DE102016004576A1 - Exhaust manifold for an internal combustion engine, and method for operating such exhaust manifold - Google Patents

Exhaust manifold for an internal combustion engine, and method for operating such exhaust manifold Download PDF

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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 DE 10 2005 062 186 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Abgaskrümmer umfasst wenigstens ein Führungselement, welches zumindest einen mit wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbindbaren und von Abgas aus dem Brennraum durchströmbaren Abgaskanal zum Führen des Abgases aufweist. Ferner weist das Führungselement eine dem Abgaskanal abgewandte, außenseitige und mit Luft kontaktierbare beziehungsweise mit Luft in Kontakt stehende Oberfläche auf. Die Oberfläche ist beispielsweise von Luft umgeben beziehungsweise von Luft umströmbar.Such an exhaust manifold for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, for example, is already the DE 10 2005 062 186 A1 to be known as known. The exhaust manifold comprises at least one guide element which has at least one exhaust duct, which can be fluidly connected to at least one combustion chamber of the internal combustion engine and can be flowed through by exhaust gas from the combustion chamber, for guiding the exhaust gas. Furthermore, the guide element has a side facing away from the exhaust gas channel, outside and in contact with air or in contact with air surface. The surface is surrounded by air, for example, or can be flowed around by air.

Ferner offenbart die WO 2011/045659 A1 einen Abgaskrümmer für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Führungselement, welches wenigstens einen von Abgas durchströmbaren Abgaskanal und eine dem Abgaskanal abgewandte, außenseitige Oberfläche aufweist. Durch die Oberfläche ist ein Kühlkanal zumindest teilweise begrenzt, wobei der Kühlkanal von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar ist. Diese Kühlflüssigkeit kann in Kontakt mit der Oberfläche treten.Further, the WO 2011/045659 A1 an exhaust manifold for an internal combustion engine, having a guide element which has at least one exhaust gas flow through the exhaust passage and an exhaust gas channel facing away from the outside surface. Through the surface, a cooling channel is at least partially limited, wherein the cooling channel can be flowed through by a cooling liquid. This cooling fluid can come into contact with the surface.

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 DE 103 57 125 A1 als bekannt zu entnehmen. Zum Maximieren der Wärmeabfuhr ist bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Ottomotoren – insbesondere mit hoher spezifischer Leistung – eine Vielzahl an Möglichkeiten bekannt. Zum einen ist diesbezüglich ein Wärmetauscher, der von der verdichteten Verbrennungsluft durchströmt wird und dieser damit Wärme entzieht, bekannt. Letztere wird vom Wärmetauscher dann direkt an die Umgebung oder an ein den Wärmetauscher durchströmendes Kühlmedium eines Niedertemperaturkreislaufs abgegeben. Es wird folglich zwischen der sogenannten direkten und der indirekten Ladeluftkühlung unterschieden. Die Abkühlung der Verbrennungsluft reduziert das Risiko irrregulärer Verbrennung und erlaubt damit eine Steigerung des Verdichtungsverhältnisses. Aufgrund des verfügbaren Bauraums und der übertragbaren Wärmemenge sind der Wärmeabfuhr mittels Ladeluftkühler jedoch Grenzen gesetzt.Current gasoline engines have a thermal management system that optimizes the start-up and warm-up phase and includes technologies for controlling the cooling water heat flow, an optimized application for cold start purposes and many other measures. Another way to minimize the heat dissipation of the internal combustion engine, the so-called air gap-insulated manifold (LSI) is, which is also referred to as an air gap-insulated exhaust manifold. Such an air gap insulated manifold is for example the DE 103 57 125 A1 to be known as known. To maximize the heat dissipation is in internal combustion engines, in particular gasoline engines - especially with high specific power - a variety of ways known. On the one hand, in this regard, a heat exchanger, which is traversed by the compressed combustion air and this thus withdraws heat known. The latter is then discharged from the heat exchanger directly to the environment or to a cooling medium flowing through the heat exchanger of a low-temperature circuit. It is therefore distinguished between the so-called direct and indirect charge air cooling. The cooling of the combustion air reduces the risk of irregular combustion and thus allows an increase in the compression ratio. Due to the available space and the transmittable amount of heat, the heat dissipation by means of intercooler, however, limits.

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 DE 101 225 81 A1 oder DE 43 28 904 A1 als bekannt zu entnehmen. On the other hand, the engine cooling system still has considerable potential for heat dissipation, especially at high engine power. In addition to optimizing the flow around the respective, for example, designed as a cylinder combustion chamber with cooling water and improved heat dissipation to the environment, for example, cooled valve seat rings - especially on the outlet side of the combustion chamber - for example DE 101 225 81 A1 or DE 43 28 904 A1 to be known as known.

Eine weitere Möglichkeit zur Wärmeabfuhr stellt die Kühlung der Turbinen des Abgasturboladers mittels einer Flüssigkeit dar, wie sie beispielsweise der DE 20 2014 104 463 U1 als bekannt zu entnehmen ist.Another possibility for heat dissipation is the cooling of the turbines of the exhaust gas turbocharger by means of a liquid, such as the example DE 20 2014 104 463 U1 to be known as known.

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 DE 10 2010 024 319 A1 bekannt. Eine ähnliche Möglichkeit stellt die Umströmung des Abgaskrümmers mit Kühlwasser durch eine dazu geeignete Vorrichtung dar. Der wassergekühlte Abgaskrümmer ist beispielsweise der DE 10 2013 006 527 A1 als bekannt zu entnehmen.Furthermore, it is possible to use the comparatively large area of the exhaust manifold for heat dissipation. One possibility represents the integration of the exhaust manifold in the cylinder head of the internal combustion engine, so that the heat removed from the exhaust gas is supplied to the engine cooling water circuit. This approach is for example from the DE 10 2010 024 319 A1 known. A similar possibility is the flow around the exhaust manifold with cooling water through a device suitable for this purpose. The water-cooled exhaust manifold is, for example, the DE 10 2013 006 527 A1 to be known as known.

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 DE 10 2014 018 318 A1 ist ein Abgaskrümmer für eine Abgasanlage eines Kraftwagens als bekannt zu entnehmen. Der Abgaskrümmer weist einen Luftspalt auf, welcher bedarfsgerecht mit Luft durchströmt werden kann und damit eine Wärmeabfuhr bei hoher Motorlast ermöglicht und gleichzeitig keine negativen Auswirkungen auf die Start- und Warmlaufphase des Verbrennungsmotors mit sich bringt. Nachteilig wirkt sich allerdings aus, dass die abführbare Wärmemenge aufgrund der Durchströmung mit Luft, die eine vergleichsweise geringe spezifische Wärmekapazität aufweist, deutlich niedriger ist, als die eines mit Kühlwasser umströmten Abgaskrümmers. Folglich ist der Aufwand zur Steigerung des Luftdurchsatzes enorm.Of the DE 10 2014 018 318 A1 an exhaust manifold for an exhaust system of a motor vehicle is to be taken as known. The exhaust manifold has an air gap, which can be traversed as needed with air and thus allows heat dissipation at high engine load and at the same time brings no negative impact on the start and warm-up phase of the engine with it. A disadvantage, however, is that the heat dissipatable amount due to the flow of air, which has a relatively low specific heat capacity, is significantly lower than that of an exhaust manifold flowed around with cooling water. Consequently, the effort to increase the air flow is enormous.

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 DE 10 2012 207 904 A1 beschrieben ist. Alle derzeit bekannten Wassereinspritzanlagen haben gemeinsam, dass dem Brennraum Wasser zugeführt werden muss, was negative Auswirkung auf die Dauerhaltbarkeit vieler Komponenten des Triebwerks haben kann. Des Weiteren kann Korrosion auftreten oder eine Verdünnung des Motoröls vorkommen, die weitere Folgeschäden nach sich ziehen kann. Darüber hinaus ist die Dauerhaltbarkeit von Wassereinspritzanlagen für den Einsatz in Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, noch nicht nachgewiesen. Weiterhin stellt die Bereitstellung einer hinreichenden Menge an Wasser eine große Herausforderung dar.Another very effective way to cool the combustion air and to lower the process temperature - and thus the exhaust gas temperature - represents the injection of a cooling medium in the compressed combustion air. By this, basically already known measure of the combustion air by the high specific heat capacity and evaporation the cooling medium, which is for example formed as a liquid, heat removed. In addition to reducing the risk of knocking combustion can also respond to any Vorentflammungen or be prevented, as for example in the DE 10 2012 207 904 A1 is described. All currently known water injection systems have in common that the combustion chamber water must be supplied, which can have a negative impact on the durability of many components of the engine. In addition, corrosion may occur or a dilution of the engine oil may occur, which may cause further consequential damage. In addition, the durability of water injection systems for use in motor vehicles, especially passenger cars, has not been established. Furthermore, the provision of a sufficient amount of water is a major challenge.

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 DE 103 57 125 A1 beschrieben ist, deren Inhalt vollständig als Teil dieser Offenbarung anzusehen ist. Dabei weist der Abgaskrümmer wenigstens ein Gehäuseelement auf, welches zumindest einen Teilbereich des Führungselements umgibt und zumindest von dem Teilbereich beabstandet ist, wodurch zwischen dem Führungselement und dem Gehäuseelement ein durch das Führungselement und das Gehäuseelement jeweils zumindest teilweise begrenzter Spalt angeordnet ist. Der Spalt ist beispielsweise einerseits durch das Führungselement und andererseits durch das Gehäuseelement begrenzt, wobei der Spalt einerseits insbesondere durch die Oberfläche des Führungselements begrenzt ist. Dabei ist der Spalt von der zuvor genannten Luft durchströmbar, wie es beispielsweise in der DE 10 2014 018 318 A1 beschrieben ist, deren Inhalt vollständig als Teil dieser Offenbarung anzusehen ist.In particular, it is conceivable that the exhaust manifold is designed as an air gap-insulated manifold (LSI), as for example in the DE 103 57 125 A1 whose contents are to be considered in full as part of this disclosure. In this case, the exhaust manifold on at least one housing element which surrounds at least a portion of the guide element and is at least spaced from the portion, whereby between the guide member and the housing member by the guide member and the housing member each at least partially defined gap is arranged. The gap is limited, for example, on the one hand by the guide element and on the other hand by the housing element, wherein the gap is limited on the one hand in particular by the surface of the guide element. In this case, the gap of the aforementioned air can be flowed through, as for example in the DE 10 2014 018 318 A1 whose contents are to be considered in full as part of this disclosure.

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:

1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem Einspritzelement, mittels welchem zumindest ein Teilbereich einer Oberfläche eines Abgaskrümmers mit einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Abgaskrümmers zumindest mittelbar beaufschlagbar ist; und 1 a schematic representation of an internal combustion engine according to a first embodiment of a vehicle, with at least one injection element, by means of which at least a portion of a surface of a Exhaust manifold with a cooling liquid for cooling the exhaust manifold is at least indirectly acted upon; and

2 eine schematische Darstellung der Verbrennungskraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform. 2 a schematic representation of the internal combustion engine according to a second embodiment.

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.

1 zeigt eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform für ein Fahrzeug in Form eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine 10 wird auch als Verbrennungsmotor bezeichnet und ist beispielsweise als Ottomotor ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ein Zylindergehäuse 12 auf, durch welches wenigstens ein als Zylinder 14 ausgebildeter Brennraum gebildet ist. Aus 1 ist erkennbar, dass vorliegend durch das Zylindergehäuse 12 eine Mehrzahl von Zylindern 14 gebildet ist. Dem jeweiligen Zylinder 14 ist ein Einspritzelement 16 zugeordnet, welches auch als Gemischbildner bezeichnet wird. Mittels des Einspritzelements 16 ist ein Kraftstoff, insbesondere ein flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 in den jeweils zugeordneten Zylinder 14, insbesondere direkt, einbringbar, insbesondere einspritzbar. 1 shows one as a whole 10 designated internal combustion engine according to a first embodiment of a vehicle in the form of a motor vehicle, in particular a passenger car. The internal combustion engine 10 is also referred to as an internal combustion engine and is designed for example as a gasoline engine. The internal combustion engine 10 has a cylinder housing 12 on, by which at least one as a cylinder 14 trained combustion chamber is formed. Out 1 is seen that in this case by the cylinder housing 12 a plurality of cylinders 14 is formed. The respective cylinder 14 is an injection element 16 assigned, which is also referred to as Gemischbildner. By means of the injection element 16 is a fuel, in particular a liquid fuel, for operating the internal combustion engine 10 in the respectively assigned cylinder 14 , in particular directly, can be introduced, in particular injectable.

Während ihres Betriebs saugt die Verbrennungskraftmaschine 10 Luft an, welche einen Ansaugtrakt 18 der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmt. Mittels des Ansaugtrakts 18 wird die Luft in die Zylinder 14 geleitet. Dabei ist in dem Ansaugtrakt 18 ein Luftfilter 20 angeordnet, mittels welchem die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft gefiltert wird. Die den Ansaugtrakt 18 durchströmende Luft ist in 1 durch einen Pfeil 22 veranschaulicht.During its operation, the internal combustion engine sucks 10 Air on, which is an intake 18 the internal combustion engine 10 flows through. By means of the intake tract 18 the air gets into the cylinders 14 directed. It is in the intake 18 an air filter 20 arranged, by means of which the intake tract 18 air flowing through is filtered. The intake tract 18 air flowing through is in 1 through an arrow 22 illustrated.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst hierzu wenigstens einen Abgasturbolader 24, welcher einen in dem Ansaugtrakt 18 angeordneten Verdichter 26 umfasst. Mittels des Verdichters 26 wird die Luft verdichtet, so dass die Zylinder 14 mit der verdichteten Luft versorgt werden können. Dies wird auch als Aufladen bezeichnet, so dass die Verbrennungskraftmaschine 10 als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Durch das Verdichten der Luft wird diese erwärmt. Um dennoch einen besonders hohen Aufladegrad zu realisieren, ist in dem Ansaugtrakt 18 stromab des Verdichters 26 eine Kühleinrichtung in Form eines Ladeluftkühlers 28 angeordnet, mittels welchem die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt wird.The internal combustion engine 10 is designed as a supercharged internal combustion engine and for this purpose comprises at least one exhaust gas turbocharger 24 , which one in the intake tract 18 arranged compressor 26 includes. By means of the compressor 26 the air is compressed, so the cylinders 14 can be supplied with the compressed air. This is also called charging, so the internal combustion engine 10 is designed as a supercharged internal combustion engine. By compressing the air, it is heated. Nevertheless, to realize a particularly high degree of supercharging, is in the intake 18 downstream of the compressor 26 a cooling device in the form of a charge air cooler 28 arranged, by means of which the compressed and thus heated air is cooled.

Die verdichtete und gekühlte Luft kann in die Zylinder 14 einströmen, so dass in den jeweiligen Zylindern 14 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird. Dieses jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch wird verbrannt, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 resultiert. Das Abgas kann aus den Zylindern 14 aus- und in einen Abgastrakt 30 der Verbrennungskraftmaschine 10 einströmen, so dass der Abgastrakt 30 von dem Abgas durchströmbar ist. In dem Abgastrakt 30 ist eine Turbine 32 des Abgasturboladers 24 angeordnet. Die Turbine 32 ist von dem Abgas antreibbar, wobei der Verdichter 26 von der Turbine 32 antreibbar ist. Dadurch kann im Abgas enthaltene Energie zum Verdichten der Luft genutzt werden, so dass ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 realisierbar ist.The compressed and cooled air can enter the cylinders 14 inflow, so that in the respective cylinders 14 a fuel-air mixture is formed. This respective fuel-air mixture is burned, resulting in exhaust gas of the internal combustion engine 10 results. The exhaust gas can be from the cylinders 14 off and into an exhaust tract 30 the internal combustion engine 10 pour in, leaving the exhaust tract 30 can be flowed through by the exhaust gas. In the exhaust tract 30 is a turbine 32 the exhaust gas turbocharger 24 arranged. The turbine 32 is driven by the exhaust gas, wherein the compressor 26 from the turbine 32 is drivable. As a result, energy contained in the exhaust gas can be used to compress the air, so that a particularly efficient and thus fuel-efficient operation of the internal combustion engine 10 is feasible.

Die insbesondere verdichtete Luft wird auch als Verbrennungsluft bezeichnet, welcher mittels des Ladeluftkühlers 28 Wärme entzogen wird, bevor die Verbrennungsluft eine im Ansaugtrakt 18 stromab des Ladeluftkühlers 28 angeordnete Drosselklappe 34 durchströmt und schließlich den Zylindern 14 zugeführt wird.The particular compressed air is also referred to as combustion air, which by means of the intercooler 28 Heat is extracted before the combustion air in the intake tract 18 downstream of the intercooler 28 arranged throttle 34 flows through and finally the cylinders 14 is supplied.

Nach der Verbrennung des jeweiligen Kraftstoff-Luft-Gemisches wird das Abgas eines jeden Zylinders 14 ausgeschoben und der Turbine 32 zugeführt. Somit kommt es zu einem durch einen Pfeil 36 veranschaulichten Abgasmassenstrom, welcher den Abgastrakt 30 durchströmt. Der Abgasmassenstrom wird schließlich ins Freie geleitet, nachdem der Abgasmassenstrom eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 38 des Abgastrakts 30 durchströmt hat. Der Abgastrakt 30 wird auch als Abgasanlage bezeichnet und dient dem Führen des Abgases.After the combustion of the respective fuel-air mixture, the exhaust gas of each cylinder 14 pushed out and the turbine 32 fed. Thus, it comes to an arrow 36 illustrated exhaust gas mass flow, which the exhaust tract 30 flows through. The exhaust gas mass flow is finally discharged into the open, after the exhaust gas mass flow an exhaust aftertreatment device 38 the exhaust tract 30 flowed through. The exhaust tract 30 is also referred to as exhaust system and serves to guide the exhaust gas.

In dem Abgastrakt 30 ist ein im Ganzen mit 40 bezeichneter Abgaskrümmer der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet. Der Abgaskrümmer 40 umfasst wenigstens ein Führungselement 42, welches zumindest einen in 1 nicht näher dargestellten und mit den Zylindern 14 fluidisch verbundenen und demzufolge von dem Abgas aus den Zylindern 14 durchströmbaren Abgaskanal sowie eine dem Abgaskanal abgewandte, außenseitige und mit Luft kontaktierbare Oberfläche 44 aufweist. Dies bedeutet, dass Luft die Oberfläche 44 kontaktieren und dabei beispielsweise umströmen kann.In the exhaust tract 30 is a whole with 40 designated exhaust manifold of the internal combustion engine 10 arranged. The exhaust manifold 40 includes at least one guide element 42 , which at least one in 1 not shown and with the cylinders 14 fluidly connected and consequently from the exhaust gas from the cylinders 14 permeable exhaust gas channel and a side facing away from the exhaust gas, outside and contactable with air surface 44 having. This means that air is the surface 44 can contact and flow around, for example.

Um nun einerseits eine besonders effektive Kühlung des Abgases zu realisieren und somit übermäßige Temperaturen des Abgastrakts 30 zu vermeiden und andererseits die Start- und Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine 10 besonders kurz zu halten, ist wenigstens ein Einspritzelement 46 vorgesehen, mittels welchem zumindest ein Teilbereich der außenseitigen Oberfläche 44 mit einer Kühlflüssigkeit vorliegend in Form von Wasser 48 zumindest mittelbar beaufschlagbar ist. Wie im Folgenden noch erläutert wird, ist es bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass mittels des Einspritzelements 46 die die Oberfläche 44 umgebende beziehungsweise kontaktierende Luft mit dem Wasser 48 aus einem beispielsweise als Tank ausgebildeten Reservoir 50 befeuchtet werden kann. Hierzu ist das Einspritzelement 46 über wenigstens eine Leitung 52 fluidisch mit dem Reservoir 50 verbunden, so dass das Wasser 48 aus dem Reservoir 50 über die Leitung 52 zu dem Einspritzelement 46 geführt werden kann. Das Wasser 48 ist dabei in dem Reservoir 50 aufgenommen, welches zumindest teilweise mit dem Wasser 48 gefüllt ist.In order to realize on the one hand a particularly effective cooling of the exhaust gas and thus excessive temperatures of the exhaust tract 30 to avoid and on the other hand, the start and warm-up phase of the internal combustion engine 10 To keep particularly short is at least one injection element 46 provided by means of which at least a portion of the outside surface 44 with a cooling liquid present in the form of water 48 at least indirectly acted upon. As will be explained below, it is in the first embodiment provided that by means of the injection element 46 the the surface 44 surrounding or contacting air with the water 48 from a reservoir formed, for example, as a tank 50 can be moistened. For this purpose, the injection element 46 over at least one line 52 fluidic with the reservoir 50 connected, so the water 48 from the reservoir 50 over the line 52 to the injection element 46 can be performed. The water 48 is in the reservoir 50 taken, which at least partially with the water 48 is filled.

Das Einspritzelement 46 ist beispielsweise eine Einspritzdüse, welche nicht notwendigerweise elektrisch ansteuerbar sein muss. In der Leitung 52 ist vorliegend eine Pumpe 54 angeordnet, mittels welcher das Wasser 48 aus dem Reservoir 50 zu dem Einspritzelement 46 gefördert werden kann beziehungsweise gefördert wird.The injection element 46 is for example an injection nozzle, which does not necessarily have to be electrically controllable. In the line 52 is present a pump 54 arranged, by means of which the water 48 from the reservoir 50 to the injection element 46 can be promoted or promoted.

Das Einspritzelement 46 weist wenigstens eine beispielsweise in Überdeckung mit der Oberfläche 44 angeordnete Ausspritzöffnung auf, über welche das über die Leitung 52 zu dem Einspritzelement 46 geführte Wasser 48 aus dem Einspritzelement 46 ausgespritzt und insbesondere gegen die Oberfläche 44 gespritzt werden kann. Durch das Ausspritzen des Wassers 48 aus dem Einspritzelement 46 bildet sich ein feiner Sprühnebel 56. Mit anderen Worten wird das Wasser 48 mittels des Einspritzelements 46 in Richtung des Führungselements 42 und insbesondere der Oberfläche 44 zu dem feinen Sprühnebel 56 zerstäubt. Alternativ zur als Förderpumpe ausgebildeten Pumpe 54 ist der Einsatz eines Druckübersetzers denkbar.The injection element 46 has at least one, for example, in overlap with the surface 44 arranged ejection opening, via which via the line 52 to the injection element 46 guided water 48 from the injection element 46 sprayed out and especially against the surface 44 can be sprayed. By spraying out the water 48 from the injection element 46 forms a fine spray 56 , In other words, the water becomes 48 by means of the injection element 46 in the direction of the guide element 42 and in particular the surface 44 to the fine spray 56 atomized. Alternatively to the pump designed as a pump 54 the use of a pressure intensifier is conceivable.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine 10. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform, dass der Abgaskrümmer 40 als luftspaltisolierter Krümmer (LSI) ausgebildet ist. Hierbei umfasst der Abgaskrümmer 40 ein Gehäuseelement 58, welches zumindest einen Teilbereich des Führungselements 42 umgibt und von dem Teilbereich beabstandet ist, wodurch zwischen dem Führungselement 42 und dem Gehäuseelement 58 wenigstens ein Spalt 60 angeordnet ist, welcher – wie in 2 durch Pfeile 62 veranschaulicht – von Luft durchströmbar ist. Beispielsweise wird die Luft in den Spalt 60 gefördert. Der Feuchtigkeitsgehalt der den Spalt 60 durchströmenden Luft kann durch den mittels des Einspritzelements 46 bewirkbaren feinen Sprühnebel 56 vorliegend vor Eintritt in den Spalt 60 signifikant erhöht werden. Dies bedeutet, dass das Wasser 48 mittels des Einspritzelements 46 stromauf des Spalts 60 in die den Spalt 60 durchströmende Luft eingebracht wird. Die feuchte Luft durchströmt den Abgaskrümmer 40 beziehungsweise den Spalt 60 und erhöht die mögliche Wärmeabfuhr zur Reduzierung der Abgastemperatur. 2 shows a second embodiment of the internal combustion engine 10 , The second embodiment differs in particular from the first embodiment that the exhaust manifold 40 is designed as an air gap insulated manifold (LSI). In this case, the exhaust manifold comprises 40 a housing element 58 which at least a portion of the guide element 42 surrounds and is spaced from the portion, whereby between the guide element 42 and the housing element 58 at least a gap 60 is arranged, which - as in 2 through arrows 62 illustrated - is traversed by air. For example, the air gets into the gap 60 promoted. The moisture content of the gap 60 air flowing through can by the means of the injection element 46 cause fine mist 56 in the present case before entering the gap 60 be significantly increased. This means that the water 48 by means of the injection element 46 upstream of the gap 60 in the gap 60 flowing air is introduced. The moist air flows through the exhaust manifold 40 or the gap 60 and increases the possible heat dissipation to reduce the exhaust gas temperature.

Bei der Verbrennungskraftmaschine 10 ist somit eine signifikante Reduzierung der Abgastemperaturen in Betriebsbereichen hoher Motorlast ohne negative Auswirkungen auf die Start- und Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine 10 realisierbar. Der sich durch die deutliche Steigerung der Wärmeabfuhr ergebende, primäre Vorteil ist der sinkende oder entfallende Bedarf zur Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mit Kraftstoff aus Bauteilschutzgründen. Dies hat eine signifikante Reduzierung der Schadstoffemissionen sowie des Kraftstoffverbrauchs – und damit der CO2-Emissionen – zur Folge. Darüber hinaus können Brennkraftmaschinen mit weiter gesteigerter spezifischer Leistung entwickelt und damit das Downsizing für CO2-Emissionen fortgesetzt werden. Ferner ergeben sich folgende Vorteile: geringer Wärmeeintrag ins Motorkühlwasser, der unter anderem zur Entlastung des Kühlsystems führt; Reduzierung beziehungsweise Entfall der Kraftstoffanreicherung zum Bauteilschutz bei hohen Lasten und damit Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs; Reduzierung der Schadstoffemissionen; und Potential zu weiterem Downsizing zur Senkung der CO2-Emissionen.In the internal combustion engine 10 is thus a significant reduction of the exhaust gas temperatures in operating areas of high engine load without negative effects on the start and warm-up phase of the internal combustion engine 10 realizable. The resulting by the significant increase in heat dissipation, primary advantage is the sinking or omitting need for enrichment of the fuel-air mixture with fuel for component protection reasons. This results in a significant reduction in pollutant emissions and fuel consumption - and thus CO 2 emissions. In addition, internal combustion engines can be developed with a further increase in specific power and therefore the downsizing for CO 2 emissions can be continued. Furthermore, there are the following advantages: low heat input into the engine cooling water, which among other things leads to the relief of the cooling system; Reduction or elimination of fuel enrichment for component protection at high loads and thus reduction of fuel consumption; Reduction of pollutant emissions; and potential for further downsizing to reduce CO 2 emissions.

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 10357125 A1 [0008, 0025] DE 10357125 A1 [0008, 0025]
  • DE 10122581 A1 [0009] DE 10122581 A1 [0009]
  • DE 4328904 A1 [0009] DE 4328904 A1 [0009]
  • DE 202014104463 U1 [0010] DE 202014104463 U1 [0010]
  • DE 102010024319 A1 [0011] DE 102010024319 A1 [0011]
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  • DE 102014018318 A1 [0013, 0025] DE 102014018318 A1 [0013, 0025]
  • DE 102012207904 A1 [0015] DE 102012207904 A1 [0015]

Claims (5)

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, dadurch gekennzeichnet, dass 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.Exhaust manifold ( 40 ) for an internal combustion engine ( 10 ), with at least one guide element ( 42 ), which at least one with at least one combustion chamber ( 14 ) of the internal combustion engine ( 10 ) fluidly connectable and exhaust gas from the combustion chamber ( 14 ) through-flowable exhaust gas channel and a side facing away from the exhaust gas channel, outside and contactable with air surface ( 44 ), characterized in that 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. Abgaskrümmer (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzelement (46) wenigstens eine in Überdeckung mit der Oberfläche (44) angeordnete Ausspritzöffnung zum Spritzen der Kühlflüssigkeit (48) aus dem Einspritzelement (46) und gegen die Oberfläche (44) aufweist.Exhaust manifold ( 40 ) according to claim 1, characterized in that the injection element ( 46 ) at least one in overlap with the surface ( 44 ) arranged ejection opening for spraying the cooling liquid ( 48 ) from the injection element ( 46 ) and against the surface ( 44 ) having. Abgaskrümmer (40) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskrümmer (40) als luftspaltisolierter Abgaskrümmer ausgebildet ist und wenigstens ein Gehäuseelement (58) aufweist, welches zumindest einen Teilbereich des Führungselements (42) umgibt und von dem Teilbereich beabstandet ist, wodurch zwischen dem Führungselement (42) und dem Gehäuseelement (58) ein Spalt (60) angeordnet ist, welcher von der Luft durchströmbar ist.Exhaust manifold ( 40 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust manifold ( 40 ) is designed as an air gap-insulated exhaust manifold and at least one housing element ( 58 ), which at least a portion of the guide element ( 42 ) and spaced from the sub-area, whereby between the guide element ( 42 ) and the housing element ( 58 ) A gap ( 60 ) is arranged, which can be traversed by the air. Abgaskrümmer (40) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (48) an wenigstens einer stromauf des Spalts (60) angeordneten Stelle mittels des Einspritzelements (46) in die dem Spalt (60) zuzuführende Luft einbringbar ist.Exhaust manifold ( 40 ) according to claim 3, characterized in that the liquid ( 48 ) at least one upstream of the gap ( 60 ) arranged by means of the injection element ( 46 ) into the gap ( 60 ) supplied air can be introduced. Verfahren zum Betreiben eines Abgaskrümmers (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Method for operating an exhaust manifold ( 40 ) according to any one of the preceding claims.
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