DE102009016266B4

DE102009016266B4 - Abgaskrümmer

Info

Publication number: DE102009016266B4
Application number: DE200910016266
Authority: DE
Inventors: Rainer Diez; Friedrich Hartmann; Armin Buchsteiner; Matthias Kroll; Udo Rein; Martin Schaar
Original assignee: G & H Isolite GmbH; G+H ISOLITE GmbH; Audi AG; Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Isolite GmbH; Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2029-04-04
Also published as: DE102009016266A1

Abstract

Abgaskrümmer (10) einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, mit einer den Abgasstrom umschließenden Schale (12), wobei die Schale (12) auf einer Innenseite (21a, 21b) zumindest bereichsweise mit einer Isolationsschicht (22a, 22b) aus wärmeisolierendem Material versehen ist, wobei die Schale (12) aus zwei Halbschalen (16a, 16b) zusammengesetzt ist, und wobei die Isolationsschicht (22a, 22b) gegenüber dem Abgasstrom durch einen Mantel (24a, 24b) geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (24a, 24b) an einer die Halbschalen (16a, 16b) miteinander verbindenden Fügestelle (28) zwischen den Halbschalen (16a, 16b) eingeklemmt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors mit einer den Abgasstrom umschließenden Schale.
Ein Abgaskrümmer dient dazu, die in einem Verbrennungsmotor entstehenden heißen Abgase an den Auslässen der Motorzylinder aufzunehmen und an nachfolgende Komponenten der Abgasanlage, beispielsweise einen Turbolader, weiterzuleiten. Die Schale des Abgaskrümmers wird üblicherweise unmittelbar an die entsprechenden Auslässe angeflanscht, so dass sie die abströmenden Verbrennungsgase, welche je nach Krümmertyp in Innenrohren geführt sein können, vollständig umschließt. Um eine unerwünscht hohe Temperaturabstrahlung nach außen zu verhindern, kann auf die Schale des Abgaskrümmers eine äußere Wärmeisolationsschicht aufgebracht sein. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass durch den Wärmestau die Schale selbst übermäßig heiß wird und ihre tragende Funktion einbüßen kann.
Die EP 0 671 551 A1 offenbart einen Abgaskrümmer, der ein Rohr und einen Flansch zum Anbringen des Rohrs am Zylinderkopf des zugehörigen Verbrennungsmotors umfasst. Das Rohr besteht aus einer Innenschale und einer diese umhüllenden Außenschale, wobei sich zwischen den beiden Schalen ein Hitzeschutzschirm befindet.
In der DE 39 29 205 A1 ist eine Abgasreinigungseinrichtung mit einer Außenschale und einer Mineralfasermatte offenbart. Die Mineralfasermatte dient der Lagerung zweier keramischer Wabenkörper.
Die EP 1 426 557 A1 offenbart einen Turbolader mit einem Turbinengehäuse aus Blech. Das Turbinengehäuse kann aus zwei gestapelten Blechlagen bestehen, zwischen welchen eine Isolationsschicht eingelegt ist.
In der EP 1 389 267 B1 ist ein luftspaltisolierter Abgaskrümmer offenbart, dessen Luftspalt mit einem Gestrick aus Metall oder Keramik gefüllt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgaskrümmer zu schaffen, der im Hinblick auf die Wärmeisolierungseigenschaften und die Festigkeit verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgaskrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Schale auf ihrer Innenseite zumindest bereichsweise mit einer Isolationsschicht aus wärmeisolierendem Material versehen, wobei die Isolationsschicht gegenüber dem Abgasstrom durch einen Mantel geschützt ist. Der Abgaskrümmer weist also nicht außen eine Wärmeisolierung auf, sondern innen. Somit ist nicht nur der den Abgaskrümmer umgebende Außenbereich, sondern auch die Krümmerschale selbst vor übermäßiger Hitzeentwicklung geschützt. Aufgrund der verringerten Temperaturbelastung der Schale bleibt diese als tragende Struktur ausreichend stabil. Der Mantel, welcher als eine Art Überzug die Isolationsschicht bedeckt, verhindert, dass Teile des wärmeisolierenden Materials durch den heißen Abgasstrom ausgeblasen werden oder ein nachfolgender Turbolader durch lose Partikel beschädigt wird. Die Isolationsschicht bleibt somit dauerhaft auf der Innenseite der Schale. Ein bedeutender Vorteil dieses Prinzips der Innenisolierung liegt neben der Schonung der Schale selbst vor allem darin, dass ein maximaler Anteil der Wärmeenergie im gasführenden Bereich bleibt und dazu beiträgt, einen nachfolgenden Katalysator bei einem Motorstart möglichst schnell auf die erforderliche Betriebstemperatur aufzuheizen.
Die Schale ist aus zwei Halbschalen zusammengesetzt. Eine mehrschalige Bauweise ist herstellungstechnisch von Vorteil. Weiterhin ist erfindungsgemäß der Mantel an einer die Halbschalen miteinander verbindenden Fügestelle zwischen den Halbschalen eingeklemmt. Hierdurch wird insbesondere eine lückenlose Auskleidung der Innenfläche der Schale erreicht. Das Einklemmen kann zudem zur Befestigung oder Befestigungsunterstützung genutzt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Mantel ein dünnes Blech, insbesondere eine Metallfolie. Ein dünnes Blech ist ausreichend hitzebeständig, sodass ein zuverlässiger und dauerhafter Schutz der Isolationsschicht gewährleistet ist. Zudem ist ein dünnes Blech einfach und kostengünstig herzustellen. Alternativ kann der Mantel ein engmaschiges Drahtgewebe oder Sinterblech umfassen.
Bevorzugt ist der Mantel aus Edelstahl gefertigt, um eine ausreichende Festigkeit bei hohen Temperaturen sicherzustellen.
Die Isolationsschicht kann zusätzlich schallisolierend sein. Dadurch ist es möglich, nicht nur die Wärmeabstrahlung nach außen, sondern auch die Abstrahlung von Körperschall durch die Schale zu verringern. Die Schale gibt in der Folge weniger Schall an die Umgebung und an benachbarte Bauteile ab, sodass ein vorteilhafter Geräuschdämpfungseffekt erzielt wird.
Die Isolationsschicht kann insbesondere ein Silikatfaser-, Silikatgewebe- oder Glasfasermaterial umfassen. Derartige Materialien weisen eine hohe Wärmeisolationswirkung und darüberhinaus eine ausreichende Festigkeit auf. Es sind jedoch verschiedene andere Isolationsmaterialien einsetzbar.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Isolationsschicht eine Dicke im Bereich von 2 bis 4 mm auf. Durch eine Dicke in dieser Größenordnung kann im allgemeinen eine ausreichende Wärmeisolierung erzielt werden. Eine millimeterdicke Schicht kann ohne aufwändige Konstruktionsanpassungen auf die Innenseite bestehender Krümmerschalen aufgebracht werden. Grundsätzlich kann durch eine Isolationsschicht von ausreichender Dicke im Wesentlichen eine beliebig niedrige Außentemperatur eingestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schale ein tragendes Bauteil. Die Schale muss hier in besonderer Weise vor einer übermäßigen Wärmebelastung und einem demzufolge drohenden Festigkeitsverlust geschützt werden. Dies kann durch einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmer in vorteilhafter Weise erreicht werden.
Der Mantel kann ferner an der Schale angeschweißt oder angepunktet sein, um eine zuverlässige Befestigung und somit einen dauerhaften Schutz der Isolationsschicht vorzusehen. Die Form und die Anzahl der Schweißstellen kann auf die jeweilige Krümmer- und Motorkonfiguration abgestimmt sein.
Vorzugsweise ist die Schale an einen nachfolgenden Turbolader ankoppelbar. Die Schale verbindet also während des Motorbetriebs die Zylinderauslässe mit der Eingangsöffnung oder den Eingangsöffnungen des Turboladers. Der gesamte Bereich der Abgasanlage zwischen Motor und Turbolader wird günstigerweise durch die Isolationsschicht nach außen abgeschirmt.
Die Schale ist bevorzugt gasdicht, sodass ein unerwünschtes Austreten oder Entweichen von Abgasen ausgeschlossen ist.
In der Schale kann wenigstens ein gasführendes Innenrohr angeordnet sein, welches mittels Schiebesitz mit einer nachfolgenden Abgasanlagenkomponente verbunden ist. Bei der nachfolgenden Abgasanlagenkomponente kann es sich um ein Sammelrohr handeln, das seinerseits mit einem Turbolader verbunden ist. Der Zwischenraum zwischen dem gasführenden Innenrohr und der umhüllenden Außenschalenanordnung kann vollständig oder teilweise zur Wärme- und Schallisolierung genutzt werden.
Insbesondere kann zwischen dem Innenrohr und der Schale ein Luftspalt ausgebildet sein. Bei derartigen luftspaltisolierten Abgaskrümmern verbleibt ein besonders hoher Anteil der Wärmeenergie im Abgasstrom selbst, wo er zum Aufheizen eines Katalysators beitragen kann.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Fügestelle zwischen zwei Halbschalen in einem ersten Bereich des Abgaskrümmers gemäß 1.
3 zeigt eine Fügestelle zwischen zwei Halbschalen bei einem Abgaskrümmer gemäß einer alternativen Ausführungsform.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Fügestelle zwischen zwei Halbschalen in einem zweiten Bereich des Abgaskrümmers gemäß 1.
Gemäß 1 bildet ein Abgaskrümmer 10 einen Teil einer Abgasanlage, welche einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zugeordnet ist.
Der Abgaskrümmer 10 umfasst eine äußere Schale 12 sowie drei gasführende Innenrohre 14. Die Innenrohre 14 sind an einem Ende mittels Befestigungsflanschen 15, von denen einer in 1 dargestellt ist, gasdicht an jeweiligen Zylinderauslässen befestigt. Am jeweiligen anderen Ende gehen die Innenrohre 14 mittels Schiebesitz in ein gemeinsames Austrittsrohr (nicht dargestellt) über, das in einer Gaseinströmöffnung des Turboladers aufgenommen ist. Die Schale 12 ist aus zwei Halbschalen 16a, 16b zusammengesetzt, welche überlappend ineinandergesteckt sind, sodass eine eingesteckte Halbschale 16a und eine überlappende Halbschale 16b vorliegt. Die durch die Halbschalen 16a, 16b gebildete Schale 12 umhüllt die Anordnung aus Innenrohren 14 gasdicht. Zwischen den Innenrohren 14 und der Schale 12 ist ein einige Millimeter dicker Luftspalt 20 ausgebildet.
Auf der Innenseite 21a, 21b jeder Halbschale 16a, 16b ist eine Isolationsschicht 22a, 22b aus wärmeisolierendem Silikatfasermaterial vorgesehen. Die jeweilige Isolationsschicht 22a, 22b ist wiederum von einem Mantel 24a, 24b aus einem engmaschigen Edelstahl-Drahtgitter bedeckt. An den Außenseiten 23a, 23b der Halbschalen 16a, 16b ist hingegen keine Isolationsschicht vorgesehen.
Während der Herstellung des Abgaskrümmers 10 wird zunächst die Isolationsschicht 22a, 22b und dann der Mantel 24a, 24b auf die Innenseite 21a, 21b der jeweiligen Halbschale 16a, 16b aufgebracht. Der Mantel 24a, 24b wird im Randbereich 26a, 26b der jeweiligen Halbschale 16a, 16b sowie an weiteren ausgewählten Stellen auf der Innenseite 21a, 21b der jeweiligen Halbschale 16a, 16b angepunktet. Anschließend werden die beiden Halbschalen 16a, 16b zusammengesetzt, wobei wenigstens einer der Mäntel 24a, 24b an der Fügestelle 28 zwischen den Halbschalen 16a, 16b eingeklemmt wird. Je nach Anwendungsvorgabe kann der jeweilige Mantel 24a, 24b entweder zunächst an der zugehörigen Halbschale 16a, 16b festgeschweißt und anschließend zwischen den beiden Halbschalen 16a, 16b eingeklemmt werden oder zunächst eingeklemmt und anschließend an der Außenseite 23a, 23b einer der Halbschalen 16a, 16b festgeschweißt werden.
Die eingesteckte Halbschale 16a kann in Abschnitten des Randbereichs 26a eine Einrollung 30 nach innen aufweisen, wie es im oberen Teil von 1 sowie in 2 dargestellt ist. In diesem Abschnitt ist lediglich der Mantel 24b der überlappenden Halbschale 16b bis zur Außenseite 23b geführt und zwischen den Halbschalen 16a, 16b eingeklemmt, während der Mantel 24a der eingesteckten Schale 16a an der Einrollung 30 endet und nicht eingeklemmt ist. Es ist hingegen auch möglich, sowohl den Mantel 24b der überlappenden Schale 16b als auch den Mantel 24a der eingesteckten Schale 16a bis zur jeweiligen Außenseite 23a, 23b zu führen und zwischen den Halbschalen 16a, 16b einzuklemmen. Eine derartige Konfiguration ist im unteren Teil von 1 sowie in 4 dargestellt. Gemäß einer in 3 dargestellten alternativen Ausgestaltung können auch beide Mäntel 24a, 24b derart im Bereich der Fügestelle 28 enden, dass kein Teil des Mantelmaterials über die Fügestelle 28 hinaus nach außen ragt. Durch das Festklemmen zwischen den beiden Halbschalen 16a, 16b in Verbindung mit dem Anpunkten in ausgewählten Bereichen ist eine ausreichende Fixierung der Mäntel 24a, 24b an der jeweiligen Halbschale 16a, 16b gewährleistet.
Unter Bezugnahme auf die vergrößerten Darstellungen der 2 bis 4 werden verschiedene Varianten der Mantelfixierung im Bereich der Fügestelle 28 erläutert. Die jeweiligen Schweißstellen 32 sind in den 2 bis 4 durch schwarze Punkte symbolisiert. Bei der Variante gemäß 2, welche der Fügestelle 28 im oberen Teil von 1 entspricht, endet der Mantel 24a der eingesteckten Schale 16a an der Einrollung 30 und ist dort angepunktet. Er reicht somit nicht bis zur Außenseite 23a und ist auch nicht zwischen den Schalen 16a, 16b eingeklemmt. Der Mantel 24b der überlappenden Schale 16b ist hingegen bis zur Außenseite 23b geführt und dort angepunktet. Er ist folglich zwischen den Halbschalen 16a, 16b eingeklemmt.
Bei der in 3 dargestellten alternativen Variante ist der Mantel 24b der überlappenden Schale 16b nicht bis zur Außenseite 23b geführt. Er reicht jedoch soweit in den Bereich zwischen den Halbschalen 16a, 16b hinein, dass er eingeklemmt wird. Bei dieser Variante befinden sich für den Mantel 24b der überlappenden Schale die Schweißstelle 32 und die Einklemmstelle im Wesentlichen am gleichen Ort.
4 zeigt die Fügestelle 28, die dem unteren Teil von 1 entspricht. Bei dieser Konfiguration sind beide Mäntel 24a, 24b bis zur jeweiligen Außenseite 23a, 23b geführt und dort angepunktet. Die Schweißstellen 32 liegen also außerhalb der Schale 12. Demzufolge sind beide Mäntel 24a, 24b zwischen den Halbschalen 16a, 16b eingeklemmt.
Bei einem wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Abgaskrümmer ist somit die gesamte Innenseite der Schale im Wesentlichen vollflächig mit einer Isolationsschicht bedeckt. Dadurch wird zum einen eine unerwünschte Temperaturabstrahlung in den Außenbereich des Abgaskrümmers verhindert. Zum anderen wird die tragende Schale selbst vor Überhitzung geschützt. Zusätzlich bewirkt die innenliegende Isolationsschicht auch eine wünschenswerte Geräuschdämpfung, da sie die Schallaufnahme durch die Schale behindert. Ein Loslösen, Mitreißen oder Ausblasen von Teilen der Isolationsschicht wird durch den Mantel zuverlässig verhindert. Durch Anpassung der Dicke der Isolationsschicht kann außerhalb des Abgaskrümmers im Prinzip jede beliebige Temperatur eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Abgaskrümmer
12: Schale
14: Innenrohr
15: Befestigungsflansch
16a, 16b: Halbschale
20: Luftspalt
21a, 21b: Innenseite
22a, 22b: Isolationsschicht
23a, 23b: Außenseite
24a, 24b: Mantel
26a, 26b: Randbereich
28: Fügestelle
30: Einrollung
32: Schweißstelle

Claims

Abgaskrümmer (10) einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, mit einer den Abgasstrom umschließenden Schale (12), wobei die Schale (12) auf einer Innenseite (21a, 21b) zumindest bereichsweise mit einer Isolationsschicht (22a, 22b) aus wärmeisolierendem Material versehen ist, wobei die Schale (12) aus zwei Halbschalen (16a, 16b) zusammengesetzt ist, und wobei die Isolationsschicht (22a, 22b) gegenüber dem Abgasstrom durch einen Mantel (24a, 24b) geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (24a, 24b) an einer die Halbschalen (16a, 16b) miteinander verbindenden Fügestelle (28) zwischen den Halbschalen (16a, 16b) eingeklemmt ist.
Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (24a, 24b) ein dünnes Blech umfasst.
Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (24a, 24b) ein engmaschiges Drahtgewebe umfasst.
Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (24a, 24b) ein Sinterblech umfasst.
Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (24a, 24b) aus Edelstahl gefertigt ist.
Abgaskrümmer nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (22a, 22b) zusätzlich schallisolierend ist.
Abgaskrümmer nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (22a, 22b) ein Silikatfaser-, Silikatgewebe- oder Glasfasermaterial umfasst.
Abgaskrümmer nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (22a, 22b) eine Dicke im Bereich von 2 bis 4 mm aufweist.
Abgaskrümmer nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (12) ein tragendes Bauteil ist.
Abgaskrümmer nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (24a, 24b) an der Schale (12) angeschweißt ist.
Abgaskrümmer nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (12) an einen nachfolgenden Turbolader ankoppelbar ist.
Abgaskrümmer nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (12) gasdicht ist.
Abgaskrümmer nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schale (12) wenigstens ein gasführendes Innenrohr (14) angeordnet ist, welches mittels Schiebesitz mit einer nachfolgenden Abgasanlagenkomponente verbunden ist.
Abgaskrümmer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenrohr (14) und der Schale (12) ein Luftspalt (20) ausgebildet ist.