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Die
Erfindung betrifft einen Abgasstrang für große Massenströme durchsetzende
Brennkraftmaschinen, insbesondere mit Aufladung arbeitende Dieselbrennkraftmaschinen,
mit einem Rohrkrümmer, der
bei großem
Umlenkwinkel kleine Umlenkradien aufweist.
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Solche
Rohrkrümmer
sind aus der Praxis bekannt und im Abgassystem von über Turbolader
aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschinen für Nutzfahrzeuge eingesetzt.
Dabei werden relativ große
Massenströme
bei hohen Temperaturen durchgesetzt, mit entsprechender Belastung
des Abgasstranges. In Verbindung mit über Turbolader aufgeladenen Brennkraftmaschinen
sind zudem meist noch ungünstige
Bauraumbedingungen gegeben, da die Ausrüstung mit Turboladern nicht
selten bei der Konzeption des Fahrzeuges noch keine oder nur eine
untergeordnete Rolle gespielt hat und eine entsprechende Aufrüstung erst
nachträglich
vorgenommen wurde. Die bauraumkritischen Aspekte werden noch verstärkt, wenn
zusätzlich
ein Ladeluftkühler
vorgesehen wird und gegebenenfalls auch mehrere Lader eingesetzt
werden, zumal der Abgasstrang teilweise eine erhebliche Wärmeabstrahlung
hat, die einen entsprechenden Abstand zu diesbezüglich empfindlichen Aggregaten
und/oder eine zusätzliche
Abschirmung dieser Aggregate erforderlich macht.
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Diesen
Gegebenheiten versucht man teilweise durch Isolierung der Rohrleitungen
des Abgasstranges, insbesondere eine doppelwandige Ausbildung der
Rohrleitungen Rechnung zu tragen. Beeinträchtigt werden diese Bemühungen aber
nicht selten noch dadurch, daß die
räumlichen
Gegebenheiten und Leitungsführungen
des Abgasstranges, wie beispielsweise Zusammenführungen oder Verzweigungen
scharfe Umlenkungen bedingen, die eine gewisse Stauwirkung und eine
weitere Aufheizung durch Umwandlung der kinetischen Energie des
Abgasstromes in thermische Energie bedingen. Besonders problematisch
sind in diesem Zusammenhang Rohrkrümmer mit kleinen Umlenkradien
bei großem
Umlenkwinkel, so beispielsweise die eingangs genannten, aus der
Praxis bekannten Rohrkrümmer
mit Umleitung des Abgasstromes über
180° bei
geringem Abstand der Anschlüsse
zueinander und bei in geringem Abstand zur jeweiligen Anschlußebene quer, insbesondere
senkrecht zur Achse der Anschlüsse verlaufendem
Verbindungsabschnitt.
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Die
DE 196 45 619 A1 offenbart
ein Abgasleitungssystem einer Brennkraftmaschine mit einem Rohrbündel mit
einer Mehrzahl von Innenrohren, wobei ein Rohrbündelabschnitt für eine Umlenkung
um 180 Grad bei kleinem Umlenkradius vorgesehen ist. Die Innenrohre
sind innerhalb eines Mantelrohrs geführt und einzeln mit Anschlussleitungen
verbunden, die ihrerseits mit den Abgasauslässen der Brennkraftmaschine
verbunden sind. Mit dieser Ausgestaltung sollen Wärmeverluste
des Abgases insbesondere in der Kaltstartphase reduziert werden
und dadurch ein schnelles Ansprechen eines nachgeschalteten Katalysators
erreicht werden.
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Die
DE 36 18 185 C2 betrifft
eine Abgasvorrichtung für
ein Gasturbinenwerk, wobei die Abgasvorrichtung unter anderem mit
Blick auf eine geringe Wärmeabstrahlung
ausgelegt ist. Hierfür
ist eine Zufuhr von Kühlluft
vorgesehen, welche über
mehrere Umlenkwände
für die
Abgasführung
eine Abkühlung der
heißen Turbinenabgase
bewirkt. Die Abgasvorrichtung ist jedoch sehr aufwändig gestaltet
und hauptsächlich
für einen
Einsatz in gepanzerten Gefechtsfahrzeugen vorgesehen.
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Weiter
ist aus der
DE 34 14
537 A1 eine Auspuffanlage für eine aufgeladene Brennkraftmaschine bekannt,
welche speziell für
eine größtmögliche Übertragung
der kinetischen Abgasenergie auf die Turbine des Laders ausgelegt
ist. Hierfür
weist die Turbine ein kegelstumpfförmiges Einströmgehäuse auf,
in welches ein Abgassammelrohr einmündet. Zur besseren Energieübertragung
sind im Einströmgehäuse speziell
orientierte Radialrippen vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, einen Abgasstrang anzugeben, bei welchem speziell
im Krümmerbereich
die Durchströmungsverhältnisse
und die thermischen Belastungen verbessert sind.
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Erfindungsgemäß wird dies
durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht, die bei geringem Aufwand
und ohne Bauteilvergrößerung zum
Tragen kommen. Durch die Kanalisierung trifft ein Teil des Abgasstromes
kurz nach Einmündung
in den Rohrkrümmer
auf die quer verlaufende Kanalwand, die als umlenkende Schottwand wirkt,
wobei die Schottwand nur vergleichsweise geringe Berührflächen zu
der den Leitungsquerschnitt begrenzenden Umfangswand des Rohrkrümmers hat,
so daß die
Abstrahlung über
die Rohrwände
reduziert wird. Gleichzeitig wird die Durchströmung verbessert, da durch die
erfindungsgemäße Kanalisierung
eine Art Kammerung erreicht wird, bei der die einzelnen Stromfäden zwischen
Zu- und Abströmung auf
den bzw. vom Rohrkrümmer
weitgehend ungestört
verlaufen können. Dadurch
werden Verwirbelungen vermieden, die Druckverluste und die Umsetzung
kinetischer in thermische Energie bedingen, und dadurch zu einer
weiteren Aufheizung führen.
Da Druckverluste zudem die Leistung des Motors verringern bzw. den
Verbrauch erhöhen,
ergeben sich auch in dieser Richtung positive Effekte.
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Im
Rahmen der Erfindung können
selbstverständlich
auch mehr als zwei Kanäle
vorgesehen werden, wobei die Kanäle
durch Trennwände
gebildet sein können,
die bei zur Krümmungsachse
etwa paralleler Erstreckung in Richtung des der jeweiligen Krümmung entsprechenden
Radienvektors hintereinander liegen. Kanäle können aber auch durch rohr- bzw.
kastenförmige,
beispielsweise im Querschnitt rechteckige, dünnwandige, z.B. aus Blech bestehende
Profilkörper
gebildet sein, die beispielsweise innerhalb eines Mantels angeordnet
werden, der seinerseits doppelwandig ausgebildet ist, so daß quasi ein
gebauter Rohrkrümmer
entsteht.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner
wird die Erfindung nachstehend mit weiteren Einzelheiten anhand
der Zeichnungen näher
erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine liegenden Rohrkrümmer mit
zwei Krümmerbögen bei
scharfer Umlenkung über
2 × 90°, teilweise
geschnitten gemäß Linie
I-I in 2, wobei die im Anschluß an den Rohrkrümmer liegenden
Teile des Abgasstranges, die auch durch einen Turbolader gebildet
sein können,
nicht dargestellt sind,
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2 einen
Schnitt gemäß Linie
II-II in 1 durch den Rohrkrümmer gemäß 1 im
Bereich eines seiner Anschlüsse,
wobei der Rohrkrümmer
in seinem Querschnitt durch eine parallel zu den Krümmungsachsen
verlaufende Trennwand in zwei Kanäle unterteilt ist,
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3 eine
der 1 entsprechende Darstellung, wobei die in 1 durch
die Trennwand erreichte Kammerung durch über ihren Umfang geschlossene
Teilkrümmer
gebildet ist, die durch in sich geschlossene Profile, beispielsweise
Blechprofile entsprechenden Querschnitts gebildet sein können, und
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4 einen
Schnitt gemäß Linie
IV-IV in 3, analog zu 2.
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In
den Figuren finden, soweit gleiche Teile angesprochen sind, gleiche
Bezugszeichen Verwendung.
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Gezeigt
ist in den Figuren ein mit 1 bzw. 2 bezeichneter
Rohrkrümmer,
dessen beide, verschiedenen Krümmerbögen zugehörige Anschlüsse 3 und 4 bei
gleicher Abgangsrichtung, also bei einer Umlenkung über 2 × 90° mit gleicher
Erstreckung in nicht näher
gezeigter Weise im Abgasstrang einer ebenfalls nicht gezeigten Brennkraftmaschine
liegen, wobei die Brennkraftmaschine bei spielsweise über einen
oder mehrere, insbesondere zwei Turbolader aufgeladen wird und der
axiale Auslaß des
Turboladers auf den Anschluß 3 ausmündet, während der Anschluß 4 in
eine weiterführende,
nur andeutungsweise dargestellte Rohrleitung des Abgasstranges, die
mit 5 bezeichnet ist, übergeht.
Im Hinblick auf die Verbindung mit derartigen Aggregaten und/oder Rohrleitungen
ist der Rohrkrümmer 1 bzw. 2 an
den freien Enden seiner Krümmerbögen mit
entsprechenden Anschlußflanschen
versehen, wie sie bei 6 angedeutet sind. Selbstverständlich kann
der Rohrkrümmer 1 bzw. 2 auch
in anderen Bereichen des Abgasstranges eingesetzt sein, wobei die
entsprechenden Rohrleitungen im Hinblick auf die durchzusetzenden Volumenströme große freie
Querschnitte aufweisen und zumindest in den auf die Anschlüsse 3 und 4 ausmündenden
Teilabschnitten ungeteilt sind, ungeachtet dessen, daß stromauf
oder stromab die jeweilige Zu- bzw. Abführung durchaus verzweigt sein oder
verzweigt werden kann.
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Die
Anschlüsse 3 und 4 der
Krümmerbögen liegen
bei den Ausführungsbeispielen
in einer Ebene, die senkrecht oder nahezu senkrecht zur Krümmerebene
liegt und gehen seitens des Rohrkrümmers 1 bzw. 2 über sehr
kurze, parallel verlaufende Mündungsabschnitte 7 in
einen quer hierzu verlaufenden Verbindungsabschnitt 8 über, dessen
Querschnittsfläche
etwa der Querschnittsfläche
der Anschlüsse 3 bzw. 4 entspricht,
wobei der Verbindungsabschnitt 8 im Ausführungsbeispiel,
wie 2 und 4 zeigen, einen an ein Rechteck
angenäherten,
leicht abgeflachten Querschnitt aufweist, dessen quer zur Ebene
der Anschlüsse 3, 4 liegende
Breite kleiner als die in Richtung der genannten Ebene verlaufende
Höhe ist.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist der Rohrkrümmer 1 bzw. 2 als
doppelwandiger Blechkrümmer
ausgebildet, wobei dieser einen Innenmantel 9 und einen
Außenmantel 10 aufweist
und der Außenmantel 10 zur Bildung
eines Isolierraumes zum Innenmantel 9 beabstandet ist.
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Innenmantel 9 und
Außenmantel 10 sind
im Ausführungsbeispiel
gemäß 1 und 2 jeweils durch
Halbschalen 11, 12 bzw. 13, 14 gebildet,
wobei der durch die Halbschalen 13 und 14 gebildete
Innenmantel 9 den Leitungsquerschnitt des Rohrkrümmers 1 bzw. 2 bestimmt,
der durch eine Trennwand 15 in Kanäle 16 und 17 unterteilt
ist.
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Die
Trennwand 15 verläuft
ausgehend von den jeweiligen Anschlüssen 3, 4 über die
gesamte Länge
des Rohrkrümmers 1 bzw. 2,
wobei durch die Trennwand 15 der Rohrkrümmer 1 über seine
gesamte Länge
in die Kanäle 16 und 17 unterteilt
ist, von denen der Kanal 16 einen inneren und der Kanal 17 einen äußeren Kanal
bildet und die Trennwand 15 sich in einer zur Krümmungsachse
der jeweiligen Umlenkung im wesentlichen parallelen Ebene erstreckt,
derart, daß die
Kanäle 16 und 17 in
Richtung des der jeweiligen Krümmung
entsprechenden Radienvektors hintereinander liegen, also einen Innenkanal 16 und
einen Außenkanal 17 bilden.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 und 2 ist
die Trennwand 15, wie in 2 bei 18 durch eine
angedeutete Schweißstelle
veranschaulicht, als Blechschweißteil mit dem Innenmantel 9 verbunden.
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Einen
entsprechenden Verlauf der Teilungsebene zwischen den jeweiligen
Halbschalen 10, 11 und 13, 14 von
Innenmantel 9 und Außenmantel 10 vorausgesetzt
kann die Trennwand auch über
die zusammengesetzten Halbschalen gehalten sein, sei es durch entsprechende
Falz- oder Schweißverbindung. Im
Ausführungsbeispiel
verläuft
die Teilungsebene parallel zu durch die Flansche 6 bestimmten
Anschlußebene
etwa längsmittig
des Verbindungsabschnittes 8, so daß in diesem Bereich auch eine
Möglichkeit
zur Halterung durch Einfalzen gegeben wäre. Grundsätzlich kann die Teilungsebene
auch einen der Trennwand 15 folgenden Verlauf aufweisen.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 3 und 4 liegt
ein prinzipiell gleicher Aufbau vor, die Aufteilung auf die Kanäle 16 und 17 erfolgt
aber dadurch, daß diese
durch über
den Umfang zumindest teilgeschlossene Kanalkästen, die sich zu geschlossenen Kanälen ergänzen, als
Teilkrümmer
gebildet sind, wobei die gezeigten, geschlossenen Kanalkästen mit 19 und 20 bezeichnet
sind. Die Kanalkästen 19, 20 bilden
jeder für
sich einen Krümmer
im Krümmer, nämlich im
Rohrkrümmer 2 und
zeigen entsprechenden Verlauf und Anordnung, so daß, wie in
der Ausgestaltung gemäß 1 und 2,
zwischen den Anschlüssen 3 und 4 jeweils
durchlaufende Kanäle 16 und 17 vorhanden
sind. Selbstverständlich
ist es im Rahmen der Erfindung möglich,
mehr als zwei Kanalkästen 19 und 20 vorzusehen
und so eine weitere Kammerung des Durchflußquerschnittes des Rohrkrümmers 2 zu
erreichen mit der Folge, daß verhältnismäßig schmale
Kanäle
entstehen. Derartige Kanalkästen 19, 20 können bei
entsprechender Verbindung untereinander den Innenmantel 9 ersetzen, oder
es kann der Innenmantel 9 dazu genutzt werden, die Kanalkästen 19, 20 gegen einander
und gegenüber
dem Außenmantel 10 zu
fixieren. Die Kanalkästen
können,
abweichend vom Gezeigten, auch lediglich als offene, rinnenförmige Kanalkästen ausgeführt sein,
deren fehlende vierte Seite durch den Rücken des jeweils angrenzenden
Kanalkastens gebildet ist.
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Eine
durch die Trennwand 15 oder durch die Kanalkästen 19 bzw. 20 erreichte
Kanalbildung oder Kammerung führt
zu geringeren Wärmeverlusten
im Bereich des Rohrkrümmers 1 bzw. 2,
dementsprechend auch einer geringeren Wärmeabgabe auf die Umgebung
sowie zu geringeren Strömungs-
und Druckverlusten im Bereich des Rohrkrümmers 1 bzw. 2,
die sich negativ auf die Leistung der Brennkraftmaschine und deren
Verbrauch auswirken.