DE10212236A1

DE10212236A1 - Abgaskrümmer

Info

Publication number: DE10212236A1
Application number: DE10212236A
Authority: DE
Inventors: Hans A Haerle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-02-06
Also published as: DE20104729U1

Abstract

Ein Abgaskrümmer zur Anbringung an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine weist mehrere Abgasbohrungen zum Austritt von Abgas auf und ist mit einem wannenförmigen Abgassammelgehäuse zur Aufnahme von Abgas aus dem Zylinderkopf versehen. Das Abgassammelgehäuse ist wenigstens annähernd vollständig mit einem Katalysatorkörper ausgefüllt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer zur Anbringung an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Ein gattungsgemäßer Abgaskrümmer ist aus der DE 100 01 287 A1 bekannt. Dabei kann unter anderem vorgesehen sein, daß in dem Abgassammelgehäuse oder in dem Gasführungskanal mehrere einzelne Katalysatorelemente angeordnet sind.
Die DE 295 05 660 U1 beschreibt ein Abgassammelrohr, in welchem mehrere einzelne Katalysatorelemente angeordnet sind.
Aus der WO 99/11911 A1 ist eine Katalysatorträgeranordnung für einen motornahen Einbau bekannt, die in einfacher Weise an einer Brennkraftmaschine anbringbar sein soll.
Ein Partikelfilter aus Metallfolie, der für ein Fluid durchströmbare Kanäle aufweist, ist in der DE 199 24 584 A1 beschrieben.
Derartige Katalysatoranordnungen, die als Vor-Katalysator zur Verbesserung der Wirkung eines nachgeschalteten Haupt-Katalysators dienen, können jedoch häufig nicht den gewünschten Effekt, nämlich eine erhebliche Reduzierung der Schadstoffe in dem Abgasstrom, erzielen. Darüber hinaus tragen sie oftmals zur Erzeugung eines sehr nachteiligen Gegendrucks in der Abgasanlage bei.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgaskrümmer zur Anbringung an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem eine verbesserte Funktion des Katalysators gegeben ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Dadurch, daß der Katalysatorkörper wenigstens annähernd das gesamte Abgassammelgehäuse ausfüllt, weist der erfindungsgemäße Katalysatorkörper ein sehr großes Volumen und eine sehr große wirksame Oberfläche auf und besitzt daher eine sehr hohe Reinigungsleistung. In Verbindung mit der motornahen Unterbringung des Katalysatorkörpers innerhalb des Abgassammelgehäuses, welches ja unmittelbar an dem Zylinderkopf angebracht ist, führt dies zu einer erheblich verbesserten Reinigung des die Abgasbohrungen verlassenden und den Katalysatorkörper durchströmenden Abgases, da durch die Nähe zu der Brennkraftmaschine die Abgase noch heiß sind und so den Katalysatorkörper beheizen. Auf diese Weise ist es möglich, sehr viel schärfere Abgasgrenzwerte für Brennkraftmaschinen einzuhalten, als dies bislang der Fall war.
Besonders vorteilhaft läßt sich der Katalysatorkörper dann einsetzen, wenn in einer Weiterbildung der Erfindung innerhalb des Abgassammelgehäuses ein Gasführungskanal angeordnet ist. Der Katalysatorkörper kann dann nämlich innerhalb des Gasführungskanals angeordnet sein und somit, wie oben beschrieben, innerhalb des Abgasstromes liegen. Hierbei lassen sich die Vorteile des Gasführungskanals, nämlich der Luftspalt zur Isolierung gegenüber der Umgebung, besonders vorteilhaft ausnutzen.
Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung der Querschnitt des Katalysatorkörpers an den von den Abgasbohrungen in Richtung zu einer Abgasleitung zunehmenden Gasstrom angepaßt ist, so ergibt sich für die jede einzelne Abgasbohrung verlassenden Abgase eine optimale Reinigung, da mit einer Erhöhung des Abgasvolumens auch eine Erhöhung des Volumens des Katalysatorkörpers verbunden ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Katalysatorkörper mehrere in Längsrichtung des Abgassammelgehäuses verlaufende Katalysatorplatten aufweist.
Durch die Katalysatorplatten ist ein ungehindertes Ausströmen der Abgase möglich, da keine scharfe Umlenkung stattfindet und es ergibt sich ein verhältnismäßig geringer Strömungswiderstand für die Abgase, wodurch keine Leistungseinbußen für die Brennkraftmaschine entstehen. Weitere Vorteile dieser Ausführungsform sind die sofortige Konvertierung der Abgase, die hohen Abgastemperaturen und die damit verbundene rasche Erwärmung des Katalysatorkörpers.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der Katalysatorkörper wenigstens eine gewickelte Folie aufweisen.
Ein derartiger Aufbau des Katalysatorkörpers bringt eine hohe Steifigkeit und eine sehr große Katalysatoroberfläche mit sich, was zu einer guten Reinigung der Abgase führt.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der Katalysatorkörper eine Vielzahl von granulatartigen Elementen aufweisen.
Dies ermöglicht eine einfache Befüllung des Abgassammelgehäuses bzw. des Gasführungskanals. Des weiteren ergibt sich vorteilhafterweise eine große Katalysatoroberfläche und es ist möglich, den Durchmesser bzw. die Größe der granulatartigen Elemente an den erforderlichen Strömungswiderstand anzupassen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in den verhältnismäßig geringen Kosten für den Katalysatorkörper.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Katalysatorkörper derart ausgebildet ist, daß er in der Lage ist, von der Brennkraftmaschine erzeugte Rußpartikel aufzunehmen.
Durch die Möglichkeit zur Ablagerung von Ruß innerhalb des Katalysatorkörpers wird insbesondere bei nach dem Diesel-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen der Ruß aus dem Abgas zurückgehalten und lagert sich in dem Katalysatorkörper ab. Wenn der Katalysatorkörper während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine höhere Temperatur erreicht, verbrennen die Rußpartikel und können dann auf für die Umwelt unschädliche Art und Weise entsorgt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine stark schematisierte Brennkraftmaschine mit einem daran angebrachten Abgaskrümmer;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des Abgaskrümmers aus Fig. 2;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers;
Fig. 5 eine Explosionsdarstellung des Abgaskrümmers aus Fig. 4;
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers;
Fig. 7 eine Explosionsdarstellung des Abgaskrümmers aus Fig. 6;
Fig. 8 eine schematisierte Darstellung eines Abgaskrümmers in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Abgaskrümmers;
Fig. 10 einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 11 einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 12 einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 13 einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 14 einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 15 einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 16 einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 17 einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer in einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 18 einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer in einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 19 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Abgaskrümmers.
In Fig. 1 ist ein Abgaskrümmer 1 dargestellt, welcher an einem Zylinderkopf 2 einer Brennkraftmaschine 3 angebracht ist. Die Brennkraftmaschine 3 gemäß der vorliegenden Ausgestaltung ist in Reihenbauweise ausgeführt, wobei der Zylinderkopf 2 mit einer Zylinderbank 4 versehen ist, welche in diesem Fall vier Brennräume 5 aufweist. Selbstverständlich wäre es auch möglich, eine andere Anzahl von Brennräumen 5 vorzusehen. Des weiteren ist es denkbar, daß die Brennkraftmaschine in V-Bauweise mit mehreren Zylinderbänken 4 ausgeführt wäre, wobei an jeder Zylinderbank 4 ein Abgaskrümmer 1 angebracht wäre.
Der Zylinderkopf 2 ist mit vier von den Brennräumen 5 ausgehenden Abgasbohrungen 6 versehen, die in den Abgaskrümmer 1 münden. Das in den Brennräumen 5 erzeugte Abgas gelangt auf diese Weise in den Abgaskrümmer 1, der an seiner der Brennkraftmaschine 3 abgewandten Seite mit einer Öffnung 7 versehen ist, welche sich an einer beliebigen Stelle an demselben befinden kann, und an welche sich eine an sich bekannte Abgasleitung 8 anschließt. In der Abgasleitung 8 kann ein nicht dargestellter Abgaskatalysator zur Reinigung der Abgase vorgesehen sein.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Abgaskrümmers 1. Dieser weist ein wannenförmiges Abgassammelgehäuse 9 und eine zwischen dem Abgassammelgehäuse 9 und dem in Fig. 2 nicht dargestellten Zylinderkopf 2 angeordnete Dichtungseinrichtung 10 auf. Das Abgassammelgehäuse 9 ist dafür vorgesehen, die Abgase aus den Abgasbohrungen 6 des Zylinderkopfes 2 aufzunehmen. An seinem gesamten Umfang ist das Abgassammelgehäuse 9 von einem umlaufenden Bund 11 umgeben, in dem sich Ausnehmungen 12 zur Durchführung von nicht dargestellten Befestigungsmitteln befinden, mit welchen das Abgassammelgehäuse 9 an dem Zylinderkopf 2 angebracht wird. Als Befestigungsmittel können beispielsweise Schrauben dienen.
In dem Abgassammelgehäuse 9 ist ein Gasführungskanal 13 angeordnet, der ein wannenförmiges und somit an die Kontur des Abgassammelgehäuses 9 angepaßtes Hauptteil 14 und ein auf der Dichtungseinrichtung 10angeordnetes Bodenteil 15 aufweist. Zwischen dem Abgassammelgehäuse 9 und dem Gasführungskanal 13 befindet sich ein Luftspalt 16, der dazu dient, das in den Gasführungskanal 13 einströmende, heiße Abgas von der den Abgaskrümmer 1 umgebenden Luft abzutrennen. Derartige Ausführungsformen des Abgaskrümmers 1 mit einem Abgassammelgehäuse 9 und einem darin angeordneten Gasführungskanal 13 werden als luftspaltisolierter Abgaskrümmer 1 bezeichnet.
Wie aus der Explosionsdarstellung gemäß Fig. 3 besser erkennbar ist, weist das Bodenteil 15 des Gasführungskanals 13 insgesamt vier Bohrungen 17 auf, deren Positionen jeweils ungefähr mit den Positionen der vier Abgasbohrungen 6 in dem Zylinderkopf 2 übereinstimmen. Auf diese Weise ist es möglich, die in den Brennräumen 5 erzeugten Abgase in den Gasführungskanal 13 des Abgaskrümmers 1 einzuleiten. Hierzu ist auch die im vorliegenden Fall aus einem hochtemperaturfesten Metall bestehende Dichtungseinrichtung 10 mit vier Bohrungen 18 versehen, deren Positionen wiederum den Abgasbohrungen 6 und somit den Bohrungen 17 des Bodenteils 15 entsprechen.
Aus Fig. 3 geht des weiteren hervor, daß sich auf dem Bodenteil 15 zwischen den Bohrungen 17 jeweils Verprägungen 19 befinden, die in Richtung des Hauptteils 14 ausgeformt sind und eine Versteifung des Bodenteils 15 bewirken sowie Schwingungen desselben verhindern.
Das Bodenteil 15 ist zur Versteifung des Gasführungskanals 13 und zur Abschirmung des Zylinderkopfes 2 gegenüber der Wärme aus dem Gasführungskanal 13 vorgesehen. Wenn die Dichtungseinrichtung 10 so beschaffen ist, daß sie die Funktion des Bodenteils 15 übernehmen kann, so kann dasselbe in einer nicht dargestellten Ausführungsform des Abgaskrümmers 1 auch weggelassen werden.
Der Hauptteil 14 des Gasführungskanals 13 weist an seiner dem Zylinderkopf 2 zugewandten Seite einen entlang seines Umfangs verlaufenden Bund 20 auf, der zwischen dem Abgassammelgehäuse 9 und der Dichtungseinrichtung 10 eingeklemmt ist. Das Bodenteil 15 ist ebenfalls mit einem umlaufenden Bund 21 versehen, so daß es im wesentlichen dieselbe Außenkontur wie das Hauptteil 14 aufweist. Das Abgassammelgehäuse 9 ist im Bereich, in dem der Bund 20 und der Bund 21 zwischen denselben und der Dichtungseinrichtung 10 angeordnet ist, mit einem umlaufenden Rücksprung 22 versehen, welcher es erlaubt, daß der Gasführungskanal 13 gegenüber der Dichtungseinrichtung 10 und gegenüber dem Abgassammelgehäuse 9 Bewegungen ausführt. Derartige Bewegungen können beispielsweise durch Wärmeeinwirkung hervorgerufen werden.
Eine kostengünstige Herstellung des Abgassammelgehäuses 9 und des aus dem Hauptteil 14 und dem Bodenteil 15 bestehenden Gasführungskanals 13 kann beispielsweise durch Tiefziehen oder ähnliche Umformverfahren erreicht werden, wobei es in diesem Zusammenhang möglich ist, die Bohrungen 17, die Verprägungen 19, den Bund 20, den Bund 21 und den Rücksprung 22 bereits während des Bearbeitungsvorganges in das jeweilige Bauteil einzubringen.
Der Gasführungskanal 13 ist aus einem hochtemperaturfesten Metall ausgeführt, um den sehr hohen Abgastemperaturen standhalten zu können. Aus diesem Grund ist es möglich, das Abgassammelgehäuse 9 aus einem verhältnismäßig einfachen Material, wie z. B. einem Baustahl, auszuführen, da der oben erwähnte Luftspalt 16 ja eine Isolation gewährleistet. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Abgassammelgehäuse 9 aus Gußeisen herzustellen, was beispielsweise bei Geräusch- oder Festigkeitsproblemen vorteilhaft sein kann.
Die Dichtungseinrichtung 10 ist mit zwei Sicken 23 und 24 versehen, welche jeweils außerhalb der Bohrungen 18 und innerhalb von Ausnehmungen 25 verlaufen, deren Positionen denjenigen der Ausnehmungen 12 in dem Abgassammelgehäuse 9 entsprechen und durch die die Befestigungsmittel zur Anbringung des Abgassammelgehäuses 9 an dem Zylinderkopf 2 verlaufen. Die Ausnehmungen 12 und die Ausnehmungen 25 sind jeweils als Langlöcher ausgebildet, um die Bewegungen des Abgassammelgehäuses 9 gegenüber der Dichtungseinrichtung 10 und gegenüber dem Zylinderkopf 2 zu ermöglichen.
Die Sicke 23 steht mit dem Zylinderkopf 2 und dem Gasführungskanal 13 in Berührung und dichtet diese beiden Teile gegeneinander ab. Demgegenüber ist die außerhalb der Sicke 23 verlaufende Sicke 24 dafür vorgesehen, den Zylinderkopf 2 gegenüber dem Abgassammelgehäuse 9 abzudichten, wozu sie mit beiden Bauteilen in Berührung steht. Des weiteren erzeugen die Sicken 23 und 24 einen Luftspalt zwischen dem Zylinderkopf 2 und der Dichtungseinrichtung 10, welcher eine gewisse Isolationswirkung zwischen dem Abgaskrümmer 1 und dem Zylinderkopf 2 bewirkt.
Wie in Fig. 2 und Fig. 3 des weiteren zu erkennen ist, befindet sich innerhalb des Abgassammelgehäuses 9, im vorliegenden Fall innerhalb des Gasführungskanals 13, ein Katalysatorkörper 26, der den Gasführungskanal 13 wenigstens annähernd vollständig ausfüllt. Wenn in einer nicht dargestellten Ausführungsform des Abgaskrümmers 1 auf den Gasführungskanal 13 verzichtet wird, so kann das Abgassammelgehäuse 9 wenigstens annähernd vollständig mit, dem Katalysatorkörper 26 ausgefüllt sein. Mit anderen Worten, der Katalysatorkörper 26 ist dann innerhalb des Abgassammelgehäuses 9 angeordnet.
Der Katalysatorkörper 26 dient als Vor-Katalysator für den bereits oben erwähnten, in der Abgasleitung 8 angeordneten Haupt-Katalysator und reinigt die in den Abgaskrümmer 1 einströmenden Abgase bereist derart, daß durch die Öffnung 7 bereits sehr viel reineres Abgas in die Abgasleitung 8 strömt als bei bekannten Lösungen. Diese gute Reinigung der Abgase ist insbesondere deshalb möglich, weil der Katalysatorkörper 26 sehr nah an dem Zylinderkopf 2 angeordnet ist und aufgrund der hohen Temperaturen der Abgase eine sehr kurze Ansprechzeit und einen sehr guten Wirkungsgrad aufgrund der raschen Konvertierung der Abgase besitzt.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und Fig. 3 weist der Katalysatorkörper 26 mehrere in Längsrichtung des Abgassammelgehäuses 9 und somit im wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung der Abgase verlaufende Katalysatorplatten 27 auf, die beispielsweise durch Löten miteinander verbunden sind. Um eine regelmäßige Beabstandung der einzelnen Katalysatorplatten 27 voneinander zu erreichen, weisen dieselben jeweils auf ihren Planflächen angebrachte Distanznoppen 28 auf. Auf diese Weise entstehen zwischen den einzelnen Katalysatorplatten 27 Freiräume 29. Die Katalysatorplatten 27 können aus Metall und/oder Keramik bestehen und tragen zu einem sehr geringen Strömungswiderstand für die Abgase bei, da dieselben in den Freiräumen 29 zwischen den Katalysatorplatten 27 verhältnismäßig ungehindert strömen können und insbesondere keine scharfe Umlenkung für die Abgase gegeben ist. Die Katalysatorplatten 27 weisen eine bestimmte Oberflächenstruktur auf, welche beispielsweise durch aufgesintertes Pulver, Späne und/oder Fasern gebildet sein kann, um die Oberfläche zu vergrößern und so eine verbesserte Reinigungswirkung zu erreichen. Die Oberfläche der Katalysatorplatten 27 kann zusätzlich oder alternativ auch gewellt und/oder perforiert ausgebildet sein.
In Fig. 4 und Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform des Abgaskrümmers 1 dargestellt, dessen Aufbau bis auf den im folgenden beschriebenen, andersartig ausgeführten Katalysatorkörper 26 mit dem unter Bezugnahme auf Fig. 2 und Fig. 3 beschriebenen Abgaskrümmer 1 übereinstimmt. Der Katalysatorkörper 26 weist jedoch wenigstens eine gewickelte Folie 30 auf, die wie dargestellt, spiralförmig gewickelt sein kann, so daß lediglich eine Folie 30 erforderlich ist. Alternativ können auch mehrere Folien 30 vorgesehen sein, welche ineinander gewickelt, d. h. konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Die Folie 30 kann sehr dünn ausgeführt sein, und zwar in einem Bereich von weniger als 0,1 mm. Des weiteren kann vorgesehen sein, die Oberfläche der Folie 30ähnlich zu strukturieren wie diejenige der Katalysatorplatten 27. Prinzipiell kann die Oberflächenstruktur also gelocht, perforiert, quer gewellt oder ähnlich ausgebildet sein und/oder aufgesintertes Pulver, Späne und/oder Fasern aufweisen. Die Folie 30 besteht vorzugsweise zu ihrem überwiegend größten Teils aus Metall, kann gegebenenfalls aber auch aus Keramik oder aus beiden Materialien bestehen.
Im Bereich der Abgasbohrungen 6 ist die Folie 30 jeweils mit Aussparungen 31 versehen, welche ein ungehindertes Einströmen der Abgase in alle auch hier zwischen den einzelnen Wicklungen der Folie 30 oder den einzelnen Folien 30 entstehenden Freiräume 29 ermöglichen. Da die Folie 30 im wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung der Abgase angeordnet ist, verlaufen auch die Freiräume 29 parallel zum Abgasstrom. Auch dieser Katalysatorkörper 26 füllt somit den Gasführungskanal 13 wenigstens annähernd vollständig aus, wobei bei einem Verzicht auf den Gasführungskanal 13 auch das Abgassammelgehäuse 9 vollständig, ausgefüllt sein kann.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine dritte Ausführungsform des Abgaskrümmers 1, bei welcher der Katalysatorkörper 26 eine Vielzahl von granulatartigen Elementen 32 aufweist, welche innerhalb des Gasführungskanals 13 angeordnet sind und zwischen welchen sich ebenfalls die Freiräume 29 zur Durchströmung durch die Abgase befinden. Um ein Verbleiben der vorzugsweise aus Keramik bestehenden granulatartigen Elemente 32 in dem Gasführungskanal 13 sicherzustellen, sind die Abgasbohrungen 6 mittels halbkugelförmiger Siebe 33 gegenüber dem Gasführungskanal 13 verschlossen. Auch zwischen der Abgasleitung 8 und dem Gasführungskanal 13 befindet sich in der Öffnung 7 ein Sieb 34.
Die granulatartigen Elemente 32 können, wie dargestellt, als Kugeln ausgebildet sein, es ist in nicht dargestellten Ausführungsformen jedoch auch möglich, die granulatartigen Elemente 32 als Drahtgestrick, als Drahtfasern oder als Sinterfasern auszubilden. Selbstverständlich ist auch eine Kombination der einzelnen Möglichkeiten denkbar. In sämtlichen Fällen kann es sinnvoll sein, die einzelnen granulatartigen Elemente 32 z. B. durch Löten oder Sintern miteinander zu verbinden. Auch die Oberfläche der granulatartigen Elemente 32 ist vorzugsweise ähnlich strukturiert wie diejenige der Katalysatorplatten 27 und der Folie 30. Um ein Bewegen der granulatartigen Elemente 32 gegeneinander zu verhindern, können innerhalb des Gasführungskanals 13 bzw. gegebenenfalls innerhalb des Abgassammelgehäuses 9 eine oder mehrere Quellmatten angeordnet sein.
Das Hauptteil 14 des Gasführungskanals 13 wird bei dieser Ausführungsform bereits vor der Montage in dem Abgassammelgehäuse 9 mit den granulatartigen Elementen 32 befüllt und anschließend mit dem Bodenteil 15 verschlossen, so daß eine Vormontage gegeben ist. Die granulatartigen Elemente 32 ermöglichen einen verhältnismäßig kostengünstigen Katalysatorkörper 26 und die Größe derselben läßt sich an den gewünschten Strömungswiderstand anpassen.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform des Abgaskrümmers 1 könnte der Katalysatorkörper 26 auch im Querschnitt wabenförmig ausgebildet sein.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Abgaskrümmers 1, welche für sämtliche in den Fig. 2 bis 7 dargestellten Abgaskrümmer 1 geeignet ist. Dort ist der. Querschnitt des Katalysatorkörpers 26 an den von den Abgasbohrungen 6 in Richtung der Abgasleitung 8 zunehmenden Gasstrom angepaßt. Der Gasstrom nimmt in Richtung der Abgasleitung 8 zu, da zunächst nur die Gase aus einer Abgasbohrung 6, dann aus zwei, aus drei und schließlich aus vier Abgasbohrungen 6 in den Gasführungskanal 13 einströmen. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, ist bei dieser Ausführungsform das Abgassammelgehäuse 9 und der Gasführungskanal 13 an den Querschnitt des Katalysatorkörpers 26 angepaßt, was dadurch realisiert wird, daß der Katalysatorkörper 26 und damit auch das Abgassammelgehäuse 9 und der Gasführungskanal 13 konisch ausgebildet sind. Selbstverständlich ist der Querschnitt des Katalysatorkörpers 26 im Bereich der Abgasleitung 8 am größten. Im vorliegenden Fall wird dies durch eine Vergrößerung der Höhe, also des Abstandes der Außenhaut des Abgassammelgehäuses 9 von dem Zylinderkopf 2 erreicht. Gegebenenfalls wäre es auch möglich, die Breite des Abgassammelgehäuses 9 zu erhöhen.
Wenn die Abgasleitung 8 in einer nicht dargestellten Ausführungsform in einem mittleren Bereich des Abgassammelgehäuses 9 angeordnet ist, so kann das Abgassammelgehäuse 9 selbstverständlich auch trapezförmig oder dreieckig ausgebildet sein, um den Querschnitt des Katalysatorkörpers 26 an den zunehmenden Gasstrom von den außenliegenden Abgasbohrungen 6 in Richtung der Abgasleitung 8 anzupassen.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Abgaskrümmers 1, bei welchem der Katalysatorkörper 26 aus mehreren Lagen gewellter bzw. lamellenförmig angeordneter, mit einem katalytisch wirksamen Material beschichteter Metallfolien 35 besteht. Prinzipiell kann eine solche Beschichtung in einem separaten Arbeitsgang erfolgen. Wie in den anderen Ausführungsformen füllen die Metallfolien 35 im wesentlichen den gesamten Gasführungskanal 13 aus, so daß die oben beschriebene katalytische Wirkung eintritt. Zwischen den gewellten Metallfolien 35 befindet sich jeweils eine ungewellte Metallfolie 36 als Zwischenlage, welche jeweils ebenfalls mit einem katalytisch wirksamen Material beschichtet ist. In nicht dargestellter Weise können die Metallfolien 35 und/oder 36 mit Bohrungen versehen sein, die eine Querströmung innerhalb des Katalysatorkörpers 26 ermöglichen. Des weiteren wäre es möglich, die Metallfolien 35 und gegebenenfalls 36 spiralförmig anzuordnen.
Der Katalysatorkörper 26 ist hierbei so ausgestaltet, daß er von der Brennkraftmaschine 3 erzeugte und dieselbe durch eine der Abgasbohrungen 6 verlassende Rußpartikel aufnehmen kann und diese sich an einer der Metallfolien 35 oder 36 des Katalysatorkörpers 26 ablagern können. Dadurch ist insbesondere bei nach dem Diesel-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen 3 eine Filterwirkung für Rußpartikel gewährleistet. Wenn sich innerhalb des Abgassammelgehäuses 9 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 3 eine höhere Temperatur einstellt, beispielsweise eine Temperatur zwischen 800 und 900°C, verbrennen die Rußpartikel und werden somit in für die Umwelt unschädlicher Weise beseitigt.
In diesem Zusammenhang gilt, daß sich um so mehr Rußpartikel an dem Katalysatorkörper 26 ablagern können, je größer dessen Oberfläche ist. Der wie oben beschrieben verbrannte Ruß vermeidet die bisher bestehenden Probleme der Ölveraschung, so daß sich der Katalysatorkörper 26 nicht mit Ölasche zusetzen kann und somit eine Gefahr des Verstopfens nicht gegeben ist.
Bei entsprechender Beaufschlagung der Brennkraftmaschine 3 und dadurch entstehenden höheren Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Abgaskrümmers 1 werden die verbrannten Rußpartikel von dem Katalysatorkörper 26 gelöst und können das Abgassammelgehäuse 9 durch die Öffnung 7 verlassen. Durch dieses "automatische" Entfernen der Rußpartikel kann das Hinzufügen chemischer Substanzen oder dergleichen verhindert werden. In diesem Zusammenhang kann in nicht dargestellter Weise ein weiterer Sammelbehälter oder dergleichen vorgesehen sein, um einen Ausstoß der verbrannten Rußpartikel in die Umwelt zu vermeiden.
In dem Katalysatorkörper 26 werden, wie an sich bekannt, verschiedene Schadstoffe umgewandelt. Unter anderem reagieren HC-Emissionen derart, daß für die Umwelt unschädliche Substanzen entstehen. Da es sich hierbei um eine exotherme Reaktion handelt, erhöht sich die Temperatur innerhalb des Abgaskrümmers 1, wodurch die die Öffnung 7 verlassenden Abgase eine höhere Temperatur aufweisen als ohne die Einwirkung durch den Katalysatorkörper 26. Falls dem Abgaskrümmer 1 ein nicht dargestellter Abgasturbolader nachgeschaltet ist, kommt diese erhöhte Temperatur dem Wirkungsgrad des Abgasturboladers zugute.
Im vorliegenden Fallist die Dichtungseinrichtung 10, welche wie oben beschrieben die durch Wärmeeinwirkung hervorgerufenen Bewegungen zwischen dem Abgassammelgehäuse 9 und der Dichtungseinrichtung 10 sowie zwischen dem Abgassammelgehäuse 9 und dem Zylinderkopf 2 ermöglicht, dreilagig ausgebildet. Es kann jedoch auch eine Dichtungseinrichtung 10 wie zuvor beschrieben zum Einsatz kommen.
Der Abgaskrümmer 1 gemäß Fig. 10 weist ebenfalls den Katalysatorkörper 26 mit den unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschriebenen Metallfolien 35 und gegebenenfalls 36 auf. Wie durch die mit "S" bezeichneten Pfeile angedeutet, strömen die Abgase durch nicht dargestellte Öffnungen durch die einzelnen Metallfolien 35, so daß sich die Rußpartikel an der vergrößerten Oberfläche des Katalysatorkörpers 26 ablagern können.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform des Abgaskrümmers 1, bei dem der Katalysatorkörper 26 mehrere radial von dem Gasführungskanal 13 nach innen verlaufende, nadelförmige Katalysatorelemente 37 aufweist. Des weiteren sind ebenfalls im wesentlichen nadelförmig ausgebildete Katalysatorelemente 38 vorgesehen, welche von einem zentralen Haltedorn 39 nach außen in Richtung des Gasführungskanals 13 verlaufen. Die Katalysatorelemente 37 und 38 bilden somit gemeinsam den Katalysatorkörper 26, welcher ebenfalls eine vergrößerte Oberfläche zum Aufnehmen der Rußpartikel aufweist.
In Fig. 12 ist ein Abgaskrümmer 1 dargestellt, dessen Katalysatorkörper 26 aus aufgeschäumtem Metall besteht. Ein solcher Metallschaum kann durch an sich bekannte Techniken hergestellt werden, wobei im wesentlichen poröses Metall aufgeschäumt und anschließend mit Material mit entsprechend katalytischer Wirkung beschichtet wird. Auch hierdurch vergrößert sich die Oberfläche des Katalysatorkörpers 26, wodurch sich wiederum Rußpartikel absetzen können. In diesem Zusammenhang kann der Metallschaum auch in Form von dünnen Platten ausgeführt sein und so den Katalysatorkörper 26 bilden.
Hierbei können in dem Gasführungskanal 13 ein oder mehrere Öffnungen 40 vorgesehen sein, durch welche die Abgase in den Luftspalt 16 zwischen dem Abgassammelgehäuse 9 und dem Gasführungskanal 13 gelangen können. Auch diese Abgase verlassen den Abgaskrümmer 1 durch die Öffnung 7, wie auch die den Katalysatorkörper 26 vollständig durchströmenden Abgase.
Fig. 13 zeigt einen zu Fig. 12 sehr ähnlichen Katalysatorkörper 26, dessen Querschnitt jedoch fünfeckig ausgeführt ist.
Eine weitere, sehr ähnliche Ausführungsform zu den Fig. 12 und 13 zeigt Fig. 14 mit einem Katalysatorkörper 26, der einen sechseckigen Querschnitt aufweist.
Der Abgaskrümmer 1 gemäß Fig. 15 weist zwei Katalysatorkörper 26a und 26b auf, welche übereinander mit einem dazwischen sich befindlichen Luftspalt 41 angeordnet sind. Durch das Abgassammelgehäuse 9 und den Gasführungskanal 13 verlaufen Leitungen 42, welche katalytisch wirksames Gas in das Innere des Gasführungskanals 13 einleiten, um so eine bessere Reinigungswirkung für die Abgase zu erreichen.
Derartige Leitungen 42 könnten auch bei sämtlichen anderen Ausführungsformen des Katalysatorkörpers 26 vorgesehen sein, wobei dieser neben der Ausführung mit den Metallfolien 35 und 36, den Katalysatorelementen 37 und 38 sowie dem Metallschaum auch aus gesinterten Drahtfasern, einem Drahtgewebe, einem Drahtgestrick, aus Lochblechen oder aus einem Keramikschaum bestehen könnte, wobei diese Elemente dann die Metallfolien 35 bzw. 36 ersetzen würden. Sämtliche dieser Elemente zur Bildung des Katalysatorkörpers 26 wären in diesem Zusammenhang derart ausgestaltet, daß sich eine größere Trägeroberfläche zur Aufnahme der Rußpartikel ergäbe, wobei jeweils spezielle Bereiche zur Ablagerung der Rußpartikel vorgesehen sein könnten.
Fig. 16 zeigt einen Abgaskrümmer 1, bei dem kein Katalysatorkörper 26 vorgesehen ist, sondern die Reinigungswirkung des Abgases lediglich durch Einleiten von katalytisch wirksamem Gas über die Leitung 42 erfolgt.
In Fig. 17 und Fig. 18 ist ein Abgaskrümmer 1 dargestellt, bei dem der Katalysatorkörper 26 aus einem erodierfähigen Katalysatormaterial besteht, welches von den Abgasen umströmt wird. Bei dieser Umströmung des Katalysatorkörpers 26 werden aus demselben Wirkstoffe ausgelöst und abgetragen, so daß sich auf diese Weise die katalytische Reinigungswirkung für die Abgase ergibt. Wie dargestellt, kann der Katalysatorkörper 26 dabei verschiedene Formen aufweisen, wobei in Fig. 17 der Katalysatorkörper 26 in der Mitte und in Fig. 18 an der äußeren Wandung des Gasführungskanals 13 angeordnet ist.
Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht ähnlich zu Fig. 9, bei der der Aufbau des gesamten Abgaskrümmers 1 mit dem Katalysatorkörper 26 nochmals deutlich wird.
In sämtlichen Ausführungsformen kann dem dargestellten Katalysatorkörper 26 in einer sich an den Abgaskrümmer 1 anschließenden Leitung ein weiterer Katalysator (nicht dargestellt) nachgeschaltet sein. Des weiteren kann es sich bei dem Katalysatorkörper 26 um einen ungeregelten Katalysator handeln, es können jedoch auch nicht dargestellte, in den Gasführungskanal 13 ragende Meßsonden vorgesehen sein, beispielsweise sogenannte Lambda-Sonden, mit denen wenigstens die Temperatur innerhalb des Gasführungskanals 13 gemessen wird, so daß ein geregelter Katalysator gebildet werden kann.

Claims

1. Abgaskrümmer zur Anbringung an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, welcher mehrere Abgasbohrungen zum Austritt von Abgas aufweist, mit einem wannenförmigen Abgassammelgehäuse zur Aufnahme von Abgas aus dem Zylinderkopf, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassammelgehäuse (9) wenigstens annähernd vollständig mit einem Katalysatorkörper (26) ausgefüllt ist.

2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Abgassammelgehäuses (9) ein Gasführungskanal (13) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Abgassammelgehäuse (9) und dem Gasführungskanal (13) ein Luftspalt (16) befindet, und wobei der Gasführungskanal (13) wenigstens annähernd vollständig mit dem Katalysatorkörper (26) ausgefüllt ist.

3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Katalysatorkörpers (26) an den von den Abgasbohrungen (6) in Richtung zu einer Abgasleitung (8) zunehmenden Gasstrom angepaßt ist.

4. Abgaskrümmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassammelgehäuse (9) und/oder der Gasführungskanal (13) an den Querschnitt des Katalysatorkörpers (26) angepaßt sind.

5. Abgaskrümmer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) konisch ausgebildet ist, wobei der Querschnitt des Katalysatorkörpers (26) im Bereich der Abgasleitung (8) am größten ist.

6. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) mehrere in Längsrichtung des Abgassammelgehäuses (9) verlaufende Katalysatorplatten (27) aufweist.

7. Abgaskrümmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorplatten (27) miteinander verbunden sind.

8. Abgaskrümmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Katalysatorplatten (27) mittels Löten erfolgt.

9. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorplatten (27) mittels Distanznoppen (28) voneinander beabstandet sind, wobei sich zwischen den Katalysatorplatten (27) Freiräume (29) befinden.

10. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorplatten (27) eine gewellte und/oder perforierte Oberflächenstruktur aufweisen.

11. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorplatten (27) eine durch aufgesintertes Pulver, Späne und/oder Fasern gebildete Oberflächenstruktur aufweisen.

12. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) wenigstens eine gewickelte Folie (30) aufweist.

13. Abgaskrümmer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine gewickelte Folie (30) im Bereich der Abgasbohrungen (8) mit Aussparungen (31) versehen ist.

14. Abgaskrümmer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Folie (30) spiralförmig gewickelt ist.

15. Abgaskrümmer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Folien (30) vorgesehen sind, welche konzentrisch zueinander angeordnet sind.

16. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Folie (30) eine gewellte und/oder perforierte Oberflächenstruktur aufweist.

17. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Folie (30) eine durch aufgesintertes Pulver, Späne und/oder Fasern gebildete Oberflächenstruktur aufweist.

18. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) eine Vielzahl von granulatartigen Elementen (32) aufweist.

19. Abgaskrümmer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die granulatartigen Elemente (32) als Kugeln ausgebildet sind.

20. Abgaskrümmer nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die granulatartigen Elemente (32) als Drahtgestrick ausgebildet sind.

21. Abgaskrümmer nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die granulatartigen Elemente (32) als Drahtfasern ausgebildet sind.

22. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die granulatartigen Elemente (32) als Sinterfasern ausgebildet sind.

23. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den granulatartigen Elementen (32) wenigstens eine Quellmatte angeordnet ist.

24. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die granulatartigen Elementen (32) durch Löten und/oder Sintern miteinander verbunden sind.

25. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die granulatartigen Elemente (32) eine gewellte und/oder perforierte Oberflächenstruktur aufweisen.

26. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die granulatartigen Elemente (32) eine durch aufgesintertes Pulver, Späne und/oder Fasern gebildete Oberflächenstruktur aufweisen.

27. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) im Querschnitt wabenförmig ausgebildet ist.

28. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) zu seinem überwiegend größten Teil aus Keramik besteht.

29. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) zu seinem überwiegend größten Teil aus Metall besteht.

30. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 2 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasführungskanal (13) ein an die Kontur des Abgassammelgehäuses (9) angepaßtes Hauptteil (14) und ein in Richtung des Zylinderkopfes (2) angeordnetes Bodenteil (15) aufweist.

31. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassammelgehäuse (9) mit Ausnehmungen (12) versehen ist, durch welche es über Befestigungsmittel direkt mit dem Zylinderkopf (2) verbindbar ist.

32. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abgassammelgehäuse (9) und dem Zylinderkopf (2) eine Dichtungseinrichtung (10) angeordnet ist.

33. Abgaskrümmer nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung (10) als separates Teil ausgebildet ist.

34. Abgaskrümmer nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abgassammelgehäuse (9) und der Dichtungseinrichtung (10) sowie zwischen dem Abgassammelgehäuse (9) und dem Zylinderkopf (2) durch Wärmeeinwirkung hervorgerufene Bewegungen möglich sind.

35. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) derart ausgebildet ist, daß er in der Lage ist, von der Brennkraftmaschine (3) erzeugte Rußpartikel aufzunehmen.

36. Abgaskrümmer nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) Bereich aufweist, welche zur Ablagerung von Rußpartikeln vorgesehen sind.

37. Abgaskrümmer nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) mehrere Metallfolien (35, 36) aufweist, welche mit einem katalytisch wirksamen Material beschichtet sind.

38. Abgaskrümmer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolien (35) lamellenförmig angeordnet sind.

39. Abgaskrümmer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolien (35) spiralförmig angeordnet sind.

40. Abgaskrümmer nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) aus aufgeschäumtem Metall besteht, welches mit Material mit katalytischer Wirkung beschichtet ist.

41. Abgaskrümmer nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) radial vom dem Gasführungskanal (13) nach innen verlaufende, nadelförmige Katalysatorelemente (37) aufweist.

42. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 2 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß eine in den Gasführungskanal (13) verlaufende Leitung (42) zur Einleitung von katalytisch wirksamem Gas vorgesehen ist.

43. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß eine in das Abgassammelgehäuse (9) ragende Meßsonde zum Messen von wenigstens der Temperatur innerhalb des Abgassammelgehäuses (9) vorgesehen ist.

44. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die granulatartigen Elemente (32) aus einem Metall bestehen, welches mit Material mit katalytischer Wirkung beschichtet ist.

45. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (26) aus erodierfähigem Material besteht.