DE2242857A1 - Abgasleitsystem fuer verbrennungsmotoren an kraftfahrzeugen - Google Patents
Abgasleitsystem fuer verbrennungsmotoren an kraftfahrzeugenInfo
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Description
- Abgasleitsystem für Verbrennungsmotoren an Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasleitsystem zum Ableiten der Abgase aus dem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, welche bei einem Mehrzylindermotor aus anfangs mehreren, später miteinander verbundenen Leitungen besteht, wobei die nachfolgenden Leitungsabschnitte gegebenenfalls erforderliche Auspufftöpfe aufweisen.
- Es ist bekannt, daß das Abgasleitsystem des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs in den letzten Jahren in Verbindung mit den Problemen der Luftverschmutzung eine Entwicklung erfahren hat: Es gibt tatsächlich eine Anzahl von Fällen, in denen die vorgeschlagenen Lösungen für dieses Problem einen beträchtlichen Temperaturanstieg der entlang mehrerer Abschnitte des Leitsystems geführten Gase erfordern oder mit sich bringen. In einigen Fällen war es ratsam oder notwendig, die nachteiligen Wirkungen eines derartigen Temperaturanstiegs zu verhindern. Die zur Zeit für das Abgasleitsystem verwendeten Materialien können nicht mehr an höhere Temperaturen angepaßt werden (sodaß die Verwendung kostspieligerer Materialien unumgänglich ist). Zudem kann die erhöhte Wärmeübertragung nach außen - genauergesagt auf den Motorraum unter der Haube - für die Arbeitsweise der der Wärme ausgesetzten Teile nicht mehr akzeptiert werden. In anderen Fällen ist es umgekehrt erforderlich, daß die Abkühlung der Gase verhindert wird, da deren hohe Temperatur gewisse Nachverbrennungserscheinungen bei den noch nicht verbrannten Bestandteilen der Auspuffgase fördert.
- Es sind bereits Verbesserungen im Abgasleitsystem bekannt, mit deren Hilfe einige der oben angeführten neuen Probleme gelöst werden sollen. Diese bekannten Verbessrungen bestehen darin, das Abgasleitsystem (oder Teile desselben) mit einer geeigneten wärmeisolierenden Umkleidung auszustatten, die auf der Verwendung einer wärmeisolierenden oder wärmebeständigen Materialschicht oder auf der Schaffung einer umkleideten Wandung beruht, so daß die zwischen den beiden zusammengehörigen Wandungen eingeschlossene Luft als Isolierschicht wirkt.
- Diese herkömmlichen Versuche weisen jedoch beträchtliche Nachteile auf, zu denen die folgenden Punkte zählen: a) Das Material, aus dem das Abgasleitsystem besteht, wird wegen der äußeren Isolierschicht auf immer höhere Temperaturen erwärmt, so daß es unumgänglich wird, auf Materialien zurückzugreifen, die eine bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen aufweisen, die jedoch kostspieliger sind.
- b) Während der Übergangsphasen (genauer gesagt nach dem Starten des kalten Motors) wird eine beträchtliche Wärmemenge von den Gasen in das das Abgasleitsystem bildende Material abgeleitet: während~ dieser Übergangsphase erfährt das Gas somit eine beträchtliche abkühlung, die mögliche Nachverbrennungsreaktionen der noch unverbrannten Bestandteile verhindern kann.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden, indem die Wärmeisolierung des Abgasleitsystems - oder gewisser Teile desselben - in den das Abgasleitsystem bildenden Wandungen vorgesehen ist, so daß diese durch die Einwirkung der Wärmeisolierung mehr gekühlt als erwärmt werden. Außerdem sollen die zur Zeit verwendeten Materialien nicht durch kostspieligere ersetzt werden, sondern es wird möglich, für diesen Zweck auch weniger aufwendige Materialien an deren Stelle zu verwenden. Zudem soll'gemäB der Aufgabe dieser Erfindung die Abkühlung der Abgase bei den Wärmeübergängen auf ein Minimum eingeschränkt werden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Abgasleitsystem der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Wandungen des Abgasleitsystems an ihren Innenflächen mit einer Wärmeisolierung mit geringer Dicke versehen sind, wodurch der Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und den Wandungen auf ein Mindestmaß reduziert ist, und daß die Wandungen an ihrer Außenseite nicht wärmeisoliert sind, da ihre Betriebstemperatur nicht viel höher als die Temperatur der Außenluft ist.
- Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, eine praktische Ausführungsform der im Vorhergehenden angedeuteten Verbesserungen zu schaffen, die Je nach den besonderen Problemen, die bei einer Einrichtung wie dem Abgasleitsystem aurtreten, untersucht wurde. Die Verwendung dner wärmeisolierenden Vorrichtung ist tatsächlich nicht ratsam, da diese eine ziemlich dicke Schicht erfordert, damit ein entsprechendes Maß an Wärmeisolierung erzielt wird, was jedoch überhohe Kosten mit sioh bringen würde.
- Vor allem jedoch sollte eine solche Lösung beiseite geschoben werden, da es für den Einbau eines Abgasleitsystems in einem Kraftfahrzeug nicht genügend Raum gibt, und da sich ein viel zu hohes Gewicht ergeben würde.
- Andererseits ist es bekannt, daß die bekanntesten Wärmeisolatoren unbewegte gasförmige Strömungsmittel sind, da sie einen niedrigen Leitfähigkeitskoeffizienten haben, wenn die für die Wärmeübertragung dadurch die Masse des Strömungsmittels und für die Anregung dieser Ubertragung verantwortlichen Konvektionsströmungen nicht vorhanden sind. Um nun die im Vorhergehenden genannten Probleme zu lösen, wird zwischen die Abgase und die Wandungen des Abgasleitsystems ein unbewegtes gasförmiges Strömungsmittel eingeleitet, welches die Lücke füllt, die durch eine zusätzliche Wandung aus dünnem vorzugsweise gewelltem - Metallblech bzw. Blech aus rostfreiem Stahl gebildet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das gasförmige Strömungsmittel in einer stark porösen Schicht aus keramischem Material enthalten ist, welches auf die Innenfläche der -Wandungen des Abgasleitsystems aufgebracht ist.
- Im folgenden werden nun weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht - teilweise im Schnitt - durch den Kopf eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgasventil und die zugehörige Auspuffleitung dargestellt sind, die mit der erfindungsgemäßen Wärmeisolierung versehen sind; Fig. 2 eine Teildarstellung der Auspuffleitung zur Führung der Gase nach außen, welche ebenfalls wärmeisoliert ist; Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 4 noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- In Fig. 1 ist unter der Bezugsziffer 10 der Kopf einer Mehrzylindermaschine dargestellt, unter der Bezugsziffer 11 die Brennkammer eines (nicht abgebildeten) Zylinders, unter 12 eine im Kopf gebildete Auspuffleitung, unter 13 ein Auspuffventil, und unter 14 eine Auspuffleitung, die mittels Flanschen mit dem Motorkopf in herkömmlicher -und damit nicht abgebildeter - Weise verbunden ist.
- Im Inneren der Leitung 12 ist ein Rohr 15 angeordnet, welches vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht, und im vorliegenden Fall aus einem gewellten Metallblech gebildet ist. Im Inneren der Leitung 14 befindet sich ein ebenfalls aus gewelltem rostfreien Stahlblech bestehendes Rohr 16.
- Da, wie vorerwähnt, der Wärmeaustausch über ein gasförmiges Strömungsmittel durch Konvektion stattfindet, verhindert das sich in Auskleidungen 18 und 19 stauende Abgas den Wärmeaustausch durch Konvektion zwischen den vom Motor und den Wandungen der Auspuffleitungen abgegebenen Gasen, wobei die Ubertragung durch Konvektion und Abstrahlung ebenfalls sehr niedrig sind, da der rostfreie Stahl eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat und da seine Flächen eine reflektierende Wirkung haben und auch im Lauf der Zeit glänzend bleiben.
- Das gewellte Metallblech stellt eine wirksame Dämpfung der Konvektionsbewegungen im Gasvolumen sicher, welches die Auskleidungen füllt, jedoch kann in einigen Abschnitten, besonders in geradlinigen, die Innenauskleidung des Abgasleitsystems aus glattem Metallblech hergestellt werden, während das gewellte Blech wegen seiner Biegsamkeit in den Abschnitten bevorzugt wird, die einen krummlinigen Verlauf haben.
- Nach dem Zusammenbau können die Stücke aus rostfreiem Stahl in die Wandungen des Abgasleitsystems eingeschweißt werden, wobei somit mit Luft gefüllte Auskleidungen geschaffen sind, die ebenfalls zufriedenstellende Isolierungen darstellen. In einem solchen Fall sollten insgesamt gewellte Bleche verwendet werden, damit mechanische Belastungen verhindert werden, die durch die verschiedene Ausdehnung der Teile des Abgasleitsystems und der Innenauskleidung hervorgerufen werden.
- Die in die Leitungen des-Abgasleitsystems eingesetzten rohrförmigen Teile, beispielsweise die Rohre 15 und 16, können aus einem einmetalligen Blechstück hergestellt werden, wobei die Richtung der Wellungen senkrecht zur Rohrachse oder schraubenlinienförmig zu dieser verläuft, oder sie können durch schraubenförmiges Aufwickeln eines Streifens aus in Längsrichtung gewelltem Metallblech hergestellt werden.
- In Fig. 2 sind die Leitung 20, in welcher die von den einzelnen Zylindern kommenden Abgase zusammengefaßt werden, der Flansch 26, welcher mit dem entsprechenden Gegenflansch in dem Bereich, in dem die vom Motorkopf kommenden Leitungen (von denen eine in Fig. 1 gezeigt ist) ineinander übergehen, zusammengefügt wird, sowie ein in die Leitung 20 eingesetzter Auspufftopf 21, welcher, falls eine weitere Verbrennung der in den Abgasen vorhandenen noch unverbrannten Bestandteile die Verwendung eines Nachverbrennungs-Auspufftopfes nicht erfordert, eine schalldämpfende Wirkung hat. Dieser Auspufftopf kann aber auch einen Katalysator aufweisen, d. h. er kann ein Wärmereaktor sin, bei welchem ein oder mehr geräuschdämprende Auspufftöpfe unterhalb desselben angeordnet sind. Ein Rohr 17 aus rostfreiem Stahl, welches aus einem gewellten Blech hergestellt ist, ist im Inneren der Leitung 20 angeordnet.
- Als Innenauskleidung für den Auspufftopf 21 dienen Metall bleche 22 und 23.
- Auf diese Weise erhält man Auskleidungen 24, 25 und 27, in welchen sich das Abgas staut und die, wie oben erwähnt, ein beträchtliches Hindernis für die Wärmeübertragung zwischen den Abgasen und den Wandungen der Leitung 20 und dem Auspufftopf 21 darstellen.
- Das Abgasleitsystem,das teilweise in Fig. 4 dargestellt ist, umfaßt so viele, eine geradlinige Achse und Flansche zum Verbinden mit dem Motorkopf aufweisende Leitungen, wie Zylinder vorhanden sind (in der Zeichnung sind unter 30 und 31 zwei dieser Leitungen dargestellt); außerdem umfaßt es eine Kammer 34, in welcher die vorgenannten Leitungen konvergieren, sowie einen oder mehrere (nicht abgebildete) Rohrabschnitte, die aus der Kammer 34austreten und die Gase nach außen ableiten.
- Rohre 32 und 55 aus rostfreiem Stahl, die aus gewelltem Metallblech hergestellt sind, sind an der Innenseite der Leitungen 30 und 31 angeordnet. Die Bezugsziffer 35 gibt die Innenauskleidung der Kammer 34 an, die ebenfalls aus gewelltem Metallblech besteht.
- Die die Auskleidungen 36, 37 und 38 füllenden Abgase verhindern die Wärmeübertragung aus den strömenden Gasen auf die Wandungen der Leitungen 30 und 3 und der Kammer 54.
- Wie bereits erwähnt, ist in den Abschnitten mit geradliniger Achse die Verwendung gewellter Metallbleche nicht erforderlich (die eine gute Verformbarkeit aufweisen und somit dazu geeignet sind, sich dem Verlauf der Leitungen anzupassen), jedoch ist es von Vorteil, wenn teilweise gewellte glatte Metallbleche verwendet werden, damit eine wirksame Dämpfung der Konvektionsbewegung in den die Auskleidungen 56, 57 und 38 füllenden Abgasen erzielt wird, wodurch eine erhöhte Wärmeisolierung geschaffen wird.
- Fig. 5 zeigt eine Auspuffleitung 28, die nur teilweise dargestellt ist, sowie eine Schicht 29 aus porösem Keramikmaterial, welches an den Wandungen der Leitung angebracht und mit geeignetem Klebstoff befestigt ist. Die sich im Inneren der genannten porösen Keramikschicht stauenden Abgase ermöglichen eine sehr wirksame Wärme isolierung, ohne daß man auf eine beträchtliche Dicke des als wärmeisolierende Schicht verwendeten Keramikmaterils zurückgreifen muß, was beispielsweise bei einem festen Keramikmaterial der Fall wäre.
Claims (9)
- P a t e n t a n s p r ü c h eW1 Abgasleitsystem zum Ableiten der Abgase aus dem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, welche bei einem Mehrzylindermotor aus anfangs mehreren, später miteinander verbundenen Leitungen besteht, wobei die nachfolgenden Leitungsabschnitte gegebenenfalls erforderliche Auspufftöpfe aufweisen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Wandungen des Abgasleitsystems an ihren Innenflächen mit einer Wärmeisolierung mit geringer Dicke versehen sind, wodurch der Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und den Wandungen auf ein Mindestmaß reduziert ist, und daß die Wandungen an ihrer Außenseite nicht wärmeisoliert sind, da ihre Betriebstemperatur nicht viel höher als die Temperatur der Außenluft ist.
- 2. Abgasleitsystem nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Wärmeisolierung mit geringer Dicke im wesentlichen aus einem, eine Auskleidung (24, 25, 27; 56, 37, 38) füllenden gasförmigen Strömungsmittel besteht, wobei die Auskleidung in Form einer aus einer dünnen Wandung (15-17, 32, 33) aus rostfreiem Stahl bestehenden zusätzlichen Wandung vorgesehen ist, und die Konvektionsbewegung des gasförmigen Strömungsmittels durch die geringe Dicke der Auskleidung und aufgrund der besonderen Form derselben auf ein Mindestmaß reduzierbar sind.
- 3. Abgasleitsystem nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die zusätzliche Wandung (15-17, 32 )3) aus rostfreiem Stahl ein dünnes gewelltes Metallblech ist.
- 4. Abgasleitsystem nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zylindrischen Rohrabschnitte (20, 21, 30, 31, 54) mit geradliniger Achse darin eingesetzte Abschnitte (15 - 17, 22, 25, 52, 3), 55) aufweisen, die ursprünglich eine geradlinige Achse hatten und aus vorgefertigten rohrförmigen Teilen aus dünnem gewellten Metallblech bestehen, wobei die Ric-htung der Wellen im wesentlichen senkrecht zur Achse des rohrförmigen Teiles selbst verläuft, und wobei Abschnitte der äußeren Flächen der Wellen an die Innenfläche des rohrförmigen Abschnitts des Abgasleitsystems geklebt sind, während die Achse des aus gewelltem Metallblech bestehenden rohrförmigen Teils nach dem Zusammenbau sich der Krümmung und Richtung der Achse des rohrförmigen Abschnittes des Abgasleitsystemsanpaßt, wobei die Existenz der Wellen eine entsprechende Verformbarkeit des rohrförmigen Teiles sicherstellt.
- 5. Abgasleitsystem nach Anspruch 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die rohrförmigen Teile aus dünnem Metallblech durch schraubenlinienförmiges Aufwickeln eines dünnen, in Längsrichtung gewellten Metallblechstreifens hergestellt sind.
- 6. Abgasleitsystem nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Wärmeisolierung mit geringer Dicke im wesentlichen aus einem im Inneren einer Schicht (29) aus hochporösem Keramikmaterial enthaltenen gasförmigen Strömungsmittel besteht, wobei die poröse Schicht (29) auf die Innenfläche der Wandungen (28) des Abgasleitsystems aufgebracht ist, und in derselben die Konvektionsbewegung des Strömungsmittels vollständig verhinderbar ist.
- 7. Abgasleitsystem nach Anspruch 6, dadurch g e -k e n n z e i c h ne t , daß die poröse Schicht (29) durch Sintern einer auf die Wandung (28) aufgebrachten und die zur Erzielung des porösen Keramikmaterials erforderlichen Bestandteile enthaltenden Schlammschicht hergestellt ist.
- 8. Abgasleitsystem nach Anspruch 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Schlamm aus Aluminiumhydroxid und einem geeigneten organischen Bindemittel besteht und anschließend der Sintervorgang stattfindet.
- 9. Abgasleitsystem nach Anspruch 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n'e t , daß die poröse Schicht aus Keramikmaterial aus Dämpfen ihrer Bestandteile herstellbar ist.Leerseite
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