DE10121695A1

DE10121695A1 - Abgasanlage für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10121695A1
Application number: DE2001121695
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2002-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einer Abgasreinigungsvorrichtung und einem im Abgasweg zwischen Brennkraftmaschine und Abgasreinigungsvorrichtung angeordneten Abgaskühler, wobei zur Schaffung einer robusten und baulich einfachen Konstruktion der Abgaskühler durch einen Rohrleitungsabschnitt mit zumindest einem innenliegenden, zur Rohrwand abstrahlenden Strahlungsblech gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für Brennkraftmaschinen, insbeson dere in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Abgasanlage zeigt beispielsweise die DE 197 42 762 C1. Da bei ist der Abgasreinigungsvorrichtung, z. B. einen DENOX-Katalysator, ein Wärmetauscher bzw. Abgaskühler vorgeschaltet, der um den stromauf lie genden Abgasleitungsabschnitt herum angeordnet ist. Zum schnellen Auf heizen des stromab liegenden Katalysators ist eine in dem Abgasleitungsab schnitt angeordnete, steuerbare Klappe geöffnet, so dass das Abgas direkt zur Abgasreinigungsvorrichtung strömen kann. Hat die Abgasreinigungsvor richtung eine definierte Temperatur erreicht, so wird die Klappe geschlossen und das Abgas nunmehr zur Kühlung durch den äußeren Wärmetauscher geleitet, der mit außen liegenden Kühlrippen und innen liegenden Wärme leitblechen versehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Aufbau wesentlich einfachere Abgas anlage der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildun gen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, unmittelbar den stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung liegenden Rohrleitungsabschnitt der Abgasan lage mit zumindest einem innen liegenden, zur Rohrwand abstrahlendem Strahlungsblech als Abgaskühler auszubilden. Im Gegensatz zu dem vorbe schriebenen Wärmetauscher, der nach dem Wärmeleitungsprinzip und dem Konfektionsprinzip konzipiert ist, wirkt der vorgeschlagene Abgaskühler überwiegend nach dem Strahlungsprinzip.

Der Vorteil einer solchen Konstruktion liegt neben der baulichen Vereinfa chung darin, dass zunächst aufgrund der geringeren Wärmekapazität des Rohrleitungsabschnittes bevorzugt aus dünnwandigem Blech die stromab liegende Abgasreinigungsvorrichtung schnell auf ihre Light-Off-Temperatur von z. B. 250°C erhitzt wird, wobei der Rohrleitungsabschnitt zunächst eine relativ geringe Kühlwirkung ausübt.

Mit zunehmender Temperatur der Abgas und des Rohrleitungsabschnittes wird das Strahlungsblech stark erhitzt und gibt in zunehmendem Maße Strahlungsenergie an die Rohrwand des Rohrleitungsabschnittes und von dieser zur Umgebung ab. Entsprechend der einschlägigen Gleichung zur Berechnung der abstrahlenden Wärmemenge geht die Temperatur dabei in der vierten Potenz in die Berechnung ein. Daraus resultiert ein bei hohen Temperaturen stark zunehmender Kühleffekt, mit dem es gelingt, die stromab liegende Abgasreinigungsvorrichtung, z. B. einen DENOX-Adsorber oder einen Dreiwege-Katalysator, schnell auf die genannte Light-Off-Tempe ratur zu bringen und ggf. in einem gewünschten Temperaturbereich ohne Überhitzung zu halten.

In fertigungstechnisch und baulich günstiger Weise kann der Rohrleitungs abschnitt aus zumindest zwei Blechformteilen bzw. Halbschalen hergestellt sein, z. B. durch Tiefziehen. Das zumindest eine Strahlungsblech kann ferti gungstechnisch einfach zwischen Randflanschen der Halbschalen gehalten sein.

Dabei ist es zum Ausgleich von Wärmedehnungen vorteilhaft, wenn das Strahlungsblech nur an einigen örtlichen Verbindungsstellen mit der Rohr wand bzw. den Randflanschen verbunden ist.

Ferner kann zur vermehren Abstrahlung von Wärmeenergie das zumindest eine Strahlungsblech quer zur Abgasströmungsrichtung wellenförmig oder zickzackförmig geformt sein.

Im Rahmen der Erfindung können auch mehrere Rohrleitungsabschnitte als Strahlungskühler ausgeführt sein, beispielsweise vor und/oder hinter einem der besagten Abgasreinigungsvorrichtung vorgeschaltetem Vorkatalysator.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 teilweise eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, mit einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einem DENOX-Katalysator, einem Vorkatalysator und einem dazwischen lie genden Rohrleitungsabschnitt, der mittels eines Strahlungsbleches als Abgaskühler ausgebildet ist; und

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1 durch den Rohrleitungsab schnitt.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 10 für ein Kraftfahr zeug, mit einer Abgasanlage mit einem Abgaskrümmer 12, einem motornah angeordnetem Vorkatalysator 18, einen in Abgasströmungsrichtung dahinter liegenden Rohrleitungsabschnitt 14 mit einem in Längsrichtung verlaufendem Strahlungsblech 16 und einer nachgeschalteten Abgasreinigungsvorrichtung mit einem DENOX-Adsorber 20. An dem Adsorber 20 ist über eine Leitung 22 die weitere Abgasanlage z. B. mit einem Hauptschalldämpfer und einem Abgasendrohr angeschlossen.

Gemäß Fig. 2 ist der Rohrleitungsabschnitt 14 aus zwei Halbschalen 18, 19 aus dünnwandigem Stahlblech mit entsprechend angeformten, radial abge bogenen Randflanschen 18a, b bzw. 19a, b gebildet.

Innerhalb des Rohrleitungsabschnittes 14 verläuft das aus strahlungsfähigem Stahlblech gefertigte Strahlungsblech 16, dass zur Vergrößerung seiner Strahlungsfläche quer zur Abgasströmungsrichtung zickzackförmig geformt ist.

An den beiderseitigen Längsrändern des Strahlungsbleches 16 sind Ausklin kungen 16a vorgesehen, zwischen denen in die Randflansche 18a, 19a bzw. 18b, 19b einragende Zungen 16b gebildet sind. Diese Zungen 16b ergeben örtliche, in Rohrlängsrichtung zueinander beabstandete Befestigungsstellen, in dem sie an den durchgehend gasdicht miteinander verbundenen Rand flanschen 18, 19 befestigt werden (z. B. durch Rollnahtschweißen).

Der beschriebene Rohrleitungsabschnitt 14 weist aufgrund der relativ dünn wandigen Stahlbleche eine geringe Wärmekapazität auf; d. h., dass das heiße Abgas zunächst wenig abgekühlt wird und somit eine schnelle Aufhei zung der stromab liegenden Abgasreinigungsvorrichtung 20 gegeben ist.

Mit zunehmender Abgastemperatur T und Betriebsdauer der Brennkraftma schine 10 wird das Strahlungsblech 16 und der Rohrleitungsabschnitt 14 weiter erhitzt, wobei die Strahlungskühlung überproportional ansteigt. Dies ergibt sich aus der Gleichung

Q = ε × σ × A × T⁴.

Ohne auf die Gleichung näher einzugehen ist daraus ableitbar, dass die Temperatur T des Abgases in der vierten Potenz in die Berechnung eingeht. Dabei wird das Strahlungsblech 16 mit zunehmendem Strahlungsanteil thermisch an die Halbschalen 18, 19 angekoppelt, wodurch insgesamt die für den konvektiven Wärmeabgang des Abgasstromes zur Verfügung stehende Umfangsfläche des Abgasleitungsabschnittes 14 erhöht wird.

Diese zunehmende Abgaskühlung bewirkt einen Selbstregeleffekt der Ab gasanlage mit geringer Wärmeabgabe beim Kaltstart der Brennkraftma schine und einer hohen Kühlleistung bei hohen Abgastemperaturen, so dass ggf. aus dem Stand der Technik bekannte Bypassleitungen und eine diese steuernde Absperrklappe entfallen können und der Abgasleitungsabschnitt 14 als Abgaskühler mit Selbstregeleffekt ausreicht.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Ggf. kann auch der stromauf des Vorkatalysators 18 liegende Rohrleitungs abschnitt und ggf. sogar der Abgaskrümmer 12 mit den entsprechenden Rohrverläufen mit Strahlungsblechen 16 ausgebildet sein. Der Rohrleitungs abschnitt 14 kann auch durch ein einstückiges Rohr gebildet sein, in dem das Strahlungsblech 16 durch Löten oder Schweißen örtlich befestigt sein kann.

Anstelle eines Strahlungsbleches 16 können auch zwei, im Querschnitt kreuzförmig verlaufende Strahlungsbleche verwendet sein. Der Rohrlei tungsabschnitt 14 kann auch im Querschnitt oval oder rechteckförmig ge formt sein.

Claims

1. Abgasanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einer Abgasreinigungsvorrichtung und einem im Abgasweg zwischen Brennkraftmaschine und Abgasreinigungsvorrichtung angeordnetem Ab gaskühler, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskühler durch einen Rohrleitungsabschnitt (14) mit zumindest einem innenliegendem, zur Rohrwand abstrahlendem Strahlungsblech (16) gebildet ist.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohr leitungsabschnitt (14) durch zwei miteinander gasdicht verbundene Halb schalen (18, 19) gebildet ist, zwischen denen das zumindest eine Strah lungsblech (16) angeordnet ist.

3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Strahlungsblech (16) nur über einige örtliche Verbin dungsstellen (Zungen 16b) mit dem Rohrleitungsabschnitt (14) verbunden ist.

4. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass das zumindest eine Strahlungsblech (16) eine dessen Strah lungsfläche vergrößernde Konfiguration aufweist.

5. Abgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zu mindest eine Strahlungsblech (16) quer zur Abgasströmungsrichtung wellenförmig oder zickzackförmig geformt ist.

6. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit im Abgas weg zwischen der Brennkraftmaschine (10) und der Abgasreinigungsvor richtung (20) angeordnetem Vorkatalysator (18), dadurch gekennzeich net, dass Abgasleitungsabschnitte (14) mit Strahlungsblechen (16) vor und/oder hinter dem Vorkatalysator (18) verwendet sind.