DE4324458A1 - Wassergekühltes Rohrelement - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Auspuffkrümmer.

Es ist bekannt, Auspuffkrümmer aus doppelschaligen Rohren herzustellen, von denen das innere Rohr das Abgas führt. Zwischen beiden Rohren ist ein Luftspalt vorhanden, der ggf. 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 Vor­ teil, 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 Ka­ talysators verringert wird.

Es ist bereits eine mehrteilige Auspuffleitung für Brenn­ kraftmaschinen bekannt (DE-OS 23 37 479), bei der eine ein­ stückig doppelwandige Außenleitung in ihrem Hohlraum von Kühlmittel durchflossen ist. Angaben darüber, wie das Kühl­ mittel in den Hohlraum gelangt, sind nicht gemacht.

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, ein abgasführendes Rohrelement, insbesondere einen Auspuffkrümmer, zu schaffen, der im Betrieb eine niedrigere Temperatur aufweist, ohne die Wirkung des Katalysators in irgendeiner Weise zu beeinträch­ tigen.

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

Unter Rohr ist im Sinne der Erfindung nicht nur ein üblicher­ weise als Rohr bezeichnetes Element 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 des Rohrelementes, also beispielsweise eines Auspuffkrümmers, zu verringern. Aufgrund der verringerten Temperatur verringern sich Wärmespannungen an der tragenden Konstruktion, die zu geringeren Belastungen der Flanschverbindungen, beispielswei­ se mit dem Motor, führen. Dies führt dazu, daß zum Teil auf­ wendig gestaltete Flansche oder hochwertige Schalenwerkstof­ fe, größere Materialdicken, besondere Schweißnahtgestaltun­ gen, dickere Stehbolzen usw. gegebenenfalls entfallen können. Der Herstellungsaufwand und die Materialkosten für das Rohr­ element verringern sich trotz der zusätzlichen Maßnahmen.

Da das Kühlmittel nicht an dem gasführenden Innenrohr an­ greift, sondern an dem schon thermisch isolierten, ggf. tra­ genden Außenrohr, erhöht sich die thermisch an den Abgas­ strom angekoppelte Masse nur unwesentlich. Lediglich die Temperaturdifferenz zwischen dem gasführenden Innenrohr und der Außenschale erhöht sich, so daß mit steigender Gastempe­ ratur 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 be­ lastetenden Temperaturbereich bewertet werden kann.

Erfindungsgemäß kann die thermische Isolierung durch einen einen Ringspalt bildenden Abstand zwischen dem gasführenden Innenrohr und dem Außenrohr gebildet werden.

Die Zusatzschale kann sich beispielsweise über die innere Oberfläche des Außenrohres erstrecken, wobei sie in diesem Fall selbst gegenüber dem Innenrohr isoliert ist.

Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Zusatzschale sich über die äußere Oberfläche des Außenrohres erstreckt.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß sich die Zusatz­ schale zur Bildung des kühlmitteldurchströmten Zwischenraumes nur über einen Teil der Oberfläche des Außenrohres erstreckt. Es hängt von den Umständen des Einzelfalles ab, welche Teile auf diese Weise gekühlt werden sollen oder können. So kann es beispielsweise ausreichen, bestimmte besonders gefährdete Teile zu kühlen.

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

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

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß sowohl das Außen­ rohr als auch die Zusatzschale aus Blechteilschalen zusammen­ gesetzt sind, beispielsweise aus Blechhalbteilen, die sich leicht herstellen lassen und die dann zur Bildung eines Roh­ res zusammengesetzt werden. Es können dabei auch zwei vonein­ ander getrennte Zwischenräume gebildet werden, die dann pa­ rallel vom Kühlmittel durchströmt werden.

Insbesondere schlägt die Erfindung vor, daß das Rohrelement ein Auspuffkrümmer 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 Kühlmit­ tel das Kühlwasser des Motorkreislaufs verwendet wird. Es hat sich herausgestellt, daß im Vergleich zu der Abwärme des Mo­ torkühlkreislaufs 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 Motorerwär­ mung verbessert werden.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß der 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 Eintritts­ flansch 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 Material des gasführenden Innenrohrs kann aus einem dünnen Blechteil gebildet sein, jedoch auch aus Guß bestehen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung er­ geben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Be­ zugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der fol­ genden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Auspuffkrümmers nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Krümmer der Fig. 1 von oben;

Fig. 3 einen Teilschnitt längs Linie III-III in Fig. 1.

Der Auspuffkrümmer der Fig. 1 enthält einen Flansch 1 zu seiner Befestigung an einem Motorblock. Der Flansch 1 ent­ hält eine Reihe von Löchern 2, mit deren Hilfe er an dem Motorblock festgeschraubt werden kann. Mit dem Flansch ver­ schweißt ist ein Außenrohr 3, das im dargestellten Beispiel drei Einlaßöffnungen zur Verbindung mit den Auslaßöffnungen aus dem Motorblock und eine Auslaßöffnung 4 aufweist. Im Be­ reich der Auslaßöffnung 4 ist an dem Außenrohr 3 ein weite­ rer Flansch 5 angeschweißt, mit dessen Hilfe an dem Auspuff­ krümmer ein weiterführendes Vorrohr befestigt werden kann.

Das Außenrohr 3 ist im dargestellten Fall aus zwei Blechhalb­ schalen zusammengesetzt, die längs einer Längsmittellinie miteinander durch Falzen o. dgl. verbunden und verschweißt sind.

In das in Fig. 1 zu sehende linke Ende des Außenrohres führt oberhalb und unterhalb der Verbindung 6 der beiden Halbscha­ len je eine Kühlmittelleitung 8, die dann zu einer einzigen Leitung zusammengefaßt sind. Im Bereich des gegenüberliegen­ den Endes des Auspuffkrümmers führt aus der Außenschale wie­ derum oberhalb und unterhalb der Verbindungslinie 6 je ein Kühlmittelschlauch 7 heraus. Ebenfalls möglich ist es, nur eine Leitung im Falzbereich zu verwenden, die ggf. auch beide Kammern verbindet.

Aus der Aufsicht der Fig. 2 ist zu sehen, daß das Außenrohr 6 drei Einlaßstutzen 9 bildet, die an dem Flansch 1 ange­ schweißt sind. Die Kühlmittelleitungen 7, 8 sind so angeord­ net, daß sie im Bereich der jeweils gegenüberliegenden Enden des Auspuffkrümmers liegen. Ebenfalls zu sehen ist, daß der Verbindungsflansch 5 Schrauben 10 zum Anschrauben an den ent­ sprechenden Flansch des Vorrohrs aufweist.

Der Schnitt der Fig. 3 zeigt den Aufbau des Auspuffkrümmers aus dem erwähnten tragenden Außenrohr 3, das an den Flansch 1 angeschweißt ist.

Innerhalb des Außenrohres 3 ist ein gasführendes Innenrohr 11 angeordnet, das aus mehreren einzelnen Teilen 11a, 11b, 11c besteht. Die einzelnen Teile sind jeweils im Bereich des Flansches 1 mit dem Außenrohr 3 verschweißt. Im übrigen Be­ reich ist überall zwischen dem Innenrohr 11 und dem Außen­ rohr 3 ein leerer Ringspalt 12 gebildet. Dieser Ringspalt 12 könnte auch mit einem isolierenden Material gefüllt sein. Er ist in der Regel aber leer, d. h. also luftgefüllt.

Die Verbindung der Einzelteile 11a, 11b, 11c des Innenrohres 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. Auf­ grund der unterschiedlichen Temperatur des wärmeren Innen­ rohres und des weniger warmen Außenrohres 3 können die Schie­ besitze 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 2-3 mm aufweist. Der Raum zwischen der Außenschale 3 und der Zusatzschale 15 ist zugänglich durch die Kühlmittelleitungen 7 und 8. Die Kühl­ mittelleitung 7 ist an den Kühlkreislauf des Motors ange­ schlossen, so daß Kühlwasser aus dem Kühlkreislauf durch die Leitung 8 in den zwischen der Außenschale 3 und der Zusatz­ schale 15 gebildeten Zwischenraum 16 gelangt. Aus dem Zwi­ schenraum 16 gelangt das erwärmte Kühlwasser durch die Lei­ tung 7 zurück in den Kühlkreislauf des Motors. Das Kühlmit­ tel, 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 nied­ rige Temperatur der Außenschale 3 abkühlen, so daß es keine große Wärme aufzunehmen hat. Andererseits verringert die her­ abgekühlte Temperatur der Außenschale 3 die Temperatur des Abgases 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 Innenrohres, so daß die Katalysatorwirkung nicht beeinträchtigt wird. Erst im oberen, den Katalysator stark belastenden Temperaturbereich wird dem Abgas etwas Wärme entzogen, was sich als durchaus positiv auswirkt.

Claims (14)

1. Rohrelement mit

• 1.1 einem Außenrohr (3),
• 1.2 einem gasführenden Innenrohr (11), das
• 1.2.1 innerhalb des Außenrohres (3) gehaltert ist und
• 1.2.2 von diesem ggf. mit Ausnahme von Befestigungs­ stellen thermisch isoliert ist, sowie mit
• 1.3 einer Zusatzschale (15), die
• 1.3.1 sich über mindestens einen Teil der Oberfläche des Außenrohres (3) erstreckt,
• 1.3.2 mit diesem einen abgedichteten Zwischenraum (16) bildet, der
• 1.3.3 von einem Kühlmittel durchströmt wird.

2. Rohrelement nach Anspruch 1, bei dem die thermische Isolierung durch einen einen Ringspalt (12) bildenden Abstand gebildet ist.

3. Rohrelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zusatz­ schale (15) sich über die innere Oberfläche des Außen­ rohres (3) erstreckt und gegenüber dem Innenrohr (11) isoliert ist.

4. Rohrelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Zusatzschale (15) sich über die äußere Oberfläche des Außenrohres (3) erstreckt.

5. Rohrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zusatzschale (15) als das Außenrohr (3) und/oder das Innenrohr (11) im wesentlichen vollständig umgeben­ des Rohr ausgebildet ist.

6. Rohrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Außenrohr (3) und die Zusatzschale (15) aus mit­ einander verbundenen Blechteilschalen zusammengesetzt sind.

7. Rohrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Anschluß für Kühlmittelleitungen (7, 8).

8. Rohrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kühlmittel das Kühlwasser des Motorkreislaufs des Motors ist.

9. Rohrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Auspuffkrümmer.

10. Rohrelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Vor­ rohr.

11. Rohrelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Kataly­ satorgehäuse.

12. Rohrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zwischenraum (16) zwischen dem Außenrohr (3) und der Zusatzschale (15) bis an mindestens einen Verbin­ dungsflansch (5) heran- und ggf. in diesen hineinreicht.

13. Rohrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Außenrohr (3) tragend ausgebildet ist und/oder das gasführende Innenrohr (11) aus einem dünneren Mate­ rial als das Außenrohr (3) besteht.

14. Rohrelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem mit dem Zylinderkopf verbindbaren Eintritts­ flansch, durch den mindestens ein Anschluß für eine Kühlmittelleitung hindurchgeht.