DE10104976B4

DE10104976B4 - Abgaskühler

Info

Publication number: DE10104976B4
Application number: DE2001104976
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Blum Ingo; Ing.(grad.) Preuhsler Alfred
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 2001-02-03
Filing date: 2001-02-03
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2021-02-04
Also published as: DE10104976A1

Abstract

Abgaskühler zum Kühlen des Abgases einer in Kraftfahrzeugen verwendeten Brennkraftmaschine vor einem NOx-Katalysator mit einem eine Einströmöffnung aufweisenden Eingangskonus und einem eine Austrittsöffnung aufweisenden Ausgangskonus sowie einem dazwischenliegenden Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangskonus (2), der Ausgangskonus (3) und der Wärmetauscher (4) aus einem einzigen durch Hydroforming aus einem Rohr umgeformten Teil bestehen, wobei zumindest der den Wärmetauscher (4) bildende Bereich dieses Teils im Querschnitt mit die Oberfläche vergrößernden Rippen (13) versehen ist und an mindestens einem der Konen (2, 3) eine seitliche Öffnung (10) zur Aufnahme einer Sonde (11) vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskühler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Um den insbesondere bei direkteinspritzenden Ottomotoren erhöht anfallenden Stickstoffanteil im Abgas zu eliminieren, ist es bekannt, in der Abgasleitung solcher Motoren einen NOx-Speicherkatalysator vorzusehen. Derartige Katalysatoren arbeiten jedoch nach gegenwärtigem Stand der Technik nur in einem relativ niedrigen Temperaturbereich. Die Speicher- und Regenerierfunktion erfolgt in einem Temperaturfenster zwischen 250°C und 450°C. Bei Temperaturen oberhalb von 800°C wird die Beschichtung deaktiviert.
Die Abgastemperatur eines direkt einspritzenden Ottomotors kann jedoch weit mehr als 800°C betragen. Das Abgas muss somit vor dem NOx-Speicherkatalysator bei hoher Last der Brennkraftmaschine unter 800°C und bei Magerbetrieb für die NOx-Speicherfunktion auf eine Temperatur zwischen 250°C und 450°C abgekühlt werden. Dazu dienen Abgaskühler.
Ein solcher Abgaskühler ist aus DE 299 03 382 U1 bekannt. Er besteht aus einem Bündel von parallelen Rohren kleinen Querschnitts, die eingangs- und ausgangsseitig von einem Konus gefasst sind, an denen jeweils zu- bzw. wegführende Rohre anschließen. Ein solcher Abgaskühler hat einen relativ großen Raumbedarf und ist in den beengten Platzverhältnissen der Bodengruppe eines Kraftfahrzeuges nur bedingt unterzubringen. Des weiteren führt die Vielzahl der erforderlichen Schweißnähte im Aufbau eines solchen Abgaskühlers leicht zu Undichtigkeiten.
Mit DE 299 19 269 U1 ist eine Abgasanlage mit einem Abgaskühler beschrieben, bei dem zum Zweck der Raumersparnis die parallel zueinander verlaufenden Einzelrohre des Abgaskühlers sich flächig berühren und so zu einem Rohrvielfach zusammengeführt sind. Die Einzelrohre sind durch Schweißen gasdicht verbunden. Nachteilig dabei sind die umfangreichen Schweißverbindungen, die im Betrieb zu Undichtigkeiten führen können.
Die DE 197 21 439 C2 beschreibt eine doppelwandige Kfz-Zusatzheizung, deren innerer Hohlraum einen Eingangs- und und einen Ausgangsstutzen aufweist und dessen äußerer Hohlraum zur Bildung eines Wärmetauschers von einem Kühlmittel durchflossen wird.
Die DE 19 21 042 A beschreibt ferner einen Katalysator mit einem Eingangs- und einem Ausgangskonus, wobei der Eingangskonus eine seitliche Öffnung zur Aufnahme einer Sonde aufweist.
Die DE 19 42 227 A zeigt ferner einen Wärmetauscher mit Rippen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskühler zu schaffen, der ausreichende Kühlleistung hat, ohne funktionsbeeinträchtigende Schweißverbindungen herstellbar ist und der den Raumgegebenheiten in einem Kraftfahrzeug gut anpassbar ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
In dem der Eingangskonus, der Auslasskonus und der eigentliche aus nur einem Durchgangsrohr bestehende Wärmetauscher durch Hydroforming aus einem gemeinsamen Ausgangsteil hergestellt sind, können funktionsbeeinträchtigende, also insbesondere über die Gebrauchszeit undicht werdende Schweißverbindungen vermieden werden. Bei der Umformung des rohrförmigen Ausgangsteils durch Hydroforming kann die Oberfläche des Wärmetauschers an solchen Stellen durch Einformen von in Strömungsrichtung verlaufenden Falten verrippt und damit vergrößert werden, an denen bevorzugt Wärme an die umgebende Luft abgeführt werden soll. Dagegen kann an solchen Stellen des Wärmetauschers, von denen nur eine geringe Wärmemenge an die Umgebung gelangen soll, um zum Beispiel benachbarte Teile und Aggregate nicht übermäßig zu erwärmen, die Verrippung geringer ausgestaltet sein oder ganz weggelassen werden. Es gelingt damit, einen Abgaskühler mit ausreichender Kühlleistung auch in sehr beengten Raumverhältnissen unterzubringen. Durch Einbringen von seitlichen Öffnungen im Bereich der Konen, die dafür eine ausreichende Fläche bieten, können auch die erforderlichen Sensoren, wie z. B. Temperatursensoren oder Lambdasonden, in vorteilhafter Weise in den Abgaskühler einbezogen werden. Ein dazu auf die Fläche des Konus aufzuschweißender Gewindering schafft auch über eine lange Lebensdauer keinen Störgrund. Durch das gute Umformverhalten des Werkstoffs beim Hydroforming kann der Durchgangsquerschnitt des eigentlichen Wärmetauschers gegenüber der Eintrittsöffnung bzw. Austrittsöffnung erheblich größer ausgelegt werden. Damit kann auch ein optimaler Wärmeübergang vom Abgas auf die den Wärmetauscher umspülende Luft gesichert werden. Es hat sich gezeigt, dass eine Vervielfachung des Querschnittes um das 1,3-fache bis 2-fache vorteilhaft ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
1 eine perspektivische Darstellung eines Abgaskühler;
2 eine Draufsicht auf den Abgaskühler nach 1;
3 eine Ansicht in Richtung des Pfeils X in 2;
4 einen Querschnitt durch den Abgaskühler entlang der Linien AA oder BB in 2;
5 einen Querschnitt durch den Abgaskühler bei C in 2.
Der in 1 dargestellt Abgaskühler 1 weist einen Eingangskonus 2, einen Ausgangskonus 3 und einen dazwischen befindlichen Wärmetauscher 4 auf. Es ist deutlich erkennbar, dass im Verlauf der Konen 2 und 3 der kreisrunde Querschnitt von Eintrittsöffnung 5 und Austrittsöffnung 6, beide für den Anschluss weiterleitender Rohre der Abgasanlage ausgelegt, kontinuierlich in den Querschnitt des Wärmetauschers 4 übergeht. Dabei ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Eingangskonus 2 gekrümmt ausgeführt, um eine optimale Anpassung des Abgaskühlers 1 an die Gegebenheiten im Kraftfahrzeug zu ermöglichen. Wie 5 zeigt, ist der Eingangskonus 2 an der Krümmungsaußenseite 7 bereits mit einer Verrippung 8 versehen, während die Krümmungsinnenseite 9 unverrippt ist. Am Eingangskonus 2 ist seitlich eine Öffnung 10 eingebracht, deren Ränder mit einem Gewindering 11 verstärkt sind und in der ein Temperatursensor 12 einschraubbar ist. Über den Querschnitt des Wärmetauschers 4 erstrecken sich beidseitig in Längsrichtung verlaufende Rippen 13, die an die Verrippung 8 am Eingangskonus 2 anschließen und zum Eingangskonus 3 hin auslaufen (siehe 4). Durch die Größe und Verteilung der Rippen 13, sowie der Verrippung 8, kann die Wärmeabgabe des Abgaskühlers 1 an die Umgebung partiell unterschiedlich ausgelegt werden, so dass umliegende Teile oder Apparate vor unzulässiger Erwärmung geschützt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Abgaskühler
2: Eingangskonus
3: Ausgangskonus
4: Wärmetauscher
5: Eintrittsöffnung
6: Austrittsöffnung
7: Krümmungsaußenseite
8: Verrippung
9: Krümmungsinnenseite
10: Öffnung
11: Gewindering
12: Temperatursensor
13: Rippen

Claims

Abgaskühler zum Kühlen des Abgases einer in Kraftfahrzeugen verwendeten Brennkraftmaschine vor einem NOx-Katalysator mit einem eine Einströmöffnung aufweisenden Eingangskonus und einem eine Austrittsöffnung aufweisenden Ausgangskonus sowie einem dazwischenliegenden Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangskonus (2), der Ausgangskonus (3) und der Wärmetauscher (4) aus einem einzigen durch Hydroforming aus einem Rohr umgeformten Teil bestehen, wobei zumindest der den Wärmetauscher (4) bildende Bereich dieses Teils im Querschnitt mit die Oberfläche vergrößernden Rippen (13) versehen ist und an mindestens einem der Konen (2, 3) eine seitliche Öffnung (10) zur Aufnahme einer Sonde (11) vorhanden ist.
Abgaskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangsquerschnitt im Bereich des Wärmetauschers (4) größer als der Durchgangsquerschnitt der Einströmöffnung (5) bzw. der Ausströmöffnung (6) ist.
Abgaskühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangsquerschnitt im Bereich des Wärmetauschers (4) das 1,3- bis 2-fache des Durchgangsquerschnitts der Einströmöffnung (5) bzw. Ausströmöffnung (6) beträgt.
Abgaskühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (13) über den Bereich des Wärmetauschers (4) unter Berücksichtigung der Einbauverhältnisse variabel verteilt sind.
Abgaskühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Rippen (13) am Wärmetauscher (4) weitere Verrippungen (8) am Eingangskonus (2) und/oder am Ausgangskonus (3) vorgesehen sind.
Abgaskühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangskonus (2) und/oder der Ausgangskonus (3) gekrümmt ausgeführt sind.
Abgaskühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (13) des Wärmetauschers (4) und die Verrippung (8) des Eingangskonus (2) und/oder des Ausgangskonus (3) ineinander verlaufend übergehen.
Abgaskühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand der Öffnung (10) zur Aufnahme einer Sonde (12) durch einen aufgeschweißten Gewindering (11) verstärkt ist.