EP1291500A2 - Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren - Google Patents

Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren Download PDF

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EP1291500A2
EP1291500A2 EP02017485A EP02017485A EP1291500A2 EP 1291500 A2 EP1291500 A2 EP 1291500A2 EP 02017485 A EP02017485 A EP 02017485A EP 02017485 A EP02017485 A EP 02017485A EP 1291500 A2 EP1291500 A2 EP 1291500A2
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EP
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exhaust
exhaust gas
pipe arrangement
housing
branched
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EP1291500A3 (de
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Rainer Diez
Jan Velthuis
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Bayerische Motoren Werke AG
Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Friedrich Boysen GmbH and Co KG
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust system for multi-cylinder Internal combustion engines with an exhaust manifold pointing towards one another branching on the engine, on one engine side at the exhaust gas outlet openings connectable arrangement of exhaust pipes and at least a catalytic converter.
  • the invention has for its object an exhaust system of the beginning Specify the type mentioned, the requirements as well as possible Fulfills.
  • an exhaust system is to be created, which in Engine compartment takes up little space and has a good cleaning effect having.
  • This double pipe arrangement allows good exhaust gas cleaning performance can be achieved with a relatively small space requirement.
  • the entire catalyst volume for one engine side in a single catalytic converter housing accommodate. So it will not be a pre-catalytic converter or an underbody catalytic converter needed, as is often the case. It won't it only reduces the space requirement and reduces the costs, it is no longer necessary also a double catalyst control.
  • the catalyst volume be brought particularly close to the engine overall, which benefits the cleaning performance of the catalyst. In the flow sleeve a mixing zone is created in which the flow is redesigned to achieve an optimal flow of catalyst.
  • the double pipe arrangement is preferred until just before the so-called Exhaust gas catalytic converter lambda probe guided. This results in a special one Long double flow, which is advantageous for exhaust gas purification.
  • the long double flow has the advantage that the cylinder influence each other less because there is less overlap in the Exhaust gas flows occur.
  • the lambda probe is arranged in particular in the flow sleeve, So in an area where the exhaust gas flow has already been redesigned.
  • the measured values obtained are therefore particularly meaningful.
  • the flow sleeve is preferred in order to achieve a nozzle effect Direction towards the catalytic converter tapered in diameter.
  • the exhaust gas flow can thus do particularly well in the desired manner be designed.
  • a design of the cross section of the pipes is also advantageous Double-tube arrangement in D-shape, the tubes with their flattened Side facing each other.
  • the space requirement of the double pipe arrangement can be kept low.
  • the accommodation in a common housing is also branched Arrangement of exhaust pipes advantageous.
  • the Exhaust system in the engine area can be kept particularly compact.
  • the two gas outlet openings are the branched exhaust pipe assembly with respect to the Centered longitudinally of the arrangement. This also supports you compact design of the exhaust system near the engine.
  • the exhaust system is preferably of modular construction, with a first module comprising the branched exhaust pipe arrangement and a second module comprising the double pipe arrangement.
  • a modular structure has the advantage that for different installation situations partly the same components can be used.
  • a further improvement in this regard can be achieved that the first module in relation to the connecting line of the exhaust gas inlet openings vertical center plane of the module symmetrical is trained.
  • the housings of the branched exhaust pipe arrangement and the are preferred Double tube arrangement designed as load-bearing elements, while the exhaust pipes running therein, in particular by means of wire mesh rings, floating and only permanently connected to the housing on one side, in particular are welded. It may be sufficient if the branched Exhaust pipe arrangement firmly connected to its housing on the engine side is, while the pipes of the double pipe arrangement with the branched Exhaust pipe arrangement and with the flow sleeve through sliding seat are connected.
  • the housing of the branched exhaust pipe arrangement, the double pipe arrangement and the flow sleeve are preferably together welded.
  • the flow sleeve is preferred with the housing of the catalytic converter welded.
  • the attachment of the housing The branched exhaust pipe arrangement on the engine takes place as usual through flanges. Such an embodiment has both space requirements as well as the manufacture of advantageous.
  • the exhaust pipes of the branched exhaust pipe assembly together with its housing in plan view of the level of the gas inlet openings following a wavy line alternately upwards and downwards curved below that free spaces next to the exhaust gas inlet openings for access to the screw bushings for fastening the exhaust system on the engine.
  • Assembly of the exhaust system can be significantly simplified.
  • the wave-shaped design has the advantage that thermal expansion of the housing attached to the motor can be better caught so that lower thermal stresses occur.
  • the housing of the branched exhaust pipe assembly at least once in the direction of the connecting line of the exhaust gas inlet openings divided, the parts using flexible elements, in particular Corrugated bellows, are interconnected.
  • This configuration also can compensate for thermal expansion of the housing be so that thermal stresses are reduced. This is particularly so important for multi-cylinder engines such as 12-cylinder engines which the housing is relatively large.
  • the housing preferably divided into three parts, in particular two corrugated bellows.
  • A can also be used for the double tube arrangement and the flow sleeve common housing may be provided.
  • the manufacturing and assembly costs can be reduced.
  • the housings preferably each consist of two sheet metal half shells.
  • the Exhaust pipes are manufactured in particular by internal high pressure forming. Both are advantageous in terms of production technology.
  • the exhaust system shown in FIGS. 1 to 5 comprises a first module 1 to be connected to exhaust gas outlet openings of an internal combustion engine, a second module 2 connected to the first module 1 and an exhaust gas catalytic converter 3 connected to the second module 2.
  • the first module 1 comprises a housing 4 , which receives an arrangement of branched exhaust pipes 5.
  • the branched exhaust pipes 5 lead on the one hand into six exhaust gas inlet openings 6 and on the other hand into two adjacent exhaust gas outlet openings 7.
  • the branched exhaust gas pipes 5 each comprise two individual pipes 5 ′, 5 ′′ and 5 ′′ ′′, which are inserted with a sliding fit in one of two manifolds 5 IV having exhaust gas outlet openings 7, the manifolds 5 IV in the region of exhaust gas outlet openings 7 being D-shaped in cross section and arranged with their flattened side opposite one another.
  • the housing 4 consists of two sheet metal half shells 4 'and 4 ", which are together are welded and the arrangement of branched exhaust pipes 5 surrounded by an air gap 8 with a small distance.
  • the Housing also comprises three parts 4 a, b, c, which have two bellows 9th are interconnected.
  • the housing 4 has fastening flanges 10, which are partially assigned to one exhaust gas inlet opening 6, partially to two exhaust gas inlet openings 6.
  • the flanges 10 are connected to the housing 4 by welding.
  • the arrangement of branched exhaust pipes 5 is also welded to the housing 4 in the region of the exhaust gas inlet openings 6. Otherwise, the individual tubes 5 'to 5 IV are connected to one another by a sliding fit.
  • the flanges 10 have two in the area of each exhaust gas inlet opening 6 Provided screw bushings 11, by means of which the exhaust system an internal combustion engine can be attached. How to get in particular in the 1 and 2 recognizes the housing 4 and the branched exhaust pipes 5 in a wave parallel to the plane of the flanges 10 curved that the screw bushings 11 for a vertical access to this level is reserved. Accordingly are the two screw bushings 11 in the area of each exhaust gas inlet opening 6 alternately in one and the other direction arranged opposite each other.
  • the second module 2 comprises a housing 12 made of two sheet metal half-shells 12 'and 12 ", in which, as can be seen in particular in FIGS. 4 and 5, a double pipe arrangement 13 made of two exhaust pipes 13' and 13" running parallel to one another is arranged.
  • the two tubes 13 'and 13 "of the double tube arrangement are D-shaped in cross section and are arranged opposite one another with their flattened sides 14', 14".
  • the two exhaust pipes 13' and 13" are designed in cross-section so that they can be connected to the gas outlet-side ends of the two manifolds 5 IV with a sliding fit.
  • the two exhaust pipes 13 'and 13 “are the Double tube arrangement 13, also with a sliding seat, in a flow sleeve 16 used, which is also arranged in the housing 12.
  • the Flow sleeve 16 is tapered in the flow direction I and has a receptacle 17 for a lambda probe in its tapered region 16 ' on.
  • With its gas outlet end 18 is the flow sleeve 16, again with a sliding seat, in the housing 19 of the catalytic converter 3 used.
  • All exhaust pipes 5, 13 and 16 are therefore within the housing 4, 12 floating. Via wire mesh rings 20 they are radial Direction relative to the housings 4 representing the supporting parts, 12 held. Only the exhaust pipes 5 ', 5 "and 5"' 'of the branched exhaust pipe arrangement 5 are, as already stated, on the exhaust gas inlet side the housing 4 firmly connected by welding.
  • the catalytic converter 3 At its gas outlet end, the catalytic converter 3 has a Flange 21 for connection to further, not shown here Exhaust pipes on. There are preferably no further exhaust gas catalysts provided in the exhaust line, that is the total catalyst volume is housed in an exhaust gas catalytic converter 3.
  • the exhaust gas outlet openings 7 of the manifolds 5 IV are arranged symmetrically around the central plane II of the module 1, which runs perpendicular to the connecting line of the exhaust gas inlet openings 6.
  • the other elements of the first module 1 are also preferably symmetrical in relation to this central plane II.
  • the exhaust pipes 5 and 13 and the flow sleeve 16 are preferably produced by internal high pressure forming.
  • the exhaust system comprises also two modules 1 and 2 and an exhaust gas catalytic converter 3.
  • the second module 2 is in two parts trained with a first part and a second part.
  • the first part comprises the double tube arrangement 13 and the housing surrounding it 12 ', while the second part of the flow sleeve 16 and a surrounding includes separate housing 12 ".
  • the two housings 12 'and 12" are connected by welding.
  • the arrangement of branched exhaust pipes 5 has only four exhaust gas inlet openings 6.
  • the branched exhaust pipe arrangement 5 comprises two simple, curved exhaust pipes 5 ', which are each fitted with a sliding fit in one of two branched exhaust pipes 5 V , the other branch of which each forms one of the exhaust gas inlet openings 6 and the other ends form the exhaust gas outlet openings 7 of the branched exhaust pipe arrangement 5.
  • the two tubes 13 ', 13 "of the double tube arrangement 13 also arranged and open in this variant Exhaust outlet side with sliding fit in the flow sleeve 16, which in turn in a tapered section 16 'a receptacle 17 for the lambda probe having.
  • the flow sleeve 16 is also again with a sliding fit inserted into the housing 19 of the catalytic converter 3, which is preferred contains the entire catalyst volume. So here too is in this Exhaust system no further catalyst provided.
  • the two tubes 13 ', 13 are the Double pipe arrangement 13 on the exhaust gas outlet side until shortly before the lambda probe guided. This creates a mixing zone in the area of the lambda probe 22 formed in which the exhaust gas flow with the help of the flow sleeve 16 is redesigned. The exhaust gas flow can thereby be in the desired Formed to the flow to the catalyst 3 optimize.
  • a corresponding mixing chamber 22 is also in the first Variant available.
  • the total catalyst volume is therefore housed particularly close to the engine. This improves the catalyst performance.
  • the individual Parts of the exhaust system can be used for different purposes. So the first module 1 of the first variant can be based on its symmetrical Design with regard to the middle level II for both the left as well as for the right engine side.
  • the second modules 2 can in principle each in connection with different first Modules 1 are used, for example optionally with modules 1 with four or six exhaust gas inlet openings 6.
  • the invention creates a particularly compact exhaust system, that can make do with an exhaust gas catalytic converter 3.
  • This can the catalyst volume can be brought very close to the engine.
  • the exhaust gas flow can shaped and thereby an optimal flow to the exhaust gas catalytic converter 3 can be achieved.
  • the long double flow due to the double pipe arrangement 13 also has the advantage that the exhaust gas flows of the cylinders can influence each other less.
  • the exhaust system according to the invention is also, in particular, due to of the modular structure, inexpensive to manufacture and, in particular also because of the wavy shape of the exhaust pipes 5, in the Assembly.
  • the thermal stresses in the housing 4 are due to the wavy design reduced.
  • the bellows also serve this purpose 9 between the three parts 4 a, b, c of the housing 4.

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Abstract

Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren mit einem Abgaskrümmer mit einer sich in Richtung auf den Motor verzweigenden, auf einer Motorseite an dessen Abgasaustrittsöffnungen anschließbaren Anordnung aus Abgasrohren und mindestens einem Abgaskatalysator, wobei zur Erzielung eines kompakten Aufbaus bei gleichzeitig guter Abgasreinigungsleistung die Gasaustrittseite der verzweigten Abgasrohranordnung durch zwei nebeneinanderliegende Gasaustrittsöffnungen gebildet ist, mit denen jeweils ein Teil der verzweigten Abgasrohre in Strömungsverbindung steht und an die jeweils ein Rohr einer Doppelrohranordnung mit zwei parallel nebeneinander verlaufenden Rohren angeschlossen ist, deren anderes, gasaustrittsseitiges Ende in einer vor dem Abgaskatalysator angeordneten Strömungshülse mündet, in welcher die Katalysatoranströmung gestaltet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren mit einem Abgaskrümmer mit einer sich in Richtung auf den Motor verzweigenden, auf einer Motorseite an dessen Abgasauslaßöffnungen anschließbaren Anordnung aus Abgasrohren und mindestens einem Abgaskatalysator.
Moderne Abgasanlagen müssen eine Vielzahl von teilweise sich widersprechenden Anforderungen erfüllen. So ist zur Erzielung einer ausreichenden Abgasreinigung ein erhebliches Katalysatorvolumen erforderlich, was oftmals nur durch Aufteilung des Gesamtvolumens auf mehrere Abgaskatalysatoren erreicht werden kann. Darüberhinaus wird der im Motorraum für die Abgasanlage zur Verfügung stehende Raum aufgrund zusätzlicher Aggregate und kompakterer Bauweise immer kleiner.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art anzugeben, die die genannten Anforderungen möglichst gut erfüllt. Insbesondere soll eine Abgasanlage geschaffen werden, die im Motorraum wenig Platz beansprucht und eine gute Reinigungswirkung aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Gasaustrittsseite der verzweigten Abgasrohranordnung durch zwei nebeneinanderliegende Gasaustrittsöffnungen gebildet ist, mit denen jeweils ein Teil der verzweigten Abgasrohre in Strömungsverbindung steht und an die jeweils ein Rohr einer Doppelrohranordnung mit zwei parallel nebeneinander verlaufenden Rohren angeschlossen ist, deren anderes, gasaustrittsseitiges Ende in einer vor dem Abgaskatalysator angeordneten Strömungshülse mündet, in welcher die Katalysatoranströmung gestaltet wird.
Durch diese Doppelrohranordnung kann eine gute Abgasreinigungsleistung bei verhältnismäßig geringem Platzbedarf erreicht werden. Insbesondere ist es aufgrund dieser Ausgestaltung möglich, das gesamte Katalysatorvolumen für eine Motorseite in einem einzigen Katalysatorgehäuse unterzubringen. Es wird also kein Vorkatalysator und kein Unterbodenkatalysator benötigt, wie dies sonst oftmals der Fall ist. Damit werden nicht nur der Platzbedarf verringert und die Kosten gesenkt, sondern es entfällt auch eine doppelte Katalysatorregelung. Zudem kann das Katalysatorvolumen insgesamt besonders nahe an den Motor herangebracht werden, was der Reinigungsleistung des Katalysators zugute kommt. In der Strömungshülse ist dabei eine Mischzone geschaffen, in welcher die Strömung neu gestaltet wird, um eine optimale Katalysatoranströmung zu erreichen.
Bevorzugt ist die Doppelrohranordnung bis kurz vor die sogenannte Lambdasonde des Abgaskatalysators geführt. Damit ergibt sich eine besonders lange Zweiflutigkeit, die für die Abgasreinigung von Vorteil ist. Außerdem hat die lange Zweiflutigkeit den Vorteil, daß sich die Zylinder gegenseitig weniger beeinflussen, da weniger Überschneidungen bei den Abgasströmungen auftreten.
Die Lambdasonde ist insbesondere in der Strömungshülse angeordnet, also in einem Bereich, in dem die Abgasströmung bereits neu gestaltet ist. Die erhaltenen Meßwerte sind dadurch besonders aussagekräftig.
Die Strömungshülse ist zur Erzielung einer Düsenwirkung bevorzugt in Richtung auf den Abgaskatalysator im Durchmesser verjüngt ausgebildet. Damit kann die Abgasströmung besonders gut in gewünschter Weise ausgestaltet werden.
Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausbildung des Querschnitts der Rohre der Doppelrohranordnung in D-Form, wobei die Rohre mit ihrer abgeflachten Seite einander zugewandt sind. Der Platzbedarf der Doppelrohranordnung kann dadurch gering gehalten werden.
Eine weitere Verringerung des Platzbedarfes ergibt sich, wenn die beiden Rohre der Doppelrohranordnung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Die Unterbringung in einem gemeinsamen Gehäuse ist auch bei der verzweigten Anordnung aus Abgasrohren vorteilhaft. Insbesondere kann die Abgasanlage dadurch im Motorbereich besonders kompakt gehalten werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Gasaustrittsöffnungen der verzweigten Abgasrohranordnung in Bezug auf die Längsrichtung der Anordnung mittig angeordnet. Auch dies fördert einen kompakten Aufbau der Abgasanlage im motornahen Bereich.
Des weiteren ist die Abgasanlage bevorzugt modulartig aufgebaut, mit einem ersten, die verzweigte Abgasrohranordnung umfassenden Modul und einem zweiten, die Doppelrohranordnung umfassenden Modul. Ein solcher modulartiger Aufbau hat den Vorteil, daß für verschiedene Einbausituationen teilweise gleiche Bauteile verwendet werden können. Beispielsweise könnte das die Doppelrohranordnung umfassende Modul sowohl bei 8-Zylinder- als auch bei 12-Zylinder-Motoren Anwendung finden. Oder es kann ein und dasselbe Modul sowohl für Rechtslenker als auch für Linkslenker verwendet werden.
Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann dadurch erreicht werden, daß das erste Modul in Bezug auf die zur Verbindungslinie der Abgaseintrittsöffnungen senkrechte Mittelebene des Moduls symmetrisch ausgebildet ist. Dies heißt insbesondere, daß die beiden Gasaustrittsöffnungen der verzweigten Abgasrohranordnung mittig und gerade nach außen weisend angeordnet sind, so daß dieses Modul auf beiden Motorseiten einsetzbar ist und nur noch das zweite, die Doppelrohranordnung enthaltende Modul seitenabhängig ausgebildet ist.
Bevorzugt sind die Gehäuse der verzweigten Abgasrohranordnung und der Doppelrohranordnung als tragende Elemente ausgebildet, während die darin verlaufenden Abgasrohre, insbesondere mittels Drahtgestrickringen, schwimmend gelagert und nur einseitig fest mit dem Gehäuse verbunden, insbesondere verschweißt sind. Dabei kann es genügen, wenn die verzweigte Abgasrohranordnung motorseitig fest mit ihrem Gehäuse verbunden ist, während die Rohre der Doppelrohranordnung mit der verzweigten Abgasrohranordnung sowie mit der Strömungshülse durch Schiebesitz verbunden sind.
Auch die Gehäuse der verzweigten Abgasrohranordnung, der Doppelrohranordnung und der Strömungshülse sind bevorzugt jeweils miteinander verschweißt. Ebenso ist die Strömungshülse bevorzugt mit dem Gehäuse des Abgaskatalysators verschweißt. Die Befestigung des Gehäuses der verzweigten Abgasrohranordnung am Motor erfolgt dagegen wie üblich durch Flansche. Eine derartige Ausgestaltung hat sich sowohl vom Platzbedarf als auch von der Herstellung her als vorteilhaft herausgestellt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die auch für sich beansprucht wird, sind die Abgasrohre der verzweigten Abgasrohranordnung samt ihrem Gehäuse in Draufsicht auf die Ebene der Gaseintrittsöffnungen einer Wellenlinie folgend derart abwechselnd nach oben und nach unten gebogen ausgebildet, daß neben den Abgaseintrittsöffnungen Freiräume für den Zugang zu den Schraubdurchführungen für die Befestigung der Abgasanlage am Motor gebildet werden. Die Montage der Abgasanlage kann dadurch deutlich vereinfacht werden. Außerdem hat die wellenförmige Ausgestaltung den Vorteil, daß Wärmeausdehnungen des fest am Motor angebrachten Gehäuses besser aufgefangen werden können, so daß geringere Wärmespannungen auftreten.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die ebenfalls auch für sich beansprucht wird, ist das Gehäuse der verzweigten Abgasrohranordnung mindestens einmal in Richtung der Verbindungslinie der Abgaseintrittsöffnungen unterteilt, wobei die Teile über flexible Elemente, insbesondere Wellbalge, miteinander verbunden sind. Auch durch diese Ausgestaltung können Wärmeausdehnungen des Gehäuses ausgeglichen werden, so daß Wärmespannungen verringert werden. Dies ist insbesondere bei vielzylindrigen Motoren wie 12-Zylinder-Motoren wichtig, bei denen das Gehäuse verhältnismäßig groß ist. Bei diesen ist das Gehäuse bevorzugt in drei Teile unterteilt, also insbesondere zwei Wellbalge vorgesehen.
Für die Doppelrohranordnung und die Strömungshülse kann auch ein gemeinsames Gehäuse vorgesehen sein. Die Herstellungs- und Montagekosten können dadurch gesenkt werden.
Die Gehäuse bestehen bevorzugt jeweils aus zwei Blechhalbschalen. Die Abgasrohre sind insbesondere durch Innenhochdruckumformen hergestellt. Beides ist herstellungstechnisch vorteilhaft.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgen beschrieben.
Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
Fig. 1
eine Draufsicht auf eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Abgasanlage,
Fig. 2
eine Ansicht eines Teils der Abgasanlage von Fig. 1 in etwas vergrößerter Darstellung,
Fig. 3
eine teilweise geschnittene Darstellung des Teils von Fig. 2,
Fig. 4
eine teilweise geschnittene Darstellung eines anderen Teils der Abgasanlage von Fig. 1,
Fig. 5
eine Ansicht in Richtung des Pfeils X in Fig. 4,
Fig. 6
eine Draufsicht auf eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Abgasanlage,
Fig. 7
einen Schnitt gemäß Linie A - A in Fig. 6 und
Fig. 8
einen Schnitt durch einen Teil der Abgasanlage von Fig. 6.
Die in den Figuren 1 bis 5 dargestellte Abgasanlage umfaßt ein erstes mit Abgasauslaßöffnungen eines Verbrennungsmotors zu verbindendes Modul 1, ein mit dem ersten Modul 1 verbundenes zweites Modul 2 und einen mit dem zweiten Modul 2 verbundenen Abgaskatalysator 3. Das erste Modul 1 umfaßt ein Gehäuse 4, welches eine Anordnung aus verzweigten Abgasrohren 5 aufnimmt. Wie man insbesondere in den Fig. 2 und 3 erkennt, münden die verzweigten Abgasrohre 5 einerseits in sechs Abgaseintrittsöffnungen 6 und andererseits in zwei nebeneinanderliegenden Abgasaustrittsöffnungen 7. Die verzweigten Abgasrohre 5 umfassen dabei jeweils zwei Einzelrohre 5', 5" und 5''', die mit Schiebesitz in eines von zwei die Abgasaustrittsöffnungen 7 aufweisenden Sammelrohre 5IV eingesetzt sind, wobei die Sammelrohre 5IV im Bereich der Abgasaustrittsöffnungen 7 im Querschnitt D-förmig ausgebildet und mit ihrer abgeflachten Seite einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Das Gehäuse 4 besteht aus zwei Blechhalbschalen 4' und 4", die miteinander verschweißt sind und die Anordnung aus verzweigten Abgasrohren 5 unter Bildung eines Luftspaltes 8 mit geringem Abstand umgeben. Das Gehäuse umfaßt außerdem drei Teile 4 a, b, c, die über zwei Wellbalge 9 miteinander verbunden sind.
Im Bereich der Abgaseintrittsöffnungen 6 weist das Gehäuse 4 Befestigungsflansche 10 auf, die teilweise einer Abgaseintrittsöffnung 6, teilweise zwei Abgaseintrittsöffnungen 6 zugeordnet sind. Die Flansche 10 sind mit dem Gehäuse 4 durch Schweißen verbunden. Ebenso ist die Anordnung aus verzweigten Abgasrohren 5 im Bereich der Abgaseintrittsöffnungen 6 mit dem Gehäuse 4 verschweißt. Im übrigen sind die einzelnen Rohre 5' bis 5IV durch Schiebesitz miteinander verbunden.
Die Flansche 10 sind im Bereich jeder Abgaseintrittsöffnung 6 mit zwei Schraubdurchführungen 11 versehen, mittels welcher die Abgasanlage an einem Verbrennungsmotor befestigbar ist. Wie man insbesondere in den Fig. 1 und 2 erkennt, sind das Gehäuse 4 und die verzweigten Abgasrohre 5 in einer zur Ebene der Flansche 10 parallelen Ebene derart wellenförmig gebogen ausgebildet, daß die Schraubdurchführungen 11 für einen senkrecht zu dieser Ebene gerichteten Zugriff freigehalten sind. Dementsprechend sind die beiden Schraubdurchführungen 11 im Bereich jeder Abgaseintrittsöffnung 6 abwechselnd in der einen und der anderen Richtung einander gegenüberliegend angeordnet.
Das zweite Modul 2 umfaßt ein Gehäuse 12 aus zwei Blechhalbschalen 12' und 12", in welchem, wie man insbesondere in den Fig. 4 und 5 erkennt, eine Doppelrohranordnung 13 aus zwei parallel nebeneinander verlaufenden Abgasrohren 13' und 13" angeordnet ist. Die beiden Rohre 13' und 13" der Doppelrohranordnung sind im Querschnitt D-förmig ausgebildet und mit ihren abgeflachten Seiten 14', 14" einander gegenüberliegend angeordnet. Im Bereich ihrer Abgaseintrittsöffnungen 15' und 15" sind die beiden Abgasrohre 13' und 13" dabei im Querschnitt so ausgebildet, daß sie mit Schiebesitz mit den gasaustrittsseitigen Enden der beiden Sammelrohre 5IV verbindbar sind.
Mit ihrem anderen Ende sind die beiden Abgasrohre 13' und 13" der Doppelrohranordnung 13, ebenfalls mit Schiebesitz, in eine Strömungshülse 16 eingesetzt, die ebenfalls in dem Gehäuse 12 angeordnet ist. Die Strömungshülse 16 ist in Strömungsrichtung I verjüngt ausgebildet und weist in ihrem verjüngten Bereich 16' eine Aufnahme 17 für eine Lambdasonde auf. Mit ihrem gasaustrittsseitigen Ende 18 ist die Strömungshülse 16, wiederum mit Schiebesitz, in das Gehäuse 19 des Abgaskatalysators 3 eingesetzt.
Alle Abgasrohre 5, 13 und 16 sind also innerhalb der Gehäuse 4, 12 schwimmend gelagert. Über Drahtgestrickringe 20 sind sie dabei in radialer Richtung relativ zu den die tragenden Teile darstellenden Gehäusen 4, 12 gehalten. Lediglich die Abgasrohre 5', 5" und 5''' der verzweigten Abgasrohranordnung 5 sind, wie bereits ausgeführt, abgaseintrittsseitig mit dem Gehäuse 4 durch Schweißen fest verbunden.
An seinem gasaustrittsseitigem Ende weist der Abgaskatalysator 3 einen Flansch 21 zur Verbindung mit weiterführenden, hier nicht dargestellten Abgasrohren auf. Dabei sind bevorzugt keine weiteren Abgaskatalysatoren in dem Abgasstrang vorgesehen, das heißt das gesamte Katalysatorvolumen ist in dem einen Abgaskatalysator 3 untergebracht.
Die Abgasaustrittsöffnungen 7 der Sammelrohre 5IV sind symmetrisch um die senkrecht zu der Verbindungslinie der Abgaseintrittsöffnungen 6 verlaufende Mittelebene II des Moduls 1 angeordnet. Auch die übrigen Elemente des ersten Moduls 1 sind bevorzugt in bezug auf diese Mittelebene II symmetrisch ausgebildet. Die Abgasrohre 5 und 13 sowie die Strömungshülse 16 sind bevorzugt durch Innenhochdruckumformen hergestellt.
Bei der in den Fig. 6 bis 8 dargestellten Variante umfaßt die Abgasanlage ebenfalls zwei Module 1 und 2 sowie einen Abgaskatalysator 3. Im Unterschied zu der ersten Variante ist das zweite Modul 2 jedoch zweiteilig ausgebildet, mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil. Der erste Teil umfaßt die Doppelrohranordnung 13 und das diese umgebende Gehäuse 12', während der zweite Teil die Strömungshülse 16 und ein dieses umgebendes separates Gehäuse 12" umfaßt. Die beiden Gehäuse 12' und 12" sind durch Schweißen miteinander verbunden.
Ein weiterer Unterschied zu der ersten Variante besteht darin, daß die Anordnung aus verzweigten Abgasrohren 5 lediglich vier Abgaseintrittsöffnungen 6 aufweist. Die verzweigte Abgasrohranordnung 5 umfaßt zwei einfache, gebogene Abgasrohre 5', die mit Schiebesitz jeweils in eines von zwei verzweigten Abgasrohren 5V eingesetzt sind, deren anderer Zweig jeweils eine der Abgaseintrittsöffnungen 6 bildet und die anderenends die Abgasaustrittsöffnungen 7 der verzweigten Abgasrohranordnung 5 bilden.
Wie in Fig. 7 erkennbar, sind die beiden Rohre 13', 13" der Doppelrohranordnung 13 auch bei dieser Variante parallel angeordnet und münden abgasaustrittsseitig mit Schiebesitz in der Strömungshülse 16, die wiederum in einem verjüngten Abschnitt 16' eine Aufnahme 17 für die Lambdasonde aufweist. Auch die Strömungshülse 16 ist wiederum mit Schiebesitz in das Gehäuse 19 des Abgaskatalysators 3 eingesetzt, der bevorzugt das gesamte Katalysatorvolumen enthält. Auch hier ist also in diesem Abgasstrang kein weiterer Katalysator vorgesehen.
Wie man außerdem in Fig. 7 erkennt, sind die beiden Rohre 13', 13" der Doppelrohranordnung 13 abgasaustrittsseitig bis kurz vor die Lambdasonde geführt. Dadurch wird im Bereich der Lambdasonde eine Mischzone 22 gebildet, in welcher die Abgasströmung mit Hilfe der Strömungshülse 16 neu gestaltet wird. Die Abgasströmung kann dadurch in gewünschter Weise ausgebildet werden, um die Anströmung des Katalysators 3 zu optimieren. Eine entsprechende Mischkammer 22 ist auch bei der ersten Variante vorhanden.
Wie man in den Figuren erkennt, ist das gesamte Katalysatorvolumen dadurch besonders motornah untergebracht. Dies verbessert die Katalysatorleistung. Durch die Verwendung von Modulen können die einzelnen Teile der Abgasanlage für verschiedene Einsatzzwecke verwendet werden. So kann das erste Modul 1 der ersten Variante aufgrund seiner symmetrischen Ausgestaltung in bezug auf die Mittelebene II sowohl für die linke als auch für die rechte Motorseite verwendet werden. Die zweiten Module 2 können grundsätzlich jeweils in Verbindung mit verschiedenen ersten Modulen 1 verwendet werden, beispielsweise wahlweise mit Modulen 1 mit vier oder sechs Abgaseintrittsöffnungen 6.
Durch die Erfindung wird eine besonders kompakte Abgasanlage geschaffen, die mit einem Abgaskatalysator 3 auskommen kann. Dadurch kann das Katalysatorvolumen sehr nahe an den Motor herangebracht werden. In der als Mischkammer wirkenden Strömungshülse 16 kann der Abgasstrom geformt und dadurch eine optimale Anströmung des Abgaskatalysators 3 erreicht werden. Die lange Zweiflutigkeit durch die Doppelrohranordnung 13 hat zudem den Vorteil, daß sich die Abgasströme der Zylinder weniger gegenseitig beeinflussen können.
Die erfindungsgemäße Abgasanlage ist außerdem, insbesondere aufgrund des modulartigen Aufbaus, günstig in der Herstellung und, insbesondere auch wegen der wellenförmigen Ausformung der Abgasrohre 5, in der Montage. Auch sind die Wärmespannungen im Gehäuse 4 aufgrund der wellenförmigen Ausgestaltung reduziert. Hierzu dienen auch die Wellbalge 9 zwischen den drei Teilen 4 a, b, c des Gehäuses 4.
Bezugszeichenliste
1
erstes Modul
2
zweites Modul
3
Abgaskatalysator
4
Gehäuse
4', 4"
Halbschale von 4
4 a, b, c
Teile von 4
5
verzweigte Abgasrohranordnung
5'-5V
Abgasrohr
6
Abgaseintrittsöffnung
7
Abgasaustrittsöffnung
7', 7"
Seite von 7
8
Luftspalt
9
Wellbalg
10
Motorflansch
11
Schraubendurchführung
12
Gehäuse
12', 12"
Teile von 12
13
Doppelrohranordnung
13', 13"
Abgasrohr von 13
14', 14"
Seiten von 13', 13"
15', 15"
Abgaseintrittsöffnung von 13', 13"
16
Strömungshülse
16'
Abschnitt von 16
17
Lambdasondenaufnahme
18
Ende von 16
19
Gehäuse von 3
20
Drahtgestrickring
21
Flansch
22
Mischzone
I
Abgasstromrichtung
II
Mittelebene

Claims (10)

  1. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren mit einem Abgaskrümmer mit einer sich in Richtung auf den Motor verzweigenden, auf einer Motorseite an dessen Abgasauslaßsöffnungen anschließbaren Anordnung aus Abgasrohren (5) und mindestens einem Abgaskatalysator (3),
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasaustrittsseite der verzweigten Abgasrohranordnung (5) durch zwei nebeneinanderliegende Gasaustrittsöffnungen (7) gebildet ist, mit denen jeweils ein Teil der verzweigten Abgasrohre (5) in Strömungsverbindung steht und an die jeweils ein Rohr (13', 13") einer Doppelrohranordnung (13) mit zwei parallel nebeneinander verlaufenden Rohren (13', 13") angeschlossen ist, deren anderes, gasaustrittsseitiges Ende in einer vor dem Abgaskatalysator (3) angeordneten Strömungshülse (16) mündet, in welcher die Katalysatoranströmung gestaltet wird.
  2. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelrohranordnung (13) bis kurz vor die sogenannte Lambdasonde (17) des Abgaskatalysators (3) geführt ist und/oder daß die Lambdasonde (17) des Abgaskatalysators (3) in der Strömungshülse (16) angeordnet ist.
  3. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungshülse (16) zur Erzielung einer Düsenwirkung in Richtung auf den Abgaskatalysator (3) im Durchmesser verjüngt ausgebildet ist und/oder daß die Rohre (13', 13") der Doppelrohranordnung (13) im Querschnitt D-förmig ausgebildet und mit ihrer abgeflachten Seite (14', 14") einander zugewandt sind.
  4. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (13', 13") der Doppelrohranordnung (13) in einem gemeinsamen Gehäuse (12) angeordnet sind, wobei für die Doppelrohranordnung (13) und die Strömungshülse (16) bevorzugt ein gemeinsames Gehäuse (12) vorgesehen ist, und/oder daß die Rohre (5) der verzweigten Abgasrohranordnung in einem gemeinsamen Gehäuse (4) angeordnet sind.
  5. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der überwiegende Teil des Katalysatorvolumens, insbesondere das gesamte Katalysatorvolumen, des Abgasstrangs in dem auf die Strömungshülse (16) folgenden Abgaskatalysator (3) angeordnet ist und/oder daß die Doppelrohranordnung (13) in Bezug auf die zur Verbindungslinie der Abgaseintrittsöffnungen (6) senkrechte Mittelebene (II) des Moduls (1) mittig an die verzweigte Abgasrohranordnung (5) angeschlossen ist.
  6. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasanlage modulartig aufgebaut ist, mit einem ersten, die verzweigte Abgasrohranordnung (5) umfassenden Modul (1) und einem zweiten, die Doppelrohranordnung (13) umfassenden Modul (2), wobei das erste Modul (1) bevorzugt zumindest hinsichtlich des Anschlusses für das zweite Modul (2) in Bezug auf seine senkrecht zu der Verbindungslinie der Abgaseintrittsöffnungen (6) verlaufende Mittelebene (II) symmetrisch ausgebildet ist, und/oder daß die Gehäuse (4, 12) als die tragenden Elemente ausgebildet sind, während die Abgasrohre (5, 13, 16) darin schwimmend gelagert und nur einseitig mit dem Gehäuse (4) fest verbunden, insbesondere verschweißt sind.
  7. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die verzweigte Abgasrohranordnung (5) motorseitig mit ihrem Gehäuse (4) verbunden ist, während die Rohre (13', 13") der Doppelrohranordnung (13) mit der verzweigten Abgasrohranordnung (5) und der Strömungshülse (16) durch Schiebesitz verbunden sind und/oder daß das Gehäuse (4) der verzweigten Abgasrohranordnung (5) mit dem Gehäuse (12) der Doppelrohranordnung (13), dieses mit dem Gehäuse (21) der Strömungshülse (16) und diese wiederum mit dem Gehäuse (22) des Katalysators (3) fest verbunden, insbesondere verschweißt ist.
  8. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren mit einem Abgaskrümmer mit einer sich in Richtung auf den Motor verzweigenden, auf einer Motorseite an dessen Abgasauslaßöffnungen anschließbaren Anordnung aus Abgasrohren (5) und mindestens einem Abgaskatalysator (3), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrohre (5) der verzweigten Abgasrohranordnung samt ihrem Gehäuse (4) in Draufsicht auf die Ebene der Abgaseintrittsöffnungen (6) einer Wellenlinie folgend derart abwechselnd nach oben und nach unten gebogen ausgebildet sind, daß neben den Abgaseintrittsöffnungen (6) Freiräume für den Zugang zu den Schraubdurchführungen (11) für die Befestigung der Abgasanlage am Motor gebildet sind.
  9. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren mit einem Abgaskrümmer mit einer sich in Richtung auf den Motor verzweigenden, auf einer Motorseite an dessen Abgasauslaßöffnungen anschließbaren Anordnung aus Abgasrohren (5), mindestens einem Abgaskatalysator (3) und einem die verzweigte Abgasrohranordnung (5) umgebenden, fest mit dem Motor verbindbaren Gehäuse (4), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) mindestens einmal in Richtung der Verbindungslinie der Abgaseintrittsöffnungen (6) unterteilt ist, wobei die Teile (4 a, b, c) über flexible Elemente, insbesondere Wellbalge (9), miteinander verbunden sind.
  10. Abgasanlage für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (4, 12) jeweils aus Blech bestehen und zwei Halbschalen (4', 4"; 12', 12") umfassen und/oder daß die Abgasrohre (5, 13) durch Innenhochdruckumformung hergestellt sind und/oder daß die verzweigte Abgasrohranordnung (5) vier oder sechs Abgaseintrittsöffnungen (6) aufweist.
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