DE19945266C2 - Abgasanlage - Google Patents

Abstract

Eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine weist einen an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angebrachten Abgaskrümmer auf, von welchem wenigstens zwei Abgasleitungen ausgehen, die in Einlaßöffnungen eines an einem Katalysatorelement angebrachten Abgasleitelementes münden. Das Katalysatorelement und eine mit dem Katalysatorelement verbundene Auslaßöffnung des Abgasleitelementes sind mit wenigstens annähernd ovalem Querschnitt ausgebildet. Die Einlaßöffnungen des Abgasleitelementes und der in die Einlaßöffnungen mündende Bereich der Abgasleitungen sind mit wenigstens annähernd ovalem Querschnitt ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angebrachten Abgaskrümmer nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Eine gattungsgemäße Abgasanlage ist aus der US 5 438 828 bekannt. Einen ähnlichen Stand der Technik zeigt auch die EP 0 508 505 A1.

Hierbei sind jeweils das Katalysatorelement und die mit dem Katalysatorelement verbundene Auslaßöffnung des Abgasleitelementes mit ovalem Querschnitt ausge­ bildet. Die Abgasleitungen, die in das Abgasleitele­ ment münden, weisen jeweils einen runden Querschnitt auf, was zu einer sehr nachteiligen, ungleichmäßigen Beaufschlagung des Katalysatorelementes führt.

In der DE 44 08 130 A1 ist eine weitere Abgasanlage beschrieben. Hierbei wird das Abgas unter einem be­ stimmten Winkel schräg in das Gehäuse des Katalysators eingeleitet.

Eine solche Anordnung, die auch als Fischer-Trichter bezeichnet wird, führt jedoch nachteiligerweise zu einem verhältnismäßig hohen Druckverlust in der Abgas­ leitung.

Weitere aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte Abgasanlagen weisen meist Abgasleitungen mit rundem Querschnitt auf, die zu einer ungleichmäßigen Beauf­ schlagung des in dem Katalysatorelement angeordneten Monolithen und somit zu einer ungenügenden Reinigungs­ leistung desselben führen. Dadurch ergibt sich eine schnellere Alterung des Monolithen und sehr häufig auch eine thermische Überbelastung des gesamten Kata­ lysators. Weitere Nachteile sind häufig unzureichende Bauteilfestigkeiten aufgrund der steigenden thermome­ chanischen Belastungen sowie Strömungsdruckverluste, die eine Gegendruckerhöhung bewirken und dadurch die Motorleistung senken.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mittels welcher einerseits eine gleichmäßige Beauf­ schlagung über den gesamten Querschnitt des in dem Katalysatorelement angeordneten Monolithen mit dem die Abgasanlage durchströmenden Abgas erzielt wird und welche andererseits minimale Strömungsdruckverluste zur Folge hat.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Einlaßöffnungen des Abgasleitelementes und der in die Einlaßöffnungen mün­ dende Bereich der Abgasleitungen mit wenigstens annä­ hernd ovalem Querschnitt ausgebildet sind, ergibt sich eine sehr gute Beaufschlagung des in dem Katalysator­ element untergebrachten Monolithen, was zu einer sehr guten Reinigungsleistung und einem verhältnismäßig geringem Druckverlust in der Abgasanlage führt. Dies ist der Fall, da der aus den Abgasleitungen austreten­ de, ablösungsfreie Strömungskegel des Abgases den ge­ samten Querschnitt des Monolithen trifft. Insbesondere im Volllastbetrieb kann hierdurch der Abgasgegendruck erheblich gesenkt werden.

Des weiteren kann durch die erfindungsgemäße Ausbil­ dung die Entstehung von Strömungsabrissen des Abgases in der Abgasanlage verhindert werden. Zusätzlich ist durch den ovalen Querschnitt der Abgasleitungen eine Erhöhung des mechanischen Widerstandsmomentes gegeben, was zu einer verbesserten Dauerhaltbarkeit führt.

Wenn in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung die Abgasleitungen schräg in die Einlaßöffnungen des Abgasleitelementes münden, ist eine noch gleichmä­ ßigere Beaufschlagung der Monolithenfläche mit dem Abgas zu erreichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteran­ sprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeich­ nung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Abgasanlage in einer dreidimensionalen Ansicht;

Fig. 2 eine Ansicht eines Teils der Abgasanlage gemäß dem Pfeil II aus Fig. 1; und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Teils der Abgasanlage aus Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Abgasanlage 1 dargestellt, welche einen Abgaskrümmer 2 aufweist, der an einem Zylinder­ kopf 3 einer nur schematisch dargestellten Brennkraft­ maschine 4 in an sich bekannter Weise angebracht ist. Hierzu weist der Abgaskrümmer 2 mehrere Befestigungs­ bohrungen 5 auf.

In dem Abgaskrümmer 2 sind im vorliegenden Fall vier Abgasleitungen 6, 7, 8 und 9 eingesteckt und gegebe­ nenfalls mit demselben verschweißt. Die Abgasleitungen 7 und 9 münden hierbei in ein Abgasleitelement 10, welches zu diesem Zweck mit zwei Einlaßöffnungen 11 und 12 versehen ist. An der den Einlaßöffnungen 11 und 12 gegenüberliegenden Seite weist das beispielsweise durch ein Tiefziehverfahren hergestellte Abgasleitele­ ment 10 eine Auslaßöffnung 13 auf, welche mit einem Katalysatorelement 14 verbunden ist. Auf diese Art und Weise kann an dem Abgaskrümmer 2 in die Abgasanlage 1 eintretendes Abgas in das Katalysatorelement 14 gelan­ gen.

In dem Katalysatorelement 14 befindet sich in bekann­ ter, jedoch nicht dargestellter Weise ein Monolith, der zur Reinigung des die Abgasanlage 1 durchströmen­ den Abgases vorgesehen ist. Der Monolith ist in dem Katalysatorelement 14 in nicht dargestellten Quellmat­ ten gelagert. An dem dem Abgasleitelement 10 gegen­ überliegenden Ende des Katalysatorelementes 14 befin­ det sich eine Ausgangshutze 15, welche das Abgas aus dem Katalysatorelement 14 in eine Abgangsleitung 16 leitet. In der Abgangsleitung 16 können weitere be­ kannte, jedoch nicht dargestellte Elemente, wie z. B. ein Schalldämpfer, angeordnet sein.

Die in die Einlaßöffnungen 11 und 12 mündenden Abgas­ leitungen 7 und 9 weisen jeweils Vorsprünge 17 und 18 auf, in welche die Abgasleitungen 6 und 8 münden. Im vorliegenden Fall mündet die Abgasleitung 6 an dem Vorsprung 18 in die Abgasleitung 9 und die Abgaslei­ tung 8 mündet an dem Vorsprung 17 in die Abgasleitung 7. Um die Vorsprünge 17 und 18 einfach herstellen zu können, werden die Abgasleitungen 7 und 9 mittels ei­ nes verhältnismäßig kostengünstigen Innenhochdruckver­ fahrens umgeformt. Durch die Vorsprünge 17 und 18 ent­ steht ein definierter Querschnitt zur Anbringung der Abgasleitungen 6 und 8 an den Abgasleitungen 9 und 7.

Stromabwärts nach den Vorsprüngen 17 und 18 münden die Abgasleitungen 7 und 9, wie bereits oben erwähnt, in die Einlaßöffnungen 11 und 12 des Abgasleitelementes 10. Die Abgasleitungen 6 und 8 können gewöhnliche, runde und nach einem an sich bekannten Biegeverfahren hergestellte Rohre sein.

Das Katalysatorelement 14 ist in seinem Querschnitt wenigstens annähernd oval ausgebildet, wodurch auch die Ausgangshutze 15 sowie die Auslaßöffnung 13 des Abgasleitelementes 10 einen ovalen Querschnitt aufwei­ sen. Eine derartige Ausbildung eines Katalysatorelementes 14 wird auch als "Oval-Querschnitts-Form" be­ zeichnet.

Um eine besser Anströmung des Monolithen zu erreichen, sind auch die Einlaßöffnungen 11 und 12 sowie die in die Einlaßöffnungen 11 und 12 mündenden Abgasleitungen 7 und 9 im Querschnitt wenigstens annähernd oval aus­ gebildet. Hierbei verläuft jeweils die lange Ovalachse der Einlaßöffnungen 11 und 12 im wesentlichen parallel zu der langen Ovalachse der Auslaßöffnung 13 des Ab­ gasleitelementes 10.

In dem von dem Abgaskrümmer 2 ausgehenden Bereich wei­ sen auch die Abgasleitungen 7 und 9 kreisförmige Quer­ schnitte auf, dieser kreisförmige Querschnitt geht jedoch jeweils bei Annäherung der Abgasleitungen 7 und 9 an das Abgasleitelement 10 in den oben beschriebenen ovalen Querschnitt über. Wie in Fig. 2 erkennbar, be­ trägt der Winkel, mit dem der kreisförmige Querschnitt der Abgasleitungen 7 und 9 in den ovalen Querschnitt in dem in die Einlaßöffnungen 11 und 12 mündenden Be­ reich übergeht bzw. aufgeweitet ist, ca. 3° zur Längs­ achse der Abgasleitungen 7 und 9. Dieser sanfte Über­ gang, der durch die besonders gut geeignete Innenhoch­ druckumformung sehr einfach und ohne Zusatzkosten her­ gestellt werden kann, verhindert ein Abreißen der Strömung in den Abgasleitungen 7 und 9, wodurch Strö­ mungsablösungen und Druckverluste vermieden werden sollen.

Wie ebenfalls Fig. 2 entnehmbar ist, münden die Abgas­ leitungen 7 und 9 schräg in das Abgasleitelement 10, was zu einer sehr gleichmäßigen Beaufschlagung der gesamten Querschnittsfläche des Monolithen führt, wodurch dessen Reinigungswirkung verbessert wird. Der Winkel, unter dem die Abgasleitungen 7 und 9 in die Einlaßöffnungen 11 und 12 des Abgasleitelementes 10 münden, beträgt je nach vorhandenem Bauraum 10° bis 30°, insbesondere ca. 15°, bezogen auf die Längsachse des Katalysatorelementes 14.

Die beschriebene Abgasanlage 1 ist sehr gut für Brenn­ kraftmaschinen mit vier Zylindern in Reihenbauweise oder acht Zylindern in V-Bauweise geeignet, es wären jedoch auch Ausführungsformen für Brennkraftmaschinen mit anderen Zylinderzahlen denkbar. Hierzu müßte das Abgasleitelement 10 mit einer entsprechenden Anzahl an Einlaßöffnungen 11 bzw. 12 versehen sein.

Claims (9)

1. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ange­ brachten Abgaskrümmer, von welchem wenigstens zwei Abgasleitungen ausgehen, die in Einlaßöffnungen eines an einem Katalysatorelement angebrachten Ab­ gasleitelementes münden, wobei das Katalysatorele­ ment und eine mit dem Katalysatorelement verbunde­ ne Auslaßöffnung des Abgasleitelementes mit wenig­ stens annähernd ovalem Querschnitt ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (11, 12) des Abgasleitelementes (10) und der in die Einlaßöffnungen (11, 12) mün­ dende Bereich der Abgasleitungen (7, 9) mit wenig­ stens annähernd ovalem Querschnitt ausgebildet sind.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lange Ovalachse der Einlaßöffnungen (11, 12) im wesentlichen parallel zu der langen Ovalachse der Auslaßöffnung (13) des Abgasleitelementes (10) verläuft.

3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitungen (7, 9) schräg in die Einlaßöff­ nungen (11, 12) des Abgasleitelementes (10) münden.

4. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Abgaskrümmer (2) wenigstens vier Abgas­ leitungen (6, 7, 8, 9) vorgesehen sind, von denen we­ nigstens zwei in die Einlaßöffnungen (11, 12) des Abgasleitelementes (10) münden, wobei die anderen Abgasleitungen (6, 8) in die in die Einlaßöffnungen (11, 12) des Abgasleitelementes (10) mündenden Ab­ gasleitungen (7, 9) münden.

5. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Einlaßöffnungen (11, 12) des Abgasleit­ elementes (10) mündenden Abgasleitungen (7, 9) durch Innenhochdruckumformung hergestellt sind.

6. Abgasanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Abgasleitungen (6, 8), die in die Ein­ laßöffnungen (11, 12) des Abgasleitelementes (10) mündenden Abgasleitungen (7, 9) münden, durch kon­ ventionelles Biegen hergestellt sind.

7. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Einlaßöffnungen (11, 12) des Abgasleit­ elementes (10) mündenden Abgasleitungen (7, 9) an ihrem Außenumfang jeweils einen Vorsprung (17, 18) aufweisen, an dem die anderen Abgasleitungen (6, 8) angeschweißt sind.

8. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Einlaßöffnungen (11, 12) des Abgasleit­ elementes (10) mündenden Abgasleitungen (7, 9) mit einem Winkel von ca. 3° von ihrem runden Quer­ schnitt in den wenigstens annähernd ovalen Quer­ schnitt übergehen.

9. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg in die Einlaßöffnungen (11, 12) des Ab­ gasleitelementes (10) mündenden Abgasleitungen (7, 9) unter einem Winkel von 10 bis 30°, insbeson­ dere ca. 15°, in die Einlaßöffnungen (11, 12) des Abgasleitelementes (10) münden.