DE3506183A1

DE3506183A1 - Abgasrohrkruemmer

Info

Publication number: DE3506183A1
Application number: DE19853506183
Authority: DE
Inventors: Rainer 7270 Nagold Diez
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1985-02-22
Publication date: 1986-08-28
Also published as: EP0192995B1; EP0192995A1; ATE41041T1; DE3662213D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasrohrkrümmer für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren mit interner Verbrennung, mit Auslaßrohren, welche jeweils einem Zylinder zugeordnet, mit etwa gleicher Länge angeordnet und gruppenweise in jeweils ein der Gruppe zugeordnetes weiterführendes Abgasrohr zusammengeführt sind.

Bei bekannten Abgasrohrkrümmern sind die den Auslaßventilen jedes Zylinders nachgeschalteten Auslaßrohre in der Regel zu zwei Gruppen zusammengefaßt, d.h. bei einem Sechs-Zylinder-Reihenmotor münden die Auslaßrohre von drei Zylindern in ein erstes weiterführendes Abgasrohr, während die Auslaßrohre der anderen drei Zylinder in ein zweites weiterführendes Abgasrohr zusammengeführt sind. Die weiterführenden Abgasrohre münden dann ihrerseits in einen Vorschalldämpfer bzw. - soweit eine Schadstoff-Reduzierung der Abgase notwendig oder erwünscht ist - in eine Katalysator-Kammer. Entsprechende Anordnungen sind auch für Vier-Zylinder-Reihenmotoren bekannt; hier sind jeweils zwei Auslaßrohre in ein weiterführendes Abgasrohr zusammengeführt.

Bei dieser bekannten Konstruktion müssen relativ große Leistungseinbußen durch den Katalysator hingenommen werden, da derselbe aufgrund seiner die Abgasströmung drosselnden Wirkung einen hohen Gegendruck erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Abgasrohrkrümmer zu schaffen, welcher auch bei Kombination mit einer üblichen Katalysator-Anordnung eine etwa gleiche Leistungsausbeute ermöglicht, wie sie bei bisherigen Abgaskrümmern nur ohne Anordnung einer Katalysatorkammer möglich sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die weiterführenden Abgasrohre mehrerer Gruppen in ein gemeinsames Abgasrohr zusammengeführt sind, dessen Querschnitt geringer als der Gesamtquerschnitt der damit verbundenen weiterführenden Abgasrohre ist, und daß der Querschnitt der weiterführenden Abgasrohre jeweils geringer ist als der Gesamtquerschnitt der jeweils angeschlossenen Gruppe der Auslaßrohre.

Durch die stufenweise Verengung des der gesamten Abgasmenge zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnittes wird innerhalb des erfindungsgemäßen Abgasrohrkrümmers eine stufenweise Beschleunigung des Abgasstromes bei entsprechend stufenweiser Druckverminderung erreicht. Dieses Druckgefälle wirkt im Sinne einer Verminderung des der Abgasströmung entgegengesetzten Strömungswiderstandes, derart, daß der vom Katalysator verursachte, unvermeidliche Leistungsverlust kompensiert wird. Damit lassen sich bei Motoren, deren Abgase zur Schadstoffverminderung katalytisch zerlegt werden, ohne weiteres etwa gleiche Leistungen erzielen, wie bei Motoren ohne Katalysator im Auspuffstrang.

Zweckraäßigerweise sind die Auslaßrohre des Motors bzw. jeweils einer Zylinderreihe desselben zu jeweils zwei Gruppen zusammengefaßt, wobei die beiden zugeordneten weiterführenden Abgasrohre in das dem Motor bzw. der Zylinderreihe zugeordnete gemeinsame Abgasrohr zusammengeführt sind.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Gesamtquerschnitt einer Gruppe der Auslaßrohre etwa dem 1,5- bis 2,5fachen des Querschnittes des dieser Gruppe zugeordneten weiterführenden Abgasrohres und der Querschnitt des gemeinsamen Abgasrohres etwa einem Drittel bis Dreiviertel des Gesamtquerschnittes der darin mündenden weiterführenden Abgasrohre ist.

Ein besonderer Vorzug der Erfindung liegt darin, daß das gemeinsame Abgasrohr eine Lambda-Sonde aufnehmen kann, wie sie zur Steuerung des Motors bei Abgasreinigung mittels Katalysatoren üblich ist. Auf diese Weise wird die Lambda-Sonde in einem Bereich des Abgasstranges mit geringem Querschnitt angeordnet und von den gesamten Abgasen des Motors bzw. einer Zylinderreihe beaufschlagt. Es wird also sicher verhindert, daß ein Teil des Abgasstromes bzw. die Abgase einzelner Zylinder die Lambda-Sonde umgehen können. Darüber hinaus ist eine Anordnung der Lambda-Sonde in einer Abgaszone mit relativ hohen Temperaturen möglich. Dagegen kann der Katalysator in größerer Entfernung vom Motor und damit in einer kühleren Abgaszone angeordnet sein, um Schaden durch überhitzung bei Betrieb des Motors unter Vollast zu vermeiden.

Bei bisherigen, mit Katalysatoren kombinierten Abgaskrümmern mußte die Lambda-Sonde in der gleichen Kammer wie der Katalysator untergebracht werden, weil die dieser Kammer vorgeschalteten Abgasrohre jeweils nur zur Führung eines Teiles der Motorabgase dienten und die Lambda-Sonde dementsprechend erst bei einer Anordnung in der Katalysatorkammer von sämtlichen Abgasen des Motors beaufschlagt werden konnte. Bei dieser Anordnung ist jedoch nachteilig, daß am Katalysator sowie an der Lambda-Sonde praktisch gleiche Temperaturverhältnisse vorliegen und dementsprechend hinsichtlich der Abgastemperaturen im Bereich von Lambda-Sonde und Katalysator nur ein Kompromiß möglich ist. Bei herkömmlichen Anordnungen liegen deshalb die Abgastemperatüren im Bereich der Lambda-Sonde bzw. des Katalysators oftmals oberhalb der für den Katalysator erwünschten Temperatur und unterhalb des für die Lambda-Sonde optimalen Temperaturbereiches.

Im Hinblick auf eine hohe Standfestigkeit des Abgasrohrkrümmers ist es zweckmäßig/ wenn das gemeinsame Abgasrohr, die darin einmündenden weiterführenden Abgasrohre sowie die diesen zugeordneten Auslaßrohre als Blechteil ausgebildet sind. Gegenüber einer an sich grundsätzlich möglichen Ausführung als Gußteile wird damit eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Schwingungen erreicht.

Zur Optimierung der Abgasströmung kann in den Zusammenführungen der Auslaßrohre und/oder der weiterführenden Abgasrohre jeweils zwischen zwei Rohrmündungen ein Zungenteil angeordnet sein, welches eine Vereinigung der jeweils zusammengeführten Abgasströme erst mit Abstand von den Rohrmündungen zuläßt. Mit dem Zungenteil kann also zur strömungsmäßigen Abstimmung des Abgasrohrkrümmers eine Verlängerung der gasdynamisch wirksamen Längen der Auslaßrohre bzw. der weiterführenden Abgasrohre erzielt werden. Darüber hinaus erfährt der jeweils aus einem Auslaßrohr 0 bzw. einem weiterführenden Abgasrohr austretende Abgasstrom im Bereich der Zusammenführungen eine geringere QuerSchnittsveränderung, wenn Zungenteile angeordnet sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, welche in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei zeigt

Fig. 1 in schematisierter Form einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmer für einen Sechs-Zylinder-Reihenmotor und

Fig. 2 einen entsprechenden Abgaskrümmer für einen Vier-Zylinder-Reihenmotor.

Nach Fig. 1 sind auf der Auslaßseite eines nicht dargestellen Sechs-Zylinder-Reihenmotors insgesamt sechs Auslaßrohre 1 bis 6 angeordnet, von denen jedes jeweils einem Zylinder zugeordnet ist. Diese Auslaßrohre 1 bis 6 besitzen möglichst gleiche Länge und sind zu zwei Gruppen zusammengefaßt, derart, daß die Auslaßrohre 1 bis 3 in ein weiterführendes Abgasrohr 7 und die Auslaßrohre 4 bis 6 in ein weiterführendes Abgasrohr 8 zusammengeführt sind. Dabei ist der Gesamtguerschnitt der Abgasrohre 1 bis 3 bzw. 4 bis 6 jeder Gruppe etwa doppelt so groß wie der Querschnitt des jeweils zugeordneten Abgasrohres 7 bzw. 8.

Die weiterführenden Abgasrohre 7 und 8 sind ihrerseits in ein gemeinsames Abgasrohr 9 zusammengeführt, dessen Querschnitt etwa dem Querschnitt jedes der weiterführenden Abgasrohre 7 bzw. 8 entspricht, d.h. der Gesamtquerschnitt der weiterführenden Abgasrohre 7 und 8 ist etwa doppelt so groß wie der Querschnitt des gemeinsamen Abgasrohres 9. In der Fig. 1 sind nun verschiedene Möglichkeiten für die an das gemeinsame Abgasrohr 9 anschließenden Elemente des Auspuffstranges dargestellt.

So kann sich das gemeinsame Abgasrohr 9 in seinem weiteren Verlauf wieder aufgabeln und in einen Vorschalldämpfer 10 münden, dem ein Nachschalldämpfer 11 nachgeordnet ist, wobei Vorschalldämpfer 10 und Nachschalldämpfer 11 über Doppelrohre miteinander verbunden sind und der Nachschalldämpfer über ein Doppelrohr zur Atmosphäre hin geöffnet ist. Diese Ausführungsform ist im oberen rechten Abschnitt der Fig. 1 dargestellt.

Stattdessen kann das gemeinsame Abgasrohr 9 auch ohne Aufgabelung in den Vorschalldämper 10*münden, der seinerseits über ein einfaches Rohr mit dem Nachschalldämpfer 11'verbunden ist, welcher in diesem Falle über ein einfaches Abgasendrohr mit der Atmosphäre verbunden ist.

Im Hinblick auf bestehende bzw. zukünftige Umweltschutzbestimmungen ist es erwünscht, die Schadstoffe in den Abgasen durch katalytische Zerlegung zu beseitigen. In diesem Falle ist statt der Vorschalldämpfer 10 bzw. 10' eine Katalysatorkammer 12 angeordnet, in der die Abgase durch einen Katalysator strömen und dabei, zumindest teilweise, in ihre elementaren Bestandteile zerlegt werden. Der Katalysatorkammer 12 ist dann wiederum ein Nachschalldämpfer 11" nachgeschaltet, welcher seinerseits über ein Endrohr mit der Atmosphäre verbunden ist.

Grundsätzlich ist es möglich, anstelle der in Fig. 1 rechts unten dargestellten Anordnung, bei der das gemeinsame Abgasrohr 9 ohne Aufgabelung in die Katalysatorkammer 12 einmündet, auch eine Aufgabelung des gemeinsamen Abgasrohres 9 vorzusehen, so daß die Gabelrohrabschnitte in separate Katalysatorkammern, welche in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können, einmünden. In letzterem Falle sind dann die beiden parallel geschalteten Katalysatorkammern zweckmäßigerweise über ein Doppelrohr mit einem gemeinsamen bzw. separaten Nachschalldämpfern verbunden, die wiederum in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein können.

Für den Katalysatorbetrieb ist zweckmäßig, daß der Motor mittels einer Lambda-Sonde 13 gesteuert wird, insbesondere hinsichtlich des Mischungsverhältnisses des zugeführten Treibstoffes mit Luft sowie der Zündzeitpunkte. Die Lambda-Sonde 13 ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung an einer entsprechenden Bohrung im gemeinsamen Abgasrohr 9 angeordnet. Damit ist sicher gewährleistet, daß die Lambda-Sonde 13 von den Abgasen aller Zylinder beaufschlagt wird. Dies gilt umso mehr, als aufgrund des von den Auslaßrohren 1 bis 6 über die weiterführenden Abgasrohre 7 und 8 sowie

das gemeinsame Abgasrohr 9 hin abnehmende! Gesamtquerschnittes des Auspuffstranges eine entsprechende Beschleuninigung der Abgasströmung auftritt und die damit erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten eine intensive Durchmischung der Abgase begünstigen.

Darüber hinaus ist vorteilhaft, daß die Lambda-Sonde längs des Strömungsweges der Abgase nur einen relativ geringen Abstand vom Motor aufweist und dementsprechend von Abgasen relativ hoher Temperatur beaufschlagt wird, wie es für eine optimale Funktion der Lambda-Sonde 13 günstig ist.

Dagegen kann der Katalysator bzw. die ihn aufnehmende Katalysatorkammer 12 in größerem Abstand vom Motor angeordnet werden, um zu vermeiden, daß der Katalysator bei Vollastbetrieb des Motors, insbesondere bei Vollastbetrieb und geringer Drehzahl, überhitzt wird.

Die Erfindung ermöglicht also eine optimale Plazierung sowohl der Lambda-Sonde 13 als auch des Katalysators. Darüber hinaus wird der vom Katalysator aufgrund seiner Drosselwirkung im Auspuffstrang erzeugte Gegendruck dadurch weitestgehend kompensiert, daß - wie bereits erwähnt der Druck der Auspuffgase entsprechend der Querschnittsverengung des Auspuffstranges von den Auslaßrohren 1 bis über die weiterführenden Abgasrohre 7 und 8 und das gemeinsame Abgasrohr 9 stufenweise abnimmt, bei gleichzeitiger entsprechender Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit.

An den Zusammenführungen der Auslaßrohre 1 bis 3 bzw. 4 bis 6 in die weiterführenden Abgasrohre 7 und 8 bzw. an den Zusammenführungen der weiterführenden Abgasrohre 7 und 8 in das gemeinsame Abgasrohr 9 kann jeweils zwischen

zwei Rohrmündungen ein zungenartiges Blech 14 angeordnet sein, welches die aus den Auslaßrohren 1 bis 6 bzw. den weiterführenden Abgasrohren 7 und 8 kommenden einzelnen Abgasströme daran hindert, sich innerhalb der Zusammenführungen wesentlich zu erweitern. Darüber ,hinaus verlängern die zungenartigen Bleche 14 die schwingungsdynamisch wirksamen Längen der Auslaßrohre 1 bis 6 bzw. der weiterführenden Abgasrohre 7 und 8.

Die zungenartigen Bleche 14 können damit vor allem zur
schwingungsmäßigen Feinabstimmung des Auspuffsystemes
dienen.

Die in Fig. 2 dargestellten Ausführungsformen stimmen mit den Ausführungsformen nach Fig. 1 in allen wesentlichen Punkten überein. In Fig. 2 ist lediglich der Fall eines Vier-Zylinder-Reihenmotors dargestellt, bei dem entsprechend " der Zylinderzahl lediglich vier Auslaßrohre 1 bis 4 anzuordnen

sind. Dabei ist es räumlich ohne weiteres möglich, die Zündfolge der Zylinder des Motors zu berücksichtigen, indem beispielsweise die Auslaßrohre 1 und 4 bzw. die Auslaßrohre 2 und jeweils in eines der weiterführenden Abgasrohre 7 und 8 münden, wenn beispielsweise der erste, vierte, zweite und dritte Zylinder nacheinander gezündet werden.
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Im übrigen gelten die Ausführungen und Erläuterungen zu Fig. 1 sinngemäß auch zu Fig. 2.

Claims

Ansprüche

My Abgasrohrkrümmer für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren mit interner Verbrennung mit Auslaßrohren, welche jeweils einem Zylinder zugeordnet, mit etwa gleicher Länge angeordnet und gruppenweise in jeweils ein der Gruppe zugeordnetes weiterführendes Abgasrohr zusammengeführt sind, dadurch gekennzeichnet , daß die weiterführenden Abgasrohre (7,8) mehrerer Gruppen in ein gemeinsames Abgasrohr (9) zusammengeführt sind, dessen Querschnitt geringer als der Gesamtquerschnitt der damit verbundenen weiterführenden Abgasrohre (7,8) ist, und daß der Querschnitt der weiterführenden Abgasrohre (7,8) jeweils geringer ist als der Gesamtquerschnitt der jeweils angeschlossenen Gruppe der Auslaßrohre (1 bis 3; 4 bis 6; bzw. 1, 4; 2, 3).

ROTERMUND

Seelbergstr. 23/25,7000 Stuttgart

Telefon C07TD 567261

Telex 7 254475 paro

MANITZ · FINSTERWALD HEYN ■ MORGAN Deutsche Bank AG 219915 CBLZ 60070070)

Robert-Koch-Str.1,8O00 München 22 Landesglrokasse Stuttgart 2 090 616 CBLZ 600 50101)

Telefon C089) 2242UTelex 5 29672 patmf Cannstatter Volksbenk 500 429 006 CBLZ 6OO 904 00)
2. Abgasrohrkrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßrohre (1 bis 6 bzw. 1 bis 4) des Motors bzw. zumindest einer Zylinderreihe desselben zu jeweils zwei Gruppen zusammengefaßt und die beiden zugeordneten weiterführenden Abgasrohre (7,8) in das der Zylinderreihe zugeordnete gemeinsame Abgasrohr (9) zusammengeführt sind.
3. Abgasrohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt einer Gruppe der Auslaßrohre (1 bis 3, 4 bis 6 bzw. 1, 4; 2, 3) etwa dem 1,5- bis 2,5fachen des Querschnittes des dieser Gruppe zugeordneten weiterführenden Abgasrohres (7,8) und der Querschnitt des gemeinsamen Abgasrohres (9) etwa einem Drittel bis Dreiviertel des Gesamtquerschnittes der darin mündenden weiterführenden Abgasrohre (7,8) ist.
4. Abgasrohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Abgasrohr (9) eine Lambda-Sonde (13) aufnimmt und die Abgase in eine Kammer (12) mit Katalysator zur katalytischen Zerlegung der Abgase leitet.
5. Abgasrohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Abgasrohr (9), die darin mündenden weiterführenden Abgasrohre (7,8) sowie die diesen zugeordneten Auslaßrohre (1 bis 6) als Blechteil ausgebildet sind.
6. Abgasrohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zusammenführungen der Auslaßrohre (1 bis 6) und/oder der weiterführenden Abgasrohre (7,8) jeweils zwischen zwei Rohrmündungen ein Zungenteil (14) angeordnet ist, welches eine Vereinigung der

jeweils zusammengeführten Abgasströme erst mit Abstand von den Rohrmündungen zuläßt.