DE10334418A1 - Abgassystem für einen V-Motor - Google Patents

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Abstract

Abgassystem für einen V-Motor, aufweisend einen ersten und einen zweiten Abgaskrümmer (1, 3), ein erstes und ein zweites vorderes Abgasrohr (9, 11), die jeweils stromaufwärts davon über einen ersten und einen zweiten vorderen Katalysator (5, 7) mit dem ersten und dem zweiten Abgaskrümmer (1, 3) verbunden sind, wobei das erste und das zweite vordere Abgasrohr (9, 11) an deren Endabschnitten unter Bildung eines Verbindungsabschnitts (13) miteinander verbunden sind, ein mittleres Abgasrohr (17), das mit einem Abschnitt stromabwärts des Verbindungsabschnitts (13) verbunden ist, wobei ein Hauptkatalysator (15) in dem mittleren Abgasrohr (17) angeordnet ist, und ein hinteres Abgasrohr (29, 31), das stromabwärts mit dem mittleren Abgasrohr (17) verbunden ist, wobei der Verbindungsabschnitt (13) derart ausgebildet ist, dass ein Winkel (a) zwischen einer Mittellinie eines Endabschnitts des ersten vorderen Abgasrohres (9) und einer Mittellinie eines Endabschnitts des zweiten vorderen Abgasrohres (11) kleiner als 20 DEG ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgassystem für einen V-Motor, und insbesondere ein Abgassystem zur Verbesserung der Strömungsgleichförmigkeitscharakteristika des Abgases durch bessere Struktur eines Verbindungsabschnitts von vorderen Abgasrohren, die stromaufwärts eines Hauptkatalysators eines Fahrzeuges angeordnet sind, und zur Aufrechterhaltung der katalytischen Aktivierungstemperatur des Abgases durch zusätzlichen Einbau einer Wärmeschutzvorrichtung.
  • Im Allgemeinen wird bei einem Abgassystem eines Fahrzeuges entsprechend der Anordnung eines Katalysators zwischen einem motornahen Katalysator (CCC) und einem Unterbodenkatalysator (UCC) je nach der Motorraumgröße und dem Grad der Abgasreduzierungsforderung unterschieden. Der CCC-Katalysator ist nahe eines jeweiligen Hauptkanals eines Abgaskrümmers angeordnet, und der UCC-Katalysator ist relativ weit von dem Abgaskrümmer angeordnet, so dass Strömungsgleichförmigkeit des Abgases relativ gering ist.
  • Es gibt verschiedene Richtungen in der Forschung und Entwicklung zur Verbesserung der Abgascharakteristika in solchen Abgassystemen, wobei die folgenden Faktoren zusammengefasst werden können: Verbesserung der Strömungsgleichförmigkeit stromaufwärts eines Katalysators, Auswahl der Einbauposition eines Sauerstoffsensors, Verbesserung der Aktivierungstemperatur des Katalysators beim Kaltstart, und Unterdrückung des Anstiegs von Staudruck.
  • Wie aus 5 ersichtlich, sind bei einem UCC-Abgassystem, das üblicherweise für einen V-Motor verwendet wird, ein erstes und ein zweites vorderes Abgasrohr 109 und 111 jeweils über einen vorderen Katalysator 105 und 107 mit einem Abgaskrümmer 101 und 103 gekuppelt.
  • Das erste und das zweite vordere Abgasrohr 109 und 111 sind an einem Verbindungsabschnitt 113 miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 113 ist stromaufwärts eines mittleren Abgasrohres 119 angeordnet, das einen Hauptkatalysator 115, einen vorderen Schalldämpfer 116 und einen mittleren Schalldämpfer 117 aufweist.
  • Ein linkes und ein rechtes hinteres Abgasrohr 125 und 127, die jeweils mit einem Hauptschalldämpfer 121 und 123 versehen sind, sind stromabwärts mit dem mittleren Abgasrohr 119 verbunden.
  • Jedoch sind bei dem herkömmlichen Abgassystem für einen V-Motor das erste und das zweite vordere Abgasrohr 109 und 111 senkrecht zu dem Verbindungsabschnitt 113 gekuppelt, so dass die Abgasströmung innerhalb des Verbindungsabschnitts 113 ungleichförmig turbulent ist. Ferner verringert sich die Querschnittsfläche der Abgasleitung in dem Verbindungsabschnitt 113 im Wesentlichen derart, dass ein großer Druckanstieg in diesem Abschnitt auftritt, was zu einem Anstieg des Staudrucks führen kann, so dass die Leistung bei Volllast verschlechtert wird.
  • Ferner kann, da die Entfernung zwischen den Abgaskrümmern 101 und 103 und dem Hauptkatalysator 115 zu weit ist, die Abgastemperatur in dem Hauptkatalysator 115 geringer als die Aktivierungstemperatur des Katalysators sein.
    •
  • Mit der Erfindung wird ein Abgassystem für einen V-Motor geschaffen, bei dem ein Verbindungsabschnitt, der das erste und das zweite vordere Abgasrohr miteinander verbindet, verbessert wird und eine Wärmeschutzvorrichtung verwendet wird, um die Strömungsgleichförmigkeitscharakteristika des Abgases und die Leistung bei Volllast zu verbessern und die Abgastemperatur höher als die Aktivierungstemperatur des Katalysators zu halten.
  • Dies wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erreicht durch ein Abgassystem für einen V-Motor, aufweisend einen ersten und einen zweiten Abgaskrümmer, ein erstes und ein zweites vorderes Abgasrohr, ein mittleres Abgasrohr und ein hinteres Abgasrohr. Das erste und das zweite vordere Abgasrohr sind jeweils stromaufwärts davon über einen ersten und einen zweiten vorderen Katalysator mit dem ersten und dem zweiten Abgaskrümmer verbunden, und das erste und das zweite vordere Abgasrohr sind an deren Endabschnitten unter Bildung eines Verbindungsabschnitts miteinander verbunden. Das mittlere Abgasrohr ist stromabwärts mit dem Verbindungsabschnitt verbunden, und ein Hauptkatalysator ist in dem mittleren Abgasrohr angeordnet. Das hintere Abgasrohr ist stromabwärts mit dem mittleren Abgasrohr verbunden. Der Verbindungsabschnitt ist derart ausgebildet, dass ein Winkel zwischen einer Mittellinie eines Endabschnitts des ersten vorderen Abgasrohres und einer Mittellinie eines Endabschnitts des zweiten vorderen Abgasrohres kleiner als 20° ist.
  • Es wird auch bevorzugt, dass der Verbindungsabschnitt derart ausgebildet ist, dass sowohl ein Winkel zwischen einer Mittellinie des Endabschnitts des ersten vorderen Abgasrohres und einer Mittellinie des mittleren Abgasrohres als auch ein Winkel zwischen einer Mittellinie des Endabschnitts des zweiten vorderen Abgasrohres und der Mittellinie des mittleren Abgasrohres kleiner als 60° sind.
  • Vorzugsweise sind ein schräger Abschnitt an dem einen Endabschnitt des einen des ersten und des zweiten vorderen Abgasrohres und ein gekrümmter Abschnitt an dem einen Endabschnitt des anderen des ersten und des zweiten vorderen Abgasrohres ausgebildet, wobei der schräge Abschnitt und der gekrümmte Abschnitt unter Bildung des Verbindungsabschnitts miteinander verbunden sind.
  • Es wird ferner bevorzugt, dass der Verbindungsabschnitt derart positioniert ist, dass ein Abstand zwischen einer vertikalen Mittellinie des Verbindungsabschnitts und einer vertikalen Mittellinie des einen des ersten und des zweiten Abgaskrümmers, der weiter von dem Hauptkatalysator als der andere positioniert ist, größer als 800 mm ist.
  • Es wird bevorzugt, dass das Abgassystem ferner eine Hauptwärmeschutzvorrichtung und eine Zusatzwärmeschutzvorrichtung aufweist. Die Hauptwärmeschutzvorrichtung ist in dem mittleren Abgasrohr in der Nähe des Verbindungsabschnitts angeordnet, und die Zusatzwärmeschutzvorrichtung ist in dem einen des ersten und des zweiten vorderen Abgasrohres, das länger als das andere ist, angeordnet.
  • Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Abgassystem für einen V-Motor einen ersten und einen zweiten Abgaskrümmer, ein erstes und ein zweites vorderes Abgasrohr, ein mittleres Abgasrohr und ein hinteres Abgasrohr auf. Das erste und das zweite vordere Abgasrohr sind jeweils stromaufwärts davon über einen ersten und einen zweiten vorderen Katalysator mit dem ersten und dem zweiten Abgaskrümmer verbunden, und das erste und das zweite vordere Abgasrohr sind an deren Endabschnitten unter Bildung eines Verbindungsabschnitts miteinander verbunden. Das mittlere Abgasrohr ist stromabwärts mit dem Verbindungsabschnitt verbunden, und ein Hauptkatalysator ist in dem mittleren Abgasrohr angeordnet. Das hintere Abgasrohr ist stromabwärts mit dem mittleren Abgasrohr verbunden. Der Verbindungsabschnitt ist derart ausgebildet, dass sowohl ein Winkel zwischen einer Mittellinie des Endabschnitts des ersten vorderen Abgasrohres und einer Mittellinie des mittleren Abgasrohres als auch ein Winkel zwischen einer Mittellinie des Endabschnitts des zweiten vorderen Abgasrohres und der Mittellinie des mittleren Abgasrohres kleiner als 60° sind.
    •
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Abgassystems für einen V-Motor nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine vergrößerte Ansicht eines Verbindungsabschnitts zweier vorderer Abgasrohre des Abgassystems aus 1;
  • 3 eine Staudruckcharakteristik des Abgassystems nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 eine Leistungscharakteristik eines Motors mit dem Abgassystem nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 5 eine perspektivische Ansicht eines Abgassystems nach dem Stand der Technik.
  • Nachfolgend wird ein Abgassystem nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Wie aus 1 ersichtlich, weist ein Abgassystem für einen V-Motor gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein linkes und ein rechtes vorderes Abgasrohr 9 und 11 auf, die jeweils über einen vorderen Katalysator 5 und 7 mit einem linken und einem rechten Abgaskrümmer 1 und 3 verbunden sind, die ihrerseits mit Zylinderköpfen eines V-Motors verbunden sind.
  • Das linke und das rechte vordere Abgasrohr 9 und 11 sind an dem Verbindungsabschnitt 13 miteinander verbunden, der seinerseits stromaufwärts mit einem mittleren Abgasrohr 17 verbunden ist, das einen Hauptkatalysator 15, einen vorderen Schalldämpfer 25 und einen mittleren Schalldämpfer 27 aufweist.
  • Ein linkes und ein rechtes hinteres Abgasrohr 29 und 31 sind stromabwärts mit dem mittleren Abgasrohr 17 verbunden, und ein linker und ein rechte Hauptschalldämpfer 33 und 35 sind jeweils an dem linken und dem rechten hinteren Abgasrohr 29 und 31 angeordnet.
  • Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, ist ein Abstand L zwischen einer vertikalen Mittellinie des Verbindungsabschnitts 13 und einer vertikalen Mittellinie des linken Abgaskrümmers 1, der weiter von dem mittleren Abgasrohr 17 als der rechte Abgaskrümmer 3 positioniert ist, größer als 800 mm. Ein Winkel a zwischen einer Mittellinie eines Endabschnitts des linken vorderen Abgasrohres 9 und einer Mittellinie eines Endabschnitts des rechten vorderen Abgasrohres 11 ist kleiner als 20°.
  • Ferner sind sowohl ein Winkel b zwischen einer Mittellinie eines Endabschnitts des linken vorderen Abgasrohres 9 und einer Mittellinie des mittleren Abgasrohres 17 als auch ein Winkel c zwischen einer Mittellinie eines Endabschnitts des rechten vorderen Abgasrohres 11 und einer Mittellinie des mittleren Abgasrohres 17 kleiner als 60°. Für diese Verbindung weist das rechte vordere Abgasrohr 11 einen gekrümmten Abschnitt P1 auf.
  • Das heißt, dass bei dem Abgassystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das linke vordere Abgasrohr 9 an dessen einen Endabschnitt mit einem schrägen Abschnitt P2 versehen ist. Ein Winkel zwischen einer Mittellinie des schrägen Abschnitts P2 und der Mittellinie des mittleren Abgasrohres 17 ist etwa 40° (Winkel b). Das rechte vordere Abgasrohr 11 ist über den gekrümmten Abschnitt P1 mit einem vorderen Ende des mittleren Abgasrohres 17 verbunden, und ein Winkel zwischen einer Mittellinie eines Endabschnitts des gekrümmten Abschnitts P1 und der Mittellinie des mittleren Abgasrohres 17 ist etwa 55° (Winkel c).
  • Eine Hauptwärmeschutzvorrichtung 19 ist in dem mittleren Abgasrohr 17 in der Nähe des Verbindungsabschnitts 13 des linken und des rechten vorderen Abgasrohres 9 und 11 angeordnet, eine Zusatzwärmeschutzvorrichtung 21 ist in dem rechten vorderen Abgasrohr 11 angeordnet, das wegen seiner größeren Länge mehr der Atmosphäre ausgesetzt ist als das linke vordere Abgasrohr 9.
  • Die Hauptwärmeschutzvorrichtung 19 und die Zusatzwärmeschutzvorrichtung 21 sind Vorrichtungen zum Reduzieren der Wärme des durch diese hindurch tretenden Abgases und können zum Beispiel aus einem wärmebeständigen Material sein.
  • Daher ist bei dem oben beschriebenen Abgassystem, da der vor dem Hauptkatalysator 15 positionierte Verbindungsabschnitt 13 des rechten und des linken vorderen Abgasrohres 9 und 11 derart positioniert ist, dass der Abstand L zwischen der vertikalen Mittellinie des Verbindungsabschnitts 13 und der vertikalen Mittellinie des linken Abgaskrümmers 1 größer als 800 mm ist, der Winkel zwischen der Mittellinie des schrägen Abschnitts P2 des linken vorderen Abgasrohres 9 und der Mittellinie des Endabschnitts des gekrümmten Abschnitts P1 des rechten vorderen Abgasrohres 11 kleiner als 20°, und gleichzeitig sind der Winkel zwischen der Mittellinie des schrägen Abschnitts P2 und der Mittellinie des mittleren Abgasrohres 17 und der Winkel zwischen der Mittellinie des Endabschnitts des gekrümmten Abschnitts P1 und der Mittellinie des mittleren Abgasrohres 17 jeweils kleiner als 60°, so dass die Gleichförmigkeit der Strömung des Abgases durch Minimierung der Überlagerung zwischen den Strömungen des Abgases und die Leistung des Motors bei Volllastbetrieb durch Reduzierung des Staudrucks verbessert werden können.
  • Mit Bezug auf 3 zeigt die durchgehende Linie den Staudruck stromaufwärts des linken oder des rechten vorderen Abgasrohres 9 und 11 (stromabwärts der Abgaskrümmer 1 und 3) entsprechend einer Änderung der Motordrehzahl an, und die gestrichelte Linie zeigt den Staudruck in dem Verbindungsabschnitt 13 des linken und des rechten vorderen Abgasrohres 9 und 11 entsprechend einer Änderung der Motordrehzahl an. Die Differenz des Staudrucks zwischen diesen beiden Positionen kann ein Maßstab für die Motorleistung sein. Das heißt, je geringer die Differenz ist, desto höher ist die Motorleistung. Wie aus 3 ersichtlich, ist die Differenz des Staudrucks bei dem Abgassystem gemäß der Erfindung relativ gering. Demzufolge ist, wie aus 4 ersichtlich, in einem Bereich von 2500–3000 U/min das Motordrehmoment eines Motors mit dem Abgassystem gemäß der Erfindung um maximal 4% größer als das Motordrehmoment eines Motors mit dem Abgassystem nach dem Stand der Technik, und insbesondere wird die Motorleistung in einem niedrigen Drehzahlbereich verbessert.
  • Ferner verhindern die in dem mittleren Abgasrohr 17 angeordnete Hauptwärmeschutzvorrichtung 19 und die in dem rechten vorderen Abgasrohr 11 angeordnete Zusatzwärmeschutzvorrichtung 21 ein übermäßiges Abkühlen des Abgases durch Wärmeübertragung an die Atmosphäre, so dass die Abgastemperatur in dem Hauptkatalysator 15 höher als die Aktivierungstemperatur des Katalysators gehalten werden kann, und demzufolge kann die Reinigungseffizienz des Katalysators erhöht werden.

Claims (6)

  1. Abgassystem für einen V-Motor, aufweisend: einen ersten und einen zweiten Abgaskrümmer (1, 3); ein erstes und ein zweites vorderes Abgasrohr (9, 11), die jeweils stromaufwärts davon über einen ersten und einen zweiten vorderen Katalysator (5, 7) mit dem ersten und dem zweiten Abgaskrümmer (1, 3) verbunden sind, wobei das erste und das zweite vordere Abgasrohr (9, 11) an deren Endabschnitten unter Bildung eines Verbindungsabschnitts (13) miteinander verbunden sind; ein mittleres Abgasrohr (17), das mit einem Abschnitt stromabwärts des Verbindungsabschnitts (13) verbunden ist, wobei ein Hauptkatalysator (15) in dem mittleren Abgasrohr (17) angeordnet ist; und ein hinteres Abgasrohr (29, 31), das stromabwärts mit dem mittleren Abgasrohr (17) verbunden ist, wobei der Verbindungsabschnitt (13) derart ausgebildet ist, dass ein Winkel (a) zwischen einer Mittellinie eines Endabschnitts des ersten vorderen Abgasrohres (9) und einer Mittellinie eines Endabschnitts des zweiten vorderen Abgasrohres (11) kleiner als 20° ist.
  2. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsabschnitt (13) derart ausgebildet ist, dass sowohl ein Winkel (b) zwischen einer Mittellinie des Endabschnitts des ersten vorderen Abgasrohres (9) und einer Mittellinie des mittleren Abgasrohres (17) als auch ein Winkel (c) zwischen einer Mittellinie des Endabschnitts des zweiten vorderen Abgasrohres (11) und der Mittellinie des mittleren Abgasrohres (17) kleiner als 60° sind.
  3. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei ein schräger Abschnitt (P2) an dem einen Endabschnitt des einen des ersten und des zweiten vorderen Abgasrohres (9) und ein gekrümmter Abschnitt (P1) an dem einen Endabschnitt des anderen des ersten und des zweiten vorderen Abgasrohres (11) ausgebildet sind, und wobei der schräge Abschnitt (P2) und der gekrümmte Abschnitt (P1) unter Bildung des Verbindungsabschnitts (13) miteinander verbunden sind.
  4. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsabschnitt (13) derart positioniert ist, dass ein Abstand (L) zwischen einer vertikalen Mittellinie des Verbindungsabschnitts (13) und einer vertikalen Mittellinie des einen des ersten und des zweiten Abgaskrümmers (1, 3), der weiter von dem Hauptkatalysator (15) als der andere positioniert ist, größer als 800 mm ist.
  5. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei eine Hauptwärmeschutzvorrichtung (19) in dem mittleren Abgasrohr (17) in der Nähe des Verbindungsabschnitts (13) angeordnet ist, und wobei eine Zusatzwärmeschutzvorrichtung (21) in dem einen des ersten und des zweiten vorderen Abgasrohres (9, 11), das länger als das andere ist, angeordnet ist.
  6. Abgassystem für einen V-Motor, aufweisend: einen ersten und einen zweiten Abgaskrümmer (1, 3); ein erstes und ein zweites vorderes Abgasrohr (9, 11), die jeweils stromaufwärts davon über einen ersten und einen zweiten vorderen Katalysator (5, 7) mit dem ersten und dem zweiten Abgaskrümmer (1, 3) verbunden sind, wobei das erste und das zweite vordere Abgasrohr (9, 11) an deren Endabschnitten unter Bildung eines Verbindungsabschnitts (13) miteinander verbunden sind; ein mittleres Abgasrohr (17), das mit einem Abschnitt stromabwärts des Verbindungsabschnitts (13) verbunden ist, wobei ein Hauptkatalysator (15) in dem mittleren Abgasrohr (17) angeordnet ist; und ein hinteres Abgasrohr (29, 31), das stromabwärts mit dem mittleren Abgasrohr (17) verbunden ist, wobei der Verbindungsabschnitt (13) derart ausgebildet ist, dass sowohl ein Winkel (b) zwischen einer Mittellinie des Endabschnitts des ersten vorderen Abgasrohres (9) und einer Mittellinie des mittleren Abgasrohres (17) als auch ein Winkel (c) zwischen einer Mittellinie des Endabschnitts des zweiten vorderen Abgasrohres (11) und der Mittellinie des mittleren Abgasrohres (17) kleiner als 60° sind.
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