DE102016004576A1 - Exhaust manifold for an internal combustion engine, and method for operating such exhaust manifold - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer (40) für eine Verbrennungskraftmaschine (10), mit wenigstens einem Führungselement (42), welches zumindest einen mit wenigstens einem Brennraum (14) der Verbrennungskraftmaschine (10) fluidisch verbindbaren und von Abgas aus dem Brennraum (14) durchströmbaren Abgaskanal und eine dem Abgaskanal abgewandte, außenseitige und mit Luft kontaktierbare Oberfläche (44) aufweist, wobei wenigstens ein Einspritzelement (46) vorgesehen ist, mittels welchem zumindest ein Teilbereich der Oberfläche (44) mit einer Kühlflüssigkeit (48) zum Kühlen des Führungselements (42) zumindest mittelbar beaufschlagbar ist.The invention relates to an exhaust manifold (40) for an internal combustion engine (10), comprising at least one fluidically connectable with at least one combustion chamber (14) of the internal combustion engine (10) and exhaust gas from the combustion chamber (14) At least one injection element (46) is provided, by means of which at least a portion of the surface (44) with a cooling liquid (48) for cooling the guide element (42 ) is at least indirectly acted upon.
Description
Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Abgaskrümmers.The invention relates to an exhaust manifold for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1, and method for operating such exhaust manifold.
Ein solcher Abgaskrümmer für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
Ferner offenbart die
Ferner ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bekannt, dass die Start- und Warmlaufphase einer Verbrennungskraftmaschine enormes Potential zur Reduzierung des Schadstoffausstoßes birgt. Demnach liegt ein Fokus der Entwicklung zukünftiger Verbrennungsmotoren auf einem schnellen Aufheizen des Gesamtsystems durch eine Reduzierung der Wärmeabfuhr.Furthermore, it is known from the general state of the art and in particular from production vehicle construction that the start and warm-up phase of an internal combustion engine has enormous potential for reducing pollutant emissions. Accordingly, a focus of the development of future internal combustion engines on a rapid heating of the entire system by reducing the heat dissipation.
Bedingt durch den ungebrochenen Trend des Downsizings zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes von Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, mit verbrennungsmotorischem Antrieb steigen des spezifische Drehmoment und die spezifische Leistung von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Ottomotoren, immer weiter an. Ermöglicht wird dies unter anderem durch eine Aufladung der beispielsweise mit einer Direkteinspritzung ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine. Unter der Aufladung ist die Versorgung der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere deren Brennräume, mit verdichteter Luft zu verstehen, wobei die Aufladung beispielsweise mittels wenigstens eines Abgasturboladers erfolgen kann.Due to the unbroken trend of downsizing to reduce the CO 2 emissions of motor vehicles, in particular passenger cars, with internal combustion engine drive, the specific torque and the specific power of internal combustion engines, in particular gasoline engines, are steadily increasing. This is made possible, among other things, by charging the internal combustion engine, which is equipped, for example, with direct injection. Under the charging is the supply of the internal combustion engine, in particular their combustion chambers to understand with compressed air, the charge can be done for example by means of at least one exhaust gas turbocharger.
Darüber hinaus ist das Bestreben groß, das Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Ottomotors, welches direkten Einfluss auf den Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine hat, möglichst hoch auszuführen. So ist ein Verdichtungsverhältnis von ε = 10:1 für einen aufgeladenen Reihen-Vierzylinder-Ottomotor mit einer spezifischen Leistung von 100 Kilowatt pro Liter Hubraum heute keine Seltenheit mehr.In addition, the desire is great, the compression ratio of the internal combustion engine, in particular the gasoline engine, which has a direct influence on the efficiency of the internal combustion engine, as high as possible. So is a compression ratio of ε = 10: 1 for a supercharged in-line four-cylinder gasoline engine with a specific power of 100 kilowatts per liter of displacement today no longer a rarity.
Mit steigenden Werten für das Verdichtungsverhältnis, das spezifische Drehmoment und die spezifische Leistung der Verbrennungskraftmaschine wächst der Bedarf wirkungsvoller Kühlungsmaßnahmen erheblich. Während ein hohes Verdichtungsverhältnis primär zu einem erhöhten Risiko für irreguläre Verbrennung – die sogenannte klopfende Verbrennung oder Vorentflammung – führt, wächst beim heutigen Stand der Technik mit der Steigerung von spezifischem Drehmoment und spezifischer Leistung der Bedarf, eine deutlich größere Wärmemenge aus dem jeweiligen Brennraum und dem Abgas abzuführen. Aus der daraus resultierenden Prämisse, die Wärmeabfuhr zur Darstellung hoher Motorlasten zu maximieren, ergibt sich ein Zielkonflikt zu dem oben genannten Bestreben, die Wärmeabfuhr während der Start- und Warmlaufphase zu minimieren.With increasing values for the compression ratio, the specific torque and the specific power of the internal combustion engine, the need for effective cooling measures increases considerably. While a high compression ratio primarily leads to an increased risk of irregular combustion - the so-called knocking combustion or pre-ignition - increases in the current state of the art with the increase of specific torque and specific power needs, a much larger amount of heat from the respective combustion chamber and the Dissipate exhaust gas. From the resulting premise to maximize heat dissipation to represent high engine loads, there is a conflict of objectives to the above-mentioned endeavor to minimize heat dissipation during start-up and warm-up phases.
Aktuelle Ottomotoren verfügen zur Optimierung der Start- und Warmlaufphase über ein Thermomanagement, das Technologien zur Steuerung des Kühlwasserwärmestroms, eine optimierte Applikation zur Kaltstartzwecken und viele weitere Maßnahmen umfasst. Eine weitere Möglichkeit, die Wärmeabfuhr der Verbrennungskraftmaschine zu minimieren, stellt der sogenannte luftspaltisolierte Krümmer (LSI) dar, welcher auch als luftspaltisolierter Abgaskrümmer bezeichnet wird. Ein solcher luftspaltisolierter Krümmer ist beispielsweise der
Zum anderen birgt das Motorkühlsystem noch erhebliches Potential zur Wärmeabfuhr, insbesondere bei hoher Motorleistung. Neben einer Optimierung der Umströmung des jeweiligen, beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraums mit Kühlwasser und einer verbesserten Wärmeabfuhr an die Umgebung sind beispielsweise gekühlte Ventilsitzringe – insbesondere auf der Auslassseite des Brennraums – beispielsweise der
Eine weitere Möglichkeit zur Wärmeabfuhr stellt die Kühlung der Turbinen des Abgasturboladers mittels einer Flüssigkeit dar, wie sie beispielsweise der
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die vergleichsweise große Fläche des Abgaskrümmers zur Wärmeabfuhr zu nutzen. Eine Möglichkeit stellt die Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine dar, so dass die dem Abgas entnommene Wärme dem Motorkühlwasserkreislauf zugeführt wird. Dieser Ansatz ist beispielsweise aus der
Alle oben genannten Lösungen zur Wärmeabfuhr zeichnen sich dadurch aus, dass sich aus der sehr hohen möglichen Wärmeabfuhr ein Zielkonflikt zur oben genannten reduzierten Wärmeabfuhr in der Start- und Warmlaufphase des Verbrennungsmotors ergibt.All of the abovementioned solutions for heat removal are characterized by the fact that the very high possible heat dissipation results in a conflict of objectives with the abovementioned reduced heat dissipation in the starting and warm-up phase of the internal combustion engine.
Der
Um trotz des Einsatzes verschiedener Kühlungsmaßnahmen die Überschreitung der bauteilspezifischen Grenztemperaturen bei hohen Lasten zu verhindern, ist heute eine Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gängige Praxis. Der zu Kühlungszwecken zusätzlich eingespritzte Kraftstoff führt aufgrund des Sauerstoffmangels zu einem erhöhten Schadstoffausstoß, der insbesondere durch die zukünftige Abgasgesetzgebung (Real-Driving-Emissions) als kritisch zu bewerten ist. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Anreicherung stellt die Verwendung höherwertiger Werkstoffe dar.In order to prevent the exceeding of the component-specific limit temperatures at high loads, despite the use of various cooling measures, today is an enrichment of the fuel-air mixture common practice. Due to the lack of oxygen, the additionally injected fuel for cooling purposes leads to increased pollutant emissions, which are to be regarded as critical, in particular by the future exhaust gas legislation (real driving emissions). One way to reduce the accumulation is the use of higher quality materials.
Eine weitere, sehr effektive Möglichkeit zur Kühlung der Verbrennungsluft und zur Absenkung der Prozesstemperatur – und damit der Abgastemperatur – stellt die Einspritzung eines Kühlmediums in die verdichtete Verbrennungsluft dar. Durch diese, grundsätzlich bereits bekannte Maßnahme wird der Verbrennungsluft durch die hohe spezifische Wärmekapazität und die Verdampfung des Kühlmediums, welches beispielsweise als Flüssigkeit ausgebildet ist, Wärme entzogen. Neben der Reduzierung des Risikos einer klopfenden Verbrennung kann darüber hinaus auf etwaige Vorentflammungen reagiert oder diesen vorgebeugt werden, wie es beispielsweise in der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Abgaskrümmer der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Abgaskrümmers zu schaffen, so dass der oben genannte Zielkonflikt zwischen der Realisierung einer hinreichenden Wärmeabfuhr und der Realisierung einer vorteilhaften und insbesondere kurzen Start- und Warmlaufphase gelöst werden kann.Object of the present invention is therefore to provide an exhaust manifold of the type mentioned above and a method for operating such Abgaskrümmers, so that the above-mentioned conflict between the achievement of adequate heat dissipation and the realization of an advantageous and in particular short start and warm-up phase solved can be.
Diese Aufgabe wird durch einen Abgaskrümmer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an exhaust manifold having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 5. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um einen Abgaskrümmer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich der eingangs beschriebene Zielkonflikt zwischen der Realisierung einer vorteilhaften Wärmeabfuhr, insbesondere aus dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine, und der Realisierung einer besonders vorteilhaften und insbesondere besonders kurzen Start- und Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine lösen lässt, ist erfindungsgemäß wenigstens ein Einspritzelement vorgesehen, mittels welchem zumindest ein Teilbereich der Oberfläche mit einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Führungselements zumindest mittelbar beaufschlagbar ist. Durch das Kühlen des Führungselements kann auch das das Führungselement durchströmende Abgas infolge eines Wärmeübergangs an das Führungselement und beispielsweise weiter von dem Führungselement an die Kühlflüssigkeit gekühlt werden, so dass das Abgas effektiv und effizient gekühlt werden kann.To further develop an exhaust manifold specified in the preamble of claim 1 type such that the initially described conflict between the realization of an advantageous heat dissipation, in particular from the exhaust gas of the internal combustion engine, and the realization of a particularly advantageous and especially very short start and warm-up phase of the internal combustion engine solve is According to the invention at least one injection element provided by means of which at least a portion of the surface with a cooling liquid for cooling the guide member is at least indirectly acted upon. As a result of the cooling of the guide element, the exhaust gas flowing through the guide element can also be cooled as a result of a heat transfer to the guide element and, for example, further from the guide element to the cooling fluid, so that the exhaust gas can be cooled effectively and efficiently.
Durch den Einsatz des Einspritzelements ist dabei eine bedarfsgerechte Kühlung des Führungselements und des Abgases darstellbar, da das Führungselement – im Gegensatz zu einer dauerhaften Flüssigkeitskühlung des Führungselements – nicht dauerhaft mit der Kühlflüssigkeit in Kontakt steht, sondern das Führungselement kann beispielsweise lediglich zeitweise mittels des Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Dies bedeutet, dass beispielsweise während einer ersten Zeitspanne das mittels des Einspritzelements bewirkte Beaufschlagen des Führungselements, insbesondere dessen Oberfläche, mit der Kühlflüssigkeit unterbleiben kann, so dass das Führungselement, insbesondere die Oberfläche, lediglich mit der die Oberfläche umgebenden Luft in Kontakt steht. Hierdurch kann eine übermäßige Wärmeabfuhr von dem Führungselement und von dem Abgas vermieden werden, so dass das Führungselement sowie beispielsweise andere, in einer Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Komponenten besonders schnell erwärmt werden können. Dadurch kann die Start- und Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine besonders kurz gehalten werden. Während einer von der ersten Zeitspanne unterschiedlichen, zweiten Zeitspanne kann beispielsweise das Führungselement, insbesondere dessen Oberfläche, mittels des Einspritzelements mit der Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden, so dass die Oberfläche mit der Kühlflüssigkeit benetzt wird. Hierdurch kann eine besonders hohe Menge an Wärme von dem Führungselement und dem Abgas abtransportiert werden, so dass übermäßige Temperaturen des Führungselements und insbesondere des Abgases und somit übermäßige Temperaturen von anderen, in der Abgasanlage angeordneten Komponenten vermieden werden können.Through the use of the injection element is an on-demand cooling of the guide element and the exhaust gas can be displayed, as the guide element - in contrast to a permanent liquid cooling of the guide element - is not permanently in contact with the cooling liquid, but the guide element, for example, only temporarily cooled by means of the cooling liquid become. This means that, for example, during a first time period the pressurization of the guide element, in particular its surface, caused by the injection element can be omitted with the cooling fluid, so that the guide element, in particular the surface, is in contact only with the air surrounding the surface. As a result, excessive heat dissipation from the guide element and from the exhaust gas can be avoided, so that the guide element and, for example, other components arranged in an exhaust system of the internal combustion engine can be heated particularly quickly. As a result, the starting and warm-up phase of the internal combustion engine can be kept particularly short. During a second period of time different from the first time span, for example, the guide element, in particular its surface, can be acted on by the cooling element by means of the injection element, so that the surface is wetted with the cooling fluid. In this way, a particularly high amount of heat can be removed from the guide element and the exhaust gas, so that excessive temperatures of the guide element and in particular of the exhaust gas and thus excessive temperatures of other, arranged in the exhaust system components can be avoided.
Zur Realisierung dieser bedarfsgerechten Beaufschlagung der Oberfläche des Führungselements umfasst das Einspritzelement beispielsweise wenigstens eine Ausspritzöffnung, über welche die Kühlflüssigkeit aus dem Einspritzelement ausgespritzt werden kann. Der Ausspritzöffnung ist beispielsweise wenigstens ein Schließelement zugeordnet, welches – insbesondere relativ zu einem Gehäuse des Einspritzelements – zwischen einer die Ausspritzöffnung fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer die Ausspritzöffnung freigebenden Offenstellung bewegbar ist. Zum Bewegen des Schließelements, welches auch als Ventilelement bezeichnet wird, umfasst das Einspritzelement beispielsweise ein Stellglied, mittels welchem das Schließelement bewegbar ist. Das Stellglied ist dabei beispielsweise elektrisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch bewegbar und kann beispielsweise als Magnet, insbesondere Elektromagnet, ausgebildet sein, so dass das Einspritzelement beispielsweise als Magnetventil ausgebildet ist.In order to realize this demand-responsive action on the surface of the guide element, the injection element comprises, for example, at least one ejection opening, via which the cooling liquid can be ejected from the injection element. The ejection opening is associated, for example, at least one closing element, which is movable between a closing position fluidically blocking the ejection opening and at least one open position releasing the ejection opening-in particular relative to a housing of the injection element. For moving the closing element, which is also referred to as a valve element, the injection element comprises, for example, an actuator, by means of which the closing element is movable. The actuator is, for example, electrically and / or hydraulically and / or pneumatically movable and, for example, as a magnet, in particular electromagnet, be formed, so that the injection element is formed for example as a solenoid valve.
Insbesondere ist es mittels des Einspritzelements möglich, die in Kontakt mit der Oberfläche stehende Luft, welche die Oberfläche beispielsweise umgibt beziehungsweise umströmt, mit der Kühlflüssigkeit zu versetzen, so dass sich beispielsweise ein feiner Sprühnebel bildet, welcher die in Kontakt mit der Oberfläche stehende beziehungsweise die Oberfläche umströmende Luft und die aus dem Einspritzelement ausgespritzte Kühlflüssigkeit umfasst. Mittels dieses feinen Sprühnebels können die Oberfläche und somit das Führungselement und das das Führungselement durchströmende Abgas besonders gut und effektiv gekühlt werden.In particular, by means of the injection element, it is possible to displace the air in contact with the surface, which surrounds the surface, for example, with the cooling liquid, so that, for example, a fine spray forms which contacts the surface or the surface in contact with the surface Surface surrounding air and the ejected from the injection element coolant comprises. By means of this fine spray, the surface and thus the guide element and the exhaust gas flowing through the guide element can be cooled particularly well and effectively.
Mit anderen Worten kann durch den Einsatz des Einspritzelements das Führungselement beziehungsweise der Abgaskrümmer insgesamt effektiv gekühlt werden, so dass übermäßig hohe Abgastemperaturen der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden können. Die Kühlung des Abgases erfolgt beispielsweise durch einen Wärmeübergang von dem das Führungselement durchströmenden Abgas an das Führungselement und weiter von dem Führungselement an die Kühlflüssigkeit, die infolge der Beaufschlagung des Führungselements, insbesondere der Oberfläche, mit der Kühlflüssigkeit die Oberfläche berührt. Dabei weist die Kühlflüssigkeit einen wesentlich höheren Wärmeübergangskoeffizienten als die Luft auf, so dass durch das Beaufschlagen der Oberfläche mit der Kühlflüssigkeit eine effektive Kühlung des Führungselements und somit des Abgases realisierbar ist. Unterbleibt das Beaufschlagen der Oberfläche mit der Kühlflüssigkeit, so erfolgt kein oder ein nur geringer Wärmeübergang von dem Führungselement an die das Führungselement umgebende beziehungsweise umströmende Luft, so dass auch eine übermäßige Kühlung des das Führungselement durchströmenden Abgases unterbleibt. Hierdurch kann die Start- und Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine besonders kurz gehalten werden, so dass die Verbrennungskraftmaschine in besonders kurzer Zeit auf eine vorteilhafte Betriebstemperatur gebracht werden kann. Dadurch kann in besonders effizienter und somit wirkungsgradgünstiger beziehungsweise kraftstoffverbrauchs- und CO2-emissionsarmer Betrieb realisiert werden.In other words, can be effectively cooled by the use of the injection element, the guide element or the exhaust manifold as a whole, so that excessively high exhaust gas temperatures of the internal combustion engine can be avoided. The cooling of the exhaust gas takes place, for example, by a heat transfer from the exhaust gas flowing through the guide element to the guide element and further from the guide element to the cooling liquid, which contacts the surface as a result of the action of the guide element, in particular the surface. In this case, the cooling liquid has a significantly higher heat transfer coefficient than the air, so that effective cooling of the guide element and thus of the exhaust gas can be realized by subjecting the surface to the cooling liquid. If there is no application of the coolant to the surface, no or only little heat transfer takes place from the guide element to the air surrounding or flowing around the guide element, so that excessive cooling of the exhaust gas flowing through the guide element is also avoided. As a result, the starting and warm-up phase of the internal combustion engine can be kept particularly short, so that the internal combustion engine can be brought to an advantageous operating temperature in a particularly short time. This can be realized in a particularly efficient and therefore low-efficiency or fuel consumption and CO 2 emission-poor operation.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist, eine bedarfsgerechte Wärmeabfuhr aus dem Abgas über die Oberfläche des Führungselements zu realisieren, indem die das Führungselement umgebende beziehungsweise umströmende Luft mit der Kühlflüssigkeit beaufschlagt beziehungsweise befeuchtet wird. Dies erfolgt derart, dass mittels des Einspritzelements die Kühlflüssigkeit in die Luft eingebracht werden kann. Bei der Kühlflüssigkeit handelt es sich beispielsweise um Wasser, so dass eine besonders effektive Kühlung realisiert werden kann. Die vergleichsweise hohe spezifische Wärmekapazität und die hohe Verdampfungswärme der Kühlflüssigkeit führen zu einer im Vergleich zur Luft signifikant verbesserten Kühlwirkung.The idea underlying the invention is a demand-based heat removal from the exhaust gas To realize over the surface of the guide element by the surrounding or surrounding the guide element air is supplied with the cooling liquid or humidified. This is done in such a way that the coolant can be introduced into the air by means of the injection element. The coolant is, for example, water, so that a particularly effective cooling can be realized. The comparatively high specific heat capacity and the high heat of vaporization of the cooling liquid lead to a significantly improved cooling effect compared to the air.
Das Einspritzelement wird auch als Gemischbildner bezeichnet, welches – wie zuvor beschrieben – die wenigstens eine oder mehrere Ausspritzöffnungen insbesondere in Form von feinen Düsen aufweist. Mittels der Ausspritzöffnung wird die Kühlflüssigkeit, insbesondere in der Nähe des Führungselements, und insbesondere unter Druck in Richtung des Führungselements ausgespritzt und dadurch beispielsweise zerstäubt. Hierdurch entsteht beispielsweise ein feiner Sprühnebel, insbesondere ein feiner Wassersprühnebel. Durch die Verdunstung des feinen Sprühnebels, insbesondere an der Oberfläche des Führungselements, wird dem Führungselement eine große Menge an Wärme entzogen, was zu einer signifikanten Reduzierung der Temperatur des Abgases führt.The injection element is also referred to as Gemischbildner, which - as described above - which has at least one or more ejection openings, in particular in the form of fine nozzles. By means of the ejection opening, the cooling liquid is ejected, in particular in the vicinity of the guide element, and in particular under pressure in the direction of the guide element and thereby atomized, for example. This creates, for example, a fine spray, in particular a fine spray of water. Due to the evaporation of the fine spray, in particular on the surface of the guide element, the guide element is deprived of a large amount of heat, which leads to a significant reduction in the temperature of the exhaust gas.
Insbesondere ist es denkbar, dass der Abgaskrümmer als luftspaltisolierter Krümmer (LSI) ausgebildet ist, wie es beispielsweise in der
Dabei ist es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die den Spalt, welcher auch als Luftspalt bezeichnet wird, durchströmende Luft mittels des Einspritzelements mit der Kühlflüssigkeit zu beaufschlagen, indem mittels des Einspritzelements die Kühlflüssigkeit in die Luft eingebracht wird. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Luft vor Eintritt in den Luftspalt mit der Kühlflüssigkeit beaufschlagt wird. Mit anderen Worten ist die Flüssigkeit an wenigstens einer stromauf des Spalts angeordneten Stelle mittels des Einspritzelements in die dem Spalt zuzuführende Luft einbringbar, so dass die Luft bereits vor dem Eintritt in den Luftspalt mit der Kühlflüssigkeit versetzt ist. Dadurch erhöht die dem Luftstrom zugeführte und beispielsweise als Wasser ausgebildete Kühlflüssigkeit die abführbare Wärmemenge zur Reduzierung der Abgastemperatur signifikant.It is provided in the context of the invention, the air flowing through the gap, which is also referred to as an air gap, flowing air by means of the injection element with the cooling liquid by means of the injection element, the cooling liquid is introduced into the air. It is provided in particular that the air is applied to the cooling liquid before it enters the air gap. In other words, the liquid can be introduced at least one point arranged upstream of the gap into the air to be supplied to the gap by means of the injection element, so that the air is already mixed with the cooling liquid before it enters the air gap. As a result, the cooling fluid supplied to the air flow and formed, for example, as water significantly increases the amount of heat which can be dissipated to reduce the exhaust gas temperature.
Bedingt durch den Umstand, dass die beispielsweise als Wasser ausgebildete Kühlflüssigkeit nicht in Brennräume der Verbrennungskraftmaschine eindringt, sind die Ansprüche an die Qualität der Kühlflüssigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Wassereinspritzanlagen sehr gering. Bei der genutzten Kühlflüssigkeit muss es sich folglich nicht zwingend um demineralisiertes oder destilliertes Wasser handeln. Vielmehr ist sogar die Nutzung von Regenwasser, insbesondere gefiltertem Regenwasser, als die Kühlflüssigkeit denkbar, wobei das Regenwasser bei Niederschlägen von der Karosserie eines den erfindungsgemäßen Abgaskrümmer umfassenden Fahrzeugs aufgefangen und in einem Tank gesammelt werden kann.Due to the fact that the coolant formed for example as water does not penetrate into combustion chambers of the internal combustion engine, the demands on the quality of the cooling liquid in comparison to conventional water injection systems are very low. Consequently, the used cooling liquid does not necessarily have to be demineralized or distilled water. Rather, even the use of rainwater, in particular filtered rainwater, as the cooling liquid conceivable, the rainwater can be collected during rainfall of the body of a comprehensive exhaust manifold invention and collected in a tank.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Abgaskrümmers sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt. Im Rahmen des Verfahrens wird die Kühlflüssigkeit mittels des Einspritzelements in die mit der Oberfläche in Kontakt stehenden beziehungsweise die Oberfläche umströmende Luft eingebracht, um dadurch eine bedarfsgerechte Kühlung des Führungselements und des Abgases zu realisieren.The invention also includes a method for operating an exhaust manifold according to the invention. Advantages and advantageous embodiments of the exhaust manifold according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa. In the context of the method, the cooling liquid is introduced by means of the injection element in the contact with the surface or the air flowing around the surface, thereby realizing an appropriate cooling of the guide element and the exhaust gas.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Während ihres Betriebs saugt die Verbrennungskraftmaschine
Die Verbrennungskraftmaschine
Die verdichtete und gekühlte Luft kann in die Zylinder
Die insbesondere verdichtete Luft wird auch als Verbrennungsluft bezeichnet, welcher mittels des Ladeluftkühlers
Nach der Verbrennung des jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemisches wird das Abgas eines jeden Zylinders
In dem Abgastrakt
Um nun einerseits eine besonders effektive Kühlung des Abgases zu realisieren und somit übermäßige Temperaturen des Abgastrakts
Das Einspritzelement
Das Einspritzelement
Bei der Verbrennungskraftmaschine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 1212
- Zylindergehäusecylinder housing
- 1414
- Zylindercylinder
- 1616
- EinspritzelementInjector
- 1818
- Ansaugtraktintake system
- 2020
- Luftfilterair filter
- 2222
- Pfeilarrow
- 2424
- Abgasturboladerturbocharger
- 2626
- Verdichtercompressor
- 2828
- LadeluftkühlerIntercooler
- 3030
- Abgastraktexhaust tract
- 3232
- Turbineturbine
- 3434
- Drosselklappethrottle
- 3636
- Pfeilarrow
- 3838
- Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust treatment device
- 4040
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 4242
- Führungselementguide element
- 4444
- Oberflächesurface
- 4646
- EinspritzelementInjector
- 4848
- Wasserwater
- 5050
- Reservoirreservoir
- 5252
- Leitungmanagement
- 5454
- Pumpepump
- 5656
- Sprühnebelspray
- 5858
- Gehäuseelementhousing element
- 6060
- Spaltgap
- 6262
- Pfeilarrow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102012207904 A1 [0015] DE 102012207904 A1 [0015]
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