DE3714761A1 - Abgasleitung fuer verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer mehrwandigen, an ihren Enden mit Anschlußstücken versehenen Abgas­ leitung für Verbrennungsmotoren unter Verwendung von zwei schraubengangförmig gewellten Blechrohren mit unterschiedlicher Steigung, die sich an den einander zugewandten Wellenbergen berühren.

Für die Isolation von Auspuffleitungen von Ver­ brennungsmotoren gibt es mehrere Gründe. Man ver­ hindert dadurch zum einen eine unnötige Aufwärmung der Umgebung der Auspuffrohre durch Wärmestrahlung oder Konvektion. Zum anderen wird ein zu schnelles Abkühlen der Auspuffgase innerhalb der Abgasleitung verhindert, wodurch eine möglicherweise vorgesehene Nachverbrennung der unverbrannten Bestandteile des Abgases erschwert wird. Denn für die Nachverbrennung der Abgase sind möglichst hohe Temperaturen notwendig.

Eine Abgasleitung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist durch die DE-OS 21 57 348 bekannt. Dabei erfolgt jedoch die Führung des Abgases durch ein starres, glattes Innenrohr. Auf dieses Innenrohr sind die beiden eingangs genannten gewellten Blech­ rohre zur Isolierung übergeschoben. Da sie nur durch ihre Eigenspannung mehr oder weniger stark am Innen­ rohr anliegen, werden sie durch zusätzliche Verschluß­ klammern am Innenrohr festgespannt.

Diese bekannte Abgasleitung ist dadurch relativ auf­ wendig in der Herstellung und weist außerdem ein hohes Gewicht auf.

Es ist daher bereits durch die DE-OS 22 42 857 be­ kanntgeworden, die Abgasleitung nur zweiwandig aus­ zubilden. Dabei besteht das innere, gasführende Rohr aus einem dünnwandigen, gewellten Blech und liegt längs seiner Wellenberge an einem äußeren, dickwandi­ gen, starren Rohr an. Die zwischen dem inneren Wellrohr und dem äußeren Glattrohr befindliche Gasschicht wird zur Isolierung herangezogen.

Durch ihren zweiwandigen Aufbau ist diese bekannte Ab­ gasleitung kostengünstiger und leichter als die zuvor beschriebene Bauform.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abgasleitung anzugeben, die sich bei guter Wärme­ und Schallisolierung durch noch günstigere Herstel­ lungskosten und geringeres Gewicht auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das innere Blechrohr als durchgehende, das Ab­ gas führende Leitung fungiert, daß das innere Rohr und/oder das äußere Rohr an beiden Enden mit An­ schlußstücken versehen ist und daß die Wellung bei­ der Rohre durch Sicken gebildet ist, wobei zweck­ mäßigerweise zwischen den Sicken zylindrische Ab­ schnitte angeordnet sind.

Somit ist das innere und das äußere Rohr aus dünnem Blech hergestellt, wodurch sich zunächst eine Ge­ wichts- und Kostenersparnis ergibt. Darüber hinaus führen die axialen Abschnitte zwischen den Sicken, in denen die Rohrwand zylindrisch bleibt, zu einem geringeren Umformaufwand. Zugleich ergibt sich eine verhältnismäßig geringe Zahl von Berührpunkten zwi­ schen den nach außen ragenden Sicken des Innenrohres und den nach innen ragenden Sicken des Außenrohres. Dies gewährleistet gute Isoliereigenschaften, da wenig Wärmebrücken pro Längeneinheit entstehen.

Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Abgasleitung durch wesentlich höhere Flexibilität aus. Sie kann leicht gebogen werden, gleicht Mon­ tagetoleranzen aus und vermag Wärmedehnungen und Relativbewegungen zwischen den angeschlossenen Bau­ teilen aufzunehmen.

Dabei können die Sicken über den Umfang des inneren und/oder äußeren Rohres durchgehend umlaufen oder sie sind abschnittweise ausgebildet und laufen nur über einen Teil des Umfanges , wobei sie durch unver­ formte Rohrabschnitte getrennt sind. Im zuletzt ge­ nannten Fall schließen sich die zylindrischen Rohr­ abschnitte in Axial- und/oder Umfangsrichtung an die Sicken an.

Die Sicken können in an sich bekannter Weise mit be­ tragsmäßig gleichem Steigungswinkel, aber entgegen­ gesetztem Richtungssinn umlaufen. Es ist jedoch statt­ dessen auch möglich, mit gleichem Richtungssinn und unterschiedlichem Steigungswinkel zu arbeiten. Ins­ besondere ist es empfehlenswert, die Steigung der Sicken am Innenrohr kleiner als am Außenrohr zu wäh­ len. Dadurch wird die Biegbarkeit der Abgasleitung verbessert, weil dadurch die mit dem kleineren Krüm­ mungsradius behaftete Innenleitung flexibler wird.

Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Tiefe der Sicken unterschiedlich zu wählen. Im Sinne einer leichten Verbiegbarkeit empfiehlt es sich dabei, die Sicken am Innenrohr tiefer als am Außenrohr zu wählen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Innenrohr unter radialer Spannung am Außenrohr eingepaßt wird. Dadurch kommt es an den Kreuzungsstellen der Sicken zu einem straffen Sitz, der Klappergeräusche verhindert. Zu diesem Zweck kön­ nen die Sicken an ihren Kreuzungsstellen auch teil­ weise verschweißt werden, insbesondere, wenn man eine größere Stabilität des Doppelrohres erreichen will. Außerdem kann durch diese lokale Verschweißung even­ tuelles Klappern der Abgasleitung nach thermischer Wechsellast zuverlässig ausgeschaltet werden.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Wärme­ und Schallisolierung zusätzlich zu erhöhen, indem man eine Zwischenlage aus Isolierstoff zwischen dem inneren und dem äußeren gewellten Blechrohr anwendet. Dadurch entstehen zwei getrennte Kammern mit jeweils isolierenden Luftpolstern, wobei die Konvektion zwi­ schen diesen Luftpolstern unterbunden ist. Darüber hinaus vermindert die isolierende Zwischenlage auch die Wärmeleitung an den Berührstellen zwischen den Sicken des inneren Rohres und den Sicken des äußeren Rohres.

Diese Zwischenlage besteht zweckmäßig aus gewirktem, gewebtem oder verdichtetem Isoliermaterial. Sie kann in Schlauch-, Strumpf-, Band- oder Plattenform vor­ liegen, um die Montage der Abgasleitung zu erleichtern.

In Weiterbildung der Erfindung bietet sich die Mög­ lichkeit, daß der zwischen dem inneren und dem äu­ ßeren Blechrohr gebildete Strömungskanal lokal nach außen hin Öffnungen aufweist und an einem Teil die­ ser Öffnungen mit thermisch gesteuerten Verschluß­ elementen versehen ist. Dadurch bietet sich die Mög­ lichkeit, durch Verschluß dieser Öffnungen die Auf­ wärmephase der Abgasleitung zu verkürzen und somit die Ansprechzeit eines eventuell verwendeten Kata­ lysators so niedrig wie möglich zu halten. Anderer­ seits kann nach dem Erreichen der Betriebstemperatur der Strömungskanal zur Kühlung der Abgasleitung ver­ wendet werden, um eine unnötige Aufheizung der Um­ gebung der Abgasleitung zu verhindern.

Zweckmäßig sind diese Öffnungen am Anfang und am Ende der Abgasleitung angeordnet, so daß die gesamte Länge des Strömungskanals als Wärmetauscherfläche zur Ver­ fügung steht.

Um die Störanfälligkeit komplizierter mechanischer Verschlußelemente zu vermeiden, empfiehlt es sich, Bimetall- oder Memory-Elemente zu verwenden, die durch sich radial aufweitende Manschetten gebildet sind. Diese ringförmigen Manschetten werden so längsgeschlitzt ausgeführt, daß ein Ring mit axial angeordneten Zungen entsteht. Diese Zungen, die sich über den Öffnungen im äußeren Blechrohr befinden, verschließen bei nor­ maler Umgebungstemperatur die Eintrittsöffnung während sie mit zunehmender Erwärmung der Abgasleitung aufge­ hen. Sind die Zungen aus Bimetall hergestellt so öffnet sich die Manschette allmählich trichterartig. Wird hingegen Memory-Metall verwendet, so gibt das Verschlußelement die Öffnungen kurzfristig nach dem Erreichen einer bestimmten, werkstofftechnisch fest­ gelegten Umwandlungstemperatur frei.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; dabei zeigt:

Fig. 1 einen halben Längsschnitt der Abgas­ leitung;

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Wandbereiches der Abgasleitung gemäß Fig. 1, jedoch mit einer Zwischenlage aus Isolierstoff;

Fig. 3 einen halben Längsschnitt durch ein Ende der Abgasleitung mit Verschlußelement in der Geschlossenstellung;

Fig. 4 eine Seiten- und Draufsicht auf das Ver­ schlußelement gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 3, jedoch mit offenem Verschlußelement.

Die Abgasleitung gemäß den Fig. 1 und 2 besteht aus einem inneren Blechrohr 1, das die Abgase führt, ei­ nem äußeren Blechrohr 2, das den Außenmantel bildet und aus zwei an den Enden angeordneten Anschlußstücken 3 und 4. In beide Blechrohre sind schraubengangförmig umlaufende Sicken eingedrückt, derart, daß die Sicken 1 a des Innenrohres nach außen, die Sicken 2 a des Außen­ rohres nach innen ragen. Die Sicken 1 a und 2 a verlau­ fen mit unterschiedlicher Steigung, so daß sie sich kreuzen und sich das Innen- und Außenrohr nur an den Kreuzungspunkten berühren können. Außerdem sind die Steigungen der Sicken so groß gewählt, daß der axiale Abstand von Sicke zu Sicke größer ist als die Sicken­ breite. Dadurch verbleiben jeweils größere, unver­ formte zylindrische Abschnitte zwischen den Sicken.

Die Anschlußstücke 3 und 4 können beliebige Form aufweisen. Sie sind im Ausführungsbeispiel am einen Ende als Anschlußflansch 3, am anderen Ende als zy­ lindrischer Anschlußstutzen 4 dargestellt.

Zur Herstellung der beschriebenen Auspuffleitung wird das Innen- und das Außenrohr separat gefertigt. Sodann werden die Rohre ineinandergeschoben und zumindest das Innenrohr mit den Anschlußstücken verschweißt.

Durch den mit Luft gefüllten Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr und die vergleichsweise gerin­ gen Berührstellen ist eine hohe Isolierwirkung ge­ währleistet. Zugleich erhält man eine gute Dehnungs­ und Bewegungsaufnahme und Verbiegbarkeit, wodurch die Montage vereinfacht wird.

Gemäß Fig. 2 kann zur Erhöhung der Isolierwirkung eine Zwischenlage 5 aus Isolierstoff zwischen dem inneren und dem äußeren Blechrohr angeordnet sein. Hierdurch wird nicht nur der Wärmeübergang durch Wärmeleitung an den Kreuzungspunkten der Sicken er­ schwert, sondern darüber hinaus die direkte Konvek­ tion zwischen Innen- und Außenleitung verhindert.

Die Zwischenlage 5 schafft also zwei getrennte Iso­ lierräume.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Sickenhöhe innen und außen zu variieren, sei es zur Beeinflussung des isolierenden Zwischenraumes, sei es zur Anpassung an den erforderlichen Biegeradius.

Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung an ei­ nem Endstück der Abgasleitung. Dabei ist das äußere Blechrohr mit mehreren über den Umfang verteilten Öff­ nungen 6 versehen, die durch eine ringförmige Manschet­ te 7 verschließbar sind. Diese Manschette ist in Fig. 4 in der Seitenansicht und in der Draufsicht dargestellt. Sie weist zahlreiche achsparallele Schlitze auf, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, Als Mate­ rial für die Manschette sind Bimetall- oder Memory- Metallwerkstücke vorgesehen.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Manschette 6 an ihrem ring­ förmigen Ende mit dem äußeren Blechrohr 2 verbunden und weist in kaltem Zustand die dargestellte zylind­ rische Form auf.

In Fig. 5 ist die Manschette 7 in erwärmtem Zustand dargestellt. Wie man sieht, hat sich ihr geschlitzter Bereich radial aufgeweitet, so daß Kühlluft in den Zwi­ schenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Blech­ rohr einströmen kann. Diese Kühlluft strömt am anderen Ende der Abgasleitung aus, so daß dem Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr die Funktion eines Strömungskanales zukommt. Damit ist eine tempera­ turabhängige Kühlung der Abgasleitung möglich, die erst dann einsetzt, wenn das Abgas die zur Nachver­ brennung im Katalysator erforderliche Mindesttempe­ ratur erreicht hat.

Claims (15)

1. Mehrwandige, an ihren Enden mit Anschlußstücken versehene Abgasleitungen für Verbrennungsmotoren unter Verwendung von zwei schraubengangförmig ge­ wellten Blechrohren mit unterschiedlicher Steigung die sich an den einander zugewandten Wellenbergen berühren, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Blechrohr (1) als durchgehende, das Abgas führende Leitung fungiert und daß zumindest das innere Rohr (1) und/oder das äußere Rohr (2) an den beiden Enden mit Abschlußstücken (3, 4) versehen ist und daß die Wellung beider Rohre (1, 2) durch Sicken (1 a, 2 a) gebildet ist.

2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den Sicken (1 a, 2 a) zylindrische Ab­ schnitte angeordnet sind.

3. Abgasleitung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicken (1 a, 2 a) über den Umfang des inneren und/oder äußeren Rohres (1, 2) durchge­ hend umlaufen.

4. Abgasleitung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicken (1 a, 2 a) des inneren und/ oder äußeren Rohres (1, 2) abschnittweise ausgebil­ det sind und nur über einen Teil des Umfanges laufen.

5. Abgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel der Sicken (1 a, 2 a) unterschiedlich, insbesondere die Steigung der Sicken am Innenrohr (1) kleiner als am Außenrohr (2) ist.

6. Abgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Sicken (1 a, 2 a) unterschiedlich ist, insbesondere die Sicken (1 a) am Innenrohr (1) tiefer als am Außenrohr (2) sind.

7. Abgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (1) unter radialer Spannung im Außenrohr (2) eingepaßt ist.

8. Abgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere mit dem inneren Rohr an den Kreuzungsstellen der Sicken ver­ schweißt ist.

9. Abgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem inneren und dem äußeren Blechrohr (1, 2) eine Zwischenlage (5) aus Isolierstoff, insbesondere aus Glasfasern oder Oxidkeramik angeordnet ist.

10. Abgasleitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenlage (5) aus gewirktem, gewebtem oder verdichtetem Isoliermaterial besteht.

11. Abgasleitung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenlage (5) in Schlauch-, Strumpf-, Band- oder Plattenform vorliegt.

12. Abgasleitung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen innerem und äußerem Blechrohr (1, 2) gebildete Strömungskanal lokal nach außen hin Öffnungen (6) aufweist und an ei­ nem Teil dieser Öffnungen mit thermisch gesteuerten Verschlußelementen (7) versehen ist.

13. Abgasleitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Öffnungen (6) zumindest an den Enden des Strömungskanals angeordnet sind.

14. Abgasleitungen nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente (7) durch sich radial aufweitende Manschetten gebildet sind.

15. Abgasleitung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente (7) durch Bi­ metall- oder Memory-Elemente gebildet sind.