DE10121498A1 - Abgassystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Auspuffkrümmer und/oder einer Abgasleitung, die eine Innenschale und eine die Innenschale teilweise umgebende Außenschale aufweisen, deren Zwischenraum ein Isolationsvolumen bildet, und einer an den Auspuffkrümmer oder die Abgasleitung angeschlossenen Abgasrückführleitung, wobei das Abgassystem ein Anschlusselement zur Entnahme von Abgas für die Abgasrückführung aus dem Zwischenraum zwischen Innen- und Außenschale aufweist sowie ein Verfahren zur Abgasrückführung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Abgasrückführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5.

Aus der Patentschrift DE 199 09 934 C1 ist ein luftspaltisolierter Auspuffkrümmer für eine Brennkraftmaschine bekannt, der mit einem abgasführenden Innenrohr und einer dieses mit Abstand umgebenden Außenschale ausgeführt ist. Dieser luftspaltisolierte Auspuffkrümmer weist einen Anschluss für eine Abgasrückführleitung auf, der am Innenrohr an einem Ende des Auspuffkrümmers derart befestigt ist, daß das rückzuführende Abgas dem Hauptabgasstrom des Innenrohres entnommen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Abgassystem sowie ein Verfahren der obengenannten Art bereitzustellen, bei denen Abgas mit einer niedrigeren Temperatur in der Abgasrückführleitung zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird durch ein Abgassystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst.

Das erfindungsgemäße Abgassystem für eine Brennkraftmaschine weist einen luftspaltisolierten Auspuffkrümmer und/oder eine luftspaltisolierte Abgasleitung auf. Eine sogenannte Luftspaltisolierung wird erreicht durch eine Innenschale, durch die das heiße Abgas geleitet wird, und eine mit Abstand zur Innenschale angeordnete Außenschale, die für die Innenschale eine Stützfunktion übernimmt. Zwischen Innenschale und Außenschale ist ein Isolationsvolumen in Form des isolierenden Luftspaltes gebildet. Die Innenschale ist vorzugsweise mehrteilig ausgeführt, da sie im Betrieb wesentlich heißer als die Außenschale wird, die von der Umgebung durch Konvektion gekühlt wird. Um Wärmespannungen zu vermeiden, sind die Einzelteile der Innenschale gegeneinander verschiebbar. Eine absolute Dichtheit ist bei herkömmlichen luftspaltisolierten Abgasführungen nicht erforderlich, da eine Abdichtung gegen die Umwelt immer durch die Außenschale erfolgt. Aus Fertigungsgründen ist die Außenschale zwei- oder mehrteilig ausgeführt. Bei erfindungsgemäßen Auspuffkrümmern oder Abgasleitungen ist die Innenschale vorteilhafterweise mit einem oder mehreren Gasdurchtritten zum Zwischenraum zwischen Innen- und Außenschale, d. h. dem Isolationsvolumen, versehen. Vorteilhafterweise sind die Gasdurchtritte in Strömungsrichtung gesehen am vorderen Ende der Innenschale angebracht. Das Anschlusselement zur Entnahme von Abgas für die Abgasrückführung aus dem Zwischenraum zwischen Innenschale und Außenschale ist an der Außenschale in Strömungsrichtung gesehen vorzugsweise am hinteren Ende der Außenschale angebracht.

Durch das Zuströmen in den luftspaltisolierten Auspuffkrümmer oder die Abgasleitung des rückzuführenden Abgases am strömungstechnisch gesehen gegenüberliegenden Ende zu dem Anschlusselement, strömt das rückzuführende Abgas durch den gesamten isolierenden Zwischenraum und verhindert eine übermäßige Wärmeabfuhr aus dem Hauptstrom des Abgases an die Umgebung bei gleichzeitiger Wärmeabgabe über die Außenschale an die Umgebung.

Gleichzeitig wird das rückzuführende Abgas an der Außenschale gekühlt und damit ein separater Abgaskühler nicht mehr notwendig, oder eine kleinere Ausführung des Abgaskühlers reicht aus. Um seine volle Wirkung bezüglich der NOX-Reduktion zu erfüllen, soll das rückzuführende Abgas am Motoreintritt möglichst kühl sein. Zu diesen Vorteilen kommt noch der geringere Platzbedarf eines luftspaltisolierten Abgaskrümmers in Verbindung mit einer integrierten Abgasrückführung und Abgaskühlung.

Vorteilhaft ist es, das Anschlusselement an der Außenschale in Form eines Stutzens oder eines Flansches anzubringen. Dadurch ist es einfach möglich, eine Abgasrückführleitung mit dem Auspuffkrümmer oder der Abgasleitung zu verbinden.

Die Außenschale besteht vorzugsweise aus mehreren einzelnen Blechteilen. Beim Herstellen der Blechteile für die Außenschale ist es eine kostengünstige und betriebssichere Lösung, einen Abschnitt der Außenschale und den Anschlussstutzen einstückig auszubilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das Abgas für die Abgasrückführung über ein Anschlusselement dem Isolationsvolumen entnommen und der Brennkraftmaschine über eine zweite Abgasleitung zugeführt wird. Vorteilhaft wird das rückzuführende Abgas bezüglich des Abgasstromes stromaufwärts dem Abgasstrom entnommen. Somit strömt es zunächst im Isolationsvolumen parallel zum Abgasstrom, wird bezüglich des Abgasstromes stromabwärts dem Isolationsvolumen entnommen und strömt durch die Abgasrückführleitung zur Einlassseite der Brennkraftmaschine.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines luftspaltisolierten Auspuffkrümmers mit einem erfindungsgemäßen Anschlusselement zwischen Auspuffkrümmer und Abgasrückführleitung.

In der Figur ist ein Zylinderkopf 1 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine mit einem Auspuffkrümmer 2 dargestellt. Der Auspuffkrümmer 2 besteht aus einer mehrteiligen Innenschale 3 und einer Außenschale 4. Zwischen der Innenschale 3 und der Außenschale 4 befindet sich ein Isolationsvolumen in Form eines Luftspalt 5. An der Außenschale 4 ist ein Anschlussstutzen 6 angebracht, der einen Teilstrom des Abgases zu einer nicht gezeigten Abgasrückführleitung führt. Die Innenschale 3 wird durch nicht gezeigte Stützelemente, wie zum Beispiel Blechlaschen oder Halter, von der Außenschale 4 derart gehalten, dass der isolierende Luftspalt 5 auf seinem gesamten Umfang und Länge ungefähr die gleiche Dicke aufweist, aber auch gleichzeitig der Wärmeübergang von er Innenschale zur Außenschale minimiert ist.

Das Abgas strömt aus dem Zylinderkopf 1 zum größten Teil durch die Innenschale 3 zu einem nicht gezeigten Flansch, an dem sich ein weiteres Element der Abgasanlage anschließt, zum Beispiel ein Abgasturbolader, eine Abgasleitung, ein Katalysator oder ein Schalldämpfer.

Die Innenschale 3 ist derart beweglich ausgeführt, dass die einzelnen Abschnitte der Innenschale gegeneinander verschiebbar sind, um eine beträchtliche Wärmeausdehnung auszugleichen. Am Eintritt 7 des Gases in den Auspuffkrümmer 2 ist die Innenschale 3 mit Gasdurchtritten 8 versehen.

An diesen Gasdurchtritten 8 strömt ein kleinerer Teilstrom des Abgases in den Luftspalt 5 und verlässt den Luftspalt am anderen Ende des Auspuffkrümmers 2 durch den Anschlussstutzen 6 zu einer nicht gezeigten Abgasrückführleitung. Von dort wird das Abgas wieder der Brennkraftmaschine auf der Einlassseite des Zylinderkopfes 1 zugeführt. Zusätzlich gelangt durch die Zwischenräume 9 zwischen den einzelnen Abschnitten der Innenschale 3 eine geringe Menge Abgas in den Luftspalt 5. Das Abgas im Luftspalt 5 isoliert das heiße Abgas in der Innenschale 3 gegen zu starke Abkühlung dadurch, dass es langsamer strömt. Eine weitere Wärmeisolierung wird durch die beiden Schalen 4, 5 zwischen dem heißen Abgas und der Umgebung erreicht.

Das Abgas im Luftspalt 5 wird an der Außenschale 4 entlang der Oberfläche zur Umgebung abgekühlt. Das Abgas gelangt bereits vorgekühlt in die nicht gezeigte Abgasrückführleitung. Dadurch erübrigt sich ein Abgaskühler, der das Abgas auf einen für den Einlassbereich der Brennkraftmaschine und die Verbrennung geeigneten Wert abkühlt, beziehungsweise es ist nur ein wesentlich kleinerer Abgaskühler erforderlich. Ein kleinerer oder gar kein Abgaskühler erleichtert den Einbau beziehungsweise das Packaging des Abgasrückführsystems, insbesondere der Abgasrückführleitung und der gesamten Brennkraftmaschine.

Claims (6)

1. Abgassystem für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Auspuffkrümmer (2) und/oder einer Abgasleitung, die eine Innenschale (3) und eine die Innenschale teilweise umgebende Außenschale (4) aufweisen, deren Zwischenraum ein Isolationsvolumen bildet, und einer an den Auspuffkrümmer oder die Abgasleitung angeschlossenen Abgasrückführleitung, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem ein Anschlusselement (6) zur Entnahme von Abgas für die Abgasrückführung aus dem Isolationsvolumen (5) zwischen Innen- und Außenschale aufweist.

2. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (6) als Anschlussstutzen an der Außenschale (4) ausgebildet ist.

3. Abgassystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (6) und die Außenschale (4) einstückig ausgebildet sind.

4. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (6) für die Abgasrückführung an der Außenschale (4) bezüglich des Abgasstromes in der Innenschale stromabwärts angeordnet ist.

5. Verfahren zur Abgasrückführung, insbesondere zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Abgas in einer ersten Abgasleitung (3) geführt wird und ein Teilstrom des Abgases in ein die erste Abgasleitung wenigstens teilweise umgebendes Isolationsvolumen (5) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas für die Abgasrückführung über ein Anschlusselement (6) dem Isolationsvolumen entnommen und über eine Abgasrückführleitung zurückgeführt wird.

6. Verfahren zur Abgasrückführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das rückzuführende Abgas bezüglich des Abgasstromes dem stromabwärts Isolationsvolumen (5) entnommen und der Abgasrückführleitung zugeführt wird.