DE4324458B4

DE4324458B4 - Wassergekühltes Rohrelement

Info

Publication number: DE4324458B4
Application number: DE4324458A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Hein
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1993-07-21
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2013-07-22
Also published as: DE4324458A1

Abstract

Auspuffkrümmer für Verbrennungsmotoren, im wesentlichen umfassend
– wenigstens einen Flansch (1) zum Befestigen am Motorblock des Verbrennungsmotors,
– ein doppelwandiges Außenrohr (3, 15), das von einem Kühlmittel durchströmt werden kann,
– und ein gasführendes Innenrohr (11), das
– innerhalb des Außenrohrs (3) gehaltert ist
– und von diesem mit Ausnahme von Befestigungsstellen durch einen Ringspalt (12) thermisch isoliert ist,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
– das Außenrohr (3) ist aus zwei miteinander verbundenen Blechteilschalen gebildet,
– über das Außenrohr (3) erstreckt sich eine Zusatzschale (15) aus miteinander verbundenen Blechteilschalen,
– das Innenrohr (11) besteht aus mehreren Teilen (11a, 11b, 11c),
– die Innenrohrteile (11a, 11b, 11c) sind im Bereich des Flansches (1) mit dem Außenrohr (3) verbunden,
– zwischen den Innenrohrteilen (11a, 11b, 11c) sind Schiebesitze (13, 14) ausgebildet.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Auspuffkrümmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, Auspuffkrümmer aus doppelschaligen Rohren herzustellen, von denen das innere Rohr das Abgas führt. Zwischen beiden Rohren ist ein Luftspalt vorhanden, der gegebenenfalls auch mit einem isolierenden Material ausgefüllt werden kann. Auf diese Weise bleibt das tragende Außenrohr kühler als das von dem Abgas direkt beaufschlagte Innenrohr.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Abgaskrümmer mit Wasser zu kühlen. Dabei erfolgt eine Kühlung des das Abgas führenden Rohres. Eine derartige Kühlung hat zwar den Vorteil, dass sich die Temperatur des Abgaskrümmers verringert, sie hat jedoch den Nachteil, dass auf diese Weise das Abgas ebenfalls kühler wird, so dass die Leistungsfähigkeit des Katalysators verringert wird.

Aus der DE 23 37 479 A ist ein Auspuffkrümmer bekannt, dessen Außenrohr doppelwandig und einstückig mit den Anschlussflanschen im Formguss hergestellt ist. Im Inneren des Außenrohrs ist ein Gas führendes Innenrohr vorgesehen, welches im Bereich der Anschlussflansche Öffnungen für den Gaseintritt besitzt. Das Innenrohr ist von Lagerringen getragen, deren Anzahl mit der Anzahl der Anschlussflansche übereinstimmt. Im Bereich der Anschlussflansche sind die Lagerringe mit dem Innenrohr verschweißt. Um das Einströmen der Abgase in das Innenrohr zu ermöglichen, sind im Bereich der Anschlussflansche Lagerringe und Innenrohr mit Gaseintrittsöffnungen versehen. Das Innenrohr ist an seinem einen Ende mit dem Außenrohr verschweißt. Die Herstellung des Außenrohrs und der Anschlussflansche aus Gussmaterial hat ein hohes Gewicht zur Folge. Da das Innenrohr an seinem einen Ende mit dem Außenrohr verschweißt ist, führt das andere Ende des Innenrohrs der Temperaturdifferenz zwischen Innenrohr und Außenrohr entsprechende Längshübe durch, was zu einem Metallabrieb zwischen Außenrohr und Lagerringen führt. Das ist unbefriedigend.

Ebenfalls bekannt ist eine mehrteilige Abgasleitung (DE-PS 35 39 778), die aus einer inneren Rohrleitung und einem diese mit Abstand umgebenden Gehäuse aufgebaut ist, von denen jedes Gehäuse einen Kühlflüssigkeitsraum aufweist.

Weiterhin bekannt ist ein Abgasleitungssystem (DE-OS 27 44 964), bei dem eine Isolierwandung die Abgasleitung umgibt. Die Isolierwandung enthält Wasser-Längskammern, die von Kühlwasser durchströmt sind. Die Isolierwandung ist einstückig als Stranggussteil aus Leichtmetall hergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Auspuffkrümmer zu schaffen, der im Betrieb eine niedrigere Temperatur aufweist, ohne die Wirkung des Katalysators in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Auspuffkrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Unter der Erfindung ist nicht nur ein klassischer Auspuffkrümmer zu verstehen, sondern allgemeiner ein Leitungsstück, durch das ein Gas strömt. Es kann beliebig komplizierte Formen und auch mehrere Einlässe aufweisen. Es kann auch insgesamt aus einem oder mehreren Blechteilen bzw. Halbschalen zusammengesetzt sein.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, die Temperatur der Rohrelemente eines Auspuffkrümmeres zu verringern. Aufgrund der verringerten Temperatur verringern sich Wärmespannungen an der tragenden Konstruktion, die zu geringeren Belastungen der Flanschverbindungen, beispielsweise mit dem Motor, führen. Dies führt dazu, dass zum Teil aufwändig gestaltete Flansche oder hochwertige Schalenwerkstoffe, größere Materialdicken, besondere Schweißnahtgestaltungen, dickere Stehbolzen usw. gegebenenfalls entfallen können. Der Herstellungsaufwand und die Materialkosten verringern sich trotz der zusätzlichen Maßnahmen.

Da das Kühlmittel nicht an dem gasführenden Innenrohr angreift, sondern an dem schon thermisch isolierten, gegebenenfalls tragenden Außenrohr, erhöht sich die thermisch an den Abgasstrom angekoppelte Masse nur unwesentlich. Lediglich die Temperaturdifferenz zwischen dem gasführenden Innenrohr und der Außenschale erhöht sich, so dass mit steigender Gastemperatur und damit steigender Wandungstemperatur des Innenrohrs der Wärmeübergang durch Strahlung und Konvektion zunimmt. Mit steigender Temperatur wird dem Abgas mehr Wärme entzogen, was als ein positiver Effekt im oberen den Katalysator stark belastenden Temperaturbereich bewertet werden kann.

Besonders günstig ist es, wenn die Zusatzschale als das Außenrohr und/oder das Innenrohr im wesentlichen vollständig umgebendes Rohr ausgebildet ist. Dann erfolgt eine Kühlung der gesamten Oberfläche des Außenrohrs.

Der durch die Zusatzschale mit dem Außenrohr gebildete Zwischenraum kann beispielsweise in radialer Richtung eine Dicke von 2 mm aufweisen, so dass die benötigte Kühlmittelmenge niedrig ist.

Es ist ebenfalls möglich, dass ein sich an den Auspuffkrümmer anschließendes Vorrohr und/oder ein Katalysatorgehäuse in der geschilderten Weise ausgebildet ist.

Die Erfindung schlägt in Weiterbildung vor, dass als Kühlmittel das Kühlwasser des Motorkreislaufs verwendet wird. Es hat sich herausgestellt, dass im Vergleich zu der Abwärme des Motorkühlkreislaufs nur relativ kleine Wärmemengen anfallen, so dass der Motorkühlkreislauf zur Kühlung ausreicht bzw. nur geringe Vergrößerungen des Kühlkreislaufs erforderlich sind. Mit der zusätzlich auftretenden Wärme könnte beispielsweise das Ansprechen der Kraftfahrzeugheizung und die Motorerwärmung verbessert werden.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der von Kühlmittel durchströmte Zwischenraum bis zu den Verbindungsflanschen heranreicht oder auch in diese hineinreicht. Auf diese Weise lassen sich auch die Verbindungsflansche kühlen.

Die Erfindung schlägt in Weiterbildung vor, den Eintritt und/oder den Austritt des Kühlwassers durch den Eintrittsflansch hindurch zu realisieren, also durch den Zylinderkopf. Dadurch kann der Kühlmantel direkt an einen Kühlkreislauf angeschlossen werden, ohne dass Leitungen oder Schläuche vorhanden sein müssen.

Das gasführende Innenrohr kann aus einem dünnen Blechteil gebildet sein, jedoch auch aus Guss bestehen. Vorzugsweise ist es dünnwandiger als das Außenrohr.

Zur Herstellung der Gasdichtigkeit können die Schiebesitze mit einem Wellbalg abgedichtet sein.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen
1 eine Vorderansicht eines Auspuffkrümmers nach der Erfindung,
2 eine Aufsicht auf den Krümmer der 1 von oben,
3 einen Teilschnitt längs Linie III-III in 1.
Der Auspuffkrümmer der 1 enthält einen Flansch 1 zu seiner Befestigung an einem Motorblock. Der Flansch 1 enthält eine Reihe von Löchern 2, mit deren Hilfe er an dem Motorblock festgeschraubt werden kann. Mit dem Flansch verschweißt ist ein Außenrohr 3, das im dargestellten Beispiel drei Einlassöffnungen zur Verbindung mit den Auslassöffnungen aus dem Motorblock und eine Auslassöffnung 4 aufweist. Im Bereich der Auslassöffnung 4 ist an dem Außenrohr 3 ein weiterer Flansch 5 angeschweißt, mit dessen Hilfe an dem Auspuffkrümmer ein Vorrohr befestigt werden kann.
Das Außenrohr 3 ist im dargestellten Fall aus zwei Blechhalbschalen zusammengesetzt, die längs einer Längsmittellinie miteinander durch Falzen oder dergleichen verbunden und verschweißt sind.
In das in 1 zu sehende linke Ende des Außenrohrs führt oberhalb und unterhalb der Verbindung 6 der beiden Halbschalen je eine Kühlmittelleitung 8, die dann zu einer einzigen Leitung zusammengefasst sind. Im Bereich des gegenüberliegenden Endes des Auspuffkrümmers führt aus der Außenschale wiederum oberhalb und unterhalb der Verbindungslinie 6 je ein Kühlmittelschlauch 7 heraus. Ebenfalls möglich ist es, nur eine Leitung im Falzbereich zu verwenden, die gegebenenfalls auch beide Kammern verbindet.
Aus der Aufsicht der 2 ist zu sehen, dass das Außenrohr 3 drei Einlassstutzen 9 bildet, die an dem Flansch 1 angeschweißt sind. Die Kühlmittelleitungen 7, 8 sind so angeordnet, dass sie im Bereich der jeweils gegenüberliegenden Enden des Auspuffkrümmers liegen. Ebenfalls zu sehen ist, dass der Verbindungsflansch 5 Muttern 10 zum Anschrauben an den entsprechenden Flansch des Vorrohrs aufweist.
Der Schnitt der 3 zeigt den Aufbau des Auspuffkrümmers aus dem erwähnten tragenden Außenrohr, das an den Flansch 1 angeschweißt ist.
Innerhalb des Außenrohrs 3 ist ein gasführendes Innenrohr 11 angeordnet, dass aus mehreren Einzelteilen 11a, 11b, 11c besteht. Die einzelnen Teile sind jeweils im Bereich des Flansches 1 mit dem Außenrohr 3 verschweißt. Im übrigen Bereich ist überall zwischen dem Innenrohr 11 und dem Außenrohr 3 ein leerer Ringspalt 12 gebildet. Dieser Ringspalt 12 könnte auch mit einem isolierenden Material gefüllt sein. Er ist in der Regel aber luftgefüllt.
Die Verbindung der Einzelteile 11a, 11b, 11c des Innenrohrs 11 miteinander geschieht mit Hilfe von Schiebesitzen, wie sie beispielsweise zwischen den Teilen 11a und 11b bei 13 und zwischen den Teilen 11b und 11c bei 14 angedeutet sind. Aufgrund der unterschiedlichen Temperatur des wärmeren Innenrohrs und des weniger warmen Außenrohrs 3 können die Schiebesitze 13 Temperaturspannungen ausgleichen. Ebenso ist es möglich, die Schiebesitze 13 mit einem Wellbalg abzudichten.
Parallel zu dem Außenrohr 3 ist auf dessen Außenseite eine Zusatzschale 15 aus Blech gebildet, die sich über die äußere Oberfläche der Außenschale 3 erstreckt und von dieser einen geringen Abstand von beispielsweise 2 bis 3 mm aufweist. Der Raum zwischen der Außenschale 3 und der Zusatzschale 15 ist zugänglich durch die Kühlmittelleitungen 7 und 8. Die Kühlmittelleitung 7 ist an den Kühlkreislauf des Motors angeschlossen, so dass Kühlwasser aus dem Kühlkreislauf durch die Leitung 8 in den zwischen Außenschale 3 und der Zusatzschale 15 gebildeten Zwischenraum 16 gelangt. Aus dem Zwischenraum 16 gelangt das erwärmte Kühlwasser durch die Leitung 7 zurück in den Kühlkreislauf des Motors. Das Kühlmittel, beispielsweise das Kühlwasser des Motors, wird also zum Kühlen der Außenschale 3 verwendet, die ihrerseits durch den Luftspalt 12 schon von dem heißen gasführenden Innenrohr 11 isoliert ist. Daher muss das Kühlwasser nur die relativ niedrige Temperatur der Außenschale 3 abkühlen, so dass es keine große Wärme aufzunehmen hat. Andererseits verringert die herabgekühlte Temperatur der Außenschale 3 die Temperatur des Abgase in dem Innenrohr 11 nur dann, wenn das Innenrohr 11 im Bereich seiner Maximaltemperatur liegt. Es erfolgt also beim Starten des Motors keine Kühlung des Innenrohrs, so dass die Katalysatorwirkung nicht beeinträchtigt wird. Erst im oberen, den Katalysator stark belastenden Temperaturbereich wird dem Abgas Wärme entzogen, was sich als durchaus positiv auswirkt.

Claims

Auspuffkrümmer für Verbrennungsmotoren, im wesentlichen umfassend – wenigstens einen Flansch (1) zum Befestigen am Motorblock des Verbrennungsmotors, – ein doppelwandiges Außenrohr (3, 15), das von einem Kühlmittel durchströmt werden kann, – und ein gasführendes Innenrohr (11), das – innerhalb des Außenrohrs (3) gehaltert ist – und von diesem mit Ausnahme von Befestigungsstellen durch einen Ringspalt (12) thermisch isoliert ist, gekennzeichnet durch die Merkmale: – das Außenrohr (3) ist aus zwei miteinander verbundenen Blechteilschalen gebildet, – über das Außenrohr (3) erstreckt sich eine Zusatzschale (15) aus miteinander verbundenen Blechteilschalen, – das Innenrohr (11) besteht aus mehreren Teilen (11a, 11b, 11c), – die Innenrohrteile (11a, 11b, 11c) sind im Bereich des Flansches (1) mit dem Außenrohr (3) verbunden, – zwischen den Innenrohrteilen (11a, 11b, 11c) sind Schiebesitze (13, 14) ausgebildet.
Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – der Zwischenraum (16) zwischen Außenrohr (3) und Zusatzschale (15) reicht an wenigstens einen Verbindungsflansch (5) heran.
Auspuffkrümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – der Zwischenraum (16) im Außenrohr (3) reicht in einen Verbindungsflansch (5) hinein.
Auspuffkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: – das gasführende Innenrohr (11) ist dünnwandiger als das Außenrohr (3).
Auspuffkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: – am Außenrohr (3) sind Anschlüsse (7, 8) für das Kühlmittel vorgesehen.
Auspuffkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Schiebesitze (13, 14) sind mit einem Wellbalg abgedichtet.
Auspuffkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Zusatzschale (15) umgibt das Außenrohr (3) vollständig.