DE4019093C1

DE4019093C1 - Motor vehicle exhaust duct - has heat exchange manifold attached to engine to cool exhaust

Info

Publication number: DE4019093C1
Application number: DE19904019093
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr.-Ing. 7056 Weinstadt De Boll; Giselher Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Janthur
Original assignee: Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1991-09-26
Anticipated expiration: 2010-06-16

Abstract

The exhaust is for ic engine driven vehicle with an exhaust gas temp monitor and cleaner. The exhaust gases are cooled via a heat exchanging manifold (1) attached directly to the engine. The exhaust temp downstream of the exhaust heat exchanger (9) is the control for the amt of heat carried forward. The cooling system is closed and uses a high bpt cooling fluid such as oil. The fluid is cooled by a fluid-air-heat exchanger (13) attached to the car body at one of the front wheelarches. In cross section, the exhaust manifold has short ribs extending into the exhaust gas stream. fluid from the exhaust-fluid-heat excahnger (9) runs through channels surrounding the inner, ribbed exhaust wall. ADVANTAGE - Good and safe control of the exhaust temp at low cost and space requirement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine ein Kraftfahrzeug antreibende Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Patentan spruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine driving a motor vehicle with those in the preamble of patent pronounced 1 characteristics.

Eine derartige abgasanlage ist aus der DE-OS 28 05 377 be kannt. Bei dieser werden die Abgase im Abgaswärmetauscher zur Vermeidung der Überhitzung ein diesem nachgeschalteten Abgasreinigungsanlage durch ein gasförmiges Kühlmedium gekühlt, das nach seiner Erwärmung nutzlos ins Freie geleitet wird. Eine derartige Kühleinrichtung erfordert, wenn eine wirksame Temperaturabsenkung der Abgase erreicht werden soll, eine große Kühlfläche und einen erheblichen Durchsatz an Kühlmedium.Such an exhaust system is from DE-OS 28 05 377 be knows. In this, the exhaust gases in Exhaust gas heat exchanger to avoid overheating this downstream exhaust gas cleaning system through a gaseous Cooled cooling medium that is useless outside after heating is directed. Such a cooling device requires if an effective temperature reduction of the exhaust gases can be achieved should have a large cooling surface and a significant throughput Cooling medium.

Aus der DE 35 30 472 A1 ist ferner ein Ölkreislauf einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem das Öl in einem ständig von den Abgasen der Brennkraftmaschine durchströmten Wärmetauscher auf Betriebstemperatur erwärmt werden soll. Eine Regelung der Abgastemperatur ist nicht vorgesehen.From DE 35 30 472 A1 an oil circuit is also a Internal combustion engine known in which the oil in a constant from the exhaust gases of the internal combustion engine through the heat exchanger should be heated to operating temperature. A regulation of Exhaust gas temperature is not provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Kraftfahrzeugabgasanlage eine gute und sichere Regelbar keit der Abgastemperatur mit einem geringen Kosten- und Platz bedarf zu gewährleisten sowie die anfallende Wärmemenge sinn voll zu nutzen. The invention has for its object in a Generic motor vehicle exhaust system a good and safe controllable exhaust gas temperature with a low cost and space need to ensure and the amount of heat generated makes sense full use.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is through the characterizing features of claim 1 solved.

Die Verwendung einer hochsiedenden Flüssigkeit im Kühlkreislauf gewährleistet eine hohe Wärmeaufnahmefähigkeit aus den Abgasen auch bei geringen Abmessungen des Abgas-Flüssigkeits- Wärmetauschers und damit verbundenem geringem Platzbedarf und geringen Strömungsverlusten, so daß auch unter ungünstigen Um ständen eine Begrenzung der Höchsttemperatur der Abgase si chergestellt ist. Die Rückkühlung der hochsiedenden Flüssigkeit mit deren möglichen hohen Übertragungstemperatur im Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher ist bei dessen besonderer Lage auch bei hohen Außentemperaturen durch den Fahrtwind oder durch die warme Motorraumabluft gewährleistet. Unabhängig davon er möglicht die Wärmeabgabe im Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher ein Freihalten der Radkästen von Schnee und Eis. Da die beschrie bene Begrenzung der Abgastemperatur keinen Eingriff in beste hende Anlagen notwendig macht, ist auch ein späterer Einbau - leicht möglich.The use of a high-boiling liquid in the cooling circuit ensures a high heat absorption capacity from the exhaust gases even with small dimensions of the exhaust gas liquid Heat exchanger and the associated small space requirement and low flow losses, so that even under unfavorable order there would be a limit on the maximum temperature of the exhaust gases is created. The recooling of the high-boiling liquid with their possible high transmission temperature in Liquid-air heat exchanger is in its special location even at high outside temperatures due to the wind or through the warm engine compartment exhaust air ensures. Regardless of it enables heat to be given off in the liquid-air heat exchanger Keep the wheel arches free of snow and ice. Since the described The exhaust gas temperature limit does not interfere with the best existing systems is necessary, a later installation is also - easily possible.

Die Ausbildung des Erfindungsgegenstandes nach dem Patentan spruch 2 verbessert den Wärmeübergang zwischen dem Abgas und dem Auspuffkrümmer. Aus der DE-PS 8 09 863 ist bereits ein als Wärmetauscher ausgebildeter Schalldämpfer bekannt, bei dem zur besseren Wärmeaufnahme Rippen in den Abgasstrom ragen.The formation of the subject of the invention according to the patent saying 2 improves the heat transfer between the exhaust gas and the exhaust manifold. From DE-PS 8 09 863 is already a Heat exchanger trained muffler known in which to better heat absorption ribs protrude into the exhaust gas flow.

Ähnlich wird durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 3 der Wärmeübergang zwischen dem Auspuffkrümmer und der Flüssigkeit ohne Bauraumvergrößerung verbessert.Similarly, the measures of claim 3 Heat transfer between the exhaust manifold and the liquid improved without increasing the installation space.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigtIn the following the invention based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. Here shows

Fig. 1 eine in ein Kraftfahrzeug eingebaute Anordnung zur Begrenzung der Abgastemperatur mit einem Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher und einem Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher, Fig. 1 is a built-in into a motor vehicle arrangement for limiting the exhaust gas temperature with an exhaust gas-liquid heat exchanger and a liquid-air heat exchanger,

Fig. 2 die Lage des Flüssigkeits-Luft-Wärmetauschers im Kraftfahrzeug, Fig. 2 shows the location of the liquid-air heat exchanger in a motor vehicle,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Abgas-Flüssigkeits- Wärmetauscher der Fig. 1 und Fig. 3 shows a cross section through the exhaust gas-liquid heat exchanger of Fig. 1 and

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Flüssigkeits-Luft- Wärmetauscher der Fig. 1 und 3. Fig. 4 shows a cross section through the liquid-to-air heat exchanger of Fig. 1 and 3.

Ein Auspuffkrümmer 1 mit sechs Abgasstutzen 2 wird von den Ab gasen einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine durchströmt. An den Auspuffkrümmer 1 schließt sich eine Abgas leitung 3 an, in der ein Katalysator 4 angeordnet ist. Der Auspuffkrümmer 1 ist mit Radialabstand von einem zweigeteilten Mantel 5 umgeben, so daß ein Zwischenraum 6 entsteht, in dem eine hochsiedende Flüssigkeit wie ein Öl von zwei Rippen 7 schraubenförmig geführt ist, die im Zwischenraum 6 zwischen der Wand 8 des Auspuffkrümmers 1 und dem Mantel 5 schraubenförmig ausgebildet sind. Im Bereich des so gebildeten Abgas- Flüssigkeits-Wärmetauschers 9 ragen von der Wand 8 des Auspuff krümmers 1 kurze Rippen 10 in den Abgaskanal 11, die den Wärme übergang vom Abgas zur Wand 10 verbessern.An exhaust manifold 1 with six exhaust pipe 2 is flowed through from the gases from an internal combustion engine, not shown. At the exhaust manifold 1 , an exhaust pipe 3 connects, in which a catalyst 4 is arranged. The exhaust manifold 1 is surrounded at a radial distance by a two-part jacket 5 , so that an intermediate space 6 is formed in which a high-boiling liquid such as an oil is helically guided by two ribs 7 , which is in the intermediate space 6 between the wall 8 of the exhaust manifold 1 and the jacket 5 are helical. In the area of the exhaust gas-liquid heat exchanger 9 thus formed, short ribs 10 protrude from the wall 8 of the exhaust manifold 1 into the exhaust duct 11 , which improve the heat transfer from the exhaust gas to the wall 10 .

Der Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher 9 ist über ein Leitungs system 12 mit einem Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 13 verbun den, der in einem Radkasten 14 im Vorderteil des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges 15 angebracht ist und hier die Flüssigkeitswärme an die einströmende Umge bungsluft und an die Motorraumluft abgibt. Im Leitungssystem 12 sind ein Druckbehälter 16 zur Aufrechterhaltung eines Über drucks in der Flüssigkeit sowie eine Pumpe 17 zur Umwälzung der Flüssigkeit angeordnet. Die Pumpe 17 wird in Abhängigkeit von der Abgastemperatur in der Abgasleitung 3 stromauf des Katalysators 4 gesteuert. Dazu ist in dieser ein Temperatur fühler 18 angeordnet, dessen Signale über eine Logikschaltung 19 der Pumpe 17 zugeführt werden. Bei einer Abgastemperatur, die eine Schädigung des Katalysators 4 wegen Überhitzung er warten läßt, wird die Pumpe 17 eingeschaltet, so daß die Flüs sigkeit Abgaswärme vom Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher 9 zum Flüssigkeits-Luft- Wärmetauscher 13 führen kann und so die Abgastemperatur senkt. Wegen der hohen Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Medien in den Wärmetauschern 9 und 13 findet ein großer Wärme übergang statt, insbesondere wenn die Flüssigkeit trotz ihrer hohen Siedetemperatur ganz oder teilweise im Abgas- Flüssigkeits-Wärmetauscher 9 verdampft und entsprechend im Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 13 kondensiert. Bei einer für den Katalysator 4 zulässigen Abgastemperatur ist die Pumpe 17 ausgeschaltet, so daß im Katalysator 4 eine für seinen Betrieb günstige Temperatur herrscht. Durch die beschriebene Anordnung ist es möglich, den Katalysator 4 ohne Gefahr einer Über hitzung nahe an der Brennkraftmaschine anzuordnen, um so seine Betriebstemperatur rascher zu erreichen.The exhaust gas-liquid heat exchanger 9 is connected via a line system 12 to a liquid-air heat exchanger 13 which is mounted in a wheel housing 14 in the front part of the motor vehicle 15 driven by the internal combustion engine and here the liquid heat to the incoming ambient air and releases to the engine compartment air. In the line system 12 , a pressure vessel 16 for maintaining an excess pressure in the liquid and a pump 17 for circulating the liquid are arranged. The pump 17 is controlled as a function of the exhaust gas temperature in the exhaust line 3 upstream of the catalytic converter 4 . For this purpose, a temperature sensor 18 is arranged in the latter, the signals of which are supplied to the pump 17 via a logic circuit 19 . At an exhaust gas temperature, which causes damage to the catalytic converter 4 due to overheating, the pump 17 is switched on, so that the liquid exhaust gas heat from the exhaust gas-liquid heat exchanger 9 can lead to the liquid-air heat exchanger 13 , thus reducing the exhaust gas temperature. Because of the high temperature differences between the individual media in the heat exchangers 9 and 13 , a large heat transfer takes place, especially if the liquid evaporates in whole or in part in the exhaust gas-liquid heat exchanger 9 despite its high boiling temperature and condenses accordingly in the liquid-air heat exchanger 13 . At an exhaust gas temperature permissible for the catalytic converter 4 , the pump 17 is switched off, so that the catalytic converter 4 has a temperature which is favorable for its operation. The arrangement described makes it possible to arrange the catalytic converter 4 close to the internal combustion engine without the risk of overheating, in order to reach its operating temperature more quickly.

Claims

1. Abgasanlage für eine ein Kraftfahrzeug antreibende Brenn kraftmaschine, mit einer abgastemperaturüberwachten Abgasrei nigungsanlage, wobei die Abgase in einem unmittelbar an die Brennkraftmaschine anschließenden, als Wärmetauscher ausgebil deten Auspuffkrümmer gekühlt werden und wobei die Abgastempe ratur stromab des Abgaswärmetauschers die Steuerungsgröße für die im Abgaswärmetauscher übertragene Wärmemenge ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel eine hochsiedende Flüssigkeit, wie Öl, in einem geschlossenen Kreislauf verwendet wird, das in einem im Bereich eines vorderen Radkastens (14) an der Karosserie des Kraftfahrzeuges (15) angeordneten Flüssigkeits-Luft- Wärmetauscher (13) rückgekühlt wird. 1. Exhaust system for an internal combustion engine driving a motor vehicle, with an exhaust gas temperature-monitored exhaust gas cleaning system, the exhaust gases being cooled in an exhaust manifold directly connected to the internal combustion engine, designed as a heat exchanger, and wherein the exhaust gas temperature downstream of the exhaust gas heat exchanger is the control variable for those transmitted in the exhaust gas heat exchanger The quantity of heat is characterized in that a high-boiling liquid, such as oil, is used as a coolant in a closed circuit which is arranged in a liquid-air heat exchanger ( 13 ) arranged in the region of a front wheel housing ( 14 ) on the body of the motor vehicle ( 15 ) ) is cooled down.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kurze Rippen (10) von der Wand (8) des Auspuffkrümmers (1) nach innen in den Abgasstrom ragen.2. Exhaust system according to claim 1, characterized in that short ribs ( 10 ) protrude from the wall ( 8 ) of the exhaust manifold ( 1 ) inwards into the exhaust gas flow.

3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Abgas-Flüssigkeits-Wärmetauscher (9) die Wand (8) des Auspuffkrümmers (1) durch Rippen (7) geführt, schraubenförmig umströmt.3. Exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid in the exhaust gas-liquid heat exchanger ( 9 ) out the wall ( 8 ) of the exhaust manifold ( 1 ) through ribs ( 7 ), flows helically.