DE3838148C1 - Exhaust line for a spark ignition internal combustion engine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung für eine Otto- Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Eine Vermischung der aus einzelnen Zylindergruppen eines Otto-Motors stammenden Abgase ist bei der Zuführung zu einer geregelten Abgasreinigungsanlage von großer Bedeu­ tung. Denn nur bei einer guten Vermischung der Abgase kann eine repräsentative Ermittlung des mittleren Restsauer­ stoffgehaltes im Abgas erfolgen.

Die notwendige Durchmischung der aus einzelnen Zylinder­ gruppen kommenden Abgasströme wird bisher durch lange Mischstrecken erreicht. Diese Mischstrecken sind relativ flach oval ausgebildete Rohrabschnitte, in die die von den einzelnen Zylindergruppen durch jeweils getrennte Rohre abgeführten Abgasströme gemeinsam eingeführt werden. Flach oval sind diese in der Regel keine Einbauten aufweisenden Mischstrecken-Rohrabschnitte deshalb ausgebildet, weil die Platzverhältnisse innerhalb des Fahrzeuges, in die die betreffenden Motoren eingebaut sind, keine andere Form für diese Rohrabschnitte gestatten. Hergestellt sind diese flach ovalen Rohranschnitte meist aus miteinander ver­ schweißten Halbschalen. Die Strömungs-Querschnittsfläche ergibt sich bezüglich ihrer Größe aus dem leistungsbeding­ ten Gasdurchsatz des Motors. Eine flach ovale Form, bei der das Höhen-Breiten-Verhältnis in der Praxis häufig recht klein sein kann, führt in den betreffenden Rohrab­ schnitten leicht zu schallerzeugenden Schwingungen der durch die Ovalform teilweise großflächig gegenüberliegen­ den Mischstreckenaußenwänden.

Körperschallmäßig günstiger als in Halbschalenbauweise erzeugte flach ovale Mischstrecken sind solche, bei denen seitlich um weniger als 180° geschlitzte Rohrteile mit ausschließlich zylindrischer Außenwand miteinander längs­ verschweißt sind. Denn bei einer solchen Konstruktion nei­ gen die Mantelflächen wegen ihrer durchgehend kreisförmig gewölbten Form nicht zu schallerzeugenden Schwingungen.

Bei Mischstrecken mit flach ovalem Querschnitt, wie sie durch Aneinandersetzen von Rohrhalbschalen entstehen, las­ sen sich schallwirksame Schwingungen meist nur durch zu­ sätzliche die flachen Mantelabschnitte gegenseitig ab­ stützende Einbauten auf ein akzeptables Maß begrenzen.

Bei Doppelrohrauspuffanlagen ist es aus DE-GM 84 26 956 bereits bekannt, zur Schalldämpfung zwei abgasführende Rohre an seitlich vorgesehenen Öffnungen miteinander zu verschweißen. Zur Erzielung der angestrebten Schalldämp­ fung ist innerhalb der gemeinsamen Längsöffnung der Rohre, an deren Rand diese miteinander verschweißt sind, ein Lochblech vorgesehen. Eine direkte Gasdurchmischung wird bei dieser bekannten Einrichtung weder angestrebt, noch bewirkt.

Ferner ist aus der DE-OS 35 06 183 eine Abgasleitung be­ kannt, bei der die einzelnen Auslaßrohre der Zylinder gruppenweise zu zwei Abgaskrummern zusammengefaßt sind, von denen zwei getrennte Abgasrohre abführen, die in ein gemeinsames weiterführendes Abgasrohr zusammengeführt sind. Eine gute Durchmischung der zusammengeführten Ab­ gasströme wird hierbei erst nach einer längeren Misch­ strecke erreicht.

Schließlich ist es aus der DE-GM 85 16 292 bei einer dop­ pelflutigen Abgasanlage bekannt, zur Vermischung der bei­ den Abgasströme die beiden Abgasrohre durch eine Rohrver­ bindung miteinander zu koppeln und innerhalb der Rohrver­ bindung Querkanäle vorzusehen. Von Nachteil ist hierbei, daß nur ein geringer Anteil der Abgasströme vermischt wer­ den kann.

Ausgehend von den oben beschriebenen vorbekannten Abgas­ mischstrecken liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mischstrecken-Rohrabschnitt aus möglichst konstruk­ tiv einfachen Mitteln und unter Einhaltung einer möglichst flachen Bauhöhe so zu gestalten, daß einerseits keine schallauslösenden Schwingungen auftreten und daß anderer­ seits die Mischstrecke bei dennoch guter Durchmischung möglichst kurz gehalten werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine nach den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildete Ein­ richtung.

Zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist nicht nur durch die äußere Form der miteinander verbundenen, kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Rohre, sondern darüber hinaus vor allem auch noch durch die abstützende Wirkung der in den Längsöffnungen noch vorhandenen Stege eine gegen geräusch­ erzeugende Schwingungen äußerst resistente Konstruktion gegeben. Eine hervorragende Durchmischung der in der Mischstrecke zusammengeführten Abgasströme gewährleisten die in die Abgasströme aus den Längsöffnungen zwischen den beiden Rohren jeweils in das Rohrinnere weisenden Zungen, die jeweils für ein Überführen von Teilen des Abgases von einem Rohr in das jeweils benachbarte Rohr sorgen.

Soweit die plan abgeflachten Mantelflächen der miteinander verbundenen Rohre nur einen Rohrumfang von maximal ctwa 80-100 Winkelgraden erfassen, wird durch diese Abflachungen der freie Strömungsquerschnitt innerhalb der Rohre nur in vernachlässigbarem Maße verringert.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine aus zwei miteinander verschweißten Rohren bestehende Abgasmischstrecke nach Linie I-I in Fig. 3,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Abgas-Mischeinrichtung nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Abgas-Mischeinrichtung nach Linie III-III in Fig. 2.

Die dargestellte Abgas-Mischeinrichtung ist in der Abgas­ anlage einer Brennkraftmaschine der Sauerstoffsonde einer geregelten Abgasreinigungsanlage stromauf vorgelagert. An ihrem der Abgasreinigungsanlage entgegengesetzten Ende ist die Einrichtung an zwei aus zwei unterschiedlichen Zylindergruppen getrennt Abgas herbeiführende Abgas-Lei­ tungsrohre angeschlossen. Hergestellt ist die Abgas- Mischeinrichtung aus zwei miteinander verschweißten zylin­ drischen Rohren 1 und 2. Jedes der beiden Rohre 1, 2 besitzt plan abgeflachte Flächen, an denen die Rohre aneinander liegen. Innerhalb der aneinanderliegenden Flächen besitzen beide Rohre längliche Öffnungen 3 bzw. 4.

Die planen Anlageflächen der Rohre werden durch mechanische oder hydraulische Verformung eines zunächst etwa kreis­ förmigen Rohres erzeugt. Bei einer umfangsmäßigen Erstreckung der planen Flächen je Rohr von etwa nur 75-80 Winkelgraden ergibt sich pro Rohr durch die Abflachung lediglich eine Verkleinerung der Strömungsquerschnitts­ fläche von weniger als 3% gegenüber dem Querschnitt in einem unverformten Rohr.

Die länglichen Öffnungen 3 bzw. 4, die sich in Längsrich­ tung der miteinander in Verbindung stehenden Rohre 1 und 2 überlappen, lassen sich mit Hilfe eines Laserstrahles in die Rohrmantelflächen schneiden.

Die zwischen den länglichen Öffnungen 3 und 4 jeweils ver­ bleibenden Rohrmantelbereiche 5 bzw. 6 dienen einerseits einer Versteifung der Abgas-Mischeinrichtung und lassen sich andererseits zungenartig in das jeweilige Rohrinnere hinein verformen. Die in das jeweilige Innere eines Rohres hineinragenden freien Enden dieser zungenartig verformten Rohrmantelbereiche liegen jeweils zum stromaufwärtigen Ende der Abgas-Mischeinrichtung. Dadurch wirken diese verformten Rohrmantelbereiche 5 bzw. 6 als strömungsumlenkende Flächen für die Abgasströme in den beiden Rohren 1 und 2. Umgelenkt werden die Abgasströme jeweils in das benachbarte Rohr. Eine besonders gute Umlenkung läßt sich durch eine trichterförmige Gestalt der abgebogenen Rohrmantelbereiche 5 und 6 erreichen. Die Trompetenform wird dadurch erzielt, daß jene Bereiche 5, 6 mit einem entsprechenden Formwerkzeug in das Rohrinnere eingezogen werden.

Die eingezogenen Bereiche 5, 6 bewirken bei der Abgasumlen­ kung eine für eine gute Vermischung der Abgasströme erforderliche Verwirbelung.

Durch eine Variation der Form und des mit dem Maßpfeil C angegebenen radialen Einzuges des freien Randes der einge­ zogenen Mantelbereiche 5, 6 läßt sich eine Feinabstimmung der Abgasvermischung einstellen. Dabei muß insbesondere darauf geachtet werden, daß sich innerhalb der Mischstrecke kein die Leistung des Motors verminderndes Gegendruckver­ halten einstellt. Außer der durch das Maß C bestimmten Einstelltiefe der eingezogenen Bereiche 5, 6 spielt für den Grad der Verwirbelung und die Abgasvermischung auch noch der Anstellwinkel der eingezogenen Bereiche eine Rolle. Insgesamt kann jedoch bei richtiger Abstimmung der Form, Lage und Größe der eingezogenen Mantelbereiche der aus dem Gegendruckverhalten der Mischstrecke resultierende Lei­ stungsverlust eines Motors äußerst gering gehalten werden.

In geräuschlicher Hinsicht bieten insbesondere die Rohr­ schweißkonstruktion der erfindungsgemäßen Ausführung und die zwischen den nachträglich in die Rohre eingearbeiteten Öffnungen verbleibenden Mantelbereiche einen großen Vor­ teil.

Darüber hinaus bewirken die jeweils in das Rohrinnere ein­ gezogenen Mantelbereiche durch ihre Leitschaufelfunktion eine hervorragende Durchmischung der getrennt in die Abgas- Mischeinrichtung eingeführten Abgasströme. Aufgrund der guten Durchmischung kann die Mischstrecke kurz gehalten werden, so daß bei gleichen Einbauverhältnissen eine ins­ besondere bei 6-Zylinder-Motoren möglichst lange getrennte Führung der aus den beiden Zylindergruppen abgeführten Ab­ gasströme möglich ist.

Die aus dem Material des Rohres selbst heraus in das Rohr­ innere eingezogenen Mantelbereiche ermöglichen einen Ver­ zicht auf zusätzliche getrennte Einbauteile.

Als günstig ist auch anzusehen, daß durch die Formgebung der eingezogenen Mantelbereiche auf einfache Weise eine Feinabstimmung bei der Abgasdurchmischung erzielt werden kann.

Claims (3)

1. Abgasleitung für eine Otto-Brennkraftmaschine, mit mehre­ ren Abgassammlern, die die Abgasströme einzelner Zylinder­ gruppen zusammen - und in für die Zylindergruppen getrenn­ ten Abgasrohren - weiterführen, wobei die getrennten Abgas­ rohre bereichsweise miteinander fest verbunden sind und in den Verbindungsstellen Durchbrüche zum jeweils anderen Abgasrohr aufweisen, gekennzeichnet durch die Merkmale:

• a) die an sich zylindrischen Abgasrohre (1, 2) weisen plan abgeflachte Mantelflächenbereiche auf, die an ihren außenliegenden Berührungsrändern miteinander verschweißt sind,
• b) die innerhalb des planen Rohrmantelbereiches jeden Ab­ gasrohres (1, 2) gelegenen Öffnungen (3, 4) decken sich in Querrichtung, während sie sich in Rohrlängs­ richtung überlappen,
• c) die jeweils zwischen den Öffnungen (3, 4) liegenden Rohrmantelbereiche (5, 6) der Abgasrohre (1, 2) sind zungenartig in das jeweilige Innere des Abgasrohres eingezogen, wobei die frei in das Rohrinnere hinein­ ragenden Enden der Strömung entgegengerichtet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die planen Mantelflächenbereiche der einzelnen Rohre (1, 2) einen Rohrumfang von maximal 80-100 Winkelgraden nicht überschreiten.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die zungenartig eingezogenen Rohrmantelbereiche (5, 6) trichterförmig ausgebildet sind.