DE19645619A1 - Abgasleitungssystem zum Abführen von Abgas aus einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasleitungssystem nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1. Abgase aus einem Verbrennungsmotor werden von Abgasleitungssystemen abgeführt. Diese sind motorseitig im allgemeinen an eine Mehrzahl von Abgasauslässen angeschlossen. In vielen Fällen führen sie die Abgase des Motors bis zu einem einem Abgaskatalysator vorgeschalteten konusförmigen Diffusor, der den Leitungsquerschnitt auf den Querschnitt des Katalysators erweitert.

Bekannt ist ein Abgasleitungssystem, das in einem Teilabschnitt ein Rohrbün­ del mit einer Mehrzahl von Innenrohren aufweist, die innerhalb eines Mantelrohres geführt sind und im allgemeinen eine kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen. Die Innenrohre sind über einen gemeinsamen Flansch und eine Mehrzahl von Anschlußrohren mit den Abgasauslässen des Motors verbunden. Auf diese Weise läßt sich der Abgasgegendruck eines Zylinders auf die anderen Zylinder reduzieren, verglichen mit einem Abgasleitungs­ system, bei dem die Anschlußleitungen an dem Flansch in ein gemeinsames Sammelrohr münden. Für das maximale Drehmoment eines Verbrennungs­ motors ist es oft günstig, wenn die den einzelnen Abgasauslässen zugeord­ neten Auslaßleitungen möglichst lang sind, bevor sie in ein gemeinsames Abgassystem münden. Gegenüber herkömmlichen mehrsträngigen Abgaslei­ tungssystemen hat ein Rohrabschnitt mit einer Mehrzahl von in ein Mantel­ rohr integrierten Innenrohren eine geringere Oberfläche und damit geringere Wärmeverluste nach außen und wegen dünnerer Innenwände und nur einem tragenden Außenrohr auch eine geringere Wärmekapazität. Beides ist für den Bereich eines Abgasleitungssystemes zwischen Motor und einem Katalysator günstig, da beim Kaltstart des Motors der Katalysator schneller auf die für die katalytische Umsetzung erforderliche Temperatur kommt. Bei bisherigen Systemen ist allerdings der sogenannte Krümmer, d. h. der erste direkt an die Abgasauslässe anschließende Bereich des Abgassystems immer noch herkömmlich gestaltet und weist dicke Wände und eine große Oberfläche auf. Auch eine Flanschverbindung zu einem anschließenden Mehrfachrohrsy­ stem weist noch eine verhältnismäßig hohe zusätzliche Wärmekapazität auf.

Weiterhin bekannt ist ein Krümmer mit verhältnismäßig geringer Oberfläche, bei dem ein Sammelrohr entlang der Abgasauslässe eines Motors geführt ist. Von den Abgasauslässen führen Anschlußleitungen in einzelne voneinander beabstandete Rohröffnungen des Sammelrohrs. Das Sammelrohr enthält keine Innenrohre. Der Abgasgegendruck eines Zylinders auf die anderen Zylinder ist bei kurzen Anschlußrohren daher verhältnismäßig groß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein im motornahen Bereich mehrsträngiges Abgasleitungssystem anzugeben, das bei niedriger Wärmekapa­ zität und kleiner Oberfläche direkt an die Abgasauslässe angeschlossen werden kann und kostengünstig herzustellen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Abgasleitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Beim erfindungsgemäßen Abgasleitungssystem sind die Innenrohre einzeln mit Anschlußleitungen verbunden, die beim Betrieb des Verbrennungsmotors Abgas von den Abgasauslässen des Motors zu den Innenrohren führen. Beim Stand der Technik dagegen weist der Anschlußabschnitt einen gemeinsamen Flansch auf, mit dem der Übergang von den Anschlußleitungen auf die Innenrohre erreicht wird. Ein Vorteil der Erfindung ist, daß Einzelverbindun­ gen einfach und kostengünstig geschaffen werden können. Dies kann bei­ spielsweise durch Anschweißen geschehen. Durch den Verzicht auf einen gemeinsamen Flansch und die Anwendung des Rohr-in-Rohr-Systems bis in unmittelbare Nähe der Abgasauslässe des Verbrennungsmotors können Wär­ meverluste des Abgases in der Kaltstartphase des Verbrennungsmotors erheblich reduziert werden, wodurch ein nachgeschalteter Katalysator schnel­ ler anspricht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Anschlußleitungen durchgehend als sich auffächerndes Bündel von Innenrohren weitergeführt. Ein Befestigen separater Anschlußleitungen an den Innenrohren entfällt damit. Von dieser Ausgestaltung gibt es verschiedene Varianten. Bei einer bevor­ zugten Variante haben die Innenrohre im Querschnitt eine andere Form als die Anschlußleitungen an den Abgasauslässen. Letztere weisen zweckmäßiger­ weise einen kreisrunden Querschnitt auf, der beispielsweise durch Aufdornen des ursprünglichen kreissegmentförmigen Querschnitts der Innenrohre erreicht werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgasleitungs­ systems sind die Innenrohre mindestens entlang des dem Motor am nächsten liegenden Abschnitts des Mantelrohrs verdrillt geführt. Bei einer Weiterbil­ dung dieser Ausgestaltung sind die Innenrohre durch voneinander beabstande­ te Einzelrohröffnungen mit den Anschlußleitungen verbunden. Auch von dieser Ausgestaltung gibt es verschiedene Varianten, nämlich: Die Innenrohre sind eineindeutig mit den Anschlußleitungen verbunden, eine Mehrzahl von Innenrohren ist mit einer Mehrzahl von Anschlußleitungen verbunden, die außerhalb des Mantelrohrs zusammenführen, oder eine Mehrzahl von separa­ ten Anschlußleitungen ist mit demselben Innenrohr verbunden. Bei allen drei Varianten erfolgt die Verbindung zwischen einem Innenrohr und dem An­ schlußabschnitt durch eine Einzelrohröffnung zu einem einzelnen Stück einer Anschlußleitung.

Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei der das Mantelrohr einen geraden Abschnitt hat, in dem die Einzelrohröffnungen etwa entlang einer geraden Linie liegen. Hierbei wird der gerade Abschnitt entlang der Abgas­ auslässe des Verbrennungsmotors geführt, die meist ebenfalls in einer gera­ den Linie liegen. Von dieser Ausgestaltung gibt es Ausführungen mit beson­ ders kurzen Anschlußleitungen. Zweckmäßigerweise bilden lauter gleiche Anschlußleitungen die Verbindung von den Abgasauslässen zu den Einzel­ rohröffnungen. Um dies zu ermöglichen, sind die Abstände der Einzelrohr­ öffnungen untereinander so gewählt, daß sie den Abständen der Abgasausläs­ se untereinander gleichen.

Auch ein Mantelrohr mit zwei nichtverdrillten Innenrohren kann zum An­ schluß von Anschlußleitungen an unterschiedliche Innenrohre nah entlang der Gasauslässe angeordnet werden, wenn die Trennwand zwischen den Innenroh­ ren etwa auf die Gasauslässe gerichtet ist. Die Anschlußleitungen können dann tangential in jeweils eines der Innenrohre münden.

Günstig ist es, wenn die Innenrohre innerhalb des Mantelrohrs untereinander etwas vor der Einmündung in einen Katalysatorkonus Verbindungsöffnungen haben. Auf diese Weise kann dem Effekt entgegengewirkt werden, daß in einem nachgeschalteten Katalysator oder einer davor liegenden Meßkammer mit Lambda-Sonde unter Umständen ungleichmäßig über den Strömungsquer­ schnitt verteilte Abgasströme auftreten. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind an den Verbindungsöffnungen zungenartig teilweise ausgeschnittene Wandstücke abgebogen und ragen in das Innere der Innenrohre hinein.

Bevorzugt für die vorliegende Erfindung werden Ausgestaltungen, bei denen der Querschnitt des Mantelrohrs kreisförmig ist und die Innenrohre kreisseg­ mentartig den Querschnitt ausfüllen. Zweckmäßigerweise sind die Innenquer­ schnitte der Innenrohre so gewählt, daß in jedem Innenrohr insgesamt die gleichen Abgasmengen pro Querschnittsfläche strömen. Bei Vierzylinder- Verbrennungsmotoren werden Mantelrohre mit vier Innenrohren oder Mantel­ rohre mit zwei Innenrohren bevorzugt. In letzterem Fall sind jeweils zwei Abgasauslässe mit einem der beiden Innenrohre verbunden.

Bei weiteren Ausgestaltungen weist das Abgasleitungssystem eine Mehrzahl von Mantelrohren auf, die jeweils eine Mehrzahl von Innenrohren haben. Auf diese Weise lassen sich mit dem Abgasleitungssystem eine Vielzahl von gewünschten Konfigurationen für Verbrennungsmotoren mit unterschiedlicher Anzahl von Abgasauslässen und gewünschter Anzahl von Abgassträngen erzielen.

Weitere Merkmale und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Abgasleitungssystems werden anhand der Zeichnung beschrieben. Die Zeich­ nung zeigt beispielhaft Ausführungsformen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Abgasleitungssystem mit zwei Innenrohren, die teilweise verdrillt geführt sind,

Fig. 2 bis 5 Querschnitte durch das in Fig. 1 gezeigte Abgaslei­ tungssystem,

Fig. 6 ein Abgasleitungssystem mit vier Anschlußleitungen, die durchgehend als sich auffächerndes Bündel von Innenrohren weitergeführt sind,

Fig. 7 einen Querschnitt durch das in Fig. 6 gezeigte Abgasleitungssystem vor der Bündelöffnung des Man­ telrohrs,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines Man­ telrohrs mit zwei Innenrohren, die zwei Verbindungs­ öffnungen aufweisen und

Fig. 9 einen Querschnitt durch Fig. 8 entlang der Linie IX-IX.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Abgasleitungssystem 10, das an einen Katalysatorkonus 2 angeschlossen ist, der den Leitungsquerschnitt zum Katalysator 1 hin erweitert. Das Abgasleitungssystem 10 führt die Abgase des Verbrennungsmotors 6 von dessen Abgasauslässen 4 durch ein Mantel­ rohr 11 mit Innenrohren 12 zu dem Katalysatorkonus 2. Der Anschluß­ abschnitt 13 weist vier Anschlußleitungen 17 auf, die jeweils einen Abgas­ auslaß 4 des Verbrennungsmotors 6 mit einer Einzelrohröffnung 18 in dem Mantelrohr 11 verbinden. Das Mantelrohr 11 hat einen geraden Mantelrohr­ abschnitt 14, in dem die beiden Innenrohre 12 verdrillt geführt sind. In dem an den geraden Mantelrohrabschnitt 14 sich anschließenden gekrümmten Mantelrohrabschnitt, der zu dem Katalysatorkonus 2 führt, sind die beiden Innenrohre 12 nicht verdrillt geführt. Das Rohrbündel 15 weist also einen verdrillten und einen nicht verdrillten Abschnitt auf.

Fig. 2 bis 5 zeigen Querschnitte durch das in Fig. 1 dargestellte Abgasleitungssystem an den Schnittlinien I bis IV, die jeweils auf Höhe einer Einzelrohröffnung 18 liegen. In der Reihenfolge von 2 beginnend sind das erste Innenrohr 42 und das zweite Innenrohr 43, die miteinander ver­ drillt sind, jeweils bis zur folgenden Einzelrohröffnung 18 aufgrund der Verdrillung um 90° weitergedreht. Auf diese Weise sind die Anschlußleitun­ gen 17 in Höhe der Schnittlinien I und IV mit dem zweiten Innenrohr 43 verbunden, wogegen die Anschlußleitungen 17 in Höhe der Schnittlinien II und III mit dem ersten Innenrohr verbunden sind. Bei derselben Stärke der Verdrillung könnten auch Verbindungen zwischen den Anschlußleitungen in Höhe der Schnittlinien I und II bzw. III und IV geschaffen werden. Bei stärkerer Verdrillung sind Verbindungen zwischen I und III bzw. II und IV möglich. Die in Fig. 2 bis 5 gezeigten Innenrohre 42, 43 in dem im Querschnitt kreisförmigen Mantelrohr 21 sind als im Querschnitt halbkreis­ artige Innenrohre ausgeführt, die den Innenquerschnitt des Mantelrohrs 21 annähernd ausfüllen.

Fig. 6 zeigt ein Abgasleitungssystem mit vier Innenrohren 22 in einem Rohrbündel 25. Die Anschlußleitungen 27 zwischen den Abgasauslässen 4 und den Innenrohren 22 sind als Enden der Innenrohre 22 ausgeführt. Der Anschlußabschnitt 23 weist also vier abgebogene sich auf die Abgasauslässe 4 auffächernde Rohrenden auf. Das Mantelrohr 21 hat im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Mantelrohr 11 keine Einzelrohröffnung, sondern an der Bündelöffnung 28 eine gemeinsame Öffnung für das Rohrbündel 25.

In Fig. 7 ist ein Querschnitt durch das Abgasleitungssystem 20 an der Schnittlinie V gezeigt. Man erkennt, daß die Innenrohre in dem Mantelrohr 21 als den Innenquerschnitt des Mantelrohrs 21 annähernd ausfüllende Innenrohre 52 mit viertelkreissegmentartigem Querschnitt ausgeführt sind.

In Fig. 8 ist ein Abschnitt eines Mantelrohrs 31 mit einem ersten Innen­ rohr 32 und einem zweiten Innenrohr 33 dargestellt, die mindestens eine Verbindungsöffnung 34 untereinander haben. An der Verbindungsöffnung 34 ist einmal an dem einen und einmal an dem anderen Innenrohr 32 jeweils ein zungenartig teilweise ausgeschnittenes Wandstück nach außen abgebogen und ragt in das Innere des jeweiligen Innenrohrs 32, 33, dessen Wand an der Verbindungsöffnung 34 ganz ausgeschnitten ist. Die Abgasströmungs­ verläufe sind durch Pfeile in der linken Seite der Fig. 5 dargestellt. Durch diese und ähnliche Anordnungen wird eine bessere Verteilung der jeweils pulsartig in einem der beiden Innenrohre strömenden Abgase auf beide Innenrohre verteilt, wodurch eine nachgeschaltete Lambda-Sonde und ein nachgeschalteter Katalysator gleichmäßiger angeströmt werden. Ähnliche Konfigurationen sind prinzipiell auch für vier Innenrohre möglich, jedoch kann man diese besser zunächst paarweise zusammenführen und dann die Querverteilung wie oben beschrieben gestalten.

Die vorliegende Erfindung vereinfacht das Abgassystem von Verbrennungs­ motoren und bewirkt ein schnelleres Ansprechen einer katalytischen Reini­ gungseinrichtung, wodurch sich der Schadstoffausstoß in der Kaltstartphase eines Verbrennungsmotors verringert und auch später bei geringen Lastzu­ ständen das Absinken der Katalysatortemperatur unter die zur Umsetzung nötige Temperatur vermieden wird.

Bezugszeichenliste

1

Katalysator

2

Katalysatorkonus

4

Abgasauslaß

6

Verbrennungsmotor

10

Abgasleitungssystem

11

Mantelrohr mit geradem Stück entlang des Motors

12

Teilweise verdrillt geführtes Innenrohr

13

Anschlußabschnitt zu geradem Mantelrohrstück

14

Gerader Mantelrohrabschnitt

15

Rohrbündel mit verdrillten Innenrohren

17

Anschlußleitung zu Einzelöffnungen

18

Einzelrohröffnung für Anschluß an Abgasauslaß

20

Abgasleitungssystem mit Bündelöffnung

21

Mantelrohr mit Bündelöffnung

22

Unverdrillt geführtes Innenrohr

23

Anschlußabschnitt zu Bündelöffnung

25

Rohrbündel mit in Mantelrohrrichtung verlaufenden Innenrohren

27

Anschlußleitung zur Bündelöffnung

28

Bündelöffnung

31

Mantelrohr

32

erstes Innenrohr mit halbseitiger Überleitung

33

zweites Innenrohr mit halbseitiger Überleitung

34

Verbindungsöffnung

35

zweite Überleitung

36

erste Überleitung

42

erstes Innenrohr mit halbkreisförmigem Querschnitt

43

zweites Innenrohr mit halbkreisförmigem Querschnitt

52

Innenrohr mit viertelkreisförmigem Querschnitt

Claims (7)

1. Abgasleitungssystem (10; 20) zum Abführen von Abgas aus einem Verbrennungsmotor (6) mit einer Mehrzahl von Abgasauslässen (4) durch einen Anschlußabschnitt (13; 23), wobei das Abgasleitungssystem ein Rohrbündel (15; 25) mit einer Mehrzahl von Innenrohren (12; 22; 32; 42; 43; 52) aufweist, die innerhalb eines Mantelrohres (11; 21; 31) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre (12; 22; 32; 42; 43; 52) einzeln mit Anschlußlei­ tungen (17; 27; 37) verbunden sind, die mit den Abgasauslässen (4) verbunden sind.

2. Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (17; 27) durchgehend als sich auffächerndes Bündel (25) von Innenrohren (22; 32; 42; 43; 52) aus dem Mantelrohr (21) heraus einzeln zu den Abgasauslässen (4) weitergeführt sind.

3. Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohre (12) mindestens entlang des den Abgasauslässen (4) am nächsten liegenden Abschnitts des Abgassystems im Mantelrohr (14) verdrillt geführt sind, wobei die Abgasauslässe (4) durch in einer Ebene liegende kurze Anschlußleitungen (17) mit den verschiedenen Innenroh­ ren (12) verbunden sind.

4. Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mantelrohr (11) mit zwei Innenrohren (42, 43) an den Abgasauslässen (4) entlanggeführt ist, wobei die Trennwand zwischen den Innenrohren (42, 43) etwa auf die Abgasauslässe (4) gerichtet ist, und die Anschluß­ leitungen (17) die Abgasauslässe (4) entweder tangential mit dem einen Innenrohr (42) oder tangential mit dem anderen Innenrohr (43) ver­ binden.

5. Abgasleitungssystem nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Innenrohre (12; 32; 42; 43; 52) durch voneinander be­ abstandete Einzelrohröffnungen (18) mit den Anschlußleitungen (17; 27) verbunden sind.

6. Abgasleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innenrohre (22) innerhalb des Mantelrohrs (21) vor dem Eintritt in einen Katalysatorkonus (2) untereinander mindestens eine Verbindungsöffnung (34) haben, vorzugsweise mit Strömungsleit­ mitteln (35) zum gleichmäßigen Verteilen des Abgases auf die Innenroh­ re (22).

7. Abgasleitungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsöffnung (34) zungenartig teilweise ausgeschnittene Wand­ stücke (35) der Innenrohre (32) abgebogen sind und jeweils in das Innere eines Innenrohrs (32) hineinragt, vorzugsweise in solcher Dimen­ sionierung, daß jeweils etwa die Hälfte des in einem Innerohr (32) strömenden Gases in ein benachbartes Innenrohr (32) umgeleitet wird.