DE102018205873B3 - Exhaust manifold with air gap insulation - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Anordnung von mindestens einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskrümmer bereitgestellt, bei der die Abgasleitung und der Abgaskrümmer mindestens teilweise mittels einer Luftspalteinrichtung gegen die Umgebung thermisch isoliert sind, wobei das Volumen der Luftspalteinrichtung mit einer Rohrleitung verbunden, über die Luft der Luftspalteinrichtung zirkuliert werden kann. Es wird weiterhin ein Verfahren zum Regulieren der Abgastemperatur bereitgestellt.An arrangement is provided of at least one exhaust pipe of an internal combustion engine with an exhaust manifold, wherein the exhaust pipe and the exhaust manifold are at least partially thermally insulated from the environment by means of an air splitter, wherein the volume of the air splitter connected to a pipe, circulates through the air of the air splitter can be. A method for regulating the exhaust gas temperature is further provided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mindestens einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine und eines Abgaskrümmer, die durch eine Luftspalteinrichtung nach außen isoliert sind, sowie ein Verfahren zum Regeln der Abgastemperatur.The invention relates to an arrangement of at least one exhaust pipe of an internal combustion engine and an exhaust manifold, which are isolated by an air gap device to the outside, and a method for regulating the exhaust gas temperature.
Zum Entfernen von Schadstoffen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen werden herkömmlicherweise Abgasnachbehandlungseinrichtungen im Abgastrakt angeordnet. Abgasnachbehandlungseinrichtungen umfassen beispielsweise Oxidationskatalysatoren, Stickoxidspeicherkatalysatoren (engl. Lean NOx Trap, LNT) und Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Diese Katalysatoren funktionieren jeweils effektiv in einem bestimmten Temperaturfenster, d.h. dass unterhalb und oberhalb bestimmter Temperaturen die Funktion der Katalysatoren eingeschränkt ist. Um die strengen Regularien gemäß der EU6.2- und EU7-Emissionsnormen einzuhalten, ist es notwendig, nach dem Starten einer Brennkraftmaschine eine zeitnahe Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtungen zu gewährleisten, und diese auch bei niedrigen Abgastemperaturen während niedriger Lasten der Brennkraftmaschine beizubehalten. Um Temperaturverluste des Abgases einzuschränken, wird z.B. eine Luftspaltisolierung um den Abgastrakt im Bereich des Abgaskrümmers angeordnet. Unter Luftspaltisolierung wird dabei eine Luft enthaltene Umhüllung der entsprechenden Verrohrung verstanden.For removing pollutants from the exhaust gas of internal combustion engines exhaust aftertreatment devices are conventionally arranged in the exhaust tract. Exhaust aftertreatment devices include, for example, oxidation catalysts, lean NOx trap (LNT) and selective catalytic reduction (SCR) catalysts. These catalysts each function effectively in a given temperature window, i. that below and above certain temperatures, the function of the catalysts is limited. In order to comply with the strict regulations according to the EU6.2 and EU7 emission standards, it is necessary to ensure a timely function of the exhaust aftertreatment devices after starting an internal combustion engine, and to maintain them even at low exhaust gas temperatures during low loads of the internal combustion engine. To limit temperature losses of the exhaust gas, e.g. an air gap insulation arranged around the exhaust tract in the region of the exhaust manifold. Air gap insulation means an enclosure of the corresponding piping contained in the air.
In der Druckschrift
Eine besagte Luftspaltisolierung kann allerdings dazu führen, dass z.B. bei hohen Lasten Abgas mit entsprechend hohen Temperaturen zu den Abgasnachbehandlungseinrichtungen gelangt, da keine bzw. zu wenig Wärme des Abgases über die Verrohrung von an die Brennkraftmaschine anschließenden Abgasleitungen und des Abgaskrümmers an die Umgebung des Abgastraktes abgeleitet werden kann. Entsprechend hohe Temperaturen des Abgases überschreiten die Funktionstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtungen und sind zudem ungünstig für den Betrieb einer stromabwärts des Abgaskrümmers angeordneten Turbine eines Abgasturboladers, was zu Energieverlusten führt, da das Abgas dann um die Turbine herumgeleitet werden muss.However, said air gap insulation may result in e.g. Exhaust gas with correspondingly high temperatures reaches the exhaust aftertreatment devices at high loads, since no or too little heat of the exhaust gas can be discharged via the piping of exhaust pipes connecting the internal combustion engine and the exhaust manifold to the surroundings of the exhaust gas tract. Excessively high temperatures of the exhaust gas exceed the functional temperature of the exhaust aftertreatment devices and are also unfavorable for the operation of a turbine of an exhaust gas turbocharger arranged downstream of the exhaust manifold, which leads to energy losses, since the exhaust gas then has to be conducted around the turbine.
Es besteht die Aufgabe, den Stand der Technik zum Steuern der Abgastemperaturen zu verbessern.It is the object to improve the state of the art for controlling the exhaust gas temperatures.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1, einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 5 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsformen der Erfindung können in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden.This object is achieved with an arrangement having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer einem Zylinder zugeordneten Abgasleitung, die im Bereich eines Abgaskrümmers in einen Abgastrakt übergeht, wobei die Abgasleitung und der Abgaskrümmer durch eine Luftspalteinrichtung nach außen isoliert sind, die die Abgasleitung und den Abgaskrümmer zumindest teilweise umgibt und dabei mindestens eine innere Hülle, die unmittelbar um die Abgasleitung und den Abgaskrümmer angeordnet ist, und mindestens eine äußere Hülle, die die äußere Begrenzung der Luftspalteinrichtung bildet und ein Volumen der Luftspalteinrichtung einschließt, aufweist, und wobei die Luftspalteinrichtung mindestens eine außerhalb der äußeren Hülle verlaufende erste Rohrleitung aufweist, mit der das Volumen mindestens eine zweite fluide Verbindung aufweist.A first aspect of the invention relates to an arrangement of an internal combustion engine having at least one exhaust line associated with a cylinder, which merges into an exhaust tract in the region of an exhaust manifold, wherein the exhaust pipe and the exhaust manifold are insulated by an air gap device which at least partially the exhaust pipe and the exhaust manifold and at least one inner shell, which is disposed immediately around the exhaust pipe and the exhaust manifold, and at least one outer shell, which forms the outer boundary of the air-splitting device and includes a volume of the air-splitting device, and wherein the air-splitting device at least one outside the outer Shell extending first pipe, with which the volume has at least a second fluid connection.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht vorteilhaft nicht nur eine thermische Isolierung des Abgaskrümmers, womit die Wärme des Abgases in Phasen niedriger Last für die Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtungen erhalten bleiben kann und nicht über die Wandungen der Abgasleitungen und des Abgaskrümmers verloren gehen könnte, sondern auch ein Abführen von Abgaswärme, wenn die Temperatur des Abgases in Phasen hoher Last ungünstig hohe Werte erreicht, die die Funktion der einer im Abgastrakt angeordneten Turbine eines Abgasturboladers und die Abgasnachbehandlungseinrichtungen einschränkt.The arrangement according to the invention advantageously not only allows thermal insulation of the exhaust manifold, whereby the heat of the exhaust gas in phases of low load for the function of the exhaust aftertreatment devices can be maintained and could not be lost through the walls of the exhaust pipes and the exhaust manifold, but also a discharge of exhaust heat when the temperature of the exhaust gas in unfavorably high levels in phases of high load, which limits the function of a arranged in the exhaust tract turbine of an exhaust gas turbocharger and the exhaust aftertreatment devices.
Eine erste fluide Verbindung weist ein Steuerventil auf, das bedarfsweise zum Strömen von Luft aus dem Volumen in die Rohrleitung geöffnet werden kann. Das Steuerventil ermöglicht vorteilhaft die Bewegung einer der aktuellen Temperatur der Luft im Volumen angepasste Gasmenge, die in die Rohrleitung strömen soll.A first fluidic connection has a control valve that can be opened as required for the flow of air from the volume into the pipeline. The control valve advantageously allows the movement of a volume of gas adapted to the current temperature of the air to flow into the pipeline.
Über die zweite fluide Verbindung kann Luft aus der Rohrleitung in das Volumen der Luftspalteinrichtung zurückströmen. Auf diese Weise wird ein Strömungskreislauf der Luft in der Luftspalteinrichtung gewährleistet. Air from the pipeline can flow back into the volume of the air-splitting device via the second fluid connection. In this way, a flow circuit of the air is ensured in the air-splitting device.
Vorzugsweise weist die Rohrleitung mindestens ein Rückschlagventil auf. Auf diese Weise wird das Strömen des Gases in eine Richtung gewährleistet. Dabei ist ein Rückschlagventil bevorzugt im Bereich der zweiten fluiden Verbindung angeordnet.Preferably, the pipeline has at least one check valve. In this way, the flow of the gas is ensured in one direction. In this case, a check valve is preferably arranged in the region of the second fluid connection.
In der Rohrleitung ist mindestens ein Kompressor angeordnet. Der Kompressor dient vor allem zum leichten Komprimieren des Gases. Dabei hat der Kompressor auch eine Pumpenfunktion, um eine Strömung des Gases eine Richtung zu bewirken.In the pipeline at least one compressor is arranged. The compressor is mainly used for easy compression of the gas. The compressor also has a pump function to direct a flow of the gas in one direction.
In der Rohrleitung ist mindestens eine Kühlvorrichtung angeordnet. Mittels der Kühlvorrichtung wird die durchströmende Luft gekühlt, wenn die Temperatur der Luft im Volumen ungünstig hoch wird. Dabei ermöglicht die Kühlvorrichtung besonders vorteilhaft ein schnelles Kühlen in Betriebsphasen, in denen in schnellem Wechsel ungünstig heißes Abgas durch die Abgasleitungen geleitet wird. Die erste Rohrleitung ist stromabwärts der Kühlvorrichtung in eine erste Teilrohrleitung und eine zweite Teilrohrleitung gegabelt. Dabei führen die erste Teilrohrleitung an der zweiten fluiden Verbindung und die zweite Teilrohrleitung an einer dritten fluiden Verbindung in das Volumen zurück.At least one cooling device is arranged in the pipeline. By means of the cooling device, the air flowing through is cooled when the temperature of the air in the volume becomes unfavorably high. In this case, the cooling device allows a particularly advantageous rapid cooling in operating phases in which unfavorably hot exhaust gas is passed through the exhaust pipes in rapid change. The first pipeline is bifurcated downstream of the cooling device into a first sub-pipeline and a second sub-pipeline. In this case, the first part of the pipeline at the second fluid connection and the second part of the pipeline lead back into the volume at a third fluid connection.
Vorzugsweise ist die Kühleinrichtung mit einem separaten Kühlmittelkreislauf verbunden. Auf diese Weise kann ein Abführen von Wärme unabhängig von anderen Kühlmittelkreisläufen eines entsprechenden Fahrzeugs gewährleisten werden.Preferably, the cooling device is connected to a separate coolant circuit. In this way, removal of heat can be ensured independently of other coolant circuits of a corresponding vehicle.
Alternativ oder zusätzlich zu dem separaten Kreislauf ist die Kühleinrichtung bevorzugt mit einem Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden. Der Kühlmittelkreislauf kann genutzt werden, weil die Temperaturunterschiede zwischen dem phasenweise heißen Gas in der Luftspalteinrichtung und der Kühlflüssigkeit des Kühlmittelkreislaufs der Brennkraftmaschine hoch genug ist.Alternatively or in addition to the separate circuit, the cooling device is preferably connected to a coolant circuit of the internal combustion engine. The coolant circuit can be used because the temperature differences between the phase-wise hot gas in the air-gap device and the coolant of the coolant circuit of the internal combustion engine is high enough.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.A second aspect of the invention relates to a motor vehicle having an arrangement according to the invention.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Abgastemperatur unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung, mit den Schritten:
- - Betreiben der Brennkraftmaschine,
- - Ermitteln der Abgastemperatur,
- - Öffnen des Steuerventils, wenn die Temperatur der Luft in der Luftspalteinrichtung einen bestimmten Schwellenwert erreicht hat,
- - Zirkulieren eines fluiden Kühlmittels in der Kühlvorrichtung, so dass Wärme der Luftspaltluft auf das Kühlmittel übertragen werden kann,
- - Schließen des Steuerventils, wenn die Abgastemperatur wieder unter den besagten Schwellenwert fällt.
- Operating the internal combustion engine,
- Determining the exhaust gas temperature,
- Opening the control valve when the temperature of the air in the air-splitting device has reached a certain threshold,
- Circulating a fluid coolant in the cooling device so that heat of the air gap air can be transferred to the coolant,
- - closing the control valve when the exhaust gas temperature falls below the said threshold again.
Die Vorteile des Verfahrens entsprechen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Anordnung.The advantages of the method correspond to the advantages of the arrangement according to the invention.
In einer alternativen Ausführungsform oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens wird das Öffnen und Schließen des Steuerventils in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus der Brennkraftmaschine geregelt. Dabei wird das Steuerventil bei einer hohen Last der Brennkraftmaschine geöffnet und bei einer niedrigen Last geschlossen. Da hohe Abgastemperaturen auch bei niedrigen Lasten nicht auszuschließen sind und kurzzeitige Phasen einer hohen Last ggf. kein ungünstiges Überschreiten der Abgastemperaturen bewirken, werden die Abgastemperaturen jedoch vorteilhafterweise kontinuierlich kontrolliert.In an alternative embodiment or in addition to the embodiment of the method described above, the opening and closing of the control valve is regulated in dependence on an operating mode of the internal combustion engine. In this case, the control valve is opened at a high load of the internal combustion engine and closed at a low load. Since high exhaust gas temperatures can not be ruled out even at low loads and short-term phases of a high load possibly do not cause an unfavorable exceeding of the exhaust gas temperatures, the exhaust gas temperatures are advantageously controlled continuously.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren der in der Rohrleitung angeordnete Kompressor zeitgleich mit dem Öffnen des Steuerventils eingeschaltet.Preferably, in the method, the compressor disposed in the pipeline is turned on at the same time as the opening of the control valve.
Das Bereitstellen elektrischer Energie für den Betrieb von Steuerventilen, Kompressor und Kühleinrichtung verursacht vorteilhafterweise nur einen geringen zusätzlichen Kraftstoffverbrauch, da die benötigte Energiemenge marginal gering ist, weil die Phasen hoher Abgastemperatur, besonders von Phasen hoher Last, vergleichsweise kurz sind.The provision of electrical energy for the operation of control valves, compressor and cooler advantageously causes only a small additional fuel consumption, since the required amount of energy is marginally low, because the phases of high exhaust gas temperature, especially of high load phases, are comparatively short.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. -
2 eine Darstellung einer Anordnung von Abgasleitungen. -
3 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic cross-sectional view of an embodiment of the inventive arrangement. -
2 a representation of an arrangement of exhaust pipes. -
3 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.
In
Eine Luftspalteinrichtung
Die innere Hülle
Die innere
Im mittleren Bereich der unteren langen Seite der Luftspalteinrichtung
Die Kühlvorrichtung
Von der Kühlvorrichtung
Durch die Pfeile ist die Strömungsrichtung der Luft in den Teilrohrleitungen
Im Bereich der fluiden Verbindungen
In einem Verfahren zum Regulieren der Abgastemperatur mittels der Luftspalteinrichtung
Erreicht und/oder überschreitet die Abgastemperatur den besagten Schwellenwert, wird das Steuerventil
Das Öffnen und Schließen des Steuerventils
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Anordnungarrangement
- 22
- Abgasleitungexhaust pipe
- 33
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 44
- Flanschflange
- 1010
- LuftspalteinrichtungAir splitter
- 1111
- innere Hülleinner shell
- 1212
- äußere Hülleouter shell
- 1313
- LuftspaltvolumenAir gap volume
- 1414
- erste fluide Verbindungfirst fluid compound
- 1515
- erste Rohrleitungfirst pipeline
- 151151
- erste Teilrohrleitungfirst part pipeline
- 152152
- zweite Teilrohrleitungsecond part pipeline
- 1616
- Steuerventilcontrol valve
- 1717
- Kompressorcompressor
- 1818
- Kühlvorrichtungcooler
- 2121
- zweite fluide Verbindungsecond fluid compound
- 2222
- dritte fluide Verbindungthird fluid compound
- 2323
- Rückschlagventilcheck valve
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018205873.3A DE102018205873B3 (en) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | Exhaust manifold with air gap insulation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018205873.3A DE102018205873B3 (en) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | Exhaust manifold with air gap insulation |
Publications (1)
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---|---|
DE102018205873B3 true DE102018205873B3 (en) | 2019-08-08 |
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ID=67308572
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102018205873.3A Active DE102018205873B3 (en) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | Exhaust manifold with air gap insulation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018205873B3 (en) |
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-
2018
- 2018-04-18 DE DE102018205873.3A patent/DE102018205873B3/en active Active
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