DE10301438A1 - Exhaust manifold for internal combustion engine, has at least one exhaust pipe and coolant chamber through which coolant can be passed so that exhaust gas passing through exhaust pipe is cooled - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft allgemein ein System, mit dem das Abgas eines Verbrennungsmotors gekühlt werden kann.The invention relates generally a system with which the exhaust gas of an internal combustion engine is cooled can.
Bei modernen Verbrennungsmotoren werden üblicherweise Katalysatoren verwendet, um den Anteil von Schadstoffen im Abgas so gering wie möglich zu halten. Der Wirkungsgrad des Katalysators hängt entscheidend davon ab, dass sich der Katalysator auf seiner Betriebstemperatur befindet. Diese liegt bei den derzeit üblichen Materialien oberhalb von 250°C. Damit der Katalysator seine Betriebstemperatur nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors möglichst schnell erreicht, wird er möglichst nahe am Verbrennungsmotor angeordnet, so dass sich das Abgas möglichst wenig abkühlt, bevor es den Katalysator erreicht und ihn erwärmen kann. Die auf diese Weise erzielte schnelle Erwärmung des Katalysators birgt jedoch zwangsläufig die Gefahr, dass der Katalysator überhitzt wird, wenn der Verbrennungsmotor über längere Zeit mit hoher Leistung betrieben wird. Das dann mit sehr hoher Temperatur in den Abgaskrümmer eintretende Abgas kann sich nämlich, bevor es den Katalysator erreicht, nur sehr wenig abkühlen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Katalysator bei hohen Temperaturen außerhalb seines optimalen Leistungsbereiches arbeitet und die katalytische Wirkung reduziert wird. Ferner werden aufgrund der hohen Temperaturen teure Materialien und aufwendige Konstruktionen notwendig.In modern internal combustion engines become common Catalysts used to reduce the proportion of pollutants in the exhaust as low as possible to keep. The efficiency of the catalyst depends crucially on that the catalyst is at its operating temperature. This is the currently usual Materials above 250 ° C. So that the catalyst its operating temperature after a cold start the internal combustion engine as possible achieved quickly, he is possible arranged close to the internal combustion engine, so that the exhaust gas as possible little cools, before it reaches the catalyst and can heat it up. The way this way achieved rapid warming However, the catalyst inevitably carries the risk that the catalyst overheats when the internal combustion engine for a long time with high power is operated. The then entering with a very high temperature in the exhaust manifold Exhaust gas can namely, before it reaches the catalyst, only very little to cool. Another disadvantage is that the catalyst outside at high temperatures Its optimum performance range works and the catalytic Effect is reduced. Furthermore, due to the high temperatures expensive materials and elaborate constructions necessary.
Es – gibt verschiedene Möglichkeiten, übermäßige Temperaturen am Katalysator zu verhindern. Beispielsweise kann bei Vollast des Motors mehr Kraftstoff eingespritzt werden, als eigentlich zw optimalen Verbrennung erforderlich ist, was dazu führt, dass die Abgastemperatur sinkt. Nachteilig bei dieser Lösung sind der erhöhte Kraftstoffverbrauch und die erhöhten Emissionen.There are different ways, excessive temperatures to prevent the catalyst. For example, at full load of Motors are injected with more fuel than actually optimal Combustion is required, which causes the exhaust gas temperature sinks. A disadvantage of this solution are the heightened Fuel economy and the increased Emissions.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, konstruktiv die Überhitzung des Katalysators zu verhindern.The object of the invention is in, constructively overheating to prevent the catalyst.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Abgaskrümmer vorgesehen mit mindestens einem Flansch zw Montage an einem Verbrennungsmotor, mindestens einem Abgasrohr und einem Kühlmittelraum, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann, so dass das durch das Abgasrohr geleitete Abgas gekühlt wird. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, das Abgas unmittelbar beim Austritt aus dem Motorblock zu kühlen, also dort, wo es die höchste Temperatur hat. Auf diese Weise wird das maximal mögliche Temperaturgefälle zwischen dem Abgas und dem Kühlmittel genutzt, woraus eine effiziente Wärmeübertragung vom Abgas zum Kühlmittel resultiert. Somit ergeben sich besonders geringe Abmessungen, was im Hinblick auf den üblicherweise geringen Bauraum, der im Motorraum zur Verfügung steht, vorteilhaft ist. Weiterhin vorteilhaft ist, dass das Abgaskühlsystem in den Abgaskrümmer integriert ist; der Abgaskrümmer kann also als vorgefertigte Baugruppe angeliefert werden, so daß beim Zusammenbau des Motors kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist, um das Abgaskühlsystem anzubringen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die rasche Abkühlung des Abgases die nachfolgenden Bauteile in der Abgasleitung thermisch weniger belastet werden und ihre Lebensdauer verlängert wird.For this purpose, an exhaust manifold is provided according to the invention with at least one flange zw mounting to an internal combustion engine, at least an exhaust pipe and a coolant space, through which a coolant can be routed so that the passed through the exhaust pipe Cooled exhaust gas becomes. The invention is based on the idea, the exhaust gas directly to cool when exiting the engine block, ie where it is the highest temperature Has. In this way, the maximum possible temperature gradient between the exhaust gas and the coolant used, resulting in efficient heat transfer from the exhaust gas to the coolant results. This results in particularly small dimensions, which with regard to the usual small space available in the engine compartment, is advantageous. It is furthermore advantageous that the exhaust gas cooling system is integrated in the exhaust manifold is; the exhaust manifold So it can be delivered as a prefabricated module, so that when assembling the engine no additional Effort is required to install the exhaust gas cooling system. Another Advantage of the invention is that due to the rapid cooling of the Exhaust gases thermally the following components in the exhaust pipe less stress and their life is extended.
Mit dem erfindungsgemäßen Abgaskühlsystem kann eine Verringerung der Abgastemperatur um etwa 150° erhalten werden, also von etwa 900°C bis 1050°C auf Temperaturen in der Größenordnung von 750°C bis 900°C.With the exhaust gas cooling system according to the invention can reduce the exhaust gas temperature by about 150 ° be, ie from about 900 ° C up to 1050 ° C to temperatures of the order of magnitude from 750 ° C up to 900 ° C.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Flansch aus zwei Halbschalen gebildet, so dass der Kühlmittelraum durch den hohlen Innenraum des Flansches gebildet ist. Die beiden Halbschalen bestehen aus Blech und sind miteinander verschweißt. Das Abgasrohr durchquert den Flansch in dichter Weise, so dass das Kühlmittel unmittelbar das Abgasrohr umspült. Auf diese Weise wird eine gute Wärmeübertragung vom Abgas zum Kühlmittel erreicht.According to a preferred embodiment of Invention, the flange is formed of two half-shells, so that the coolant space formed by the hollow interior of the flange. The two half shells consist of sheet metal and are welded together. The Exhaust pipe passes through the flange in a sealed manner, leaving the coolant immediately flushed around the exhaust pipe. In this way, a good heat transfer from the exhaust gas to the coolant reached.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist eine Manschette vorgesehen, die das Abgasrohr in der Nähe des Flansches umschließt und durch die das Kühlmittel strömt. Die Manschette ist in dichter Weise mit dem Abgasrohr verbunden, so dass auch bei dieser Ausführungsform das Abgasrohr unmittelbar vom Kühlmittel umströmt wird.According to a second preferred embodiment A cuff is provided which holds the exhaust pipe near the flange encloses and through which the coolant flows. The collar is tightly connected to the exhaust pipe, so that even in this embodiment the exhaust pipe directly from the coolant flows around becomes.
Gemäß einer dritten Ausführungsform ist eine Kühlmittelleitung vorgesehen, deren Inneres den Kühlmittelraum bildet, wobei die Kühlmittelleitung durch das Innere des Abgasrohres verläuft. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Wärmeübertragung nicht durch die Wandung des Abgasrohres hindurch, sondern durch die Wandung der Kühlmittelleitung hindurch. Die Kühlmittelleitung kann in den Flansch des Abgaskrümmers integriert sein und ragt bogenförmig in das Abgasrohr hinein, so dass eine große Oberfläche zur Wärmeübertragung zur Verfügung steht.According to a third embodiment is a coolant line provided, the interior of which is the coolant space forms, wherein the coolant line passes through the interior of the exhaust pipe. In this embodiment the heat transfer takes place not through the wall of the exhaust pipe, but through the wall of the coolant line therethrough. The coolant line can be in the flange of the exhaust manifold be integrated and protrudes arcuately into the exhaust pipe, so that a large surface is available for heat transfer.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of Invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:The invention will be described below various embodiments described in the attached Drawings are shown. In these show:
In
Der Flansch
Der hohle Innenraum des Flansches
zwischen den beiden Halbschalen
Beim Kaltstart des Verbrennungsmotors
wird der Zulauf
Bei niedrigen Außentemperaturen kann, sobald
die Betriebstemperatur des Katalysators erreicht ist, das Ventil
Es ist auch denkbar, den Kühlmittelraum 26 im Abgaskrümmer parallel oder in Reihe mit dem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors zu schalten. Auf diese Weise ergibt sich nach einem Kaltstart eine schnelle Erwärmung des Motors, was zu einem geringen mechanischen Verschleiß führt. Außerdem wird auf diese Weise das Ansprechen des konventionellen Heizsystems beschleunigt, so dass ein separates Heizsystem überflüssig ist.It is also conceivable the coolant space 26 in the exhaust manifold parallel or in series with the coolant circuit to switch the internal combustion engine. This way results after a cold start a rapid warming of the engine, resulting in a low mechanical wear leads. In addition, will thus speeding up the response of the conventional heating system, so that a separate heating system is superfluous.
Wenn der Verbrennungsmotor seine
Betriebstemperatur erreicht hat und längere Zeit mit hoher Leistung
betrieben wird, wird das Ventil
In den
Der Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht
darin, dass das Kühlmittel
nicht nur die Abgasrohre
Der Vorteil dieser Variante besteht darin, dass eine größere Oberfläche zur Wärmeübertragung vom Abgas zum Kühlmittel zur Verfügung steht.The advantage of this variant is in that a larger surface to the heat transfer from the exhaust gas to the coolant to disposal stands.
In den
Der wesentlichste Unterschied zwischen
der ersten und der zweiten Ausführungsform
besteht darin, dass bei der zweiten Ausführungsform der Kühlmittelraum
Jede Manschette
Das durch die Kühlmittelräume
In den
An ihrem stromaufwärtigen und
ihrem stromabwärtigen
Ende ist die Manschette
In
Der wesentlichste Unterschied zwischen
der dritten Ausführungsform
und den vorangegangenen Ausführungsformen
besteht darin, dass bei der dritten Ausführungsform nicht das Abgasrohr
Wie in
Quer durch die Stutzen
Bei jeder der gezeigten Ausführungsformen können die Kühlmittelleitung und die Durchflussmenge an Kühlmittel so aufeinander abgestimmt sein, dass die Flüssigkeit verdampf, wodurch eine noch höhere Kühlleistung erzielbar ist. Der Dampf kann anschließend wieder verflüssigt werden.In each of the embodiments shown, the Coolant line and the flow rate of coolant be coordinated so that the liquid evaporates, causing an even higher one cooling capacity is achievable. The steam can then be liquefied again.
- 5:5:
- Motorblockblock
- 10:10:
- Abgaskrümmerexhaust manifold
- 12:12:
- Flanschflange
- 14:14:
- Abgasrohrexhaust pipe
- 16:16:
- Sammelrohrmanifold
- 18:18:
- Montageschalemounting shell
- 20:20:
- Deckelschalecover shell
- 22:22:
- SchweißnahtWeld
- 24:24:
- SchweißnahtWeld
- 26:26:
- KühlmittelraumCoolant space
- 28:28:
- ZulaufIntake
- 30:30:
- Ablaufprocedure
- 31:31:
- VentilValve
- 32:32:
- KühlmittelleitungCoolant line
- 34:34:
- Manschettecuff
- 36:36:
- StutzenSupport
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10301438A DE10301438A1 (en) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | Exhaust manifold for internal combustion engine, has at least one exhaust pipe and coolant chamber through which coolant can be passed so that exhaust gas passing through exhaust pipe is cooled |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10301438A DE10301438A1 (en) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | Exhaust manifold for internal combustion engine, has at least one exhaust pipe and coolant chamber through which coolant can be passed so that exhaust gas passing through exhaust pipe is cooled |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10301438A1 true DE10301438A1 (en) | 2004-07-29 |
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ID=32602607
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10301438A Withdrawn DE10301438A1 (en) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | Exhaust manifold for internal combustion engine, has at least one exhaust pipe and coolant chamber through which coolant can be passed so that exhaust gas passing through exhaust pipe is cooled |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011050517A1 (en) | 2011-05-20 | 2012-11-22 | Pierburg Gmbh | Fastening arrangement has mounting flange, which is formed by hole pattern with through holes, through which screws are inserted, where flange is mounted on engine block by using screws |
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-
2003
- 2003-01-16 DE DE10301438A patent/DE10301438A1/en not_active Withdrawn
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US9938871B2 (en) | 2015-09-11 | 2018-04-10 | Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG | Connection pipe for connecting an active muffler to an exhaust system for an internal combustion engine |
DE102016006146B3 (en) * | 2016-05-18 | 2017-09-07 | Audi Ag | Drive device and method for operating a drive device |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ARVIN TECHNOLOGIES, INC., TROY, MICH., US |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |