DE4142360A1 - Doppelwandabgasleitung fuer brennkraftmaschinen, insbesondere kraftfahrzeug-antriebsbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Doppelwandabgasleitung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Kraftfahrzeug-Antriebs­ brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Bei einer aus der DE-OS 37 14 761 bekannten Doppelwandabgas­ leitung dieser Art befindet sich in dem Zwischenraum zwi­ schen der Außenwand und der Innenwand eines Abgasrohres Luft. Der Hohlraum ist durch Öffnungen an den beiden Rohr­ enden mit der Umgebungsluft verbunden. An einem Rohrende sind diese Öffnungen mit thermisch gesteuerten Verschlußelementen versehen, die als Bimetall- oder Memory- Elemente ausgebildet sein können und sich bei niedrigen Temperaturen in der Verschlußstellung befinden und bei hö­ heren Temperaturen die Öffnungen freigeben. Bei kalter Brennkraftmaschine bewirkt die im wesentlichen ruhende Luft in dem Spalt zwischen den beiden Rohren eine Wärmeisolie­ rung, die für einen Warmlauf der Brennkraftmaschine und ein rasches Anspringen des Abgaskatalysators erwünscht ist. Nach der Warmlaufphase soll an dem einen Rohrende kühle Luft in den Zwischenraum zwischen den beiden Rohren ein­ strömen. Diese Luft soll nach Erwärmung an dem anderen Rohrende aus dem Zwischenraum ausströmen, so daß bei warmer Brennkraftmaschine in anzustrebender Weise eine Wärmeüber­ tragung von dem heißen Abgas an die Umgebung stattfinden kann. Die gewünschte Kühlwirkung kann sich allerdings wohl nur bei einem Höhenunterschied zwischen Ein- und Einström­ öffnungen, der eine Kaminwirkung zur Folge hat, einstellen. Dadurch, daß durch die Einström- und Ausströmöffnungen Was­ ser in den Spalt eindringen kann, ist das Abgasrohr einer erhöhten Korrosionsgefahr ausgesetzt. Bei Eindringen von Schmutz in den Spalt kann die Kühlwirkung und möglicher­ weise auch die Isolierwirkung mehr oder weniger stark, bei Verstopfung sogar weitgehend beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Doppel­ wandabgasleitung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei geringem baulichem Aufwand eine stets gute Isolier- und Kühlwirkung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Durch sie wird erreicht, daß die Abgasleitung einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist, sowohl hinsichtlich Isolierung als auch hinsicht­ lich Kühlung außerordentlich effektiv ist und während einer langen Lebensdauer stets gleichmäßig wirksam ist. Wegen der hohen Effektivität ergibt sich eine kurze Warmlaufphase. Außerdem wird durch die hohe Effektivität eine Überhitzung des Abgaskatalysators vermieden, was zu einer längeren Be­ triebszeit des Abgaskatalysators führen kann. Ferner wird eine gute Schalldämmung erreicht.

Der nach der Erfindung vorgesehene Stoff soll den Hohlraum zwischen Außen- und Innenwand möglichst vollständig ausfül­ len. Die bei Temperaturänderungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten bedingten unterschiedlichen Volumenänderungen sind jedoch zu berücksichtigen. Es ist ein Stoff zu wählen, dessen Aggregatzustand sich wenigstens annähernd in dem Bereich der Betriebstemperatur des Abgas­ katalysators von der festen in die flüssige Phase und umge­ kehrt ändert. Bei niedrigen Temperaturen kann mit einem Festkörper in dem Hohlraum eine gute Wärmeisolierung er­ zielt werden. Bei hohen Temperaturen bewirkt die Flüssig­ keit in dem Hohlraum einen guten konvektiven Wärmeübergang.

Der nach der Erfindung einzusetzende Stoff kann ein Halb­ leiter, ein anorganisches Salz, ein glasartiger Stoff oder ein Kunststoff sein.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Abgaskrümmer im Schnitt,

Fig. 2 ein Abgasrohr im Schnitt und

Fig. 3 einen Teil einer Abgasleitungswandung im Schnitt.

Nach Fig. 1 ist als Teil einer Doppelwandabgasleitung einer Brennkraftmaschine, die dem Antrieb eines Personenkraftwa­ gens dient, ein Abgaskrümmer 1 doppelwandig ausgebildet. Der Abgaskrümmer 1 weist zwischen seinen Anschlußflanschen eine Außenwand 2 und eine mit Abstand von dieser angeord­ nete Innenwand 3 auf. Zwischen der Außenwand 2 und der In­ nenwand 3 sind über die Länge des Abgaskrümmers 1 verteilt Abstandshalter angeordnet, die gewährleisten, daß der Spaltabstand zwischen Außen- und Innenwand die vorgegebene Größe stets beibehält. Der zwischen Außen- und Innenwand vorhandene geschlossene Hohlraum ist zumindest weitgehend mit einem Stoff 4 gefüllt, der bei Umgebungstemperatur fest und bei Betriebstemperatur des stromab von dem Abgaskrümmer 1 in der Abgasleitung angeordneten Abgaskatalysators flüs­ sig ist.

In festem Zustand wirkt der Stoff 4 als Isolierstoff, so daß der Abgaskatalysator nach einem Anlassen der Brenn­ kraftmaschine in kurzer Zeit die für sein Anspringen benö­ tigte Temperatur erreichen kann. Kurz vor dem Erreichen der Betriebstemperatur des Abgaskatalysators beginnt der Stoff 4 zu schmelzen und liegt nach Erreichen der Betriebstempe­ ratur des Abgaskatalysators in flüssiger Phase vor. Als Flüssigkeit bewirkt der Stoff 4 einen guten konvektiven Wärmeübergang zwischen der Innenwand 3 und der Außenwand 2, von der die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ändert der Stoff 4 beim Abkühlen erneut seinen Aggregatzustand und wird von einem flüssigen zu einem festen Stoff.

Das Abgasrohr 5 nach Fig. 2 bildet ebenfalls einen Teil der Doppelwandabgasleitung der Brennkraftmaschine. Es schließt an den Abgaskrümmer 1 an und weist in entsprechender Weise eine Außenwand 6 und eine mit Abstand von dieser angeord­ nete Innenwand 7 auf, die ebenfalls zwischen Anschlußflan­ schen angeordnet sind. Zwischen Außenwand 6 und Innenwand 7 sind ebenfalls über die Länge des Abgasrohres verteilt Ab­ standshalter angeordnet. Der Hohlraum zwischen der Außen­ wand 6 und der Innenwand 7 ist ebenfalls zumindest weitge­ hend mit dem Stoff 4 gefüllt.

Fig. 3 verdeutlicht, daß sich in dem flüssigen Stoff 4 zwi­ schen Außenwand und Innenwand Spaltströmungen ausbilden, so daß sich ein intensiver konvektiver Wärmeübergang zwischen den beiden Wänden einstellen kann. Die Größe des Spaltab­ standes zwischen den beiden Wänden ist je nach den Einsatz­ bedingungen festzulegen und richtet sich beispielsweise nach der erwünschten Isolierwirkung bzw. Kühlleistung und nach der Art des Stoffes 4.

Die Innenwände 3, 7 sind glatt ausgebildet, um eine gute Strömung der Abgase zu ermöglichen. Sie können eine gegen­ über den Außenwänden wesentlich geringere Wandstärke auf­ weisen, die ebenfalls glatt ausgebildet sind.

Claims (5)

1. Doppelwandabgasleitung für Brennkraftmaschinen, insbe­ sondere Kraftfahrzeug-Antriebsbrennkraftmaschinen, die einem Abgaskatalysator vorgeschaltet ist und zwischen einer Außenwand und einer mit Abstand von dieser ange­ ordneten Innenwand einen Hohlraum aufweist, in dem ein Stoff angeordnet ist, der bei niedrigen Temperaturen eine Wärmeisolierung und bei höheren Temperaturen eine Kühlung der Innenwand bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum geschlossen ausgebildet und in diesen ein Füllstoff (4) eingefüllt ist, daß der Hohlraum zu­ mindest weitgehend mit dem Füllstoff (4) gefüllt ist und daß die Schmelztemperatur des Füllstoffes (4) un­ terhalb, aber wenigstens annähernd in dem Bereich der Betriebstemperatur des Abgaskatalysators liegt.

2. Doppelwandabgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff (4) ein Halbleiter, ein anorganisches Salz, ein glasartiger Stoff oder ein Kunststoff ist.

3. Doppelwandabgasleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des Stoffes (4) etwa 500°C beträgt.

4. Doppelwandabgasleitung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Innenwand (3, 7) glatt ausgebildet ist.

5. Doppelwandabgasleitung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (3, 7) eine gegenüber der Außenwand (2, 6) wesentlich geringere Wandstärke aufweist.