DE19633563C2

DE19633563C2 - Abgasanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19633563C2
Application number: DE1996133563
Authority: DE
Inventors: Juergen Schorn; Manfred Hein
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Tenneco GmbH
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2016-08-22
Also published as: DE19633563A1; WO1998007967A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruches.

Aus der gattungsgemäßen DE 23 11 475 A1 ist eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein im wesentlichen zylindrisches Katalysatorgehäuse über ein ebenfalls zylindrisches Abgasrohr beaufschlagt wird, wobei die Achsen des Abgasrohres und des Katalysatorgehäuses einen Winkel von etwa 110° einschließen. Eine derartige Abgasanlage hat den Nachteil, daß durch die Zuordnung zwischen Abgasrohr und Katalysatorgehäuse eine sehr ungleichmäßige Anströmung der Katalysatorstirnfläche erfolgt und eine entsprechende ungleichmäßige Beaufschlagung des Katalysatorträgers verursacht wird.

Aus der DE 23 45 383 A1 ist weiterhin eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Achse des Katalysatorgehäuses und die Achse des Abgasrohres in einen Winkel von 90° zueinander verlaufen. Zur Vergleichmäßigung der An- bzw. Durchströmung des Katalysators ist vor dem Katalysatorgehäuse eine Umlenkeinrichtung angeordnet, der eine Lochplatte nachgeschaltet ist. Bei dieser Lochplatte ist an den Stellen stärkerer Anströmung durch die Abgase, nämlich in der Plattenmitte, der Lochanteil der Platte geringer und dementsprechend der Strömungswiderstand größer als an den Rändern.

Aus der DE 28 43 365 C2 ist weiterhin eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem ovalzylindrischen Katalysatorgehäuse, einem zylindrischen Abgasrohr und einem dazwischen angeordneten Einströmtrichter bekannt, bei dem der Einströmtrichter mit Leitvorrichtungen zur Beeinflussung der Abgasdurchströmung versehen ist. Mit diesen Leitvorrichtungen soll eine Vergleichmäßigung der Katalysatordurchströmung erzielt werden, wobei die Leitvorrichtung gezielt so angeordnet sind, daß die Abgasbeaufschlagung des Katalysatorträgers gleichmäßig auf seine gesamte ovale Stirnfläche erfolgt. Dazu sind zwei gegenüberliegende Leitvorrichtungen in Form von Einprägungen des Gehäuses so angeordnet, daß sie sich an den beiden weniger gekrümmten Seitenflächen befinden und durch ihre V-förmige Ausbildung die Abgase verstärkt in die Außenbereiche zu den stärker gekrümmten Seitenflächen umlenken. Ein derartiger Einströmstutzen ist geeignet für Abgasanlagen, bei denen die Achsen des eingangsseitigen Abgasrohres und des Katalysatorträgers bzw. des Katalysatorgehäuses miteinander fluchten oder parallel zueinander verlaufen. Wird die Abgasanlage aufgrund des beengten Bauraumes am Einbauort so ausgebildet, daß die Achsen des Abgasrohres und des Katalysatorträgers nicht fluchten bzw. parallel zueinander verlaufen, ist mit einem derartigen Einströmstutzen keine gleichmäßige Beaufschlagung des Katalysatorgehäuses mehr möglich. Um dennoch eine gleichmäßige Beaufschlagung zu erreichen, müßte der in den Einströmstutzen einmündende Abschnitt des Abgasrohres sehr stark abgewinkelt werden, um wieder eine parallele bzw. fluchtende Achsrichtung auszubilden. Eine derartige Krümmung des Abgasrohres würde jedoch zu einer nicht gewollten Erhöhung des Abgasgegendruckes führen. Ohne diese Abwinkelung würde die Beaufschlagung des Katalysatorgehäuses ungleichmäßig, wobei die dem eingeschlossenen Winkel der beiden Achsen abgewandte Gehäusehälfte stärker beaufschlagt wäre.

Es ist demgegenüber eine Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, bei der die Katalysatoranströmung schräg erfolgt, wobei die Achsen des Katalysatorgehäuses bzw. des Katalysatorträgers und des eingangsseitigen Abgasrohres nicht fluchten bzw. parallel zueinander verlaufen, dahingehend zu verbessern, daß mit geringem baulichen und fertigungstechnischen Aufwand eine gleichmäßige Beaufschlagung des Katalysatorgehäuses bzw. des Katalysatorträgers über die gesamte Stirnfläche sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.

Wenn bei einer Abgasanlage, deren Katalysatorgehäuse und eingangsseitiges Abgasrohr nicht fluchtend bzw. nicht parallel verlaufend angeordnet sind, eine Leitvorrichtung im Einströmstutzen so angeordnet wird, daß sie sich auf den Strömungsverlauf bezogen an dessen längerem Außenabschnitt befindet, wird eine gezielte Ablösung der Strömung von der Außenwand erreicht. Diese führt zu einer Vergleichmäßigung der Anströmung des Katalysatorträgers und sorgt insbesondere für eine verstärkte Anströmung des innen (bezogen auf den Winkel zwischen den beiden Achsen) liegenden Abschnittes des Katalysatorgehäuses. Eine derartige Leitvorrichtung kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden, wenn diese als eingedrückter Abschnitt des Gehäuses des Einströmtrichters ausgebildet wird. Die Leitvorrichtung kann dabei fertigungstechnisch günstig bereits bei der Formgebung des Gehäuses des Einströmstutzens mit ausgeformt werden, so daß zusätzliche Fertigungsschritte nicht erforderlich werden.

Eine besonders gleichmäßige Anströmung des Katalysatorgehäuses bzw. des Katalysatorträgers wird erreicht, wenn die Leitvorrichtung am Einströmstutzen mit einer Abrißkante versehen ist. Durch diese Abrißkante wird eine gezielte Umlenkung des Abgasstromes und eine Vergleichmäßigung über die anzuströmende Fläche erreicht.

Eine besonders gute Ablösung des Abgasstromes vom Bereich der Außenwand wird erzielt, wenn die Leitvorrichtung einen, in Strömungsrichtung gesehen, auswärtsgebogenen Anströmabschnitt aufweist, an den sich die Abrißkante anschließt. Durch diese Ausbildung wird ein Ablösen der Wandströmung noch einmal verbessert.

Ein besonders einfach herzustellender und kostengünstiger Aufbau der Abgasanlage ergibt sich, wenn der Einströmtrichter aus mindestens zwei schalenartigen Gehäuseteilen zusammengesetzt ist, wobei vorteilhafter Weise die Leitvorrichtung vollständig in einem der schalenartigen Gehäuseteile ausgebildet ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine nur teilweise dargestellte Abgasanlage,

Fig. 2 eine Ansicht des Einströmstutzens in Richtung 11 nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ansicht einer Halbschale des Einströmstutzens in Richtung III nach Fig. 1.

Die in den Fig. 1 bis 3 teilweise dargestellte Abgasanlage einer Brennkraftmaschine hat ein in diesem Ausführungsbeispiel kreiszylindrisch ausgebildetes Katalysatorgehäuse 1, in dem ein nicht näher dargestellter Katalysatorträger angeordnet ist. Dieses Katalysatorgehäuse 1 ist über einen stirnseitig angeordneten Einströmstutzen 2 mit einem eingangsseitigen Abgasrohr 3 verbunden, das über einen nicht näher dargestellten Abgasrohrkrümmer mit den ebenfalls nicht näher dargestellten Brennräumen der Brennkraftmaschine verbunden ist. Das Abgasrohr 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel ovalzylindrisch ausgebildet. Die Hauptachse 4 des Abgasrohres verläuft im Eintrittsbereich in den Einströmstutzen 2 in einem Winkel α von etwa 115° zur Längsachse 5 des Katalysatorgehäuses 1.

Der Einströmstutzen 2 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Halbschalen 6, 7. Die Halbschale 6 hat einen kurzen, zylindrisch angeformten Stutzen 8, der im Bereich der Stirnseite 9 des Katalysatorgehäuses 1 mit diesem verbunden ist. An der dem Katalysatorgehäuse 1 abgewandten Seite hat die Halbschale 6 einen kragenartig nach außen abgewinkelten Befestigungsrand 10, an dem ein entsprechender kragenartig abgewinkelter Befestigungsrand 11 der Halbschale 7 anliegt. Durch Verschweißen der beiden aufeinanderliegenden Befestigungsränder 10 und 11 sind die beiden Halbschalen verbunden und bilden den Einströmstutzen 2. Die zusammengesetzten Halbschalen 6 und 7 haben einen Fortsatz in Form eines zweiten Stutzens 12, der zur Aufnahme und Befestigung des Abgasrohres 3 dient.

Die Halbschale 7 ist in der Draufsicht nach Fig. 3 (von der dem Katalysatorgehäuse 1 abgewandten, geschlossenen Seite her gesehen) als rundes Deckelelement 13 ausgebildet, an das der Stutzen 12 bzw. der durch die Halbschale 7 gebildete Teil des Stutzens 12 seitlich angeformt ist. Das Deckelelement 13 ist gegenüber der Stirnseite 9 des Katalysatorgehäuses 1 schräg angeordnet. Seine in Fig. 1 ersichtliche flächige Ausrichtung entspricht im wesentlichen der Achsrichtung der Hauptachse 4. Das Deckelelement 13 hat einen nach innen, zum Katalysatorgehäuse 1 hin, eingedrückten Abschnitt 14, der als Leitvorrichtung für den Abgasstrom dient. Dieser eingedrückte Abschnitt 14 ist, in der Draufsicht gesehen, etwa dreieckförmig ausgebildet und befindet sich in der dem Stutzen 12 zugewandten unteren Hälfte des Deckelelementes 13. Die Grundfläche 15 des eingedrückten Abschnittes 14 ist - wie zuvor angeführt - etwa dreieckförmig mit zwei gleichen Schenkeln 16 und 17 ausgebildet, die in diesem Ausführungsbeispiel einen Winkel von etwa 110° einschließen. Die durch die beiden Schenkel 16 und 17 gebildete Spitze des Dreieckes ist dem Stutzen 12 zugewandt und befindet sich etwa im Bereich des Überganges 18 zwischen Stutzen 12 und der Kreisfläche des Deckelelementes 13. Die Grundseite 19 der Grundfläche 15 des eingedrückten Abschnittes 14 ist mit einer leichten Auswärtskrümmung (vom Stutzen 12 aus gesehen) versehen. Die Länge der beiden Schenkel 16 und 17 ist so bemessen, daß diese bis nahe an den Rand des Deckelelementes 13 reichen. Der durch die Eindrückung der Grundfläche 15 ausgebildete Rand 20 zwischen Grundseite 19 und dem angrenzenden, nicht eingedrückten Bereich des Deckelelementes 13 ist so ausgebildet, daß der Übergang 21 zum nicht eingedrückten Bereich des Deckelelementes etwa rechtwinkelig verläuft. Der Übergang 22 zwischen der Grundfläche 15 und dem Rand 20 ist in einem spitzen Winkel ausgeführt, der einen relativ kleinen Krümmungsradius aufweist. Dieser Übergang 22 dient als Abrißkante für den Abgasstrom. Um die Steifigkeit der Halbschale 7 und des Einströmstutzens 2 zu erhöhen und einen günstigeren Strömungsverlauf zu erzielen, ist die Grundfläche 15 mit einer leichten Außenwölbung versehen.

Um die Steifigkeit und Biegefestigkeit des Einströmstutzens zu erhöhen, ist die mit der Leitvorrichtung versehene Halbschale 7 auf ihrer Ausßenseite durch eine zusätzliche Halbschale 23 überdeckt, die ebenfalls mit dem Rand 10 bzw. 11 verbunden ist.

Durch den als Leitvorrichtung für den Abgasstrom dienenden eingedrückten Abschnitt 14 wird der Abgasstrom im Bereich dieser Eindrückung so abgelenkt, daß ein wesentlicher Teil des Abgasstromes in den mittleren und unteren Bereich (Fig. 1) des Katalysatorgehäuses 1 abgelenkt wird. Damit wird eine gleichmäßigere Beaufschlagung des Katalysatorgehäuses und damit des Katalysatorträgers erzielt. Die Ausbildung des Einströmstutzens 2 und die Anordnung der Leitvorrichtung bzw. des eingedrückten Abschnittes 14 sind so vorgesehen, daß sich diese auf den Strömungsverlauf bezogen am längeren Außenabschnitt 24 des Einströmstutzens befinden.

Die Lage und Größe der Leitvorrichtung und die Lage des Überganges 22 und damit der Abrißkante sind im wesentlichen abhängig von den Durchmessern bzw. Halbmessern des Katalysatorgehäuses 1 und des Abgasrohres 3 und vom Winkel α der beiden Hauptachsen 4 und 5.

Die beschriebene Ausführungsform kann mit geringem fertigungstechnischen Aufwand als tiefgezogenes Formteil hergestellt werden. Im Gegensatz zum hier dargestellten Ausführungsbeispiel können die Abrißkante bzw. die Leitvorrichtung auch durch ein in den Einströmstutzen 2 eingesetztes, beispielsweise eingeschweißtes Element ausgebildet sein.

Claims

1. Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem kreis- oder ovalzylindrischen Katalysatorgehäuse (1) mit großem Durchmesser bzw. mit großen Halbmessern, einem eingangsseitigen kreis- oder ovalzylindrischen Abgasrohr (3) mit kleinem Durchmesser bzw. mit kleinen Halbmessern und mit einem dazwischen angeordneten Einströmstutzen (2), wobei die Achse (5) des Katalysatorgehäuses (1) und die Achse (4) des Abgasrohres (3) in einem Winkel zwischen 100° und etwa 185° zueinander verlaufen, und der Einströmstutzen auf den Strömungsverlauf bezogen einen kürzeren Innenabschnitt (25) und einen längeren Außenabschnitt (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenabschnitt (24) des Einströmstutzens eine strömungsbeeinflussende Leitvorrichtung (14, 22) vorgesehen ist, und daß die Leitvorrichtung (14, 22) ein eingedrückter Abschnitt des Gehäuses (6, 7) des Einströmstutzens (2) ist.

2. Abgasanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (14, 22) mit einer Abrißkante (22) versehen ist.

3. Abgasanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eingedrückte Abschnitt (14) einen auswärts gebogenen Anströmabschnitt (15) aufweist, an den sich die Abrißkante (22) anschließt.

4. Abgasanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmstutzen (2) aus mindestens zwei schalenartigen Gehäuseteilen (6, 7) zusammengesetzt ist.

5. Abgasanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung (14, 22) ein in das Gehäuse (6, 7) des Einströmstutzens (2) eingesetztes Formteil ist.