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Die Erfindung betrifft eine Befestigung einer Luftspaltisolierungseinrichtung an einem Abgaskrümmer einer Brennkraftmaschine.
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Zum Entfernen von Schadstoffen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen werden herkömmlicherweise Abgasnachbehandlungseinrichtungen im Abgastrakt angeordnet. Abgasnachbehandlungseinrichtungen umfassen beispielsweise Oxidationskatalysatoren, Stickoxidspeicherkatalysatoren (engl. Lean NOx Trap, LNT) und Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Diese Katalysatoren funktionieren jeweils effektiv in einem bestimmten Temperaturfenster, d.h. dass unterhalb und oberhalb bestimmter Temperaturen die Funktion der Katalysatoren eingeschränkt ist. Um die strengen Regularien gemäß der EU6.2- und EU7-Emissionsnormen einzuhalten, ist es notwendig, nach dem Starten einer Brennkraftmaschine eine zeitnahe Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtungen zu gewährleisten, und diese auch bei niedrigen Abgastemperaturen während niedriger Lasten der Brennkraftmaschine beizubehalten. Um Temperaturverluste des Abgases einzuschränken, wird z.B. eine Luftspaltisolierungseinrichtung um den Abgastrakt im Bereich des Abgaskrümmers angeordnet. Unter Luftspaltisolierung wird dabei eine Luft enthaltene Umhüllung der entsprechenden Verrohrung verstanden.
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Abgas verlässt die Brennkraftmaschine über mit dem oder den Zylindern verbundene Abgasleitungen, die in dem besagten Abgaskrümmer zusammenlaufen. Stromabwärts des Abgaskrümmers strömt das Abgas weiter in einem Abgastrakt, in dem die besagen Katalysatoren angeordneten sind. Eine besagte Luftspaltisolierungseinrichtung wird über ihre innere Hülle mittels Gleitsitzverbindungen an der Verrohrung von Abgaskrümmer und/oder Abgasleitungen angeordnet, um einer thermischen Expansion der Verrohrung bei unterschiedlichen Abgastemperaturen Rechnung zu tragen. Die äußere Hülle der Luftspaltisolierungseinrichtung schließt ein Volumen nach außen gasdicht ab. Dabei bewirkt das Volumen die thermische Isolierung des Abgaskrümmers.
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An Verbindungsstellen zwischen Abgasleitung und Abgaskrümmer kann, bedingt durch thermische Veränderungen der Bauteile, Abgas entweichen. Besonders während kurzzeitiger Beschleunigungsvorgänge kann es dazu kommen, dass Abgas aus den Abgasleitungen und Abgaskrümmer über die Gleitsitzverbindungen in das Volumen der Luftspalteinrichtung gerät. Bei einer niedrigen Umdrehungszahl der Brennkraftmaschine kann dies zu einem schlechten Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine bei einer Lastaufnahme führen (
3). Zum Einschränken der Auswirkungen der thermischen Veränderungen können z.B. Kompensatoren in den Abgasleitungen angeordnet werden (
DE 11 2009 000 420 T5 ) oder nachgiebige Dichtungen verwendet werden (
DE 36 14 180 A1 ). Es besteht die Aufgabe, den Stand der Technik weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mittels einer Anordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Neben- und den Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsformen der Erfindung können in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung eines Abgaskrümmers einer Brennkraftmaschine mit einer Luftspaltisolierungseinrichtung, die eine innere und eine äußere Hülle aufweist, wobei die innere Hülle mittels mindestens einer Halterung in Gleitsitzverbindung an der Wandung des Abgaskrümmers befestigt ist, wobei in einem zwischen der inneren Hülle und dem Abgaskrümmer gebildeten Spalt mindestens ein den Spalt abdichtendes Element vorhanden ist, das ein Strömungshindernis zwischen der inneren Hülle und dem Abgaskrümmer bildet.
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Die erfindungsgemäße Anordnung verringert vorteilhaft eine in einem Gleitsitz vorhandene Lücke zwischen der inneren Hülle der Luftspaltisolierungseinrichtung und dem Abgaskrümmer, wodurch ein Strömen von Abgas in die Luftspaltisolierungseinrichtung eingeschränkt wird. Dadurch wird das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine bei kurzzeitigen Leistungsanforderungen verbessert.
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Wie oben beschrieben, ist die Luftspaltisolierungseinrichtung um Abgasleitungen und Abgaskrümmer angeordnet. Der Einfachheit halber wird von einer Luftspaltisolierungseinrichtung des Abgaskrümmers gesprochen, wobei die Abgasleitungen, die zum Abgaskrümmer führen, ebenfalls von der Luftspaltisolierungseinrichtung umgeben sein können.
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Vorzugsweise ist der durch das abdichtende Element bewirkte Kontakt derart ausgebildet, dass ein Gasfluss aus dem Abgaskrümmer in die Luftspaltisolierungseinrichtung vollständig eingeschränkt wird. Damit wird vorteilhaft der Effekt des verbesserten Ansprechverhaltens der Brennkraftmaschine bei kurzzeitigen Leistungsanforderungen weiter verbessert.
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Vorzugsweise umfasst das abdichtende Element mindestens eine den gesamten Umfang der Halterung der inneren Hülle der Luftspalteinrichtung umlaufende Einwölbung des Materials der inneren Hülle. Die innere Hülle ist dabei von außen nach innen gewölbt. Besonders bevorzugt ist nur eine Einwölbung vorhanden, wodurch vorteilhaft ein nur geringer Kontakt zwischen innerer Hülle und Abgaskrümmer bewirkt wird. Dadurch wird der Gasstrom behindert, jedoch nur eine nur geringe Reibung zwischen den Bauteilen verursacht.
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Vorzugsweise umfasst das abdichtende Element ein den gesamten Umfang der Halterung der inneren Hülle umlaufendes Dichtungsmaterial, das in dem Spalt angeordnet wird. Mit anderen Worten wird das Strömungshindernis durch ein den gesamten Umfang der Halterung der inneren Hülle umlaufendes Dichtungsmaterial bewirkt, das in dem Spalt angeordnet wird. Das Dichtungsmaterial ist auf der äußeren Seite des Abgaskrümmers angeordnet. Das Dichtungsmaterial kann aus dem Material des Abgaskrümmers oder aus einem artgleichen Material bestehen. Bevorzugt besteht das Dichtungsmaterial aus einem anderen Material als der Abgaskrümmer, und besonders aus einem nichtmetallischen Material. Das Anordnen eines Dichtungsmaterials ist vorteilhaft, weil es einen Gasstrom durch den Spalt einschränkt, und weiterhin einen metallischen Kontakt zwischen innerer Hülle und Abgaskrümmer bzw. Abgasleitungen unterbindet, wodurch keine starke Reibung zwischen den besagten Bauteilen auftritt. Zudem können Spielräume zwischen den Metallbauteilen vorteilhafterweise großzügig bemessen werden, weil durch das Dichtungsmaterial eine gewisse Schwankungsbreite der Abmessungen ausgeglichen werden kann.
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Bevorzugt ist das Dichtungsmaterial ein Glasfibermaterial. Ebenfalls bevorzugt ist das Dichtungsmaterial ein Gewebe, wobei unter Gewebe ein Textilmaterial verstanden wird, das thermisch stabil ist.
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Das in dem Spalt angeordnete nichtmetallische Material wird vorzugsweise zwischen einem ersten Begrenzungsstreifen und einem zweiten Begrenzungsstreifen an Ort und Stelle gehalten. Dabei ist es bevorzugt, wenn der erste Begrenzungsstreifen am Abgaskrümmer und der zweite Begrenzungsstreifen an dem Element der inneren Hülse der Luftspalteinrichtung angeordnet sind. Dadurch kann das Dichtungsmaterial relativ sicher gegen Verrutschen in dem Spalt angeordnet werden. Die Begrenzungsstreifen sind aus einem adäquaten Material, z.B. aus demselben Material wie das Dichtungsmaterial. Die Begrenzungsstreifen können auch aus demselben Material wie die Rohre von Halterung oder Abgaskrümmer herstellt sein oder Wülste des entsprechenden Material darstellen.
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Die Ausführungsform mit einer umlaufenden Einwölbung und dem Dichtungsmaterial können miteinander kombiniert werden. Dabei kann eine oder zwei Einwölbung zum Halten des Dichtungsmaterials dienen.
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Vorzugsweise ist die Halterung der Luftspalteinrichtung im Bereich einer Verbindung zwischen einer Abgasleitung und dem Abgaskrümmer angeordnet. An dieser Stelle ist die erfindungsgemäße Abdichtung besonders wirkungsvoll, weil hier Abgas leicht aus dem Bereich der Verbindungsstelle entweicht.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
- 3 ein Diagramm des Drehmomentverlaufs als Funktion der Zeit.
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In der in 1 dargestellten Anordnung 1 ist ein Abgaskrümmer überlappend mit einer zur inneren Hülle einer Luftspalteinrichtung 4 gehörenden rohrartigen Halterung 5 dargestellt. In der Anordnung 1 kann statt des Abgaskrümmers 2 auch eine Abgasleitung bzw. eine Verbindungsstelle von Abgasleitung und Abgaskrümmer 2 von der Halterung 5 umgeben sein. Zur besseren Veranschaulichung wird eine Verbindung zwischen Luftspalteinrichtung 4 und Abgaskrümmer 2 dargestellt. Der Pfeil zeigt die Strömungsrichtung des Abgases.
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Die Anordnung 1 stellt hier einen Teil einer Gleitsitzverbindung dar, mittels der die Luftspalteinrichtung 4 mit dem Abgaskrümmer 2 verbunden ist. In einer oder mehreren Abgasleitungen, die in den Abgaskrümmer 2 münden, wird beispielsweise Abgas von einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine zu dem Abgaskrümmer 2 geleitet. Alternativ kann es sich bei der Abgasleitung auch um einen Teil des Abgastrakts handeln, in dem Abgas vom Abgaskrümmer 2 aus stromabwärts geleitet wird. Im besagten Abgastrakt können z.B. eine Turbine eines Abgasturboladers und verschiedene Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung angeordnet sein.
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Die Halterung 5 ist im Querschnitt rund ausgeführt, so dass sie den Abgaskrümmer 2 umgibt. Dabei ist ein Abschnitt des Abgaskrümmers 2 in der Halterung 5 angeordnet, wobei ein Spalt 6 den Zwischenraum zwischen Abgaskrümmer 2 und Halterung 5 dargestellt. Um zu vermeiden, dass Abgas, das z.B. an einer Verbindungsstelle zwischen Abgasleitung und Abgaskrümmer 2 entweicht, in die Luftspalteinrichtung 4 gelangen kann, ist in der Halterung 5 eine Einwölbung 7 des Materials der inneren Hülle ausgebildet. Die Einwölbung 7 ist umlaufend um den gesamten Querschnittsumfang der Halterung 5 ausgebildet.
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Die Einwölbung 7 kommt an einer Stelle 8 mit dem Material des Abgaskrümmers 2 bzw. der Abgasleitung in Kontakt. Alternativ kann die Halterung 5 auch eine Anzahl von Einwölbungen aufweisen.
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In der in 2 dargestellten Schnittdarstellung der Anordnung 1 ist anstelle der Einwölbung 7 ein Dichtungsmaterial 9 angeordnet. Das Dichtungsmaterial 9 ist ein nichtmetallisches Material, beispielsweise ein Vlies aus Glasfiber oder ein Gewebe, d.h. ein Stoff aus einem textilen Material. Das Dichtungsmaterial 9 wird gegen Verrutschen gesichert, indem in Längsrichtung der Verrohrung oberhalb des Dichtungsmaterials 9 ein erster Begrenzungsstreifen 10 und unterhalb des Dichtungsmaterials 9 ein zweiter Begrenzungsstreifen 11 angeordnet. Die Begrenzungsstreifen 10, 11 laufen ebenfalls um den gesamten Umfang des Abgaskrümmers 2 bzw. der Halterung 5. Das Material der Begrenzungsstreifen 10, 11 umfasst Glasfiber, ein Gewebe oder ein anderes adäquates Material.
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In 2 ist dabei der erste Begrenzungsstreifen 10 am Abgaskrümmer 2 und der zweite Begrenzungsstreifen 11 an der Halterung 5 angeordnet. Alternativ kann der erste Begrenzungsstreifen 10 auch an der Halterung 5 und der zweite Begrenzungsstreifen 11 am Abgaskrümmer 2 angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform können die Begrenzungsstreifen 10, 11 auch durch Wülste des Materials von Abgaskrümmer 2 und/oder Halterung 5 gebildet sein.
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Dabei können die Ausführungsformen gemäß 1 und 2 auch miteinander kombiniert werden.
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Mit dem Diagramm gemäß 3 wird der vorteilhafte Effekt der erfindungsgemäßen Anordnung im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen gezeigt. In der unteren, gestrichelten Linie ist ein Drehmomentverlauf in einer herkömmlichen Anordnung, in der Abgas in die Luftspalteinrichtung 4 gelangt, gezeigt. In der oberen, durchgezogenen Linie ist ein Drehmomentverlauf mit einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 gezeigt. Dabei wird in einer bestimmten Zeit ein geringeres Drehmoment erreicht als mit einer erfindungsgemäßen Anordnung 1. Die Höhe des Drehmoments, die mit der erfindungsgemäßen Anordnung schnell erreicht wird, wird mit einer herkömmlichen Anordnung zeitlich nur stark verzögert erreicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Abgaskrümmer
- 4
- Luftspalteinrichtung
- 5
- Halterung der inneren Hülle der Luftspalteinrichtung
- 6
- Spalt zwischen Abgaskrümmer und Halterung
- 7
- Einwölbung
- 8
- Kontaktstelle
- 9
- Dichtungsmaterial
- 10
- erster Begrenzungsstreifen
- 11
- zweiter Begrenzungsstreifen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112009000420 T5 [0004]
- DE 3614180 A1 [0004]
