EP1458961A1 - Ummanteltes abgasrohr einer abgasanlage eines verbrennungsmotors mit luftkühleinrichtung sowie strahlungswärmeaustausch - Google Patents

Ummanteltes abgasrohr einer abgasanlage eines verbrennungsmotors mit luftkühleinrichtung sowie strahlungswärmeaustausch

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EP1458961A1
EP1458961A1 EP02799744A EP02799744A EP1458961A1 EP 1458961 A1 EP1458961 A1 EP 1458961A1 EP 02799744 A EP02799744 A EP 02799744A EP 02799744 A EP02799744 A EP 02799744A EP 1458961 A1 EP1458961 A1 EP 1458961A1
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EP
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exhaust
exhaust pipe
exhaust gas
features
air duct
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Withdrawn
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EP02799744A
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Bodo Odendall
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Audi AG
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the invention relates to a jacketed exhaust pipe of an exhaust system of an internal combustion engine - in particular a motor vehicle - in which an air duct of an air cooling device for cooling the exhaust pipe is formed between the jacket and the exhaust pipe.
  • Such a coated exhaust pipe is known for example from DE-PS 1 027 084.
  • Exhaust pipes and jackets are usually made from galvanized sheet steel.
  • the heat is emitted with significant heat losses through the jacket to the outside.
  • the surrounding area in the engine compartment can be heated by heat emission in such a way that additional measures to protect the surrounding components would have to be taken or heat-sensitive components would have to be arranged at a greater distance from the casing, which is generally difficult due to the high structural density in the engine compartment without accepting other disadvantages is realized.
  • the engine heat can be used for faster heating of such lead components in the cold start, however, the thermally permissible limit of such components can easily be exceeded at full load of the engine, since with conventional exhaust pipes and sheathing plates made of galvanized steel, the heat transfer from the exhaust gas into the guided cooling air due to feedback effects in the heat transfer between the air duct, Exhaust pipe and exhaust gas as well as reflection between the casing and the exhaust pipe with re-introduction into the exhaust gas. In addition, there is also the risk of undesirably excessive heating of surrounding components due to radiation from the casing to the outside.
  • the invention is therefore based on the problem of creating a jacketed exhaust pipe of an exhaust system of an internal combustion engine - in particular a motor vehicle - in which an air duct of an air cooling device for cooling the exhaust pipe is formed between the jacket and the exhaust pipe, with which, in a simple manner, more effective cooling of the Exhaust pipe can be made reliable.
  • the problem is solved by designing a jacketed exhaust pipe of an exhaust system of an internal combustion engine - in particular a motor vehicle - in which an air duct of an air cooling device for cooling the exhaust pipe is formed between the jacket and the exhaust pipe, according to the features of claim 1, in which at least one Partial region in the longitudinal direction of the exhaust pipe, both the exhaust pipe on its outer side delimiting the air duct and the casing on its inner side delimiting the air duct radially outward are each provided with a surface which has a radiation coefficient e for the radiation between the two surfaces, for the following applies: e> 0.8.
  • the heat introduced into the exhaust pipe is introduced into the air duct by convection.
  • the amount of heat radiated by the exhaust pipe is transferred to the surface on the inner surface of the casing and from there again by convection to the cooling air in the air duct by convection. Retroreflected radiation components are absorbed by the outer surface of the exhaust pipe and the amount of heat transferred is further transferred to the cooling air in the guide pipe by convection. In this way, not only the amount of heat introduced directly by convection, but also the radiated amount of heat can be passed directly to the upper surface via the two surfaces of the exhaust pipe and the jacket facing the air duct. surfaces into the guided cooling air in the air duct. Discharge effects from the jacket to the outside, which can lead to undesirable heating of the environment, as well as feedback into the exhaust gas can be reduced.
  • a design of a jacketed exhaust pipe according to the features of claim 2, wherein the two surfaces are each black, makes it possible in a simple manner to create the radiation coefficient of the surfaces so that the temperature-dependent heat dissipation can be ensured particularly efficiently with increasing exhaust gas heat via the guided cooling air without endangering the surrounding components through undesired heat loss.
  • a jacketed exhaust pipe according to the features of claim 4, in which, in the partial area, the exhaust pipe is additionally formed with surface-enlarging profiles on its outside and / or the inside on the inside of the pipe leading radially outward.
  • the heat transfer of the exhaust gas heat to the cooling air can thereby be further improved by the enlarged surfaces. be tested.
  • a profiling according to the features of claim 5 is particularly advantageous, in which the profilings are jagged or ribbed.
  • the reflection of the radiation on the flanks of the profiles can also be used for introduction.
  • an exhaust gas detoxification device Due to the strongly temperature-dependent, efficient heat dissipation, the exhaust gas detoxification device can first be quickly heated to the operating temperature and, after the operating temperature has been reached, protected against excessive heating. A temperature-related destruction of the exhaust gas detoxification device can thus be easily avoided. At the same time, neighboring components can be protected against overheating due to heat loss. Due to the strongly temperature-dependent, efficient heat dissipation, an exhaust gas detoxification device can also be used in a reliable manner close to the engine.
  • the air duct is formed with a fresh air inlet and a cooling air outlet, both of which are arranged in a position below the portion of the exhaust pipe to be cooled in the operating state of the exhaust system, the occurrence of the chimney effect can be reliably prevented and this further improves the temperature-dependent exhaust gas cooling with regard to its operational reliability.
  • the fresh air inlet is arranged in a motor vehicle in the opposite direction to the airstream when the motor vehicle is moving forward, the airstream can be optimally used particularly easily for speed-dependent cooling of the exhaust gas.
  • cooling air outlet in a motor vehicle is arranged in the direction of the wind when the motor vehicle is moving forward, the heated cooling air can be discharged particularly simply and optimally.
  • FIG. 1 Schematic representation of an exhaust system according to the invention of an internal combustion engine
  • Figure 2 cross section of the exhaust system of Figure 1 according to section l-l.
  • Figures 1 and 2 show a cylinder bank 1 of an internal combustion engine 1 of a motor vehicle of known type in the example of three cylinders, not shown, per cylinder bank.
  • the exhaust gas is supplied to a common exhaust manifold pipe 6 in a known manner via an exhaust manifold pipe 3, 4 or 5 of an exhaust manifold 2 assigned to it.
  • the exhaust gas is fed from the exhaust gas collection pipe 6 to an exhaust gas purification system arranged downstream in the conveying direction of the exhaust gas - for example a three-way catalytic converter 7 - in which the exhaust gas is detoxified in a known manner.
  • the cleaned exhaust gas is discharged to the fresh air in a known manner via an exhaust pipe.
  • the exhaust manifold pipes 3, 4 and 5 as well as the exhaust manifold pipe 6 are encased by a casing 11 of an air duct 8.
  • the wind generated during the travel of the motor vehicle is created via an opening of an air inlet 9 in the between the casing and exhaust manifold pipes 3, 4, 5 and the exhaust manifold pipe 6
  • Air duct 8 is introduced and flows as cooling air parallel to the exhaust gas direction while cooling the exhaust gas to an opening of the air duct formed as an air outlet 11, via which the heated cooling air is released to the ambient air.
  • the exhaust manifold pipes 3, 4, 5 and the exhaust gas collection pipe 6 are formed in a conventional manner from galvanized steel on their inner pipe surface 13 facing the exhaust gas and each have an unprofiled design.
  • the casing 11 is formed in a conventional manner from sheet steel galvanized on its outer casing surface 16 pointing away from the cooling air.
  • the exhaust manifold pipes 3, 4, 5 and the exhaust gas collecting pipe 6 are in the jacketed area, as is the radially inner jacket surface 15 of the jacket 11 of the air duct 8 facing the cooling air, each with a surface whose radiation coefficient e for shows the radiation between the surfaces, for which the following applies: e> 0.8.
  • the exhaust gas conducted through the exhaust manifold pipes 3, 4, 5 and the exhaust gas collection pipe 6 transfers heat to the inner pipe surface 13 by convection.
  • the heat is conducted through the respective exhaust pipe to its outer pipe surface 14. Heat is transferred from this outer tube surface 14 to the cooling air led through the air duct 8 by convection and to the inner jacket surface 15 of the jacket 11 by radiation.
  • the radiated portion is absorbed by the inner casing surface 15 and again transmitted directly on the inner casing surface 15 by convection to the cooling air guided through the air duct 8.
  • both the outer tube surface 14 and the inner casing surface 15 are used to introduce the heat through the air duct 8 cooling air.
  • Heat radiation residues possibly acting on the outer tube surface 14 are also directly absorbed on this surface and are also released to the cooling air by convection.
  • the amount of heat transferred by radiation at low exhaust gas temperatures is negligible and increases disproportionately with increasing exhaust gas temperature due to the radiation laws.
  • the percentage of through Radiation emitted by the exhaust pipe in the total amount of heat emitted is therefore negligibly small on cold starts and increases disproportionately with increasing exhaust gas temperature.
  • the amount of heat entrained by the engine with the exhaust gas to the three-way catalytic converter is hereby largely carried into the three-way catalytic converter at low exhaust gas temperatures at the engine outlet - for example during a cold start - and is used to heat it up.
  • the proportion of the amount of heat previously released to the cooling air increases disproportionately, so that the proportion of the amount of heat entrained by the exhaust gas in the three-way catalytic converter decreases sharply.
  • the structure temperature of the three-way catalyst 7 remains below the threshold for the destruction of the structure.
  • the exhaust manifold pipes 3, 4, 5 and the exhaust gas collection pipe 6 are profiled on their outer pipe surface 14 pointing away from the exhaust gas.
  • the casing 11 is profiled on its inner casing surface 15.
  • both the exhaust manifold pipes 3, 4, 5 and the exhaust gas collecting pipe 6 are profiled on their outer pipe surface 14 facing away from the exhaust gas and the casing 11 on their inner casing surface 15.
  • Profiling increases the surface area available for heat transfer by radiation and convection.
  • the profiling consists, for example, of a rib-shaped or a serrated profile.
  • the casing 11 is also profiled on its outer casing surface 16.
  • the profiling consists, for example, of a rib-shaped or a serrated profile.
  • the exhaust manifold pipes 3, 4, 5 and the exhaust gas collecting pipe 6 are profiled on their inner pipe surface 13 pointing towards the exhaust gas.
  • the cylinder block row 1 can also have more cylinders, for example four, five, six, eight or twelve cylinders or just one or two cylinders.
  • the internal combustion engine can have one or more cylinder block rows of conventional type.
  • the internal combustion engine can be, for example, a gasoline engine or a diesel engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein ummanteltes Abgasrohr (3, 4, 5, 6) einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors (1) - insbesondere eines Kraftfahrzeugs -, bei der zwischen Ummantelung (11) und Abgasrohr ein Luftführungskanal (8) einer Luftkühleinrichtung zur Kühlung des Abgasrohrs ausgebildet ist, bei der zumindest auf einem Teilbereich in Längsrichtung des Abgasrohrs sowohl das Abgasrohr an seiner den Luftführungskanal (8) nach innen begrenzenden Aussenseite (14) als auch die Ummantelung (11) an ihrer den Luftführungskanal nach radial aussen begrenzenden Innenseite (15) jeweils mit einer Oberfläche ausgebildet ist, die einen Strahlungsbeiwert für die Strahlung zwischen den beiden Oberflächen aufweisen, für den gilt: >= 0,8.

Description

UMMANTELTES ABGASROHR EINER ABGASANLAGE EINES VERBRENNUNGSMOTORS MIT LUFTKÜHLEINRICHTUNG SOWIE STRAHLUNGSWÄRMEAUSTAUSCH
B E S C H R E I B U N G
Die Erfindung betrifft ein ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors - insbesondere eines Kraftfahrzeugs -, bei der zwischen Ummantelung und Abgasrohr ein Luftführungskanal einer Luftkühleinrichtung zur Kühlung des Abgasrohrs ausgebildet ist.
Ein derartig ummanteltes Abgasrohr ist beispielsweise aus der DE- PS 1 027 084 bekannt. Abgasrohre und Ummantelungen werden üblicherweise aus verzinktem Stahlblech hergestellt. Die zwischen der Ummantelung und dem Abgasrohr während des Fahrens geschwindigkeitsabhängig am Abgasrohr vorbeigeführte Frischluft nimmt durch Konvektion vom Abgasrohr abgegebene Wärme auf und führt sie ins Freie ab. Die Wärmeabgabe erfolgt jedoch unter deutlichen Wärmeverlusten durch die Ummantelung nach außen. Dabei kann der umgebende Bereich im Motorraum durch Wärmeabgabe derart erhitzt werden, dass zusätzliche Maßnahmen zum Schutz der umgebenden Bauteile getroffen oder wärmeempfindliche Bauteile mit größerem Abstand zur Ummantelung angeordnet werden müssten, was aufgrund der hohen Baudichte im Motorraum ohne Inkaufnahme anderer Nachteile in der Regel schwierig zu verwirklichen ist.
Die Anordnung von zusätzlichen Bauteilen an nachgeordneter Position in der Abgasführung - beispielsweise eines Katalysators -, die wünschenswerter Weise durch die Wärme des Abgases aufgewärmt werden sollten, ist bei einer derartigen Anordnung zwar möglich. Die Wärmeverluste können jedoch die Erwärmung derartiger Bauteile durch das Abgas unerwünscht verzögern. Eine schnelle Erwärmung erfordert zusätzliche Maßnahmen, beispielsweise elektrische Heizelemente zur Aufheizung eines Katalysators. Im motornahen Bereich kann zwar die Motorwärme zu einer schnelleren Aufheizung derarti- ger Bauteile im Kaltstart führen, allerdings kann hier leicht bei Volllast des Motors die thermisch zulässige Grenze derartiger Bauteile überschritten werden, da bei den herkömmlichen Abgasrohren und Ummantelungsblechen aus verzinktem Stahl die Wärmeübertragung vom Abgas in die geführte Kühlluft aufgrund von Rückkopplungseffekten in der Wärmeübertragung zwischen Luftführungskanal, Abgasrohr und Abgas sowie durch Reflektion zwischen Ummantelung und Abgasrohr mit erneuter Einleitung ins Abgas behindert wird. Darüber hinaus besteht auch hier die Gefahr unerwünscht starker Aufheizung umgebender Bauteile durch Abstrahlung von der Ummantelung nach außen.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors - insbesondere eines Kraftfahrzeugs -, bei der zwischen Ummantelung und Abgasrohr ein Luftführungskanal einer Luftkühleinrichtung zur Kühlung des Abgasrohrs ausgebildet ist, zu schaffen, mit dem in einfacher Weise eine wirksamere Kühlung des Abgasrohrs betriebssicher ermöglicht werden kann.
Erfindungsgemäß gelöst wird das Problem durch eine Ausbildung eines ummantelten Abgasrohrs einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors - insbesondere eines Kraftfahrzeugs -, bei der zwischen Ummantelung und Abgasrohr ein Luftführungskanal einer Luftkühleinrichtung zur Kühlung des Abgasrohrs ausgebildet ist, gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 , bei der zumindest auf einem Teilbereich in Längsrichtung des Abgasrohrs sowohl das Abgasrohr an seiner den Luftführungskanal nach innen begrenzenden Außenseite als auch die Ummantelung an ihrer den Luftführungskanal nach radial außen begrenzenden Innenseite jeweils mit einer Oberfläche ausgebildet ist, die einen Strahlungsbeiwert e für die Strahlung zwischen den beiden Oberflächen aufweisen, für den gilt: e > 0,8. Die ins Abgasrohr eingeleitete Wärme wird in den Luftführungskanal durch Konvektion eingeleitet. Die vom Abgasrohr abgestrahlte Wärmemenge wird an der Innenfläche der Ummantelung auf die Oberfläche übertragen und von dieser wieder durch Konvektion an die Kühlungsluft im Luftführungskanal durch Konvektion übertragen. Zurückreflektierte Strahlungsanteile werden von der Außenfläche des Abgasrohr aufgenommen und die übertragene Wärmemenge durch Konvektion weiter an die Kühlluft im Führungsrohr übertragen. Auf diese Weise kann nicht nur der direkt durch Konvektion eingeleitete Wärmeanteil, sondern über die beiden zur Luftführung weisenden Oberflächen des Abgasrohrs und der Ummantelung zusätzlich die abgestrahlte Wärmemenge direkt an den Ober- flächen in die geführte Kühlluft im Luftführungskanal eingeleitet werden. Ableitungseffekte von der Ummantelung nach außen, die zu unerwünschten Aufheizungen der Umgebung führen können, sowie Rückkopplungen ins Abgas zurück können reduziert werden. Da die über Strahlung vom Abgasrohr abgeführte Wärmemenge stark mit zunehmender Abgastemperatur steigt, wird hierdurch einfach ermöglicht, dass beim Kaltstart des Motors nur eine geringe Wärmemenge aber mit steigender Temperatur eine zunehmend größere Wärmemenge zuverlässig über die geführte Kühlluft sicher abgeleitet werden kann. Somit ist auch in Motornähe eine besonders gute temperaturabhängige Kühlleistung möglich. Nachgeordnete Bauteile, die vom Abgas erwärmt werden sollen, können aufgrund der geringen Wärmeverluste bei kaltem Motor schnell aufgeheizt werden, wobei bei warmem Motor aufgrund der hochwirksamen Wärmeabführungen die Überhitzungsgefahr reduziert werden kann.
Eine Ausbildung eines ummantelten Abgasrohrs gemäß den Merkmalen von Anspruch 2, wobei die beiden Oberflächen jeweils schwarz ausgebildet sind, ermöglicht es in einfacher Weise den Strahlungsbeiwert der Oberflächen so zu schaffen, dass die temperaturabhängige Wärmeableitung mit ansteigender Abgaswärme über die geführte Kühlluft besonders effizient gewährleistet werden kann ohne die Umgebenden Bauteile durch ungewünschte Wärmeverluste zu gefährden.
Eine Ausbildung eines ummantelten Abgasrohrs gemäß den Merkmalen von Anspruch 3, wobei die Ummantelung aus Stahlblech ausgebildet ist, welches an der nach innen, den Luftführungskanal begrenzenden Seite mit einer schwarzen Oberfläche ausgebildet ist; wobei insbesondere die Außenfläche der Ummantelung verzinkt ausgebildet ist, ermöglicht es einfach und kostengünstig unter Nutzung der herkömmlichen Bauteile und derer Vorteile hinsichtlich Wärmeleitung und bei Verzinkung hinsichtlich Korrosionsschutz die effiziente temperaturabhängige Wärmeabfuhr aus dem Abgas gewährleisten.
Bevorzugt ist eine Ausbildung eines ummantelten Abgasrohrs gemäß den Merkmalen von Anspruch 4, bei der in dem Teilbereich zusätzlich das Abgasrohr an seiner den Luftführungskanal nach innen begrenzenden Außenseite und/oder die Ummantelung an ihrer den Luftführungskanal nach radial außen begrenzenden Innenseite mit Oberflächenvergrößernden Profilierungen ausgebildet ist. Die Wärmeeinleitung der Abgaswärme an die Kühlluft kann hierdurch durch die vergrößerten Oberflächen zusätzlich weiter verbes- sert werden. Besonders vorteilhaft ist eine Profilierung gemäß den Merkmalen von Anspruch 5, bei der die Profilierungen gezackt oder gerippt ausgebildet sind. Neben starker Oberflächenvergrößerungen zur verstärkten Wärmeübertragung durch Konvektion kann hierbei auch die Reflektion der Abstrah- lung an den Flanken der Profilierungen zur Einleitung genutzt werden.
Bevorzugt ist eine Ausbildung eines ummantelten Abgasrohrs Abgasrohr einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors gemäß den Merkmalen von Anspruch 6, bei der dem Abgasrohr in Abgasförderrichtung nachgeordnet eine Abgasentgiftungseinrichtung - insbesondere ein Katalysator - ausgebildet ist. Durch die stark temperaturabhängige effiziente Wärmeabfuhr, kann die Abgasentgiftungseinrichtung zunächst schnell auf Betriebstemperatur aufgeheizt werden und nach Erreichen der Betriebstemperatur vor zu starker weiterer Erwärmung geschützt werden. Eine temperaturbedingte Zerstörung der Abgasentgiftungseinrichtung kann somit einfach vermieden werden. Gleichzeitig können benachbarte Bauteile vor Überhitzung aufgrund von Wärmeverlust geschützt werden. Aufgrund der stark temperaturabhängigen, effizienten Wärmeableitung kann eine Abgasentgiftungsein richtung hierdurch auch sehr motornah betriebssicher eingesetzt werden.
Eine Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 7, wobei der Teilbereich Teil eines Abgaskrümmers ist, ermöglicht eine sehr einfache, betriebssichere Temperaturregelung des Abgases bereits unmittelbar am Motor.
Eine Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 8, wobei die Luftführungsrichtung der Kühlluft im Luftführungskanal gleichgerichtet parallel zur Abgasrichtung ist, ermöglicht aufgrund der Parallelität der Strömungen eine besonders gute Wärmeableitung, wobei in einfacher Weise der Fahrtwind als Kühlmittel während der Vorwärtsfahrt genutzt werden kann.
Durch eine Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 9, wobei die Luftführung mit einem Frischlufteinlass und mit einem Kühlluftauslass ausgebildet ist, die beide in einer Position unterhalb des zu kühlenden Teilbereichs des Abgasrohrs im Betriebszustand der Abgasanlage angeordnet sind, kann das Auftreten des Kamineffekts zuverlässig verhindert und hierdurch die temperaturabhängige Abgaskühlung hinsichtlich ihrer Betriebssicherheit weiter verbessert werden. Durch eine Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 10, wobei der Frischlufteinlass in einem Kraftfahrzeugs in Gegenrichtung zum Fahrtwind bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs ausgerichtet angeordnet ist, kann der Fahrtwind besonders einfach optimal zur geschwindigkeitsabhängigen Kühlung des Abgases genutzt werden.
Durch eine Ausbildung gemäß den Merkmalen von Anspruch 11 , wobei der Kühlluftauslass in einem Kraftfahrzeugs in Richtung des Fahrtwinds bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs ausgerichtet angeordnet ist, kann die erwärmte Kühlluft besonders einfach und optimal abgeleitet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierin zeigen:
Figur 1 Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasanlage eines Verbrennungsmotors;
Figur 2 Querschnitt der Abgasanlage von Figur 1 gemäß Schnitt l-l.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Zylinderbank 1 eines Verbrennungsmotors 1 eines Kraftfahrzeugs bekannter Art im Beispiel von drei nicht dargestellten Zylindern pro Zylinderbank. Von jedem der drei Zylinder wird das Abgas über ein diesem zugeordnetes Abgaskrümmerrohr 3, 4 bzw. 5 eines Abgaskrümmers 2 in bekannter Weise einem gemeinsamen Abgassammeirohr 6 zugeleitet. Das Abgas wird vom Abgassammeirohr 6 einem in Förderrichtung des Abgases nachgeordneten Abgasreinigungsanlage - beispielsweise einem Dreiwegekatalysator 7 - zugeführt, in dem das Abgas in bekannter Weise entgiftet wird. Im Anschluss an die Abgasreinigungsanlage wird das gereinigte Abgas in bekannter Weise über ein Abgasrohr an die Frischluft abgeführt.
Die Abgaskrümmerrohr 3, 4 und 5 sowie das Abgassammeirohr 6 sind ummantelt von einer Ummantelung 11 eines Luftführungskanals 8. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs entstehender Fahrtwind wird über eine Öffnung eines Lufteinlasses 9 in den zwischen Ummantelung und Abgaskrümmerrohre 3,4, 5 und Abgassammeirohr 6 gebildeten Luftführungskanal 8 eingeführt und strömt als Kühlluft parallel zur Abgasrichtung unter Kühlung des Abgases zu einer als Luftauslass 11 ausgebildeten Öffnung des Luftführungskanals, über die die erwärmte Kühlluft an die Umgebungsluft abgegeben wird. Die Abgaskrümmerrohre 3,4, 5 und das Abgassammeirohr 6 sind in herkömmlicher Wweise aus an ihrer zum Abgas weisenden inneren Rohroberfläche 13 verzinktem Stahl und jeweils unprofiliert ausgebildet. Ebenso ist die Ummantelung 11 in herkömmlicher Weise aus an ihrer von der Kühlluft wegweisenden äußeren Ummantelungsoberfläche 16 verzinktem Stahlblech ausgebildet. An ihrer radialen, zur Kühlluft hinweisenden äußeren Rohroberfläche 14 sind die Abgaskrümmerrohre 3,4, 5 und das Abgassammeirohr 6 im ummantelten Bereich ebenso wie die zur Kühlluft gerichtete radial innere Ummantelungsoberfläche 15 der Ummantelung 11 des Luftführungskanals 8 jeweils mit einer Oberfläche, deren Strahlungsbeiwert e für die Strahlung zwischen den Oberflächen aufweist, für den gilt: e > 0,8. Beispielsweise sind die äußeren Rohroberflächen 14 und die zur Kühlluft gerichtete radial innere Ummantelungsoberfläche 15 in diesem Abgasführungsabschnitt durch Beschichtung mit schwarzer Farbe mit einem Strahlungsbeiwert e für die Strahlung zwischen den Oberflächen ausgebildet, für den gilt: e = 1.
Das durch die Abgaskrümmerrohre 3,4, 5 und das Abgassammeirohr 6 geleitete Abgas überträgt durch Konvektion Wärme an die innere Rohroberfläche 13. Die Wärme wird durch das jeweilige Abgasrohr an dessen äußere Rohroberfläche 14 geleitet. Von dieser äußeren Rohroberfläche 14 wird Wärme an die durch den Luftführungskanal 8 geführte Kühlluft durch Konvektion und an die innere Ummantelungsoberfläche 15 der Ummantelung 11 durch Strahlung übertragen. Der abgestrahlte Anteil wird von der innere Ummantelungsoberfläche 15 absorbiert und wieder direkt an der innere Ummantelungsoberfläche 15 durch Konvektion an die durch den Luftführungskanal 8 geführte Kühlluft übertragen.
Auf diese Weise wird sowohl die äußeren Rohroberfläche 14 als auch die innere Ummantelungsoberfläche 15 zur Einleitung der Wärme durch den Luftführungskanal 8 geführte Kühlluft genutzt. Auch möglicherweise auf die äußere Rohroberfläche 14 einwirkende Wärmestrahlungsreste werden an dieser Oberfläche direkt absorbiert und durch Konvektion an die Kühlluft mitabgegeben.
Die durch Strahlung übertragene Wärmemenge bei niederen Abgastemperaturen, wie sie beispielsweise beim Kaltstart des Motors auftreten, verschwindend gering und steigt mit zunehmender Abgastemperatur aufgrund der Strahlungsgesetze überproportional stark an. Der Anteil der durch Strahlung vom Abgasrohr abgegebenen Wärmemenge an der gesamten abgegebenen Wärmemenge ist somit beim Kaltstart verschwindend gering und nimmt mit zunehmender Abgastemperatur überproportional zu. Die vom Motor mit dem Abgas zum Dreiwegekatalysator mitgenommene Wärmeenge wird hierdurch bei niederen Abgastemperaturen am Motorausgang - beispielsweise beim Kaltstart - in großem Maße in den Dreiwegekatalysator mitgenommen und dient zu dessen Aufheizung. Mit zunehmenden Abgastemperaturen nimmt der Anteil der zuvor an die Kühlluft abgegebenen Wärmemenge überproportional zu, so dass der Anteil der vom Abgas in den Dreiwegekatalysator mitgenommenen Wärmemenge stark abnimmt. Die Strukturtemperatur des Dreiwegekatalysators 7 bleibt unter der Schwelle für die Strukturzerstörung.
Da die auf die innere Ummantelungsoberfläche 15 einstrahlende Wärme direkt wieder über Konvektion an die Kühlluft abgegeben wird, ist der durch Wärmeleitung durch die Ummantelung 11 an die äußere Ummantelungsoberfläche 16 geleitete und somit von der die äußere Ummantelungsoberfläche 16 nach außen in den Motorraum übertragbare Wärmeanteil gering.
In einer weiteren Ausführung sind - wie in der Fig.2 dargestellt ist - die Abgaskrümmerrohre 3,4, 5 und das Abgassammeirohr 6 an ihrer vom Abgas weg weisenden äußeren Rohroberfläche 14 profiliert. In einer weiteren Ausführung ist - wie in der Fig.2 dargestellt ist - die Ummantelung 11 an ihrer inneren Ummantelungsoberfläche 15 profiliert ausgebildet. In einer weiteren Ausführung sind - wie in der Fig.2 dargestellt ist - sowohl die Abgaskrümmerrohre 3,4, 5 und das Abgassammeirohr 6 an ihrer vom Abgas weg weisenden äußeren Rohroberfläche 14 als auch die Ummantelung 11 an ihrer inneren Ummantelungsoberfläche 15 profiliert ausgebildet. Durch die Profilierung wird die für Wärmeübertragung durch Strahlung und Konvektion zur Verfügung stehende Oberfläche erhöht. Die Profilierung besteht beispielsweise aus einem rippenförmigen oder aus einem zackenförmigen Profil.
Soweit die Umgebung der Ummantelung im Motorraum eine Temperaturerhöhung durch Wärmeverlust verträgt und gewünscht ist, ist auch einer weitere Ausführung - wie in der Fig.2 dargestellt ist - möglich. Die Ummantelung 11 ist an ihrer äußeren Ummantelungsoberfläche 16 ebenfalls profiliert ausgebildet. Die Profilierung besteht beispielsweise aus einem rippenförmigen oder aus einem zackenförmigen Profil. Soweit der Gewinn an Kühlleistung bei geringen Lasten es zulässt, ist eine weitere Ausführung möglich, bei der die Abgaskrümmerrohre 3, 4, 5 und das Abgassammeirohr 6 an ihrer zum Abgas hinweisenden inneren Rohroberfläche 13 profiliert ausgebildet sind.
Die Zylinderblockreihe 1 kann auch mehr Zylinder, beispielsweise vier, fünf, sechs, acht oder zwölf Zylinder oder auch nur einen oder zwei Zylinder aufweisen. Der Verbrennungsmotor kann eine oder mehrere Zylinderblockreihen herkömmlicher Art aufweisen. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise ein Benzinmotor oder ein Dieselmotor sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
Zylinderbank
Auspuffkrümmer
Auspuffkrümmerrohr
Auspuffkrümmerrohr
Auspuffkrümmerrohr
Auspuffsammeirohr
Dreiwegekatalysator
Luftführungskanal
Lufteinlass
Luftauslass
Ummantelung
Abgasrohr innerer Rohroberfläche äußere Rohroberfläche innere Ummantelungsoberfläche äußere Ummantelungsoberfläche

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors - insbesondere eines Kraftfahrzeugs -, bei der zwischen Ummantelung und Abgasrohr ein Luftführungskanal einer Luftkühleinrichtung zur Kühlung des Abgasrohrs ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest auf einem Teilbereich in Längsrichtung des Abgasrohrs sowohl das Abgasrohr an seiner den Luftführungskanal nach innen begrenzenden Außenseite als auch die Ummantelung an ihrer den Luftführungskanal nach radial außen begrenzenden Innenseite jeweils mit einer Oberfläche ausgebildet ist, die einen Strahlungsbeiwert e für die Strahlung zwischen den beiden Oberflächen aufweisen, für den gilt: e > 0,8.
2. Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 , wobei die beiden Oberflächen jeweils schwarz ausgebildet sind.
3. Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von Anspruch 2, wobei die Ummantelung aus Stahlblech ausgebildet ist, welches an der nach innen, den Luftführungskanal begrenzenden Seite mit einer schwarzen Oberfläche ausgebildet ist; wobei insbesondere die Außenfläche der Ummantelung verzinkt ausgebildet ist.
Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei in dem Teilbereich zusätzlich das Abgasrohr an seiner den Luftführungskanal nach innen begrenzenden Außenseite und/oder die Ummantelung an ihrer den Luftführungskanal nach radial außen begrenzenden Innenseite mit Oberflächenvergrößernden Profilierungen ausgebildet ist.
5. Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von Anspruch 4, wobei die Profilierungen gezackt oder gerippt ausgebildet sind.
Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei dem Abgasrohr in Abgasförderrichtung nachgeordnet eine Abgasentgiftungseinrichtung - insbesondere ein Katalysator - ausgebildet ist.
7. Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Teilbereich Teil eines Abgaskrümmers ist.
8. Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Luftführungsrichtung der Kühlluft im Luftführungskanal gleichgerichtet parallel zur Abgasrichtung ist.
9. Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Luftführung mit einem Frischlufteinlass und mit einem Kühl- luftauslass ausgebildet ist, die beide in einer Position unterhalb des zu kühlenden Teilbereichs des Abgasrohrs im Betriebszustand der Abgasanlage angeordnet sind.
10. Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von Anspruch 9, wobei der Frischlufteinlass in einem Kraftfahrzeugs in Gegenrichtung zum Fahrtwind bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs ausgerichtet angeordnet ist.
11. Ummanteltes Abgasrohr einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen von Anspruch 9 oder 10, wobei der Kühlluftauslass in einem Kraftfahrzeugs in Richtung des Fahrtwinds bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs ausgerichtet angeordnet ist.
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