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Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine, der wenigstens einen an einen Brennraumauslass der Brennkraftmaschine anschließbaren Abgaseinlass und einen stromabwärts des Abgaseinlasses angeordneten Abgasauslass für Abgas der Brennkraftmaschine aufweist.
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Abgaskrümmer der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie sind Bestandteil der Brennkraftmaschine beziehungsweise an diese angeschlossen. Die Brennkraftmaschine verfügt über wenigstens einen Zylinder beziehungsweise Brennraum, aus welchem durch den Brennraumauslass periodisch Abgas ausgestoßen wird. Das Abgas gelangt durch den Abgaseinlass in den Abgaskrümmer und von dort durch den Abgasauslass des Abgaskrümmers in weitere Bereiche einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Abgasanlage, welche auch den Abgaskrümmer umfasst. Beispielsweise schließt sich an den Abgaskrümmer ein Hosenrohr der Abgasanlage an. Der Abgaskrümmer liegt häufig als massives Gussbauteil vor. Gleichzeitig ist er während des Betriebs der Brennkraftmaschine bedingt durch die große in dem Abgas noch enthaltene Wärmemenge einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt. Das bedeutet, dass hochtemperaturfeste Gusswerkstoffe für den Abgaskrümmer verwendet werden müssen. Dies führt zum einen zu einem hohen Gewicht des Abgaskrümmers und zum anderen zu hohen Kosten, weil derartige Gusswerkstoffe im Vergleich zu nur für geringere Temperaturen geeigneten Gusswerkstoffen sehr teuer sind.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
US 5 020 319 A bekannt. Diese betrifft ein wärmebeständiges Gehäuse für eine Brennkraftmaschine, die ein äußeres Wandelement aus einer Aluminiumlegierung sowie ein inneres Wandelement aus Keramik aufweist, wobei das innere Wandelement während eines Gießvorgangs des äußeren Wandelements in dieses eingebettet wird. Weiterhin sind aus dem Stand der Technik die Druckschriften
JP 2011-231684 A ,
JP 2011-208604 A ,
JP 2011-099373 A sowie
JP 2005-214029 A bekannt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Abgaskrümmer vorzuschlagen, welcher den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere ein geringeres Gewicht aufweist und günstiger herzustellen ist als aus dem Stand der Technik bekannte Abgaskrümmer.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Abgaskrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Abgaskrümmer aus wenigstens einem ersten Teilabgaskrümmer und einem stromabwärts des ersten Teilabgaskrümmers vorgesehenen zweiten Teilabgaskrümmer besteht, wobei der erste Teilabgaskrümmer als Gussbauteil mit integriertem Wassermantel und zumindest eine abgasführende Abgasleitung des zweiten Teilabgaskrümmers wenigstens bereichsweise als Blechbauteil vorliegt, wobei der zweite Teilabgaskrümmer über eine Schweißnaht an dem ersten Teilabgaskrümmer befestigt ist, die an einer Wassermantelhülle des Wassermantels vorliegt. Der Abgaskrümmer ist mehrteilig ausgebaut. Er besteht aus mehreren Teilabgaskrümmern, insbesondere dem ersten Teilabgaskrümmer und dem zweiten Teilabgaskrümmer. Dabei soll der erste Teilabgaskrümmer den Wassermantel aufweisen und insoweit kühlbar sein. Dem Wassermantel ist über einen Kühlmitteleinlass Kühlmittel zuführbar und über einen Kühlmittelauslass entnehmbar. Das Kühlmittel ist beispielsweise Wasser. Insbesondere ist der Wassermantel an eine Kühleinrichtung beziehungsweise einen Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen. Mittels des Wassermantels beziehungsweise dem diesen durchströmenden Kühlmittel wird das den Abgaskrümmer durchströmende Abgas in dem ersten Teilabgaskrümmer abgekühlt. Der erste Teilabgaskrümmer ist bedingt durch die mit Hilfe des Wassermantels realisierte aktive Kühlung für hohe Temperaturen ausgelegt, wie sie unmittelbar stromabwärts des Brennraumauslasses beziehungsweise des Abgaseinlasses des Abgaskrümmers vorliegen.
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Stromabwärts des ersten Teilabgaskrümmers tritt das Abgas in den zweiten Teilabgaskrümmer beziehungsweise dessen abgasführende Abgasleitung ein. Es ist nun vorgesehen, dass wenigstens ein Bereich der Abgasleitung als Blechbauteil vorliegt und insoweit aus Blech, insbesondere aus Stahlblech, besteht. Unter Blech ist ein aus Metall bestehendes Bauelement mit geringer Wandstärke zu verstehen. Insbesondere ist das Blech ein Feinblech, weist also eine Stärke von höchstens 3 mm auf. Alternativ kann auch stärkeres Blech verwendet werden. Idealerweise wird eine Stärke von 0,5 mm nicht unterschritten. Entsprechend ist zumindest die Abgasleitung des zweiten Teilabgaskrümmers nicht massiv ausgebildet, sondern besteht aus dem im Vergleich zu einem Gussbauteil leichten Blech. Auf diese Weise wird eine deutliche Materialersparnis und entsprechend ein geringeres Gewicht des Abgaskrümmers erzielt. Durch die Materialersparnis werden auch die Kosten deutlich reduziert. Dies gilt insbesondere, wenn das Material des zweiten Teilabgaskrümmers aus thermischen Gründen hochtemperaturfest sein muss, weil für den als Blechbauteil vorliegenden Teilabgaskrümmer weniger Material aufgewandt werden muss als für ein entsprechendes Gussbauteil aus hochtemperaturfestem Werkstoff besteht.
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Zudem ist das Abgas bei seinem Eintreten in den zweiten Teilabgaskrümmer beziehungsweise die Abgasleitung bereits mithilfe des Wassermantels des ersten Teilabgaskrümmers abgekühlt, sodass die Temperatur des Abgases geringer ist als unmittelbar stromabwärts des Brennraumauslasses. Entsprechend muss das Material des zweiten Teilabgaskrümmers beziehungsweise das Blechbauteil nur für die entsprechend geringere Temperatur ausgelegt sein. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der zweite Teilabgaskrümmer ungekühlt ist, also nicht ebenfalls einen Wassermantel aufweist. Besonders bevorzugt besteht der erste Teilabgaskrümmer aus einem ersten Material und der zweite Teilabgaskrümmer aus einem zweiten Material, das in Form wenigstens eines Blechelements vorliegt. Das zweite Material ist insbesondere von dem ersten Material verschieden, beispielsweise weist es eine höhere Temperaturfestigkeit beziehungsweise Hitzebeständigkeit auf.
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Das Kühlen des Abgases mithilfe des Wassermantels ist grundsätzlich bekannt. Zu der Reduzierung der Temperatur des Abgases wird bei bekannten Ausführungsformen der gesamte Abgaskrümmer mithilfe des Wassermantels gekühlt oder das Abgas mehrerer Abgasstränge in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zusammengeführt und das Abgas bereits dort gekühlt. In letzterem Fall ist der Abgaskrümmer also beispielsweise in den Zylinderkopf integriert. Auf diese Weise sollen in Strömungsrichtung des Abgases nachfolgende Bauteile beziehungsweise der Abgaskrümmer selbst vor einer thermischen Überbelastung geschützt werden. Sowohl bei integrierten als auch bei externen, gekühlten Abgaskrümmern, welche als Gussbauteil vorliegen, muss oft der gesamte Abgaskrümmer gekühlt werden, um seine Temperatur in zulässigen Grenzen zu halten. Dies bedeutet jedoch einen hohen Eintrag von Wärme beziehungsweise Wärmeenergie in die Kühleinrichtung, insbesondere den Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine, und/oder eine starke Reduzierung der in dem Abgas enthaltenen thermischen Energie. Letzteres ist jedoch üblicherweise unerwünscht, weil die in dem Abgas enthaltene Energie häufig zum Betreiben eines Abgasturboladers dient.
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Die Verwendung von hochtemperaturfesten Gusswerkstoffen für den gesamten Abgaskrümmer ermöglicht einen geringeren Kühlaufwand mit geringerem Wärmeeintrag in die Kühleinrichtung und erlaubt das Vorliegen von höheren Temperaturen in dem Abgaskrümmer. Sie hat allerdings, wie bereits vorstehend erläutert, ein massives Mehrgewicht zur Folge. Die Herstellung des gesamten Abgaskrümmers als Blechbauteil, insbesondere in Form einer Blechschweißbauteils, mit einem Wassermantel, erlaubt eine Gewichtseinsparung, ist jedoch sehr aufwendig: Die Temperatur des Abgases ist deutlich höher als die Temperatur des Kühlmittels in dem Wassermantel. Entsprechend liegt ein sehr großer Temperaturgradient im Bereich der Wandung des Abgaskrümmers vor. Thermospannungen in den Verbindungsbereichen des Blechbauteils, also insbesondere den Schweißnähten, können konstruktiv und funktionell nicht ausgeschlossen werden und mit der Zeit ein Bauteilversagen des Abgaskrümmers verursachen. Weiterhin kann bei einem Blechbauteil der Wassermantel nicht strömungsoptimal ausgeführt werden, sodass das Kühlmittel mit einem hohen Strömungswiderstand beaufschlagt wird. In konstruktiv bedingten Ecken und Kanten des Wassermantels eines solchen Abgaskrümmers kann es zu einem Abriss der Strömung des Kühlmittels kommen. Dies hat häufig ein Sieden des Kühlmittels zur Folge, wodurch die Kühlung lokal nahezu vollständig unterbrochen wird. Entsprechend kann auch hier ein Bauteilversagen die Folge sein.
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Es ist vorgesehen, dass der zweite Teilabgaskrümmer über eine Schweißnaht an dem ersten Teilabgaskrümmer befestigt ist. Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist es allenfalls unter großen Schwierigkeiten möglich, den Abgaskrümmer vollständig als Blechschweißbauteil auszubilden. Die gilt insbesondere, weil Schweißnähte eines solchen Blechschweißbauteils sehr anfällig gegenüber Thermospannungen sind. Insbesondere kann es durch wiederholtes Auftreten solcher Thermospannungen zu einem Reißen der Schweißnaht und damit zu einem Bauteilversagen des Abgaskrümmers kommen. Aus diesem Grund werden Schweißnähte bei Abgaskrümmern üblicherweise vermieden. Bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung des Abgaskrümmers, bestehend aus dem ersten und dem zweiten Teilabgaskrümmer, kann jedoch problemlos die Schweißnaht zur Befestigung des zweiten Teilabgaskrümmers an dem ersten Teilabgaskrümmer vorgesehen sein, weil die Temperatur des Abgases bereits mithilfe des Wassermantels abgesenkt wurde. Überdies ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schweißnaht mithilfe des Wassermantels kühlbar ist. Die Schweißnaht soll also an den Wassermantel anschließen beziehungsweise an dessen Wassermantelhülle vorliegen. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass lediglich eine thermische Verbindung zwischen der Schweißnaht und dem Wassermantel beziehungsweise dessen Wassermantelhülle vorliegt, beispielsweise über eine Wärmebrücke aus einem gut wärmeleitenden Material.
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Zudem soll der erste Teilabgaskrümmer als Gussbauteil mit integriertem Wassermantel vorliegen. Während aus dem Stand der Technik bekannte Abgaskrümmer vollständig als Gussbauteil vorliegen, ist dies hier lediglich für den ersten Teilabgaskrümmer vorgesehen. Weil der erste Teilabgaskrümmer den Wassermantel zur Kühlung aufweist, ist es nicht notwendig, einen hochtemperaturfesten Gusswerkstoff zu verwenden. Der Wassermantel soll in das Gussbauteil integriert sein. Das bedeutet, dass bei einem Herstellen des ersten Teilabgaskrümmers durch Gießen der Wassermantel gleichzeitig mit ausgebildet wird. Der erste Teilabgaskrümmer beziehungsweise das Gussbauteil bilden insoweit die Wassermantelhülle des Wassermantels, welche zur Führung des Kühlmittels zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass ausgebildet ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der gesamte zweite Teilabgaskrümmer als Blechbauteil vorliegt. Es ist also vorgesehen, dass nicht nur ein Bereich der Abgasleitung aus Blech besteht, sondern der gesamte zweite Teilabgaskrümmer, insbesondere die gesamte Abgasleitung des zweiten Teilabgaskrümmers. Der zweite Teilabgaskrümmer liegt dabei beispielsweise als Blechschweißbauteil vor. Dies bedeutet, dass er aus miteinander verschweißten Blechelementen besteht. Auf diese Weise wird eine besonders deutliche Gewichtsreduzierung des Abgaskrümmers erzielt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Teilabgaskrümmer einen den Abgasauslass aufnehmenden Auslassflansch des Abgaskrümmers aufweist. Mithin strömt also das Abgas aus dem Brennraumauslass durch den Abgaseinlass in den ersten Teilabgaskrümmer ein. Anschließend gelangt das Abgas aus dem ersten Teilabgaskrümmer in den zweiten Teilabgaskrümmer beziehungsweise dessen Abgasleitung. Nachfolgend strömt das Abgas durch den Abgasauslass aus dem Abgaskrümmer aus. Dieser Abgasauslass wird nun von einem Auslassflansch des Abgaskrümmers gebildet beziehungsweise umgriffen. Im Falle des Abgasauslasses beziehungsweise Auslassflanschs ist beispielsweise ein Hosenrohr der Abgasanlage, die den Abgaskrümmer umfasst, an diesen angeschlossen. Das Hosenrohr ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit V-Anordnung vorgesehen, welche mehrere Zylinderbänke aufweisen, welchen jeweils ein Abgaskrümmer zugeordnet ist. Durch das Hosenrohr wird das aus den Abgaskrümmern ausströmende Abgas nachfolgend zusammengefasst und weiteren Elementen der Abgasanlage zugeführt, insbesondere einem Katalysator.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Teilabgaskrümmer wenigstens eine, eine Wand des Blechbauteils durchgreifende Aufnahme für einen Abgassensor aufweist. Die Aufnahme beziehungsweise Sensoraufnahme kann mit vergleichsweise geringem Aufwand an dem zweiten Teilabgaskrümmer ausgebildet werden. Der Abgassensor soll wenigstens bereichsweise in das Abgas hineinreichen. Er durchgreift daher das Blech beziehungsweise die aus Blech hergestellte Wand des zweiten Teilabgaskrümmers vollständig in Richtung des Abgases.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Teilabgaskrümmer eine geringere Wärmekapazität aufweist als der erste Teilabgaskrümmer. Dies wird insbesondere erreicht, indem die Masse des zweiten Teilabgaskrümmers deutlich geringer ist als die des ersten Teilabgaskrümmers. Entsprechend kühlt der zweite Teilabgaskrümmer nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine und damit dem Unterbrechen des Kühlmittelstroms durch den Wassermantel des ersten Teilabgaskrümmers wesentlich schneller ab als der erste Teilabgaskrümmer. Somit kann es nicht zu einer thermischen Überbelastung kommen. Eine eventuell zur Kühlung des Abgaskrümmers vorgesehene Nachlaufpumpe kann also entfallen oder erheblich kleiner dimensioniert sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Teilabgaskrümmer zumindest aus der wenigstens einen Abgasleitung und einem die Abgasleitung umgebenden Krümmermantel besteht. Die Abgasleitung dient unmittelbar der Führung des Abgases durch den zweiten Teilabgaskrümmer. Sie ist insoweit an den ersten Teilabgaskrümmer beziehungsweise dessen strömungsführende Bereiche und den Abgasauslass des Abgaskrümmers angeschlossen. Zum Schutz der Abgasleitung und zur mechanischen Stabilisierung ist nun der Krümmermantel vorgesehen, welcher die Abgasleitung wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, umgibt. Dabei ist er wenigstens bereichsweise von der Abgasleitung beabstandet angeordnet. Besonders bevorzugt steht der Krümmermantel nicht unmittelbar in Berührkontakt mit der Abgasleitung. Auf diese Weise wird das Übertragen von Wärme von der Abgasleitung auf den Krümmermantel verhindert. Entsprechend kann der Krümmermantel aus einem Material bestehen, welches eine geringere Temperaturfestigkeit aufweist als das Material der Abgasleitung. Der zweite Teilabgaskrümmer muss also nicht materialeinheitlich ausgebildet sein. Vielmehr kann die Abgasleitung aus einem von dem Material des Krümmermantels verschiedenen Material bestehen. Selbstverständlich kann jedoch auch eine materialeinheitliche Ausführung vorgesehen sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abgasleitung des zweiten Teilabgaskrümmers über wenigstens eine Überströmöffnung mit wenigstens einer Abgasführung des ersten Teilabgaskrümmers strömungsverbunden ist. In dem ersten Teilabgaskrümmer liegt also die Abgasführung vor, welche an den Abgaseinlass des Abgaskrümmers angeschlossen ist. Das Abgas strömt insoweit durch den Abgaseinlass in die Abgasführung ein. Auf ihrer dem Abgaseinlass abgewandten Seite ist die Abgasführung an die Überströmöffnung angeschlossen, durch welche das Abgas aus der Abgasführung in die Abgasleitung gelangen kann. Dabei kann es vorgesehen sein, dass mehrere Abgasführungen in dem ersten Teilabgaskrümmer vorliegen. Beispielsweise ist jedem Brennraumauslass eine Abgasführung zugeordnet, wobei diese Abgasführungen wenigstens teilweise strömungstechnisch voneinander getrennt in dem ersten Teilabgaskrümmer vorliegen können. Selbstverständlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der Abgasführungen oder alle Abgasführungen bereits in dem ersten Teilabgaskrümmer zusammengeführt sind. Die Überströmöffnung stellt die Schnittstelle zwischen dem ersten Teilabgaskrümmer und dem zweiten Teilabgaskrümmer dar. Bevorzugt ist jeder Abgasführung eine Überströmöffnung zugeordnet. Dabei kann jedoch ein strömungstechnisches Überlappen von wenigstens zwei Überströmöffnungen vorgesehen sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem zweiten Teilabgaskrümmer mehrere Abgasleitungen vorliegen, die stromaufwärts des Auslassflanschs zusammengeführt sind. Es kann also vorgesehen sein, dass in dem ersten Teilabgaskrümmer mehrere Abgasführungen vorliegen, welche in ihm strömungstechnisch voneinander getrennt sind. Das bedeutet, dass das die Abgasführungen durchströmende Abgas erst nach dem Einströmen in die Abgasleitungen des zweiten Teilabgaskrümmers zusammengeführt ist. In jedem Fall ist jedoch ein Zusammenführen des Abgases stromaufwärts des Abgasauslasses beziehungsweise des Auslassflanschs vorgesehen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Abgaskrümmer gemäß den vorstehenden Ausführungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
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1 einen Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine, und
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2 eine Explosionsdarstellung des Abgaskrümmers.
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Die 1 zeigt einen Abgaskrümmer 1 für eine hier nicht dargestellte Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine verfügt über mehrere Zylinder beziehungsweise Brennräume. In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine eine Brennkraftmaschine zwei Zylinderbänken in V-Anordnung, die jeweils mehrere Zylinder (hier: drei) beziehungsweise Brennräume aufweist. Jedem der Zylinderbänke ist ein Abgaskrümmer 1 zugeordnet, wobei die Abgaskrümmer 1 beispielsweise zueinander spiegelverkehrt bezüglich einer Längsachse der Brennkraftmaschine ausgebildet sind. Dem hier dargestellten Abgaskrümmer 1 sind insoweit alle Zylinder einer der Zylinderbänke der Brennkraftmaschine zugeordnet. Jeder Zylinder weist einen Brennraumauslass auf, an welchen jeweils ein Abgaseinlass 2 des Abgaskrümmers 1 strömungstechnisch angeschlossen ist. Durch den Brennraumauslass und den daran angeschlossenen Abgaseinlass 2 kann entsprechend bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine entstehendes Abgas aus dem Zylinder in den Abgaskrümmer 1 einströmen. Stromabwärts der Abgaseinlässe 2 ist ein Abgasauslass 3 vorgesehen, durch welchen das Abgas aus dem Abgaskrümmer 1 ausströmen kann.
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Während der Abgaskrümmer 1 mehrere Abgaseinlässe 2 aufweist, verfügt er vorzugsweise lediglich über einen einzigen Abgasauslass 3. Das durch die mehreren Einlässe 2 in den Abgaskrümmer 1 einströmende Abgas wird entsprechend stromaufwärts des Abgasauslasses 3 zusammengeführt und strömt nachfolgend gemeinsam aus dem Abgaskrümmer 1 aus. An den Abgasauslass 3, welcher beispielsweise an einem Auslassflansch 4 vorliegt, ist beispielsweise ein Hosenrohr einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine, welcher auch der Abgaskrümmer 1 angehört, angeschlossen. Mittels des Hosenrohrs wird das aus den Abgaskrümmern 1 ausströmende Abgas zusammengeführt und weiteren Elementen der Abgasanlage, beispielsweise einem Katalysator, zugeführt. Der hier dargestellte Abgaskrümmer 1 ist mehrteilig ausgebildet. Dabei besteht er aus einem ersten Teilabgaskrümmer 5 und einem zweiten Teilabgaskrümmer 6. Der erste Teilabgaskrümmer 5 weist einen Wassermantel 7 auf, welcher durch eine Wassermantelhülle 8 eingeschlossen ist. Dem Wassermantel 7 ist über einen Kühlmitteleinlass 9 Kühlmittel zuführbar und über einen hier nicht dargestellten Kühlmittelauslass entnehmbar. Der Wassermantel 7 ist dabei beispielsweise an eine Kühleinrichtung beziehungsweise Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen.
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Der erste Teilabgaskrümmer 5 ist mittels eines Einlassflanschs 10 an der Brennkraftmaschine derart befestigt, dass die Abgaseinlässe 2 in Strömungsverbindung mit den Brennraumauslässen stehen. Der erste Teilabgaskrümmer 5 liegt im Wesentlichen als Gussbauteil vor, in welches der Wassermantel 7 integriert ist. Der Wassermantel 7 beziehungsweise die Wassermantelhülle wird also gemeinsam mit weiteren Bereichen des ersten Teilabgaskrümmers 5 bei dessen Herstellung ausgebildet. Der zweite Teilabgaskrümmer 6 weist dagegen eine hier nicht sichtbare Abgasleitung 11 auf, welche wenigstens bereichsweise aus Blech besteht. Die Abgasleitung 11 ist von einem Krümmermantel 12 wenigstens bereichsweise umgeben. Der zweite Teilabgaskrümmer 6, insbesondere dessen Abgasleitung 11 und/oder dessen Krümmermantel 12, sind durch Schweißen, also über eine Schweißnaht 13, an dem ersten Teilabgaskrümmer 5 befestigt. An dem Abgaskrümmer 1 ist weiterhin eine Aufnahme 14 für einen hier nicht dargestellten Abgassensor vorgesehen. Die Aufnahme 14 ist an dem zweiten Teilabgaskrümmer 6 angeordnet und durchgreift den Krümmermantel 12 und auch die Abgasleitung 11 derart, dass eine zentrale Durchtrittsöffnung 15 der Aufnahme 14 das Einbringen eines Abgassensors in einen Innenraum der Abgasleitung 11, also in das Abgas, ermöglicht.
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Lediglich umrisshaft ist in der 1 zu erkennen, dass der erste Teilabgaskrümmer 5 mehrere Abgasführungen 16 aufweist, wobei jedem Abgaseinlass 2 eine solche Abgasführung 16 zugeordnet ist. Durch die Abgasführung 16 wird das durch den jeweiligen Abgaseinlass 2 eintretende Abgas in Richtung des zweiten Teilabgaskrümmers 6 geführt. Jede Abgasführung ist über wenigstens eine hier nicht dargestellte Überströmöffnung 17 mit der Abgasleitung 11 des zweiten Teilabgaskrümmers 6 strömungsverbunden.
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Die 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des aus der 1 bekannten Abgaskrümmers 1. Es wird nun deutlich, dass die Abgasleitung 11 als von dem Krümmermantel 12 separates Blechbauteil vorliegt, wobei das Blech des Blechbauteils insbesondere ein Feinblech mit einer Wandstärke von höchstens 3 mm ist. Der Krümmermantel 12 ist seinerseits mehrteilig aufgebaut und besteht aus einer unteren Schale 18 und einer oberen Schale 19, welche bei der Montage des Abgaskrümmers 1 durch Schweißen miteinander verbunden beziehungsweise an den ersten Teilabgaskrümmer 5 angeschlossen werden. Entsprechendes gilt für die Abgasleitung 11, welche im Bereich der Überströmöffnungen 17 ebenfalls durch Schweißen an dem ersten Teilabgaskrümmer 5 befestigt ist. Die durch das Schweißen hergestellten Schweißnähte 13 sollen derart angeordnet sein, dass sie mittels des Massenmantels 7 während des Betriebs der Brennkraftmaschine kühlbar sind. Auf diese Weise werden die Schweißnähte 13 vor übermäßiger thermischer Belastung geschützt, sodass es nicht zu einem Versagen der Schweißnähte 13 und damit zu einer Beschädigung des Abgaskrümmers 1 kommen kann.
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Durch den mehrteiligen Aufbau des Abgaskrümmers 1, wobei der erste Teilabgaskrümmer 5 als Gussbauteil und der zweite Teilabgaskrümmer 6 als Blechbauteil, insbesondere Blechschweißbauteil, vorliegt, können das Gewicht und die Kosten des Abgaskrümmers 1 deutlich reduziert werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn lediglich thermisch besonders hochbelastete Elemente des Abgaskrümmers 1 unmittelbar nach dem Abgaseinlass 2, also der erste Teilabgaskrümmer 5, kühlbar sind, während thermisch niedriger belastete Elemente wie der zweite Teilabgaskrümmer 6 ungekühlt sind, also keine eigene aktive Kühlung aufweisen. Selbstverständlich kann jedoch Wärme von dem zweiten Teilabgaskrümmer 6 auf den ersten Teilabgaskrümmer 5 übergehen und von dort über das Kühlmittel abgeleitet werden. Dennoch wird die Temperatur des zweiten Teilabgaskrümmers 6 üblicherweise höher sein als die des ersten Teilabgaskrümmers 5, weil lediglich ersterer aktiv gekühlt ist. Aus diesem Grund besteht der zweite Teilabgaskrümmer 6 wenigstens bereichsweise aus einem hochtemperaturfesten Material, insbesondere einem hochtemperaturfesten Blech. Dies gilt insbesondere für die Abgasleitung 11, jedoch vorteilhafterweise auch für den Krümmermantel 12.
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Bedingt durch die mehrteilige Ausführung des Abgaskrümmers 1 kann der Wassermantel 7 auf die abzuführende Wärmemenge angepasst werden. Je nach Kapazität der Kühleinrichtung oder der zu erzielenden Verringerung der Temperatur des Abgases in dem Abgaskrümmer 1 kann der Wassermantel 7 größer oder kleiner ausgeführt werden. Die Ausführung des ersten Teilabgaskrümmers 5 als Gussbauteil bietet große Gestaltungsfreiräume. Ecken und Kanten, die den Strömungswiderstand für das Kühlmittel erhöhen könnten, können vermieden werden. Zudem wird mit der mehrteiligen Ausführung des Abgaskrümmers 1 ein Vorteil gegenüber einem vollständig als Gussbauteil ausgebildeten Abgaskrümmer 1 erzielt.
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Bedingt durch seine große Masse weist ein herkömmlicher Abgaskrümmer eine hohe Wärmekapazität auf, speichert also sehr viel Wärme. Üblicherweise wird bei einem Abschalten der Brennkraftmaschine auch eine Kühlmittelpumpe angehalten, womit das Kühlmittel nicht mehr in dem Wassermantel 7 des Abgaskrümmers 1 zirkuliert. Entsprechend kann die in dem Abgaskrümmer 1 noch vorliegende Wärme nicht abgeführt werden, womit es zu einem Sieden des Kühlmittels kommen kann. Dies könnte nur durch großvolumige Nachlaufpumpen kontrolliert werden. Liegt der Abgaskrümmer 1 dagegen in der hier vorgestellten mehrteiligen Ausführung vor, so weist der zweite Teilabgaskrümmer 6 eine wesentlich geringere Wärmekapazität auf als der erste Teilabgaskrümmer 5. Entsprechend wird die Wärmekapazität des gesamten Abgaskrümmers 1 reduziert, sodass die Nachlaufpumpe entfallen oder erheblich kleiner ausgeführt werden kann. Weiterhin kann der Abgaskrümmer 1 derart ausgelegt sein, dass der thermisch am höchsten beanspruchte Bereich in dem zweiten Teilabgaskrümmer vorliegt. Demnach muss zwar für den zweiten Teilabgaskrümmer 6 ein hochtemperaturfestes Material verwendet werden, bedingt durch die wenigstens bereichsweise Ausbildung zumindest der Abgasleitung 11 aus Blech ist der Materialeinsatz jedoch im Vergleich zu einem Gussbauteil gering. Der mittels des Wassermantels 7 gekühlte erste Teilabgaskrümmer 5 ist dagegen thermisch nicht so hoch belastet, kann also aus einem kostengünstigeren Material hergestellt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgaskrümmer
- 2
- Einlass
- 3
- Auslass
- 4
- Auslassflansch
- 5
- 1. Teilabgaskrümmer
- 6
- 2. Teilabgaskrümmer
- 7
- Wassermantel
- 8
- Wassermantelhülle
- 9
- Kühlmitteleinlass
- 10
- Einlassflansch
- 11
- Abgasleitung
- 12
- Krümmermantel
- 13
- Schweißnaht
- 14
- Aufnahme
- 15
- Durchtrittsöffnung
- 16
- Abgasführung
- 17
- Überströmöffnung
- 18
- untere Schale
- 19
- obere Schale
