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Die Erfindung betrifft eine Abgasvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. Die Abgasvorrichtung hat eine Abgasleitung, von der eine Bypassleitung an einer Abzweigstelle abzweigt, wobei die Bypassleitung stromabwärts der Abzweigstelle wieder in die Abgasleitung einmündet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Abgasvorrichtung.
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Das von einem Verbrennungsmotor erzeugte Abgas wird in einem Abgasstrang eines Fahrzeugs durch verschiedene Abgasvorrichtungen geleitet, beispielsweise durch Abgasvorrichtungen zur Emissionsminderung, zur Geräuschverringerung und/oder zur Abgaswärmerückgewinnung.
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So ist in der Bypassleitung zum Beispiel ein Wärmetauscher angeordnet, der dem Abgas einen Teil der Wärmeenergie entzieht.
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Die Abgasvorrichtung umfasst folglich zwei Strömungswege, nämlich einen durch die Abgasleitung und einen durch die Bypassleitung, sodass das Abgas, in Abhängigkeit von einer Stellung eines Abgasventils, durch die Abgasleitung, die Bypassleitung oder durch beide Leitungen strömen kann.
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Dabei ist es gewollt, dass das gesamte Abgas durch die Bypassleitung strömt, falls das entsprechende Abgasventil geschlossen ist.
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Allerdings kann das Abgas auch bei einem geöffneten Abgasventil in der Abgasleitung durch die Bypassleitung strömen. Dieser Strömungsweg ist in der Regel ungewollt, da das Abgas beispielsweise bei einem Wärmetauscher in der Bypassleitung zu einem parasitären Wärmestrom führt. Die Menge an ungewollt durch die Bypassleitung strömendem Abgas ist abhängig von der relativen Anordnung der aneinander angrenzenden Komponenten der Bypassleitung und der Abgasleitung. Dabei hat sich herausgestellt, dass insbesondere ein Zwischenstück, welches ein stromaufwärtiges mit einem stromabwärtigen Rohr verbindet und in den Bypass führt, zu Toleranzproblemen führen kann. Die beiden Rohre stehen nicht immer exakt koaxial oder haben einen axialen ungleichen Abstand, sodass insgesamt aufgrund von Lagetoleranzen der Rohre zueinander und der Bypassleitung zum Rohr Strömungsunterschiede entstehen, die zu hohen Wärmeverlusten führen können. Diese Nachteile treten insbesondere dann auf, wenn die Bypassleitung nicht durch eine eigene Klappe geschlossen wird, sondern eine Klappe nur an der Hauptleitung sitzt, so dass bei offener Klappe theoretisch oder bei ungünstigen Strömungsverhältnissen eine Strömung in den Bypass gelangt.
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Bei anderem Stand der Technik, der ohne dieses Zwischenstück auskommt, wird an der Abzweigstelle ein Rohr, welches den Einlass zur Bypassleitung bildet, angeschweißt oder angelötet. Diese Schweißstelle oder Lötstelle muss sehr exakt gearbeitet sein, um die Bypassleitung ebenfalls strömungsmäßig exakt auszurichten und um keine Festigkeitsprobleme zu erzeugen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasvorrichtung und ein Fahrzeug mit einer solchen Abgasvorrichtung zu schaffen, bei denen die Abgasvorrichtung mit einer hohen Genauigkeit und Stabilität erzeugt werden kann, sodass die Strömungsverhältnisse exakt eingestellt und dementsprechend wenig Wärmeverluste auftreten können.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasvorrichtung der eingangs genannten Art, die ein Abgasrohr hat und eine gasführende Einlasseinheit in der Bypassleitung. Dabei bildet das Abgasrohr stromaufwärts und stromabwärts der Abzweigstelle die Abgasleitung und umfasst wenigstens eine seitliche Öffnung an der Abzweigstelle. Die Einlasseinheit umgibt die Abgasleitung im Bereich der Öffnung vollumfänglich und ist mit der Abgasleitung strömungsverbunden, sodass Abgas aus der Abgasleitung in die Einlasseinheit und damit in die Bypassleitung geführt werden kann.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine exakte Positionierung zwischen Einlasseinheit und Abgasrohr, also zwischen Bypassleitung und Abgasleitung zu gewährleisten. Hierfür sind die Abgasleitung und die Bypassleitung im Bereich der Öffnung aus jeweils nur einer Komponente gebildet, nämlich dem Abgasrohr und der Einlasseinheit. Außerdem umgibt die Einlasseinheit das Abgasrohr im Bereich der Öffnung vollumfänglich, wodurch keine Kanten, Vorsprünge, oder ähnliches der Einlasseinheit in den Strömungsweg der Abgasleitung ragen können und auf diese Weise das Strömungsverhalten in der Abgasleitung unvorteilhaft beeinflussen können. Es werden also negative Effekte auf das Strömungsverhalten resultierend aus einer nicht optimalen relativen Anordnung der Bypassleitung und der Abgasleitung beseitigt und das Strömungsverhalten verbessert: Ferner ist die Einlasseinheit stabil an der Abgasleitung angebracht, weil sie nicht wie im Stand der Technik nur seitlich angeschweißt ist, sondern die Abgasleitung vollumfänglich umgibt, wodurch eine mechanisch sichere Verbindung erreicht wird.
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Die Abgasleitung der Abgasvorrichtung ist Teil eines Abgasstrangs eines Fahrzeugs, insbesondere des Hauptstrangs der Abgasleitung.
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An der Abzweigstelle kann das Abgas in die Einlasseinheit, also in die Bypassleitung strömen. Damit bildet die Einlasseinheit das stromaufwärtige Ende der Bypassleitung.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Einlasseinheit die Abgasleitung unter Bildung eines Ringkanals umgibt. Dabei ist der Ringkanal mit der Bypassleitung strömungsverbunden. Es ergibt sich durch den Ringkanal ein Hohlprofil, das für zusätzliche Stabilität sorgt.
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Der Ringkanal kann innenseitig durch die Abgasleitung und seitlich sowie außenseitig durch die Einlasseinheit begrenzt sein. Der Ringkanal wird also durch eine entsprechend geformte und an das Abgasrohr angepasste Einlasseinheit gebildet, sodass keine zusätzlichen Komponenten notwendig sind. Auf diese Weise wird die Montage der Abgasvorrichtung vereinfacht.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Öffnung in der Abgasleitung als Schlitz ausgebildet. Die Anbringung eines Schlitzes in einem Rohr ist dabei besonders einfach möglich, sodass die Herstellung des Abgasrohres kostengünstig ist.
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Es ist denkbar, dass sich der Schlitz mit seiner Längsrichtung in Umfangsrichtung der Abgasleitung über zumindest 90° des Umfangs der Abgasleitung erstreckt und in Querrichtung in Richtung der Längsachse der Abgasleitung im Bereich der Einlasseinheit. Der Schlitz erstreckt sich also vor allem quer zur Abgasleitung, wodurch die Menge an ungewollt durch die Öffnung strömendem Abgas weiter reduziert wird, wenn die Hauptleitung offen und der Bypass geschlossen sein soll.
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Beispielsweise erstreckt sich der Schlitz mit seiner Längsrichtung in Umfangsrichtung über 180° des Umfangs der Abgasleitung.
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Im Allgemeinen sind auch andere geometrische Formen der Öffnung denkbar. Die Öffnung kann zum Beispiel kreisförmig ausgebildet sein.
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An der Abgasleitung kann am stromaufwärtigen Rand der Öffnung ein Umlenkfortsatz angeformt sein, der in die Abgasleitung hineinragt. Auf diese Weise wird der Strömungsquerschnitt der Abgasleitung im Bereich der Öffnung verkleinert, wodurch das Abgas in diesem Bereich eine höhere Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Folglich wird die Menge an ungewollt in die Bypassleitung abgezweigtem Abgas an der Abzweigstelle reduziert.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Einlasseinheit eine Schale und einen Deckel auf, was die Herstellbarkeit vereinfacht. Die Schale und der Deckel haben jeweils eine Ausnehmung, mit deren Rand sie außenseitig an der Abgasleitung anliegen und gegenüber dieser abdichten. Durch die Ausnehmungen in der Schale und in dem Deckel liegt die Abgasleitung in zwei axial beabstandeten Bereichen ringförmig und stabil an der Einlasseinheit an, sodass ein vorbestimmter Winkel zwischen Abgasleitung und Bypassleitung exakt eingestellt werden kann.
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Die Schale und der Deckel können im Bereich ihres Randes jeweils abgekantet sein, um mit dem abgekanteten Abschnitt an der Außenseite der Abgasleitung anzuliegen. Durch den abgekanteten Abschnitt wird die Anlagefläche zwischen Einlasseinheit und Abgasrohr vergrößert und somit die Stabilität der Abgasvorrichtung verbessert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Bypassleitung (genauer gesagt ihre Längsachse) im Bereich der Einlasseinheit senkrecht zur Mittelachse der Abgasleitung. Die Strömungsrichtungen des Abgases in der Einlasseinheit und in der Einlasseinheit sind also senkrecht zueinander. Auf diese Weise strömt nur eine sehr geringe Menge an Abgas ungewollt in die Bypassleitung.
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Um die Abgasvorrichtung möglichst kompakt und baulich einfach auszuführen, kann am stromabwärtigen Ende der Einlasseinheit ein seitliches Auslassende als Übergang zu einem Wärmetauscher vorgesehen sein.
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Mit anderen Worten führt die Einlasseinheit das Abgas in der Bypassleitung direkt in den Wärmetauscher.
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Das Abgasrohr kann einstückig ausgebildet sein, und stromaufwärts und stromabwärts der Einlasseinheit gegenüber der Abzweigstelle aufgeweitet sein. Die Öffnung im Abgasrohr ist also in einem Bereich des Abgasrohres angeordnet, der im Vergleich zu benachbarten Bereichen einen verkleinerten Querschnitt aufweist, in dem eine höhere Abgasgeschwindigkeit und ein niedrigerer Druck herrscht, was eine nicht gewollte Strömung in den Bypass erschwert. Damit muss keine Abgasklappe die Bypassleitung schließen, sondern es reicht aus, dass die Hauptleitung geöffnet und geschlossen wird, um damit indirekt der Bypass zu schließen bzw. zu öffnen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abgasrohr einstückig ausgebildet, wobei das Abgasrohr stromaufwärts der Abzweigstelle beginnt und sich durchgehend bis stromabwärts der Abzweigstelle erstreckt und dort frei endet. Am freien Ende des Abgasrohres ist ein ansteuerbares Abgasventil vorgesehen, über das die Abgasleitung geöffnet oder geschlossen werden kann. Ferner mündet das freie Ende in eine Kammer und ragt in diese hinein, wobei die Kammer Abgas aus dem Abgasrohr und von der Bypassleitung aufnehmen kann. Auf diese Weise kann das Abgasventil vollständig innerhalb der Abgasleitung angeordnet werden, wodurch sich die Anbringung des Abgasventils vereinfacht.
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Das den Wärmetauscher verlassende Gas mündet in die Kammer, wodurch eine kompakte und damit platzsparende Abgasvorrichtung bereitgestellt wird.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Fahrzeug gelöst, das einen Verbrennungsmotor und eine erfindungsgemäße Abgasvorrichtung umfasst. Es ergeben sich die bereits bezüglich der Abgasvorrichtung ausgeführten Vorteile und Merkmale auch für das Fahrzeug und umgekehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Abgasvorrichtung,
- - 2 eine Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Abgasvorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
- - 3 ein Abgasrohr der Abgasvorrichtung aus 2 in einer perspektivischen Ansicht.
- - 4 in vergrößertem Maßstab das Detail IV in 2,
- - 5 eine Querschnittansicht durch die Abgasvorrichtung entlang der Schnittlinie V-V in 2,
- - 6 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasvorrichtung in einer Längsschnittansicht, und
- - 7 eine Querschnittansicht durch die Abgasvorrichtung der 6 entlang der Schnittlinie Vll-Vll in 6.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10, hier ein Kraftfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor 12 und einen Abgasstrang 14 aufweist. In dem Abgasstrang 14 ist eine Abgasvorrichtung 16 angeordnet und der Abgasstrang 14 leitet ein in dem Verbrennungsmotor 12 erzeugtes Abgas durch die Abgasvorrichtung 16 zu einem Ende des Abgasstrangs 14, hier zu einem Endrohr 18.
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ie Abgasvorrichtung 16 ist in 2 im Detail gezeigt und weist eine vorzugsweise lineare Abgasleitung 20 sowie eine hiervon abzweigende und wieder zurückgeführte Bypassleitung 22 auf. Die Bypassleitung 22 umfasst einen Wärmetauscher 23, der eine Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung bildet.
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Der Strömungsweg des Abgases in der Abgasleitung 20 ist durch Pfeile mit einer durchgezogenen Linie und der Strömungsweg des Abgases in der Bypassleitung 22 durch Pfeile mit einer gestrichelten Linie angedeutet.
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Innerhalb der Abgasleitung 20 ist ein Abgasventil 24 angeordnet, das zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung schwenkbar ist. In 2 ist das Abgasventil 24 in der offenen Stellung gezeigt und die geschlossene Stellung durch gestrichelte Linien angedeutet.
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Die Bypassleitung 22 zweigt stromaufwärts des Abgasventils 24 von der Abgasleitung 20 an einer Abzweigstelle 26 ab und mündet stromabwärts des Abgasventils 24 wieder in die Abgasleitung 20.
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Durch die Stellung des Abgasventils 24 wird die durch die Abgasleitung 20 und die durch die Bypassleitung 22 strömende Abgasmenge gesteuert. Dabei strömt in der offenen Stellung des Abgasventils 24 das Abgas nahezu vollständig durch die Abgasleitung 20 und in der geschlossenen Stellung vollständig durch die Bypassleitung 22.
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In der Ausführungsform der 2 hat die Abgasleitung 20 ein einstückiges Abgasrohr 28, das die Abgasleitung 20 stromaufwärts und stromabwärts der Abzweigstelle 26 bildet.
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Das Abgasrohr mündet in eine durch zwei aneinander befestigte Gehäuseschalen 30 gebildete Kammer 32, in die auch der Bypass wieder einmündet. Die Kammer 32 bildet einen Teil der Abgasleitung 20.
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Das Abgasrohr 28 weist, wie in 3 gezeigt, eine bezogen auf eine Mittelachse 33 des Abgasrohrs 28 seitliche Öffnung 34 auf.
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Genauer gesagt ist die Öffnung 34 als Schlitz 36 ausgeführt, der sich mit seiner Längsrichtung in Umfangsrichtung des Abgasrohres 28 und mit seiner Querrichtung in Richtung der Mittelachse 33, also entlang der Längsrichtung des Abgasrohrs 28, erstreckt.
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Dabei erstreckt sich der Schlitz 36 über wenigstens 90°, hier sogar über den halben Umfang des Abgasrohres 28, also über 180° des Umfangs des Abgasrohres 28.
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Das Abgas aus der Abgasleitung 20 kann also radial durch die Öffnung aus der Abgasleitung 20 in die Bypassleitung 22 strömen, also senkrecht zur Abgasleitung 20 über die Öffnung 34 in die Bypassleitung 22.
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An dem stromaufwärtigen Rand der Öffnung 34 ist ein Umlenkfortsatz 38 am Abgasrohr 28 vorgesehen, der in die Abgasleitung 20 hineinragt (4). Der Umlenkfortsatz 38 verkleinert also den Strömungsquerschnitt der Abgasleitung 20 im Bereich des Umlenkfortsatzes 38 und lenkt den Gasstrom von der Öffnung 34 weg, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases entlang der Abgasleitung 20 im Bereich des Umlenkfortsatzes 38 erhöht wird und eine Strömung in den Bypass verhindert wird.
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Der Umlenkfortsatz 38 weist einen Abstand zu dem seitlichen Rand der Öffnung 34 auf, also zum Rand der Öffnung 34, der sich in axialer Richtung erstreckt.
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Die Öffnung 34 ist, wie in 3 dargestellt, in axialer Richtung zwischen zwei in radialer Richtung aufgeweiteten Bereichen 40 des Abgasrohres 28 angeordnet. Dabei ist der stromaufwärtig aufgeweitete Bereich 40 eigentlich eine Strömungsverengung 42 (4).
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Somit sind in Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung zwei den Querschnitt des Abgasrohres 28 verkleinernde Komponenten vorgesehen, nämlich die Strömungsverengung 42 und der Umlenkfortsatz 38.
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Der stromabwärtige aufgeweitete Bereich 40 des Abgasrohres 28 bildet eine eine Befestigungsstelle 44, an der das Abgasrohr 28 an einer der Gehäuseschalen 30 befestigt ist (2). Das stromabwärtige, freie Ende 46 des Abgasrohres 28 ragt in die Kammer 32 hinein.
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An dem stromabwärtigen Ende 46 ist das Abgasventil 24 außenseitig am Abgasrohr 28 befestigt und in der geschlossenen Stellung des Abgasventils 24 verschließt das Abgasventil 24 das stromabwärtige Ende 46 des Abgasrohres 28, indem es stirnseitig gegen das Ende drückt.
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In der Ausführungsform der 2 weist die Bypassleitung 22 neben dem Wärmetauscher 23 eine abgasführende Einlasseinheit 50 auf, die eine Schale 54 und einen an der Schale 54 befestigten, .z.B. ebenen Deckel 56 umfasst.
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Beispielsweise sind die Schale 54 und der Deckel 56 miteinander verschweißt oder verlötet.
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In der Schale 54 und in dem Deckel 56 ist jeweils eine Ausnehmung 58 vorgesehen, wobei die Ausnehmungen 58 konzentrisch zueinander ausgeführt sind und die Mittelpunkte der Ausnehmungen 58 auf der Mittelachse 33 des Abgasrohres 28 liegen.
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Am Rand der entsprechenden Ausnehmung 58 weisen die Schale 54 und der Deckel 56 jeweils einen umfangsmäßig geschlossenen, abgekanteten Abschnitt 60 auf, mit dem die Schale 54 und der Deckel 56 an der Außenseite 62 des Abgasrohres 28 geschlossen umlaufend anliegen und die Abgasleitung 20 und Bypassleitung 22 gegeneinander abdichten.
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Die Einlasseinheit 50 umgibt das Abgasrohr 28 umfangsmäßig vollständig im Bereich der seitlichen Öffnung 34 des Abgasrohres 28 und bildet dabei einen Ringkanal 64 (5), der Teil der Bypassleitung 22 ist und mit ihr strömungsverbunden ist.
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Innenseitig wird der Ringkanal 64 durch einen Abschnitt der Außenseite 62 des Abgasrohres 28 begrenzt und außenseitig sowie seitlich durch die Einlasseinheit 50.
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Der Ringkanal 64 erstreckt sich mit seiner Längsrichtung dabei über 180° des Umfangs des Abgasrohres 28.
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Am stromabwärtigen Ende weist die Einlasseinheit 50, hier im Deckel 56, ein seitliches Auslassende 66 auf, über das die Einlasseinheit 50 strömungsmäßig mit dem Wärmetauscher 23 verbunden ist. Dabei ist der Querschnitt des Auslassendes 66 an den Querschnitt des Wärmetauschers 23 angepasst.
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Der Wärmetauscher 23 ist im Strömungsweg der Bypassleitung 22 zwischen der Einlasseinheit 50 und der Kammer 32 angeordnet.
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Mit anderen Worten nimmt die Kammer 32 das Abgas sowohl aus der Abgasleitung 20 als auch von der Bypassleitung 22 auf und führt die Bypassleitung 22 wieder mit der Abgasleitung 20 zusammen, sodass ein Bereich 68 der Gehäuseschalen 30 ein Teil der Bypassleitung 22 ist.
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Durch die Abgasvorrichtung 16 werden die Strömungseigenschaften des Abgases durch die Abgasleitung 20 bei geöffnetem Abgasventil 24 verbessert. Dies durch das einstückige Abgasrohr 28 und die das Abgasrohr 28 umfangsmäßig vollständig umgebende Einlasseinheit 50 erreicht, die eine exakte relative Positionierung der Abgasleitung 20 und der Bypassleitung 22 gewährleistet. Auf diese Weise werden Effekte auf das Strömungsverhalten des Abgases aufgrund der relativen Positionierung der Abgasleitung 20 und der Bypassleitung 22 zueinander beseitigt, d.h. bei offenem Abgasventil 24.
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Außerdem führen die Strömungsverengung 42 und der Umlenkfortsatz 38 zu einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Bereich der Abzweigstelle 26, sodass die Menge an Abgas, die bei geöffnetem Abgasventil 24 an der Abzweigstelle 26 durch die Öffnung 34 in die Bypassleitung 22 gelangt, verringert wird.
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Anhand der 6 und 7 wird nun eine Abgasvorrichtung 16 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, sodass im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Gleiche und funktionsgleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Im Unterschied zur Ausführungsform der 2 bis 5 liegt die Einlasseinheit im axialen Bereich der Öffnung 34 des Abgasrohres 28 außenseitig an dem Abgasrohr 28 flächig an (7).
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Folglich weist die die Abgasvorrichtung 16 der 6 und 7 keinen Ringkanal 64 auf. Dennoch ist auch hier die Einlasseinheit 50 vollumfänglich am Abgasrohr 28 abgestützt.
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Des Weiteren erstrecken sich der abgekantete Abschnitt 60 der Schale 54 und der abgekantete Abschnitt 60 des Deckels 56 an den entsprechenden Ausnehmungen in entgegengesetzte Richtungen von der Schale 54 bzw. dem Deckel 56 weg.
