DE3338093C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage zur Schalldämpfung und Ausnut­ zung der Wärme des Abgases einer Brennkraftmaschine zur Beheizung eines Heizmediums, bestehend aus einem Schalldämpfer mit mindestens einem Abgaseintritts- und einem Abgasaustrittsrohr und einer diesen umgebenden Wärmetauscheranordnung, die mindestens einen, das Heiz­ medium führenden Ringraum aufweist.

Derartige Abgasanlagen werden vorzugsweise für Kraftfahrzeuge wie z. B. Omnibusse oder Wohnmobile verwendet, um z. B. den Innenraum aufzu­ heizen. Bei diesen Anlagen wird vorzugsweise Wasser als Heizmedium verwendet und dieses ggf. mit einer Umwälzpumpe im Kreislauf geführt. Bei diesen Anlagen ist es wichtig, daß das Heizmedium eine bestimmte Temperatur, vorzugsweise 80°C, nicht übersteigt.

Es sind bereits Abgasanlagen zur Schalldämpfung und zur Ausnutzung der Abgaswärme bekannt. Eine solche "Auspuffheizung" beschreibt die DE-OS 29 09 530. Bei dieser Anordnung ist das eigentliche schalldämpfende Element von einem Ringraum umgeben, durch den das Heizmedium geführt wird. Die bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Wärme­ abgabe nicht regulierbar ist, so daß es bei bestimmten Betriebszustän­ den der Brennkraftmaschine zu einer unerwünschten Überhitzung des Heizmediums kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage zu schaf­ fen, mit welcher sowohl eine gute Schalldämpfung als auch eine Ausnut­ zung der Abwärme des Abgases zur Beheizung eines Heizmediums möglich ist, bei der eine lastabhängige Überhitzung des Heizmediums vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einer Abgasanlage gelöst, bei welcher zwischen dem Schalldämpfer und dem das Heizmedium führenden Ringraum ein weite­ rer, luftführender Ringraum vorgesehen ist, der am abgaseintritts­ seitigen Ende des Schalldämpfers nach außen führende Luftzuführungs­ öffnungen aufweist und am abgasaustrittsseitigen Ende des Schalldämp­ fers mit dem Abgasaustrittsrohr durch Überströmöffnungen verbunden ist, wobei im Bereich dieser Überströmöffnungen zwischen dem luftfüh­ renden Ringraum und dem Abgasaustrittsrohr eine Zwischenkammer gebil­ det wird, durch die die Luft mittels einer im Abgasaustrittsrohr ein­ gesetzten Injektordüse durch die Überströmöffnungen des Abgasaus­ trittsrohres abgesaugt wird.

Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung wird eine Abgasanlage aufgezeigt, die für Wasser als Heizmedium geeignet ist und mit großer Sicherheit betrieben werden kann. Bei der Abgasanlage entsteht durch das den Schalldämpfer durchströmende Abgas eine Injektorwirkung, durch die über den den Schalldämpfer unmittelbar umgebenden luftführenden Ring­ raum eine bestimmte Menge Luft angesaugt und mit dem Abgas zusammen abgeführt wird. Da die angesaugte Luftmenge abhängig ist von der Ab­ gasgeschwindigkeit, ergibt sich ein lastabhängiger Luftdurchsatz durch den luftführenden Ringraum. Die den Kanal durchströmende Luft wird als Frischluft angesaugt und kühlt den durch das Abgas aufgeheizten Schalldämpfer, so daß bei Leerlauf - infolge geringen Durchsatzes - viel, und bei Vollast - infolge hohen Durchsatzes - wenig Wärme an den vom Heizmedium (z. B. Wasser) durchströmten Ringraum übertragen wird. Damit ist aber bei entsprechender Dimensionierung des Luftführungs­ kanals sichergestellt, daß bei dem Heizmedium eine vorgegebene Tempe­ ratur, vorzugsweise 70-80°C, nicht überschritten wird. Das Heiz­ medium kann mit dieser Temperatur sodann dem der Raumbeheizung dienen­ den Wärmetauscher (Heizkörper) zugeführt werden, wobei die Rohrleitung selbst den Wärmetauscher bilden kann. Eine Optimierung der Ansaug­ wirkung der Frischluft wird gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Anzahl der Überströmöffnungen zwischen dem luftführenden Ringraum und der Zwischenkammer größer ist als die Anzahl der Überströmöffnungen in dem Abschnitt des Abgasaus­ trittsrohres, das die Zwischenkammer durchdringt. Für die Zu- und Ab­ führung des Heizmediums (Wassers) hat sich eine tangentiale Zu- bzw. Abführung in bzw. aus dem Ringraum als günstigste Lösung erwiesen, da damit besonders günstige Strömungsverhältnisse erreicht werden. Um eine möglichst gleichmäßige Durchströmung des Ringraumes und eine größere Verweilzeit, die gleichzeitig die Wärmeaufnahmezeit (Aufheiz­ zeit) ist, zu erreichen, sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung Leit­ elemente in den Ringraum angeordnet. Als besonders zweckmäßig hat sich eine Anordnung erwiesen, bei welcher die Leitelemente jeweils als Halbkreisringscheiben ausgebildet und diese vorzugsweise um 180° gegeneinander versetzt sind. Dabei können diese Leitelemente geschlos­ sen sein oder Durchtrittsöffnungen für das Heizmedium aufweisen. Zweckmäßigerweise sperren die Leitelemente jeweils eine Hälfte des Ringkanals ab, jedoch sind auch Anordnungen möglich, bei denen die Leitelemente an dem Außenmantel des Ringraumes angeordnet sind und nur in den Ringraum hineinragen. Bei einer durchgemessenen Anordnung hat sich gezeigt, daß vorzugsweise 3 bis 5 Leitelemente, verteilt über die Länge des Ringraumes anzuordnen sind.

Gemäß einer Weiterführung der Erfindung hat sich als vorteilhaft er­ wiesen, daß die Wärmetauscheranordnung als eine mit dem Schalldämpfer lösbar verbundene Einheit ausgebildet ist. Somit kann die Heizeinheit auch bei einer späteren Nachrüstung an den entsprechenden Schalldämp­ fer angesetzt werden. Bei der Nachrüstung kann zwar gegenüber einer Erstausrüstung eine Verstärkung der Wand des Schalldämpfers durch den "übergeschobenen" Luftführungskanal auftreten, es hat sich jedoch ge­ zeigt, daß damit keine wesentlichen Verluste im Wirkungsgrad verbunden sind. Es können natürlich auch an dem das Medium führenden Ringraum Rippen vorgesehen sein, derart, daß sich bei dem Zusammenbau der luft­ führende Ringraum bildet. Diese Möglichkeit der Nachrüstung kann für jeden beliebigen Schalldämpfer vorgesehen werden, so daß sich hiermit eine besonders preisgünstige Warmwasserheizung für Fahrzeuge - auch für Pkw - ergibt.

Anhand des Ausführungsbeispieles wird die Erfindung beschrieben und erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Gesamtanordnung in vereinfachter, schematischer Darstellung im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Einheit zur Nachrüstung im Längsschnitt.

Die in der Fig. 1 beispielsweise dargestellte Abgasanlage besteht aus einem Schalldämpfer 1 mit nachgeschalteter Zwischenkammer 2, wobei das Abgas über zwei Abgaseintrittsrohre 3a, 3b zugeführt und über ein Ab­ gasaustrittsrohr 4 mit einer Injektordüse 5 abgeführt wird. Dieser Schalldämpfer 1 ist von einem luftführenden Ringraum 6 umgeben, an den sich radial ein Ringraum 7 zur Führung des Heizmediums mit den An­ schlußstutzen 8 und 9 anschließt. Der Schalldämpfer 1 ist ein handels­ üblicher Schalldämpfer mit mehreren Kammern 1a bis 1e, die durch Zwischenböden voneinander getrennt sind. Diese Zwischenböden können Abgasdurchtrittsöffnungen aufweisen und werden in bekannter Weise von mindestens einem Innenrohr durchdrungen, wobei der Anschluß der Kammer über Perforationen in dem Innenrohr erfolgen kann. Das Abgas wird durch die beiden Abgaseintrittsrohre 3a, 3b zugeführt und gelangt in die zweite Kammer, wobei über je eine Eintrittsbrause (Perforationen) die erste Kammer akustisch angeschlossen ist. Das Abgasaustrittsrohr 4 ist gemäß der Erfindung mit einer Injektordüse 5 versehen, die lösbar angeordnet sein kann. Wesentlich ist, daß diese Injektordüse in Strö­ mungsrichtung des Abgases vor der dem Schalldämpfer angeschlossenen Zwischenkammer 2 angeordnet ist oder unmittelbar in der Eintrittsebene in diese Zwischenkammer 2 und ferner, daß er eine Abrißkante 11 auf­ weist. Diese ist als rohrförmiger, kurzer Fortsatz an den eingezogenen Teil der Injektordüse 5 ausgebildet. Die Zwischenkammer 2 ist gleich­ zeitig die in Strömungsrichtung letzte Kammer des Schalldämpfers 1 - sie kann jedoch, wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird, auch als separate Kammer angeschlossen sein. Sowohl der Mantel dieser Zwischenkammer 2 als auch das Abgasaustrittsrohr 4 im Bereich der Zwischenkammer 2 sind mit Überströmöffnungen 12 bzw. 13 versehen.

Dabei stellen die Überströmöffnungen 12 im Mantel der Zwischenkammer 2 eine Verbindung zu dem luftführenden Ringraum 6 dar. Dieser ist an der Eintrittsseite, d. h. an der der Zwischenkammer 2 entgegengesetzten Seite entweder ganz offen, wobei sodann die Distanzhaltung über Rippen erfolgt, oder mit einer Anzahl von Luftzuführöffnungen 15 versehen, so daß mittels der Injektorwirkung Luft durch den luftführenden Ringraum 6 gesaugt werden kann. Radial nach außen anschließend ist über die gesamte Länge des Schalldämpfers 1 samt Zwischenkammer 2 ein Ringraum 7 mit einem Einlaßstutzen 8 und einem Auslaßstutzen 9 angeordnet, durch den das Heizmedium, z. B. Wasser geführt wird. In diesem Ringraum 7 sind zwischen dessen äußerem und innerem Mantel Leitelemente 16a, 16b, 16c angeordnet. Diese können eine beliebig geeignete Form aufwei­ sen, vorzugsweise sind sie als Halbkreisringscheiben, evtl. mit Heiz­ mitteldurchtrittsöffnungen, ausgebildet.

In Fig. 2 ist eine zur Nachrüstung eines vorhandenen Schalldämpfers geeignete Einheit - im folgenden als Heizeinheit bezeichnet - im Längsschnitt mit einem strichpunktiert gezeichneten Schalldämpfer ver­ einfacht dargestellt. Der vorhandene Schalldämpfer 1 hat zwei Ab­ gaseintrittsrohre 3a, 3b und ein Abgasaustrittsrohr 4. Die Heizeinheit besteht aus dem Ringraum 7, der an den beiden Stirnseiten durch Böden 18a, 18b verschlossen ist, wobei der eingangsseitige Boden 18a nur den Ringraum 7 abschließt, also ringförmig ausgebildet ist, während der ausgangsseitige Boden 18b zugleich die Zwischenkammer 2 abschließt und von dem Abgasaustrittsrohr 4′ durchdrungen wird. Radial nach innen schließen sich an der Innenwand des Ringraumes 7 nach innen gerichtete Distanzelemente an. Von diesen ist das eingangsseitige als Ringscheibe mit Luftzuführöffnungen 17a versehen und das der Zwischenkammer 2 zu­ gewandte als mindestens drei Einzelelemente umfassende Elemente von z. B. 5-7 cm Länge ausgebildet, die gleichmäßig über den Umfang ver­ teilt sind und Luftzuführöffnungen 17b bilden. Zwischen der ausgangs­ seitigen Stirnwand des Schalldämpfers 1 ist in Verlängerung des Außen­ mantels ein rohrförmiges Stück 21 angeordnet, so daß hinter dem Schalldämpfer 1 eine zusätzliche Kammer 20 gebildet wird, an die sich die Zwischenkammer 2 anschließt. Die Fortsetzung des rohrförmigen Stückes 21 im Bereich der Zwischenkammer 2 ist perforiert und bildet den Innenmantel des luftführenden Ringraumes 6. Das rohrförmige Stück 21 kann auch als Innenmantel des luftführenden Ringraumes 6 sich über die gesamte Länge der Heizeinheit erstrecken.

Der Anschluß der Heizeinheit an den Schalldämpfer 1 erfolgt über das Abgasaustrittsrohr 4′, das mit einem entsprechend aufgeweiteten Ab­ schnitt über das Abgasaustrittsrohr 4 des Schalldämpfers 1 geschoben wird.

Claims (6)

1. Abgasanlage zur Schalldämpfung und Ausnutzung der Wärme des Abgases einer Brennkraftmaschine zur Beheizung eines Heizmediums, bestehend aus einem Schalldämpfer mit mindestens einem Abgaseintritts- und einem Abgasaustrittsrohr und einer diesen umgebenden Wärme­ tauscheranordnung, die mindestens einen, das Heizmedium führenden Ringraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schall­ dämpfer (1) und dem das Heizmedium führenden Ringraum (7) ein wei­ terer, luftführender Ringraum (6) vorgesehen ist, der am abgasein­ trittsseitigen Ende des Schalldämpfers nach außen führende Luftzu­ führöffnungen (15, 17a) aufweist und am abgasaustrittsseitigen Ende des Schalldämpfers mit dem Abgasaustrittsrohr (4) durch Überström­ öffnungen (12, 13) verbunden ist, wobei im Bereich dieser Über­ strömöffnungen (12, 13) zwischen dem luftführenden Ringraum (6) und dem Abgasaustrittsrohr (4) eine Zwischenkammer (2) gebildet wird, durch die die Luft mittels einer im Abgasaustrittsrohr (4) einge­ setzten Injektordüse (5) durch die Überströmöffnungen (12, 13) des Abgasaustrittsrohres (4) abgesaugt wird.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Überströmöffnungen (12) vom luftführenden Ringraum zur Zwischenkammer (2) größer ist als die Anzahl der Überström­ öffnungen (13) im Austrittsrohr (4).

3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Heizmedium führende Ringraum tangential angeordnete Einlaß- (8) und Auslaßstutzen (9) aufweist.

4. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem das Heizmedium aufnehmenden Ringraum (7) Leitele­ mente (16) angeordnet sind.

5. Abgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit­ elemente (16) jeweils als Halbkreisringscheiben ausgebildet und gegeneinander versetzt angeordnet sind.

6. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Schalldämpfer umgebende Wärmetauscheranordnung als eine mit dem Schalldämpfer (1) lösbar verbundene Einheit ausgebil­ det ist.