DE102016106893A1

DE102016106893A1 - Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016106893A1
Application number: DE102016106893.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Laube
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern, mit an deren Auslasskanäle mit Eintrittsöffnungen (12, 14, 16) anschließenden Einzelrohren (6, 8, 10), die Teilabgasströme führen und die in ein Sammelrohr (20) münden, wobei das Sammelrohr (20) eine Einlass- und eine Auslassöffnung (18, und mindestens ein Leitorgan (28) zur Strömungsführung der Teilabgasströme aufweist, wobei das mindestens eine Leitorgan (28) mit einem ersten Ende an ein Einzelrohr (6, 8, 10) anschließt und ein zweites Ende beabstandet von der Auslassöffnung (24) im Sammelrohr (20) gelegen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern, mit an deren Auslasskanäle mit Eintrittsöffnungen anschließenden Einzelrohren, die Teilabgasströme führen und die in ein Sammelrohr münden, wobei das Sammelrohr eine Einlass- und eine Auslassöffnung und mindestens ein Leitorgan zur Strömungsführung der Teilabgasströme aufweist.
Ein derartiger Abgaskrümmer ist beispielsweise aus der DE 199 57 979 B4 bekannt. Der Abgaskrümmer schließt hierbei mittels der Einzelrohre an die Auslasskanäle der in Reihe angeordneten Zylinder an und führt das Abgas über ein Sammelrohr zu einem Katalysator. Das Sammelrohr dient hierbei der gleichmäßigen Anströmung des Katalysators. Um den Katalysator möglichst schnell auf Betriebstemperatur aufzuheizen, ist es bekannt, den Abgaskrümmer mit dem Sammelrohr möglichst nahe an die Zylinder der Brennkraftmaschine anzuordnen. Dies führt jedoch zu Problemen bei der Anordnung der Einzelrohre, die hierzu gekrümmt werden müssen, so dass ungewollte Strömungsturbulenzen auftreten können. Um eine gleichmäßige Abgasführung herbeizuführen, beschreibt die DE 199 57 979 B4 die Anordnung eines Leitorgans im Sammelrohr, wobei sich dieses Leitorgan von der Austrittsöffnung des Sammelrohrs in das Sammelrohr hinein erstreckt, um eine gleichmäßige Anströmung des Katalysators zu gewährleisten. Je nach Anordnung der Einzelrohre sind jedoch auch bei diesem Abgaskrümmer große Strömungsverluste aufgrund einer turbulenten Einströmung des Abgases in das Sammelrohr möglich, wobei unter bestimmten Bedingungen sich die Teilabgasströme auch noch gegenseitig negativ beeinflussen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Abgaskrümmer bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mindestens eine Leitorgan mit einem ersten Ende an ein Einzelrohr anschließt und ein zweites Ende beabstandet von der Auslassöffnung im Sammelrohr gelegen ist. Durch eine derartige Ausführungsform wird der jeweilige Teilabgasstrom definiert aufgefächert, ohne zu hohe Strömungsverluste zu erleiden oder durch andere Teilabgasströme negativ beeinflusst zu werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Einzelrohre über mindestens ein Verbindungsmittel am zum Sammelrohr gerichteten Ende zusammengefasst, derart, dass sie in der Einlassöffnung des Sammelrohres zu lagern sind. Hierdurch ist es möglich, die Einzelrohre als Paket in die Einlassöffnung des Sammelrohres zu stecken und fluiddicht zu sichern. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass das Verbindungsmittel hierbei als Fügeverbindung, insbesondere als Schweißverbindung, ausgebildet ist. Dadurch, dass die Einzelrohre am zum Sammelrohr gerichteten Ende stufenförmig zueinander ausgebildet sind, wird der Schweißprozess begünstigt, da eine nun mögliche Kehlnaht zwischen zwei benachbarten Rohren deutlich prozessstabiler zu fertigen ist. Darüber hinaus können die Einzelrohre am zum Sammelrohr gerichteten Ende einen Stützring aufweisen.
Um einen besonders robusten Abgaskrümmer zu gewährleisten, der darüber hinaus keine Nahtstellen aufweist, die die Abgasströmung negativ beeinflussen können, ist es vorteilhaft, wenn die Einzelrohre und/oder das Sammelrohr im Innenhochdruckumformverfahren hergestellt sind. In besonders vorteilhafter Weise kann das Sammelrohr eine Aussparung aufweisen, durch die das Leitorgan einsteckbar ist. Um auf einfache Weise eine zu hohe Temperaturbeaufschlagung des Katalysators im Vollastbetrieb zu vermeiden, kann ein Teil des eingesteckten Leitorgans außerhalb des Sammelrohres angeordnet sein und gegebenenfalls mit weiteren zusätzlichen Elementen zusammenwirken, um eine definierte Wärmeabfuhr aus dem Sammelrohr heraus zu gewährleisten.
In besonders vorteilhafter Weise kann das Leitorgan als tiefgezogenes Edelstahlblech ausgebildet sein.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt die einzige Figur eine teilweise geschnittene Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers.
Die einzige Figur zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine teilweise geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers 2 für eine nicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine. Der Abgaskrümmer 2 besitzt auf bekannte Weise ein Flanschorgan 4, über das Teilabgasströme führende Einzelrohre 6, 8 und 10 mit einem nicht weiter dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verschraubt werden können. Die Einzelrohre 6, 8 und 10 weisen hierzu auf bekannte Weise Eintrittsöffnungen 12, 14 und 16 auf. Die Einzelrohre 4, 6, 8 münden mit ihrem von Flanschorgan 4 abgewandten Ende in eine Einlassöffnung 18 eines Sammelrohres 20. Zur fluiddichten Lagerung der Einzelrohre 6, 8 und 10 in der Einlassöffnung 18 des Sammelrohres 20 sind die Enden der Einzelrohre 6, 8 und 10 stufenförmig ausgebildet und über eine Schweißverbindung, die eine Kehlnaht zwischen zwei benachbarten Einzelrohren 6, 8 und 10 aufweist, miteinander verbunden. In der Einlassöffnung sind dann die Enden der Einzelrohre 6, 8 und 10 ebenfalls verschweißt. Um die Robustheit der Anordnung noch weiter zu steigern, weisen die Einzelrohre 6, 8 und 10 am zum Sammelrohr 20 gerichteten Ende einen Stützring 22 auf.
Das Sammelrohr 20 ist über eine Auslassöffnung 24 auf bekannte Weise mit einem Katalysator 26 zur Abgasnachbehandlung verbunden. Sowohl die Einzelrohre 6, 8 und 10 als auch das Sammelrohr 20 sind im Innenhochdruckumformverfahren hergestellt und weisen dementsprechend eine hohe Stabilität auf, ohne die Abgasströmung negativ beeinflussende Schweißnähte zu besitzen. Es ist jedoch auch möglich, das Sammelrohr 20 durch miteinander zu verschweißende Halbschalenbauteile herzustellen.
Um nun die durch die Einzelrohre 6, 8 und 10 in das Sammelrohr 20 eintretenden Abgasteilströme definiert und ohne Turbulenzen sowie gegenseitige Beeinflussung in das Sammelrohr 20 einzuleiten, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Leitorgan 28 vorgesehen, das als tiefgezogenes Edelstahlblech ausgebildet ist. Das Leitorgan 28 wird über eine nicht weiter dargestellte Aussparung in das Sammelrohr 20 eingesteckt und schließt im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem ersten Ende 30 an eine zum Einzelrohr 8 gerichteten Seite des Einzelrohres 6 an. Ein zweites Ende 32 des Leitorgans 28 ist beabstandet von der Auslassöffnung 24 gelegen. Das Leitorgan 28 ist hierbei in Richtung der Auslassöffnung 24 gebogen. Die Teilabgasströme aller Einzelrohre 6, 8 und 10 werden durch diese erfindungsgemäße Anordnung definiert in Richtung der Auslassöffnung 24 aufgefächert, ohne ungewünschte Turbulenzen zu bilden und ohne sich gegenseitig negativ zu beeinflussen.
Das Leitorgan 28 führt darüber hinaus zu einer Festigkeitserhöhung des Sammelrohres 20, was vor allem vor dem Hintergrund der hohen auftretenden Druckpulsationen im Sammelrohr 20 von Vorteil ist. Des Weiteren kann das Leitorgan 28 oder die Leitorgane derart beschaffen sein, dass sie das Sammelrohr 20 im Außenbereich deutlich überragen, wobei an dieser überstehenden Fläche gegebenenfalls weitere Elemente angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine konvektive Energieabfuhr an die Umgebung möglich, um einerseits eine zu hohe Temperaturbeaufschlagung des Katalysators 26 im Vollastbetrieb zu vermeiden und andererseits die thermische Bauteilbelastung des Leitorgans 28 und des Sammelrohrs 20 zu reduzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19957979 B4 [0002, 0002]

Claims

Abgaskrümmer für eine Brennkraftmaschine mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern, mit an deren Auslasskanäle mit Eintrittsöffnungen (12, 14, 16) anschließenden Einzelrohren (6, 8, 10), die Teilabgasströme führen und die in ein Sammelrohr (20) münden, wobei das Sammelrohr (20) eine Einlass- und eine Auslassöffnung (18, und mindestens ein Leitorgan (28) zur Strömungsführung der Teilabgasströme aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitorgan (28) mit einem ersten Ende an ein Einzelrohr (6, 8, 10) anschließt und ein zweites Ende beabstandet von der Auslassöffnung (24) im Sammelrohr (20) gelegen ist.
Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelrohre (6, 8, 10) über mindestens ein Verbindungsmittel am zum Sammelrohr (20) gerichteten Ende zusammengefasst sind, derart, dass sie in der Einlassöffnung des Sammelrohres (20) zu lagern sind.
Abgaskrümmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel als Fügeverbindung, insbesondere als Schweißverbindung, ausgebildet ist.
Abgaskrümmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelrohre (6, 8, 10) am zum Sammelrohr (20) gerichteten Ende stufenförmig zueinander ausgebildet sind.
Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelrohre (6, 8, 10) am zum Sammelrohr (20) gerichteten Ende einen Stützring (22) aufweisen.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelrohre (6, 8, 10) und/oder das Sammelrohr (20) im Innenhochdruckumformverfahren hergestellt sind.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr eine Aussparung aufweist, durch die das Leitorgan (28) einsteckbar ist.
Abgaskrümmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des eingesteckten Leitorgans (28) außerhalb des Sammelrohres angeordnet ist.
Abgaskrümmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitorgan (28) als tiefgezogenes Edelstahlblech ausgebildet ist.