DE4414738A1 - Abgasanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abkoppelelement für die Abgasanlage eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Zum Abführen und Reinigen der Abgase von Verbrennungsmotoren sind Abgasanlagen bekannt, die ein den Verbrennungsmotor mit einem Abkoppelelement verbindendes Luftspaltrohr aufweisen. Dabei endet das Innenrohr des Luftspaltrohres am Abkoppelelement, so daß das Abgas vom Innenrohr in das Abkoppelelement strömt. Dieses ist im allgemeinen von einem Metallbalg gebildet, dessen motorfernes Ende mit einem zu einem Katalysator führenden Rohr verbunden ist, so daß das Abgas vom Abkoppelelement durch dieses Rohr hindurch zum Katalysator und von diesem zu einem oder mehreren nachgeordneten Schalldämpfern strömt.

Das Abgaselement bildet eine elastische Verbindung zwischen dem vom Verbrennungsmotor kommenden Luftspaltrohr und dem zum Katalysator führenden Rohr und bietet damit den Vorteil, daß vom Verbrennungsrohr kommende Schwingungen nicht auf die restliche Abgasanlage und von da auf die Karosserie des Fahrzeuges übertragen werden können. Durch seine Zwischenschaltung wird jedoch die Wirkung des Katalysators insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors insoweit beeinträchtigt, als es relativ lange dauert, bis der Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht und damit seine volle Wirkung erzielt hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abkoppelelement für eine einen Katalysator aufweisende Abgasanlage zu schaffen, das die insbesondere nach einem Kaltstart für die Erreichung der Betriebstemperatur des Katalysators erforderliche Zeitspanne reduziert.

Diese Aufgabe wird bei einer die gattungsgemäßen Merkmale aufweisenden Abgasanlage durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die Anordnung eines Zwischenrohres innerhalb des Abkoppelelementes wird insbesondere dann, wenn der Strömungsquerschnitt des Zwischenrohres nicht größer als der Strömungsquerschnitt des Innenrohres des Luftspaltrohres ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases innerhalb des Abkoppelelements gegenüber dessen Strömungsgeschwindigkeit im Innenrohr des Luftspaltrohres nicht mehr wie seither durch den relativ großen Strömungsquerschnitt bekannter Abkoppelelemente reduziert, so daß das Abgas schneller und gleichmäßiger dem Katalysator zugeführt wird und dieser somit seine Betriebstemperatur schneller erreicht. Hierbei wird gleichzeitig erreicht, daß das Wirkungsprinzip des Luftspaltrohres, zur Reduzierung der Abkühlgeschwindigkeit des Abgases zwischen dem von diesem durchströmten Innenrohr und dem Außenrohr ein die Wärmeübertragung reduzierendes Luftpolster vorzusehen, im Abkoppelelement insoweit eine Fortsetzung findet, als auch innerhalb des Abkoppelelementes zwischen dem Metallbelag und dem vom Abgas durchströmten Zwischenrohr ein die Wärmeübertragung verzögerndes Luftpolster entsteht. Eine deutliche Verbesserung wird dadurch erzielt, wenn das Innenrohr gegenüber dem Außenrohr dünnwandiger ausgebildet wird. Die Wärmekapazität des Innenrohres ist geringer.

Eine sowohl konstruktiv als auch fertigungstechnisch vorteilhafte Ausbildung ergibt sich hierbei dadurch, wenn das Innenrohr des Luftspaltrohres bis zum katalysatorseitigen Ende des Abkoppelelementes weitergeführt und das Zwischenrohr damit mit dem Innenrohr des Luftspaltrohres einstückig ausgebildet ist.

Um sicherzustellen, daß die eigentliche Funktion des Abkoppelelementes durch die Verbindung des Zwischenrohres mit dem Innenrohr des Luftspaltrohres nicht beeinträchtigt wird, ist das motorferne Ende des Zwischenrohres im katalysatorfernen Ende des Rohres unter Zwischenschaltung eines Drahtkissenlagers längsverschieblich gelagert. Durch die Zwischenschaltung des Drahtkissenlagers, dessen Relativlage zum Zwischenrohr durch in seinem Endbereich vorgesehene Sicken gebildete Stützflächen gesichert wird, kann sich das Zwischenrohr relativ zum zum katalysatorführenden Rohr bewegen und ermöglicht sowohl einen axialen als auch lateralen als auch angularen Ausgleich und wirkt damit schwingungsabsorbierend.

Eine sowohl in thermischer als auch in festigkeitsmäßiger Hinsicht vorteilhafte Ausbildung ergibt sich durch eine Weiterbildung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 5. Hierdurch wird einerseits zwischen dem Metallbelag und dem Tragrohr ein weiteres, die Wärmeübertragung verzögerndes Luftpolster gebildet, und andererseits wird trotz der erzielten Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Abkoppelelementes dessen Schwingungsabsorptionsvermögen nicht beeinträchtigt.

Hierbei wird eine besonders günstige Begrenzung der Torsionsbeweglichkeit durch die Weiterbildung des Drahtkissens entsprechend den Merkmalen der Patentansprüche 7 und 8 erreicht.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles derselben sowie aus der beigefügten Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Abkoppelelement;

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1; und

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Abkoppelelement einer Abgasanlage bezeichnet, das zwischen einem nicht-gezeigten Verbrennungsmotor und einem ebenfalls nicht gezeigten Katalysator angeordnet ist.

Das Abgas strömt vom Verbrennungsmotor durch ein mit diesem verbundenes Luftspaltrohr 2 zum Abkoppelelement 1 und von diesem durch ein Rohr 3 zu dem nachgeschalteten Katalysator.

Das Luftspaltrohr 2 weist in an sich bekannter Weise ein vom Abgas durchströmtes Innenrohr 4 sowie ein zu diesem koaxial angeordnetes Außenrohr 5 auf. Zwischen dem Innenrohr 4 und dem Außenrohr 5 ist ein Luftspalt 7 gebildet.

Mit dem Innenrohr 4 ist ein Zwischenrohr 8 verbunden, das auch von einem Fortsatz des Innenrohres 4 gebildet und damit mit diesem einstückig ausgebildet sein kann. Das dem Katalysator zugewandte Ende 9 des Zwischenrohres 8 ragt in das katalysatorferne Ende des Rohres 3 und weist zwei in bestimmtem Abstand zueinander angeordnete Sicken 10, 11 auf. Zwischen den Sicken 10, 11 ist ein Drahtkissenlager 12 angeordnet, dessen Relativlage zum Ende 9 des Zwischenrohres 8 durch die als Stützflächen 13 dienenden Seitenflächen der Sicken 10, 11 gesichert ist. Das Zwischenrohr 8 kann sich damit relativ zum Rohr 3 bewegen.

Das Abkoppelelement 1 weist einen zu seinem Zwischenrohr im wesentlichen koaxial angeordneten Metallbalg 14 auf, dessen beide Enden mit dem Ende des Außenrohres 5 bzw. mit dem Ende des Rohres 3 verbunden sind. Der Metallbalg 14 ist von einem zu diesem im wesentlichen ebenfalls koaxial angeordneten Tragrohr 15 umgeben. Aufgrund dieser Anordnung entsteht zwischen der Außenwandung des Zwischenrohres 8 und der Innenwandung des Metallbalgs 15 ein Luftspalt 16. Ebenso wird zwischen der Außenwandung des Metallbalges 14 und der Innenwandung des Tragrohres 15 ein Luftspalt 17 gebildet.

Das Tragrohr 15 ist mit seinem dem Rohr 3 zugewandten Ende 18 mit diesem abgasdicht verbunden, so daß das das Zwischenrohr 8 durchströmende Abgas durch das Rohr 3 zum Katalysator geführt wird und nicht zwischen dem Ende des Rohres 3 und dem Ende 18 des Tragrohres 15 austreten kann. Diese Verbindung kann durch eine Schweißverbindung hergestellt werden. Sie kann jedoch auch auf andere Art als kraftübertragende und abgasdichte Verbindung hergestellt sein.

Das dem Luftspaltrohr 5 zugewandte Ende 19 des Tragrohres 15 stützt sich unter Zwischenlage eines weiteren Drahtkissenlagers 20 am Ende des Außenrohres 5 des Luftspaltrohres 2 ab. Hierzu weist das Ende des Außenrohres 5 eine Einschnürung 21 und das Ende 19 des Tragrohres 15 eine Ausbuchtung 22 auf, so daß das Drahtkissenlager 20 in dem so gebildeten Zwischenraum aufgenommen wird und seine Relativlage sowohl zum Tragrohr 15 als auch zum Außenrohr 5 gesichert ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Ende 19 des Tragrohres 15 mit dem Außenrohr nicht verbunden, so daß sowohl die vom Verbrennungsmotor kommenden Schwingungen des Außenrohres als auch diejenigen des Innenrohres bzw. dem eine Verlängerung desselben bildenden Zwischenrohres 8 nicht auf das zum Katalysator führende Rohr 3 übertragen werden können. Das Abkoppelelement 1 absorbiert somit sowohl mechanische Schwingungen als auch Schallschwingungen.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist das Drahtkissenlager 20 mit auf seinen Umfang, vorzugsweise gleichmäßig verteilten Einschnürungen 23 versehen. In den entsprechenden Bereichen weisen das Ende 19 des Tragrohres 15 entsprechende Einbuchtungen 24 und das Ende des Außenrohres 5 entsprechende radiale Ausbuchtungen 25 auf. Diese Ausbildung ermöglicht es, entstehende Torsionsbewegungen zu begrenzen.

Claims (11)

1. Abkoppelelement für die Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, die ein diesen mit dem Abkoppelelement verbindendes, ein vom Abgas durchströmtes Innenrohr sowie ein hierzu im wesentlichen koaxial angeordnetes Außenrohr aufweisendes Luftspaltrohr sowie ein das Abkoppelelement mit einem ihm nachgeordneten Katalysator verbindendes Rohr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkoppelelement (1) ein einerends mit dem Innenrohr (4) des Luftspaltrohres (2) verbindbares Zwischenrohr (8) aufweist, dessen anderes Ende strömungsmäßig mit dem zum Katalysator führenden Rohr (3) verbunden ist.

2. Abkoppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenrohr (8) von einem Fortsatz des Innenrohres (4) gebildet und mit diesem einstückig ausgebildet ist.

3. Abkoppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (9) des Zwischenrohres (8) in das katalysatorferne Ende des Rohres (3) ragt und in diesem mittels eines Drahtkissenlagers (12) längsverschieblich gelagert ist.

4. Abkoppelelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (9) des Zwischenrohres (8) mindestens zwei im Abstand zueinander angeordnete Sicken (10, 11) aufweist, deren einander zugekehrte Seitenflächen seitliche Stützflächen (13) für das Drahtkissenlager (12) bilden.

5. Abkoppelelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zum Zwischenrohr (8) im wesentlichen koaxial angeordnetes Tragrohr (15), dessen eines Ende mit dem Rohr (3) fest verbunden ist und dessen anderes Ende sich unter Zwischenlage eines Drahtkissenlagers (20) am Außenrohr (5) des Luftspaltrohres (2) abstützt.

6. Abkoppelelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (5) eine Einschnürung (21) und das Tragrohr (15) eine der Einschnürung (21) gegenüberliegende radiale Ausbuchtung (22) aufweist, deren Seitenflächen Stützflächen für das Drahtkissenlager (20) bilden.

7. Abkoppelelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtkissenlager (20) mehrere, im Abstand zueinander angeordnete Einschnürungen (23) aufweist.

8. Abkoppelelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürungen (23) vorzugsweise mittig zu einer die Wandstärke des Drahtkissenlagers halbierenden Symmetrielinie angeordnet sind.

9. Abkoppelelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr (15) in seinen, den Einschnürungen (23) des Drahtkissenlagers (20) gegenüberliegenden Bereichen Einbuchtungen (24) und das Außenrohr (5) in seinen entsprechenden Bereichen radiale Ausbuchtungen (25) aufweist.

10. Abkoppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (4) und/oder das Zwischenrohr (8) dünnwandiger gegenüber dem Außenrohr (5) bzw. dem Tragrohr (15) ausgebildet werden.

11. Abkoppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkoppelelement (1) einen zu seinem Zwischenrohr (8) im wesentlichen koaxial angeordneten Metallbalg (14) aufweist, der am Umfang Sicken aufweist, die im Winkel von 0 bis 90° zueinander angeordnet sind.