasstrangs der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Bei diesem weiteren Abschnitt des Abgasstrangs kann es sich bereits um eine Turbine eines Abgasturboladers oder um eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung handeln.
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Sofern der Abgaskrümmer zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotor, der eine Mehrzahl von Brennräumen aufweist, vorgesehen ist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Abgaskrümmer für jeden der Brennräume mindestens einen Eingangskanalabschnitt umfasst, der für eine fluidleitende Anbindung an den oder die Auslasskanäle der einzelnen Brennräume vorgesehen ist. Dementsprechend können eine Mehrzahl von Eingangskanalabschnitten vorgesehen sein, die für eine Anbindung an Auslasskanäle, die einem oder mehreren Brennräumen des Verbrennungsmotors zugeordnet sind, vorgesehen sind, wobei die Eingangskanalabschnitte in einen Sammelkanalabschnitt des Abgaskrümmers und der Sammelkanalabschnitt in den Ausgangskanalabschnitt übergehen. Der Abgaskrümmer kann demnach in üblicher Weise auch die Funktionen einer Sammelvorrichtung für das aus mehreren Auslasskanälen des Verbrennungsmotors überströmende Abgas dienen. Dabei können die mehreren Auslasskanäle auch lediglich einem Brennraum des Verbrennungsmotors zugeordnet sein.
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Ein erfindungsgemäßer Abgaskrümmer ist weiterhin außenseitig durch ein vorzugsweise thermisch nicht isoliertes und damit möglichst wenig isolierend wirkendes Außengehäuse begrenzt und umfasst zudem ein Innengehäuse, das in zumindest einem Abschnitt (des Außengehäuses) beabstandet zu dem Außengehäuse verläuft, wobei ein von dem Eingangskanalabschnitt in Richtung des Ausgangskanalabschnitts und vorzugsweise bis zu oder in den Ausgangskanalabschnitt führender Spaltkanal ausgebildet ist, der bedarfsweise mittels einer Verschlussvorrichtung verschließbar ist. Mittelst der Verschlussvorrichtung kann der Anteil des aus dem oder den Auslasskanälen des Verbrennungsmotors überströmenden Abgases, der anschließend über den Spaltkanal strömt, beeinflusst und insbesondere bedarfsweise bis auf null reduziert werden.
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Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst zumindest einen Verbrennungsmotor und einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmer. Der oder die Eingangskanalabschnitte des Abgaskrümmers sind dabei an einen oder mehrere Auslasskanäle des Verbrennungsmotors fluid- beziehungsweise abgasleitend angebunden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Außengehäuse mit einem Gehäuse und insbesondere einem Zylinderkopfgehäuse des Verbrennungsmotors fest verbunden, beispielsweise verschraubt ist. Für das Innengehäuse kann dagegen vorgesehen sein, dass kein direkter Kontakt mit dem Verbrennungsmotor gegeben ist bzw. das Innengehäuse kontaktlos bezüglich des Verbrennungsmotors positioniert ist.
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Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann weiterhin einen sich an den Abgaskrümmer anschließenden Abschnitt eines Abgasstrangs, zu dem auch der Abgaskrümmer gehört, umfassen. In diesen Abschnitt des Abgasstrangs kann oder können vorzugsweise ein oder mehrere Funktionskomponenten, insbesondere eine Turbine eines Abgasturboladers und/oder eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen integriert sein. Dabei kann sich eine dieser Funktionskomponenten vorzugsweise direkt an den Ausgangskanalabschnitt des Abgaskrümmers anschließen.
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Der zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse ausgebildete Spaltkanal eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers, ebenso wie ein von dem Innengehäuse begrenzter Zentralkanal, verlaufen ausgehend von dem oder den (jeweils) mit einem Auslasskanal des Verbrennungsmotors in fluidleitender Verbindung stehenden Eingangskanalabschnitt in Richtung des Ausgangskanalabschnitts des Abgaskrümmers, so dass folglich das gesamte über den oder die Auslasskanäle des Verbrennungsmotors geführte Abgas bedarfsweise - und gesteuert mittels der zu dem Abgaskrümmer gehörigen Verschlussvorrichtung - nur über den Zentralkanal oder auch über den Spaltkanal geführt werden kann. Es besteht folglich keine Notwendigkeit, entsprechend der Ausgestaltung eines Abgassystems, wie es aus der
DE 10 2010 018 087 A1 bekannt ist, zwingend mindestens zwei Auslasskanäle je Brennraum vorzusehen und zudem zu ermöglichen, jeweils mindestens einen dieser Auslasskanäle im Betrieb der Brennkraftmaschine geschlossen zu halten, sofern eine thermische Isolationswirkung für das Abgas durch dessen Strömungsführung über einen Zentralkanal beziehungsweise den inneren Abgaskrümmer bei dem Abgassystem gemäß der
DE 10 2010 018 087 A1 erzielt werden soll. Vielmehr kann eine relativ einfach ausgestaltete Verschlussvorrichtung vorgesehen sein, deren Wirkung sich lediglich auf den Spaltkanal und insbesondere einen einflutigen Abschnitt davon beziehen kann. Dies gilt insbesondere, wenn, wie dies vorzugsweise vorgesehen ist, die Verschlussvorrichtung ausgangsseitig des Spaltkanals angeordnet ist.
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Folglich lässt sich in vorteilhafter Weise ein Betrieb einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine realisieren, der dadurch gekennzeichnet, dass für einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem unterhalb eines gegebenenfalls variablen Grenzwerts liegenden Werts mindestens eines Betriebsparameters die Verschlussvorrichtung in eine zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig verschließende Stellung gebracht wird. Dadurch strömt ein Großteil oder das gesamte aus dem Verbrennungsmotor abgeführte Abgas über den von dem Innengehäuse innenseitig begrenzten Zentralkanal, so dass dann für diese Abgasströmung durch den nicht oder kaum durchströmten Spaltkanal eine thermische Isolationswirkung realisiert wird. Dies kann insbesondere während einer Warmlaufphase, insbesondere nach einem Kaltstart, der Brennkraftmaschine, die sich bis zum Erreichen eines unteren Grenzwerts eines definierten Betriebstemperaturbereichs für die Brennkraftmaschine erstrecken kann, und/oder während eines Betriebs des Verbrennungsmotors mit relativ geringen Lasten vorgesehen sein, wodurch ein Auskühlen des Abgases bei der Durchströmung des Abgaskrümmers möglichst gering gehalten werden kann. Folglich kann ein möglichst schnelles Aufheizen einer oder mehrerer in den Abgasstrang einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine integrierter Funktionskomponente(n), insbesondere Abgasnachbehandlungsvorrichtung(en), erreicht und/oder ein zu starkes Auskühlen dieser Funktionskomponente(n) verhindert werden.
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Andererseits kann vorgesehen sein, dass für einen Betrieb einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem oberhalb eines (anderen oder desselben) Grenzwerts liegenden Werts eines (anderen oder desselben) Betriebsparameters die Verschlussvorrichtung in eine weitestmöglich geöffnete Stellung gebracht wird. In diesem Fall wird ein relevanter Anteil des aus dem Verbrennungsmotor abgeführten Abgases auch über den Spaltkanal geführt, wodurch dann eine relevante Kühlung des Abgases realisiert wird, durch die eine thermische Überlastung einer oder mehrerer in den Abgasstrang integrierter Funktionskomponenten, insbesondere bei einem länger andauernden Betriebs des Verbrennungsmotors mit relativ hohen Lasten vermieden werden kann. Vorteilhaft ist dabei auch, dass durch die Nutzung sowohl des von dem Innengehäuse ausgebildeten Zentralkanals als auch des zwischen dem Innen- und dem Außengehäuse ausgebildeten Spaltkanals für die Strömungsführung des bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit hohen Lasten relativ großen Abgasstroms ein relativ großes Strömungsvolumen zur Verfügung steht, wodurch der sich aus der Durchströmung des Abgasstrangs ergebende Abgasgegendruck relativ gering gehalten werden kann.
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Bei dem oder den Betriebsparameter(n) kann es sich insbesondere um die Last und/oder die Drehzahl, mit der der Verbrennungsmotor betrieben wird, und/oder um eine Körper- und/oder Fluidtemperatur einer Komponente der Brennkraftmaschine handeln.
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Um eine automatisierte Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen, kann eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine vorzugsweise eine Steuerungsvorrichtung aufweisen, die für eine entsprechende Ansteuerung der Verschlussvorrichtung ausgebildet ist. Bei der Steuerungsvorrichtung kann es sich insbesondere um eine zentrale Motorsteuerung der Brennkraftmaschine handeln.
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Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung einer Verschlussvorrichtung für einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmer kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Verschlussvorrichtung als Rotationsblende ausgebildet ist oder eine solche zumindest umfasst. Diese weist folglich einen ersten Blendenring und einem zweiten Blendenring auf, die axial benachbart und drehbar zueinander angeordnet sind und jeweils mindestens eine und vorzugsweise mehrere Durchgangsöffnungen ausbilden, wobei die Durchgangsöffnungen der Blendenringe mittels einer Verstellvorrichtung in eine variable Überdeckung bringbar sind. Dabei kann insbesondere eine weitestmögliche Überdeckung einstellbar sein, wodurch eine weitestmögliche Freigabe des Spaltkanals erzielt wird. Weiterhin kann eine nichtexistente Überdeckung der Durchgangsöffnungen einstellbar sein, wodurch der Spaltkanal im Wesentlichen vollständig verschlossen ist.
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Eine vorteilhafte Strömungsführung für das Abgas in einem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer kann dadurch realisiert werden, dass das Innengehäuse vollständig parallel zu den angrenzenden Abschnitten des Außengehäuses verläuft. Das Innengehäuse kann folglich hinsichtlich der Form dem Außengehäuse oder dem dazu angrenzenden Abschnitt davon entsprechen und lediglich eine kleinere Dimensionierung beziehungsweise Skalierung aufweisen.
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Eine vorzugsweise unbewegliche Positionierung des Innengehäuses innerhalb des Außengehäuses kann in vorteilhafter Weise dadurch realisiert werden, dass das Innengehäuse mittels eines oder mehrerer Verbindungselemente mit dem Außengehäuse verbunden ist. Dabei kann die Einheit aus Innengehäuse, Außengehäuse und Verbindungselement(en) gegebenenfalls einstückig und insbesondere auch materialeinheitlich ausgebildet sein. Beispielsweise kommt in vorteilhafter Weise eine einstückige Ausgestaltung dieser Einheit in Form eines Gussbauteils aus einem Metall, insbesondere einem Leichtmetall (z.B. Aluminium), infrage. Vorteilhaft herstellbar kann eine solche Einheit aus Innengehäuse, Außengehäuse und Verbindungselement(en) auch mittels eines generativen Fertigungsverfahrens sein. Weiterhin kommt eine Herstellung aus Kunststoff(en) in Betracht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers kann vorgesehen sein, dass das Innengehäuse an dem freien Ende des Eingangskanalabschnitts oder eines, mehrerer oder jedes der Eingangskanalabschnitte länger als das Außengehäuse ausgebildet ist, wodurch dieses ein Stück weit in den (jeweils) dazugehörigen Auslasskanal des Verbrennungsmotors ragen kann. Dies kann sich vorteilhaft auf die Strömungsführung des Abgases beim Überströmen von dem Auslasskanal oder den Auslasskanälen des Verbrennungsmotors in den Eingangskanalabschnitt oder die Eingangskanalabschnitte des Abgaskrümmers auswirken.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein nicht an Schienen gebundenes, radbasiertes Kraftfahrzeug (vorzugsweise PKW oder LKW), mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dabei kann der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine insbesondere zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung der Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:
- 1: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug;
- 2: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine;
- 3: in detaillierterer Darstellung den Verbrennungsmotor und den Abgaskrümmer der Brennkraftmaschine gemäß der 2 in einem ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine;
- 4: eine Ansicht von vorne auf einen Eingangskanalabschnitt des Abgaskrümmers gemäß der 3;
- 5: eine Ansicht von vorne auf die Verschlussvorrichtung des Abgaskrümmers gemäß der 3;
- 6: in detaillierterer Darstellung den Verbrennungsmotor und den Abgaskrümmer der Brennkraftmaschine gemäß der 2 in einem zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine;
- 7: eine Ansicht von vorne auf die Verschlussvorrichtung des Abgaskrümmers gemäß der 6;
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 10.
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Eine solche Brennkraftmaschine 10 kann gemäß der 2 einen Verbrennungsmotor 12, beispielsweise einen Otto- oder Dieselmotor, umfassen, der eine Mehrzahl von Zylindern ausbildet. Die Zylinder begrenzen gemeinsam mit darin auf und ab geführten Kolben und einem Zylinderkopf Brennräume 14, in denen Frischgas (hauptsächlich Luft) gemeinsam mit Kraftstoff verbrannt wird, wodurch die Kolben zyklisch auf und ab bewegt werden. Diese Bewegungen der Kolben werden in bekannter Weise auf eine nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen und diese somit rotierend angetrieben.
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Das Frischgas wird dem Verbrennungsmotor 12 über einen Frischgasstrang zugeführt und dazu über eine Ansaugmündung 16 aus der Umgebung angesaugt, in einem Luftfilter 18 gereinigt und anschließend in einen Verdichter 20, der Teil eines Abgasturbolader ist, geführt. Das Frischgas wird mittels des Verdichters 20 verdichtet, anschließend optional in einem Ladeluftkühler 22 abgekühlt und, gegebenenfalls gesteuert mittels einer Drosselklappe 24, den Brennräumen 14 zugeführt.
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Der Antrieb des Verdichters 20 erfolgt mittels einer Turbine 26, die in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine 10 integriert und ebenfalls Teil des Abgasturboladers ist. Abgas, das bei den Verbrennungen von Kraftstoff-Frischgas-Gemischmengen in den Brennräumen 14 des Verbrennungsmotors 10 entsteht, wird über den Abgasstrang aus dem Verbrennungsmotor 12 abgeführt und dabei zunächst in einem Abgaskrümmer 28 gesammelt beziehungsweise zusammengeführt. Anschließend strömt das Abgas durch eine erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30, beispielsweise in Form eines 3-Wege-Katalysators oder eines SCR-Katalysators, anschließend durch die Turbine 26, daran anschließend durch eine zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 32, beispielsweise in Form eines Partikelfilters, bevor das Abgas nach einer Durchströmung eines Schalldämpfers (nicht dargestellt) in die Umgebung entlassen wird.
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Die Durchströmung der Turbine 26 führt in bekannter Weise zu einem rotierenden Antrieb eines Turbinenlaufrads, das wiederum über eine Welle 34 drehfest mit einem Verdichterlaufrad des Verdichters 20 verbunden ist.
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Die 3 und 6 zeigen den Verbrennungsmotor 12 sowie den Abgaskrümmer 28 der Brennkraftmaschine 10 gemäß der 2 in etwas detaillierteren Darstellungen. Demgemäß bildet der Abgaskrümmer 28 eine Mehrzahl von Eingangskanalabschnitten 36 aus, die jeweils einem der Brennräume 14 des Verbrennungsmotors 12 zugeordnet sind und hierzu fluidleitend an jeweils einen Auslasskanal 38 des Verbrennungsmotors 12 angebunden sind. Die Auslasskanäle 38 sind innerhalb des Zylinderkopfs des Verbrennungsmotors 12 ausgebildet und stellen eine fluidleitende Verbindung zwischen den Brennräumen 14 und den jeweils zugehörigen Eingangskanalabschnitten 36 des Abgaskrümmers 28 dar. Ein Überströmen von Abgas aus den Brennräumen 14 in die dazugehörigen Auslasskanäle 38 kann in bekannter Weise mittels Auslassventilen (nicht dargestellt), die über einen beliebig ausgebildeten Ventiltrieb betätigbar sind, erfolgen.
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Die Eingangskanalabschnitte 36 gehen in einen Sammelkanalabschnitt 40 des Abgaskrümmers 28 und der Sammelkanalabschnitt 40 in einen einzelnen Ausgangskanalabschnitt 42 des Abgaskrümmers 28 über. Mittels des Sammelkanalabschnitts 40 wird das über die einzelnen Eingangskanalabschnitte 36 strömende Abgas gesammelt und anschließend über den Ausgangskanalabschnitt 42 in den sich anschließenden Teil des Abgasstrangs abgeführt.
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Der Abgaskrümmer 28 umfasst ein Außengehäuse 44 sowie ein Innengehäuse 46, das im Bereich der Eingangskanalabschnitte 36 sowie des Sammelkanalabschnitts 40 innerhalb des Außengehäuses 44 angeordnet ist. Die Gehäuseform des Innengehäuses 46 entspricht dabei der Gehäuseform der an das Innengehäuse 46 angrenzenden Abschnitte des Außengehäuses 44 mit Ausnahme einer kleineren Skalierung, wodurch sich ein paralleler beziehungsweise ein einen gleichbleibenden Abstand aufweisender Verlauf zwischen den Gehäusewänden ergibt. Die unbewegliche Positionierung des Innengehäuses 46 innerhalb des Außengehäuses 44 wird mittels strebenförmigen Verbindungselementen 48 realisiert (vgl. 4). Innenseitig bildet das Innengehäuse 46 einen Zentralkanal 50 aus, der im Bereich der Eingangskanalabschnitte 36 des Abgaskrümmers 28 mehrflutig ausgebildet ist. Zwischen dem Innengehäuse 46 und dem Außengehäuse 44 ist zudem ein Spaltkanal 52 ausgebildet, der ebenfalls im Bereich der Eingangskanalabschnitte 36 mehrflutig und endseitig, d.h. im Bereich des Übergangs zwischen dem Sammelkanalabschnitt 40 und dem Ausgangskanalabschnitt 42 des Abgaskrümmers 28 einflutig ausgebildet ist. Endseitig des Spaltkanals 52 ist eine Verschlussvorrichtung 54 angeordnet, mittels der, gesteuert durch eine Steuerungsvorrichtung (nicht dargestellt), der Spaltkanal 52 bedarfsweise verschließbar ist, so dass dann ein Strömen von Abgas durch den Spaltkanal 52 mehr oder weniger verhindert ist.
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Wie es sich insbesondere aus den 5 und 7 ergibt, ist die Verschlussvorrichtung 54 in Form einer Rotationsblende ausgebildet, die einen ersten, feststehenden Blendenring 58 und einen zweiten, zu dem ersten Blendenring 56 axial benachbart angeordneten und drehbar gelagerten Blendenring 58 umfasst. Der zweite Blendenring 58 ist mittels einer Verstellvorrichtung (nicht dargestellt) drehbar, wobei durch ein solches Drehen Durchgangsöffnungen 60 in den beiden Blendenringen 56, 58 mit mehr oder weniger Überdeckung oder ohne Überdeckung zueinander positioniert werden können. In der 5 ist dargestellt, dass die Durchgangsöffnungen 60 in den beiden Blendenringen 56, 58 einander nicht überdecken, wodurch Verschlussabschnitte 62, 64 der Blendenringen 46, 48 einen vollständig geschlossenen Ring ausbilden, durch den der Spaltkanal 52 des Abgaskrümmers 28 der 3 entsprechend vollständig verschlossen ist. Die 7 zeigt dagegen eine vollständige Überdeckung der Durchgangsöffnungen 60 (ebenso wie der Verschlussabschnitte 62, 64) der Blendenringe 56, 58, wodurch eine weitestmögliche Freigabe des Spaltkanals 52 gemäß der 6 realisiert ist.
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Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 gemäß der 3 beziehungsweise die Verschlussstellung der Verschlussvorrichtung gemäß der 5 ist bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors 12 mit relativ niedrigen Lasten und/oder bei einer noch relativ niedrigen Betriebstemperatur vorgesehen. Infolge des vollständigen Verschlusses des Spaltkanals 52 mittels der Verschlussvorrichtung 54 strömt das gesamte aus den Brennräumen 14 über die Auslasskanäle 38 in den Abgaskrümmer 28 übertretende Abgas durch den von dem Innengehäuse 46 begrenzten Zentralkanal 50. Der Spaltkanal 52 ist dagegen mit ruhendem Abgas gefüllt. Dieses in dem Spaltkanal 52 befindliche Abgas wirkt aufgrund eines relativ schlechten Wärmeübergangskoeffizienten isolierend für das den Zentralkanal 52 durchströmende Abgas, wodurch sich dieses bei der Durchströmung des Abgaskrümmers 28 nur geringfügig abkühlt. Dies wirkt sich vorteilhaft hinsichtlich eines möglichst schnellen Erreichens oder eines Aufrechterhaltens eines Betriebstemperaturbereichs für die stromab des Abgaskrümmers 28 in den Abgasstrang integrierten Komponenten, insbesondere die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 30, 32, aus.
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Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 gemäß der 6 beziehungsweise die Verschlussstellung der Verschlussvorrichtung gemäß der 7 ist dagegen bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors 12 mit relativ hohen Lasten vorgesehen. Infolge der möglichst weitgehenden Freigabe des Spaltkanals 52 mittels der Verschlussvorrichtung 54 strömt ein relevanter Anteil des aus den Brennräumen 14 über die Auslasskanäle 38 in den Abgaskrümmer 28 übertretenden Abgases über den Spaltkanal 52. Dieser Anteil des Abgases ist lediglich über die möglichst dünne (soweit strukturell möglich), metallische Gehäusewandung des Außengehäuses 44 von der Umgebung separiert. Infolge des relativ großen Wärmeübergangskoeffizienten des Materials dieser Gehäusewandung und auch der ebenfalls aus einem Metall ausgebildeten, ebenfalls (soweit strukturell möglich) möglichst dünnen Gehäusewandung des Innengehäuses 46 wird für das den Abgaskrümmer 28 durchströmende Abgas eine relativ starke Kühlung infolge eines Übergangs von Wärmeenergie auf die Umgebungsluft realisiert. Dadurch kann eine thermische Überlastung der stromabwärts des Abgaskrümmers 28 in den Abgasstrang integrierten Komponenten vermieden werden. Weiterhin wird in diesem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 das gesamte Innenvolumen des Abgaskrümmers 28 für die Strömungsführung des Abgases genutzt, was sich positiv hinsichtlich eines möglichst geringen Gegendrucks, den die in diesem Betriebszustand relativ große Abgasströmung bewirkt, auswirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brennkraftmaschine
- 12
- Verbrennungsmotor
- 14
- Brennraum
- 16
- Ansaugmündung
- 18
- Luftfilter
- 20
- Verdichter
- 22
- Ladeluftkühler
- 24
- Drosselklappe
- 26
- Turbine
- 28
- Abgaskrümmer
- 30
- erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 32
- zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 34
- Welle
- 36
- Eingangskanalabschnitt des Abgaskrümmers
- 38
- Auslasskanal des Verbrennungsmotors
- 40
- Sammelkanalabschnitt des Abgaskrümmers
- 42
- Ausgangskanalabschnitt des Abgaskrümmers
- 44
- Außengehäuse des Abgaskrümmers
- 46
- Innengehäuse des Abgaskrümmers
- 48
- Verbindungselement des Abgaskrümmers
- 50
- Zentralkanal des Abgaskrümmers
- 52
- Spaltkanal des Abgaskrümmers
- 54
- Verschlussvorrichtung
- 56
- erster Blendenring der Verschlussvorrichtung
- 58
- zweiter Blendenring der Verschlussvorrichtung
- 60
- Durchgangsöffnung eines Blendenrings
- 62
- Verschlussabschnitt des ersten Blendenrings
- 64
- Verschlussabschnitt des zweiten Blendenrings
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010018087 A1 [0004, 0005, 0013]
