EP3642462B1

EP3642462B1 - Abgasrohr, brennkraftmaschine und kraftfahrzeug

Info

Publication number: EP3642462B1
Application number: EP18729935.9A
Authority: EP
Inventors: Vitali Schleiermacher; Ronny Krzok; Uwe Schrottke; Dirk Thuermann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2022-08-10
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: CN110741143B; US20200173322A1; DE102017113357A1; US11149605B2; WO2018234027A1; EP3642462A1; CN110741143A

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrohr für den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wobei das Abgasrohr eine Einlassöffnung für einen Luftanschluss aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasrohr sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine.
Die Abgase von Verbrennungsmotoren, die für den Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, werden aufwändig nachbehandelt, um Schadstoffemissionen auf ein Minimum zu reduzieren. Dabei kommen eine Vielzahl unterschiedlicher Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zum Einsatz, um möglichst wirkungsvoll die verschiedenen Schadstoffe im Abgas reduzieren zu können.
Weit verbreitet bei der Nachbehandlung von Abgasen, die von Dieselmotoren erzeugt wurden, ist die Verwendung von Partikelfiltern, durch die in dem Abgas enthaltene Partikel, insbesondere Rußpartikel, herausgefiltert werden können. Derartige Partikelfilter müssen kontinuierlich oder diskontinuierlich regeneriert werden, um zu verhindern, dass die eingelagerten Partikel den durch die Partikelfilter hervorgerufenen Abgasgegendruck in unzulässiger Weise erhöhen. Dies erfolgt durch eine Nachverbrennung beziehungsweise Nachoxidation der Rußpartikel, wozu eine entsprechend hohe (Zünd-)Temperatur erforderlich ist. Eine entsprechend hohe Temperatur weist das Abgas zumindest bei einem Betrieb eines Verbrennungsmotors mit relativ niedrigen Drehzahlen und relativ niedrigen Lasten, wie sie insbesondere im Stadtverkehr vorliegen, üblicherweise nicht auf. In diesem Fall muss die Temperatur des Abgases entsprechend erhöht werden, wozu verschiedene Maßnahmen bekannt sind. Alternativ oder ergänzend kann durch die Verwendung eines Additivs und/oder eines Katalysators die für die Oxidation der Rußpartikel erforderliche Temperatur soweit abgesenkt werden, dass diese auch bei einem Betrieb eines Verbrennungsmotors mit relativ niedrigen Drehzahlen und Lasten erreicht werden kann.
Bei einem Dieselmotor kann häufig durch eine möglichst motornahe Anordnung des Partikelfilters in Verbindung mit innermotorischen Maßnahmen, die temporär auf eine Erhöhung der Abgastemperatur unter Inkaufnahme eines reduzierten Wirkungsgrads hinwirken, auf relativ einfache Weise eine für eine Regeneration eines Partikelfilters ausreichend hohe Temperatur erreicht werden. Bei einem Ottomotor kann sich dagegen das Problem stellen, dass für eine möglichst wirkungsvolle Abgasnachbehandlung ein 3-Wege-Katalysator motornah angeordnet sein sollte, dem dann erst ein Partikelfilter nachgeschaltet ist. Insbesondere aus Gründen des in dem Motorraum eines Kraftfahrzeugs nur beschränkt zur Verfügung stehenden Bauraums kann es dabei notwendig sein, den Partikelfilter unterhalb des Unterbodens anzuordnen. Diese Anordnung kann dazu führen, dass das an dem Partikelfilter ankommende Abgas trotz einer relativ hohen Temperatur, die dieses aufgrund von innermotorischen Maßnahmen beim Verlassen des Verbrennungsmotors aufgewiesen hat, nicht mehr heiß genug für eine Regeneration des Partikelfilters ist. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, durch eine Nachoxidation von im Abgas enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem diesbezüglich auch katalytisch wirkenden Partikelfilter die Temperatur des Abgases erneut zu erhöhen. Hierzu muss dem Abgas Luft beziehungsweise der in der Luft enthaltene Sauerstoff zugeführt werden, wozu in ein Abgasrohr des Abgasstrangs stromauf des Partikelfilters ein Luftanschluss integriert sein kann.
Für eine wirkungsvolle Nachoxidation und damit Erhöhung der Temperatur des Abgases ist es erforderlich, die in das Abgas eingeleitete Luft möglichst gut mit dem Abgas zu vermischen.
Die US 4,339,918 offenbart eine Vorrichtung zur Abgasführung, die dafür vorgesehen ist, an das Ende eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeschlossen zu werden. Die Vorrichtung umfasst ein Führungsrohr, das sich in einem ersten Abschnitt, bezogen auf die vorgesehene Durchströmungsrichtung für das Abgas, aufweitet. In einem sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt verjüngt sich das Rohr wieder, bevor sich dieses in einem dritten (End-)Abschnitt wieder aufweitet. In dem ersten und zweiten Abschnitt des Rohrs sind mehrere sternförmig angeordnete und spiralförmig verlaufende Flügel angeordnet. Durch diese Flügel und in Kombination mit dem Durchmesserverlauf der verschiedenen Abschnitte des Führungsrohrs soll eine Beschleunigung des das Führungsrohr durchströmenden Abgases erreicht werden. Dadurch soll das Abgas in verbesserter Weise aus den Brennräumen des Verbrennungsmotors, an den der Abgasstrang angeschlossen ist, abgeführt werden, was sich wiederum positiv auf das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors auswirken soll. Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein weiteres Rohr aufweist, das den dritten Abschnitt des Führungsrohrs außenseitig umgibt, wobei dieses Rohr einen zu beiden Enden offenen Ringspalt mit der Außenseite des Führungsrohrs begrenzt. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs soll der durch diesen Ringspalt strömende Fahrtwind eine zusätzliche Sogwirkung auf das aus dem Führungsrohr austretende Abgas bewirken.
Die EP 2 711 516 A2 offenbart ein Katalysatorsystem für einen Marinemotor mit einem innerhalb eines Innenrohrabschnitts aufgenommenen Katalysatormaterial, wobei zwischen dem Innenrohrabschnitt und einem Außenrohrabschnitt ein Ringkanal ausgebildet ist, in den über eine Einlassöffnung ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, eingebracht werden kann. Dieses strömt über ein ringförmiges Leitelement, das eine Mehrzahl von Öffnungen ausbildet, an einem offenen Ende des Ringkanals aus und vermischt sich dort mit dem mittels des Katalysatormaterials nachbehandelten Abgas.
Die US 2016/084138 A1 beschreibt ein Endrohr für den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, das doppelwandig ausgebildet ist, wobei einlassseitig des Endrohrs Umgebungsluft über Einlassöffnungen in einen zwischen den beiden Wandungen ausgebildeten Ringkanal eintreten und endseitig wieder austreten kann. Diese Umgebungsluft soll die Temperatur der Außenwandung gering halten und dadurch eine Dekoration, beispielsweise eine Lackierung, dieser Außenwandung vor einer thermischen Überlastung schützen.
Die DE 10 2010 044 102 A1 offenbart einen Abgasstrang für eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator und einem diesem Katalysator nachgeschalteten Partikelfilter, wobei stromauf des Partikelfilters und vorzugsweise stromab des Katalysators eine Einlassöffnung zum Einleiten von Sekundärluft vorgesehen ist.
Die WO 96/23133 A1 beschreibt ein Verfahren und eine dabei eingesetzte Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgas von kleinen, fett betriebenen Verbrennungsmotoren, wie sie beispielsweise in Rasenmähern oder kleinen Generatoren zum Einsatz kommen, und bei denen eine Abgasnachbehandlung mittels Katalysatoren, wie sie aus dem Bereich der Kraftfahrzeugtechnik bekannt sind, zu aufwändig wäre. Hierzu ist ein Schalldämpfer als Oxidationsvorrichtung ausgebildet, in dem unverbrannte Kohlenwasserstoffe mit separat zugeführter Umgebungsluft oxidieren sollen. Diese Sekundärluft wird über eine Einlassöffnung und einen zwischen einem Innenrohrabschnitt und einem Außenrohrabschnitt ausgebildeten Ringkanal in den Abgasstrang eingebracht.
Die EP 0 640 752 A1 beschreibt einen in einen Schalldämpfer integrierten Katalysator für ein Motorrad, bei dem Sekundärluft, die in dem Katalysator umgesetzt werden soll, an dem stromabwärts gelegenen Ende des Katalysators angesaugt und über einen Ringkanal zu einer ringförmigen Auslassöffnung, die stromauf des Katalysators angeordnet ist, geführt wird.
Die US 2007/0119433 A1 offenbart eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem darin integrierten Venturirohr, durch das Umgebungsluft einem Abgasstrom zugemischt werden kann.
Die US 3,947,544 beschreibt einen Abschnitt eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine in Form eines doppelwandigen Rohrs, das einen Ringspalt ausbildet, wobei über den Ringspalt und eine Ventilvorrichtung Umgebungsluft in das Innenvolumen des Innenrohrs, in dem Abgas geführt ist, eingebracht werden kann.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrohr für den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine anzugeben, das einen Luftanschluss aufweist, der dazu dient, Luft in Abgas, das in dem Abgasrohr strömt, einzumischen, wobei mittels des Abgasrohrs auf konstruktiv einfache und somit kostengünstige Weise eine möglichst gute Durchmischung erzielt werden soll.
Diese Aufgabe wird mittels eines Abgasrohrs gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasrohr und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der Patentansprüche 7 und 11. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Abgasrohrs, der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Ein Abgasrohr für den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, das eine Einlassöffnung für einen Luftanschluss aufweist, umfasst einen Innenrohrabschnitt, der von einem Außenrohrabschnitt umgeben ist, um einen Ringkanal auszubilden, der an einem (längsaxialen) Ende verschlossen und an dem anderen (längsaxialen) Ende zu dem Innenvolumen des Abgasrohrs hin offen ausgebildet ist, wobei in den Außenrohrabschnitt die Einlassöffnung für den Luftanschluss integriert ist. Mittels eines solchen Abgasrohrs kann auf konstruktiv einfache Weise eine vorteilhafte Zumischung von über den Luftanschluss zugeführter Luft in innerhalb des Abgasrohrs strömendes Abgas erreicht werden, was insbesondere auf die vollumfängliche Einleitung der Luft in Kombination mit der dabei vorliegenden Strömungsrichtung entlang der Längsachse des Ringkanals beziehungsweise des Abgasrohrs zurückzuführen ist.
Innerhalb des Innenrohrabschnitts ist erfindungsgemäß mindestens ein Strömungsleitelement zur Erzeugung einer Drallströmung des Abgases angeordnet. Mittels einer solchen Drallströmung des Abgases kann eine Durchmischung des Abgases mit der eingeleiteten Luft positiv beeinflusst werden. Weiterhin kann dadurch innerhalb des Ringkanals ein Unterdruck erzeugt werden, wodurch ein Einbringen von Luft über den Luftanschluss unterstützt werden kann.
Ein solches erfindungsgemäßes Abgasrohr ist erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise herstellbar ausgestaltet, indem das Strömungsleitelement in Form eines (plastisch und damit dauerhaft) deformierten Rohrwandungsabschnitts ausgebildet ist.
Die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Abgasrohrs erreichbare gute Vermischung der Luft mit dem Abgas kann insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn sich in einem relativ kurzen Abstand hinter dem Abgasrohr der Abgasstrang in mindestens und insbesondere genau zwei Stränge verzweigt, wobei (jeweils) ein Partikelfilter in einen oder mehrere oder alle der Stränge integriert ist. Dadurch kann eine Ausbildung ungleicher Mischungen aus Abgas und Luft in den Strängen und damit in dem/den darin integrierten Partikelfilter(n) möglichst vermieden werden.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass das offen ausgebildete Ende des Ringkanals im Vergleich zu dem geschlossen ausgebildeten Ende stromab bezüglich einer für die Verwendung des Abgasrohrs vorgesehenen Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die in dem Ringkanal in Richtung des offenen Endes strömende Luft grundsätzlich die gleiche Strömungsrichtung wie das das Abgasrohr durchströmende Abgas aufweist, wodurch den Abgasdruck erhöhende Verwirbelungen bei der Einleitung der Luftströmung in die Abgasströmung gering gehalten werden können.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das offen ausgebildete Ende des Ringkanals im Vergleich zu dem geschlossen ausgebildeten Ende stromauf bezüglich der vorgesehenen Durchströmungsrichtung angeordnet ist, wodurch gegebenenfalls eine weiter verbesserte Durchmischung unmittelbar im Bereich der Einleitung der Luftströmung in die Abgasströmung erreicht werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Abgasrohr, das sich durch eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung auszeichnet, kann ein erstes Rohrstück und ein zweites Rohrstück umfassen, wobei ein Endabschnitt des ersten Rohrstücks in längsaxialer Richtung, vorzugsweise mit paralleler oder koaxialer Ausrichtung ihrer Längsachsen, in einen Endabschnitt des zweiten Rohrstücks eingesteckt ist, so dass die beiden Endabschnitte der Rohrstücke den Innenrohrabschnitt und den Außenrohrabschnitt des Abgasrohrs ausbilden. Auf diese Weise kann ein erfindungsgemäßes Abgasrohr im Wesentlichen aus zwei einfach ausgestalteten Rohrstücken ausgebildet werden. Zumindest eines oder beide der vorzugsweise einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisenden Rohrstücke kann/können dabei insbesondere auch über dem Längsverlauf konstante Innen- und/oder Außendurchmesser aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eines solchen erfindungsgemäßen Abgasrohrs kann vorgesehen sein, dass das verschlossene Ende des Ringkanals mittels einer radial nach innen verlaufenden Endkante des zweiten Rohrstücks ausgebildet ist. Innenseitig kann diese radial nach innen verlaufende Endkante des zweiten Rohrstücks die Außenseite des ersten Rohrstücks direkt oder unter Zwischenschaltung eines zusätzlichen Elements, beispielsweise eines Dichtelements, kontaktieren. Besonders einfach und somit kostengünstig herstellbar ist ein solches erfindungsgemäßes Abgasrohr, wenn die radial nach innen verlaufende Endkante als (plastisch und damit dauerhaft) deformiertes Endstück des zweiten Rohrstücks ausgebildet ist. Die radial nach innen verlaufende Endkante des zweiten Rohrstücks kann demnach auf einfache Weise dadurch hergestellt werden, dass ein Endstück des zweiten Rohrstücks radial nach innen umgebogen wird, was erfolgen kann, bevor oder nachdem die zwei Rohrstücken ineinander gesteckt worden sind.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden erfindungsgemäßen Abgasrohrs, bei dem die Rohrstücke derart ineinander gesteckt werden, dass die dann vorzugsweise koaxial zueinander ausgerichteten Endabschnitte den Innenrohrabschnitt und den Außenrohrabschnitt ausbilden. Dabei wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der zwischen dem Innenrohrabschnitt und dem Außenrohrabschnitt liegende Ringkanal an dem außenliegenden Ende des zweiten Rohrstücks verschlossen, was vorzugsweise durch ein vorausgegangenes oder nachträgliches Umbiegen eines entsprechenden Endstücks des zweiten Rohrstücks erzielbar ist. Im Rahmen eines solchen Verfahrens kann zudem die Einlassöffnung für den Luftanschluss im Bereich des den Ringkanal begrenzenden Endabschnitts des zweiten Rohrstücks eingebracht werden, was ebenfalls vor oder nach dem Zusammenstecken mit dem ersten Rohrstück erfolgen kann. Weiterhin kann im Bereich der Einlassöffnung ein Anschlussstück für den Luftanschluss mit dem zweiten Rohrstücks verbunden werden, was insbesondere formschlüssig oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, erfolgen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Abgasrohrs kann der Rohrwandungsabschnitt eine dreieckige Form aufweisen, wobei eine Umformkante des Strömungsleitelements von einer in die Rohrwandung eingebrachten Längsöffnung, die in Längsrichtung (insbesondere parallel zu der Längsachse) des Innenrohrabschnitts ausgerichtet ist, spiralförmig bezüglich der Längsachse des Innenrohrabschnitts verläuft. Dabei kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass die Längsöffnung an einer Endkante des Innenrohrabschnitts ausläuft, so dass sich die Umformkante ebenfalls bis zu dieser Endkante erstreckt. Auf diese Weise kann auf das grundsätzlich ebenfalls mögliche Einbringen einer in Umfangsrichtung verlaufenden und in die erste Längsöffnung übergehenden, zweiten Längsöffnung verzichtet werden. Die Längsöffnung(en) kann/können vorzugsweise in Form von Trennschnitten nachträglich in die Rohrwandung eingebracht werden.
Die Herstellung eines solchen Strömungsleitelements ist demnach relativ einfach. Hierzu muss/müssen lediglich die Längsöffnung(en) in den Innenrohrabschnitt eingebracht und anschließend das Strömungsleitelement ausgebildet werden, indem ein entsprechender dreieckiger Rohrwandungsabschnitt entlang der Umformkante umgebogen wird. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines solchen erfindungsgemäßen Abgasrohrs.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Abgasrohrs mit Strömungsleitelement kann vorgesehen sein, dass der Innenrohrabschnitt angrenzend an eine vorzugsweise stromabwärts (bezüglich der vorgesehenen Strömungsrichtung des Abgases) gelegene Seite des Strömungsleitelements eine Durchgangs- beziehungsweise Rohrwandungsöffnung ausbildet. Ein Teil der über die Einlassöffnung für den Luftanschluss dem Ringkanal zugeführten Luft kann durch diese Durchgangsöffnung in vorteilhafter Weise in einer schräg bezüglich des dortigen Abschnitts der Längsachse des Abgasrohrs gelegenen Ausrichtung in die Abgasströmung eintreten, wobei diese Luftströmung infolge der angrenzenden Anordnung des Strömungsleitelements ebenfalls eine Drallströmung ausbilden kann. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Vermischung zwischen der Luft und dem Abgas realisiert werden.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst zumindest einen Verbrennungsmotor sowie einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas aus dem Verbrennungsmotor, wobei in den Abgasstrang zudem ein Luftanschluss zum Einbringen von Luft in den Abgasstrang integriert ist. Der Abgasstrang umfasst weiterhin zumindest ein erfindungsgemäßes Abgasrohr.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um ein radbasiertes Kraftfahrzeug, vorzugsweise einen PKW oder LKW, handeln. Der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine kann insbesondere zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung der Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.
Das Abgasrohr einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dient der bedarfsweisen Zumischung von Luft in durch den Abgasstrang beziehungsweise durch das Abgasrohr geführtes Abgas, wobei diese Luft vorzugsweise zur Regeneration eines in den Abgasstrang stromab des Luftanschlusses integrierten Partikelfilters dient. Dabei kann eine Regeneration des Partikelfilters unter Verwendung der dem Abgas zugemischten Luft insbesondere deshalb notwendig oder sinnvoll sein, weil in den Abgasstrang stromauf des Luftanschlusses ein Abgaskatalysator, insbesondere ein 3-Wege-Katalysator, integriert ist, so dass sich eine relativ große Entfernung des Partikelfilters von dem Verbrennungsmotor ergibt, was wiederum dazu führt, dass das Abgas beim Erreichen des Partikelfilters, insbesondere auch wegen der zuvor erfolgenden Durchströmung des Abgaskatalysators, bereits eine relativ niedrige Temperatur aufweist. Eine solche Anordnung derartiger Abgasnachbehandlungsvorrichtungen kann insbesondere bei einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor, insbesondere bei einem nach dem Otto-Prinzip betriebenen Verbrennungsmotor (Ottomotor), sinnvoll sein. Insbesondere kann daher auch vorgesehen sein, dass der Partikelfilter unterhalb eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Als "Unterboden" wird dabei die Unterseite der Karosserie eines Kraftfahrzeugs verstanden, die sich ausgehend von dem hinteren Ende eines den Verbrennungsmotor aufnehmenden Motorraums in Richtung des Hecks des Kraftfahrzeugs erstreckt.
Die für eine Zumischung in das Abgas vorgesehene Luft kann insbesondere einem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine entnommen werden, wozu eine Verbindungsleitung zwischen dem Frischgasstrang und dem Luftanschluss für das Abgasrohr vorgesehen ist. Die Verbindungsleitung kann dabei insbesondere stromab eines Luftfilters aus dem Frischgasstrang abgehen, um dem Abgasstrang und gegebenenfalls auch einer vorzugsweise in die Verbindungsleitung integrierten Fördervorrichtung, die zur Förderung von Luft aus dem Frischgasstrang zu dem Luftanschluss des Abgasrohrs vorgesehen ist, gefilterte Luft zuzuführen.
Die unbestimmten Artikel ("ein", "eine", "einer" und "eines"), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1:: in vereinfachter Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug;
Fig. 2:: in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine; und
Fig. 3:: einen teilweisen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Abgasrohr.

Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 10.
Die Brennkraftmaschine 10 kann gemäß der Fig. 2 einen Verbrennungsmotor 12, insbesondere einen Ottomotor, umfassen, der eine Mehrzahl von Zylindern 14 ausbildet. Die Zylinder 14 begrenzen gemeinsam mit darin auf und ab geführten Kolben und einem Zylinderkopf (jeweils nicht dargestellt) Brennräume, in denen Frischgas (hauptsächlich Luft) gemeinsam mit Kraftstoff verbrannt wird, wodurch die Kolben zyklisch auf und ab bewegt werden. Diese Bewegung der Kolben wird in bekannter Weise auf eine nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen und diese somit rotierend angetrieben.
Das Frischgas wird dem Verbrennungsmotor 12 über einen Frischgasstrang zugeführt und dazu über eine Ansaugmündung 16 aus der Umgebung angesaugt, in einem Luftfilter 18 gereinigt und anschließend in einen Verdichter 20, der Teil eines Abgasturbolader ist, geführt. Das Frischgas wird mittels des Verdichters 20 verdichtet, anschließend in einem Ladeluftkühler 22 abgekühlt und, gegebenenfalls gesteuert mittels einer Drosselklappe 24, den Brennräumen zugeführt.
Der Antrieb des Verdichters 20 erfolgt mittels einer Turbine 26, die in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine integriert und ebenfalls Teil des Abgasturboladers ist. Abgas, das bei der Verbrennung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs in den Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 entsteht, wird über den Abgasstrang aus dem Verbrennungsmotor 12 abgeführt und durchströmt dabei zunächst einen Abgaskatalysator 28 in Form eines 3-Wege-Katalysators, anschließend die Turbine 26, daran anschließend ein erfindungsgemäßes Abgasrohr 30 und daraufhin einen Partikelfilter 32, bevor das Abgas nach einer Durchströmung eines Schalldämpfers (nicht dargestellt) in die Umgebung entlassen wird. Infolge der motornahen Anordnung des Abgaskatalysators 28 sowie infolge der stromabwärts von der Turbine 26 gelegenen Anordnung kann es aus Gründen des in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs nur beschränkt vorhandenen Bauraums notwendig sein, den Partikelfilter 32 unterhalb eines Unterbodens 80 des Kraftfahrzeugs (vgl. Fig. 1) anzuordnen.
Die Durchströmung der Turbine 26 führt in bekannter Weise zu einem rotierenden Antrieb eines Turbinenlaufrads, das wiederum über eine Welle 34 drehfest mit einem Verdichterlaufrad des Verdichters 20 verbunden ist. Der rotierende Antrieb des Turbinenlaufrads wird somit auf das Verdichterlaufrad übertragen. Um bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors 12 mit hohen Drehzahlen und hohen Lasten den Druckaufbau im Frischgasstrang zu begrenzen, ist die Turbine 26 in bekannter Weise mittels eines sogenannten Wastegates 36 umgehbar. Ergänzend oder alternativ dazu kann auch eine Turbine mit variabler Turbinengeometrie (VTG) zum Einsatz kommen.
Der Partikelfilter 32 dient dazu, Partikel und insbesondere Rußpartikel aus dem Abgas herauszufiltern. Dies kann dazu führen, dass sich der Partikelfilter 32 im Laufe des Betriebs zusetzt, was eine Regeneration des Partikelfilters 32 erforderlich macht, um zu verhindern, dass der durch den Partikelfilter 32 bewirkte Abgasgegendruck unzulässig hoch wird. Für eine solche Regeneration werden innermotorische Maßnahmen im Betrieb des Verbrennungsmotors 12 umgesetzt, um einerseits relativ hohe Abgastemperaturen einzustellen und andererseits den Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen innerhalb des Abgases zu erhöhen. Diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe sollen in Kombination mit Sauerstoff, der dem Abgas kurz vor dem Erreichen des Partikelfilters 32 zugeführt wird, oxidieren (nachverbrennen), um die Temperatur des Abgases in dem Partikelfilter 32, die aufgrund der relativ großen Distanz des Partikelfilters 32 zu dem Verbrennungsmotor 12 bereits wieder relativ stark abgekühlt war, soweit zu erhöhen, dass die gewünschte Oxidation der Rußpartikel in dem Partikelfilter 32 und damit die Regeneration des Partikelfilters 32 ablaufen kann.
Der hierfür vorgesehene Sauerstoff wird dem Abgas als Bestandteil von Luft über einen Luftanschluss 42, der in ein erfindungsgemäßes Abgasrohr 30 integriert ist, zugeführt. Dabei wird die Luft über eine Verbindungsleitung 38, die stromab des Luftfilters 18 aus dem Frischgasstrang abgeht und über den Luftanschluss 42 in eine Einlassöffnung 40 des Abgasrohrs 30 mündet, geführt. Das Fördern dieser Luft wird mittels einer Fördervorrichtung 44 unterstützt oder bewirkt. Das Abgasrohr 30 stellt einen in relativ kurzer Distanz stromauf des Partikelfilters 32 angeordneten Abschnitt des Abgasstrangs dar.
Ein solches Abgasrohr 30 kann die in der Fig. 3 dargestellte konstruktive Ausgestaltung aufweisen. Dieses Abgasrohr 30 gemäß der Fig. 3 umfasst ein erstes Rohrstück 46, das über der Längserstreckung konstante Innen- und Außendurchmesser aufweist, sowie ein zweites Rohrstück 48, das ebenfalls über der Längserstreckung konstante Innen- und Außendurchmesser aufweist. Die beiden Rohrstücke 46, 48 sind dabei gekrümmt verlaufend ausgebildet. Ein Endabschnitt 52 des ersten Rohrstücks 46 ist in Richtung entlang seiner Längsachse 50 und in koaxialer Anordnung in einen Endabschnitt 54 des zweiten Rohrstücks 48 eingesteckt. Dieser Endabschnitt 52 des ersten Rohrstücks 46 stellt einen Innenrohrabschnitt 56 und der Endabschnitt 54 des zweiten Rohrstücks 48 einen Außenrohrabschnitt 58 des Abgasrohrs 30 dar. Zwischen den beiden Endabschnitten 52, 54 beziehungsweise Rohrabschnitten 56, 58 ist ein Ringkanal 60 ausgebildet, da der Innendurchmesser des zweiten Rohrstücks 48 in einem definierten Maße größer als der Außendurchmesser des ersten Rohrstücks 46 ist.
Dieser Ringkanal 60 ist an dem bezüglich der für die Strömung des Abgases 62 vorgesehenen (Strömungs-)Richtung stromauf gelegenen Ende und dadurch zu der Umgebung verschlossen ausgebildet. Hierzu ist vorgesehen, dass ein umgebogenes Endstück 64 des zweiten Rohrstücks 48 eine radial nach innen verlaufende Endkante 66 ausbildet, die innenseitig die Außenseite des ersten Rohrstücks 46 kontaktiert und mit dieser abdichtend verbunden, beispielsweise verlötet, verschweißt oder verklebt ist. An dem bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases 62 stromab und folglich innerhalb des Abgasrohrs 30 gelegenen Ende ist der Ringkanal 60 dagegen offen ausgebildet, wodurch Luft 68, die dem Abgasrohr 30 über den an die Einlassöffnung 40 angeschlossenen Luftanschluss 42 zugeführt wird, sich zunächst vollumfänglich innerhalb des Ringkanals 60 verteilen und von diesem mit einer grundsätzlich der Strömungsrichtung des Abgases 62 entsprechenden Strömungsrichtung in den stromab des Ringkanals 60 liegenden Abschnitt des zweiten Rohrstücks 48 einströmen kann, wo sich die Luft 68 mit dem Abgas 62, das von dem ersten Rohrstück 46 in das zweite Rohrstück 48 übergeströmt ist, vermischen und als Abgas-Luft-Gemisch 70 dem Partikelfilter 32 zugeführt werden kann.
Um eine besonders vorteilhafte Durchmischung der Luft 68 mit dem Abgas 62 zu erreichen bildet der Innenrohrabschnitt 56 an dem bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases 62 stromab gelegenen Ende eine Mehrzahl von Strömungsleitelementen 72 in Form von schräg bezüglich der Längsachse 50 des Abgasrohrs 30 ausgerichteten Leitblechen aus. Diese Strömungsleitelemente 74 bewirken einen Drall der diese durch- beziehungsweise umströmenden Abgasströmung, wodurch die Vermischung mit der randseitig zugeführten Luft 68 verbessert wird.
Die Strömungsleitelemente 72 sind in identischer Ausrichtung und in gleichmäßiger Teilung über dem Umfang des Innenrohrabschnitts 56 verteilt angeordnet. Diese wurden hergestellt, indem in gleichmäßiger Teilung längsaxial verlaufende Längsöffnungen 74 mit einer definierten Länge in Form von Trennschnitten in die von dem Endabschnitt 52 des ersten Rohrstücks 46 ausgebildeten Rohrwandung eingebracht wurden. Daraufhin wurde jeweils ein dreieckiger Abschnitt dieser Rohrwandung nach innen entlang einer schräg beziehungsweise spiralförmig um die Längsachse 50 verlaufenden Umformkante 76 umgebogen, wobei diese Umformkante 76, von dem geschlossenen Ende der dazugehörigen Längsöffnung 74 ausgehend, bis zu demjenigen Ende des Innenrohrabschnitts 56 beziehungsweise des Endabschnitts 52 des ersten Rohrstücks 46 verläuft, an dem die Längsöffnung 74 ausläuft.
Durch diese Art der Ausbildung der Strömungsleitelemente 72 werden gleichzeitig in deren Windschatten (bezüglich der Strömung des Abgases 62) gelegene Durchgangsöffnungen 78 in der Rohrwandung des Innenrohrabschnitts 56 ausgebildet. Durch diese Durchgangsöffnungen 78 kann die dem Abgasrohr 30 zugeführte Luft teilweise auch in schräg bezüglich des dortigen Abschnitts der Längsachse 50 verlaufenden Richtungen und mit einem durch die Strömungsleitelemente 72 bewirkten Drall in die Strömung des Abgases 62 einströmen, was sich ebenfalls positiv auf die Durchmischung der Luft 68 mit dem Abgas 62 auswirkt.

BEZUGSZEICHENLISTE

10: Brennkraftmaschine
12: Verbrennungsmotor
14: Zylinder
16: Ansaugmündung
18: Luftfilter
20: Verdichter
22: Ladeluftkühler
24: Drosselklappe
26: Turbine
28: Abgaskatalysator
30: Abgasrohr
32: Partikelfilter
34: Welle
36: Wastegate
38: Verbindungsleitung
40: Einlassöffnung des Abgasrohrs
42: Luftanschluss
44: Fördervorrichtung
46: erstes Rohrstück
48: zweites Rohrstück
50: Längsachse des ersten Rohrstücks / des zweiten Rohrstücks / des Abgasrohrs
52: Endabschnitt des ersten Rohrstücks
54: Endabschnitt des zweiten Rohrstücks
56: Innenrohrabschnitt
58: Außenrohrabschnitt
60: Ringkanal
62: Abgas
64: Endstück des zweiten Rohrstücks
66: Endkante des zweiten Rohrstücks
68: Luft
70: Abgas-Luft-Gemisch
72: Strömungsleitelement
74: Längsöffnung
76: Umform kante
78: Durchgangsöffnung
80: Unterboden des Kraftfahrzeugs

Claims

Abgasrohr (30) für den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine (10), wobei das Abgasrohr (30) eine Einlassöffnung (40) für einen Luftanschluss (42) und einen Innenrohrabschnitt (56), der von einem Außenrohrabschnitt (58) umgeben ist, um einen Ringkanal (60) auszubilden, der an einem Ende verschlossen und an dem anderen Ende zu dem Innenvolumen des Abgasrohrs (30) hin offen ausgebildet ist, aufweist, wobei in den Außenrohrabschnitt (58) die Einlassöffnung (40) für den Luftanschluss (42) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Innenrohrabschnitts (56) mindestens ein Strömungsleitelement (72) zur Erzeugung einer Drallströmung des Abgases angeordnet ist, wobei das Strömungsleitelement (72) in Form eines deformierten Abschnitts einer Rohrwandung des Innenrohrabschnitts (56) ausgebildet ist.
Abgasrohr (30) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes Rohrstück (46) und ein zweites Rohrstück (48), wobei ein Endabschnitt (52) des ersten Rohrstücks (46) in einen Endabschnitt (54) des zweiten Rohrstücks (48) eingesteckt ist, so dass die beiden Endabschnitte (52, 54) den Innenrohrabschnitt (56) und den Außenrohrabschnitt (58) ausbilden.
Abgasrohr (30) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verschlossene Ende des Ringkanals (30) mittels einer radial nach innen verlaufenden Endkante (66) des zweiten Rohrstücks (48) ausgebildet ist.
Abgasrohr (30) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach innen verlaufende Endkante (66) als deformiertes Endstück (64) des zweiten Rohrstücks (48) ausgebildet ist.
Abgasrohr (30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrwandungsabschnitt eine dreieckige Form aufweist, wobei eine Umformkante (76) des Strömungsleitelements (72) von einer in die Rohrwandung eingebrachten Längsöffnung (74), die in Längsrichtung des Innenrohrabschnitts (56) verläuft, spiralförmig bezüglich der Längsachse (50) des Innenrohrabschnitts (56) verläuft.
Abgasrohr (30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrohrabschnitt (56) angrenzend an eine Seite des Strömungsleitelements (72) eine Durchgangsöffnung (78) ausbildet.
Brennkraftmaschine (10) mit einem Verbrennungsmotor (12) und einem Abgasstrang zum Abführen von Abgas aus dem Verbrennungsmotor (12), wobei in den Abgasstrang ein Luftanschluss (42) zum Einbringen von Luft in den Abgasstrang integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrang ein Abgasrohr (30) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abgasstrang stromab des Luftanschlusses ein Partikelfilter (32) integriert ist.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abgasstrang stromauf des Luftanschlusses (42) ein Abgaskatalysator (28) integriert ist.
Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (12) fremdgezündet ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 11 mit einer Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 8 oder einem der von Anspruch 8 abhängigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (32) unterhalb eines Unterbodens 80 des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.