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Die vorliegende Anmeldung betrifft Abgaskrümmersysteme und Verfahren zur Erwärmung von Motorsystemen und insbesondere gegossene Abgaskrümmer, die eine Kühlmittelmantelmanschette enthalten.
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Ein Abgaskrümmer eines turboaufgeladenen Motors ist Wärmelasten ausgesetzt, die bei einem typischen Abgaskrümmer aus Gußeisen oder rostfreiem Stahl eines selbstansaugenden Motors nicht vorliegen. Ein Lösungsansatz zum Ausgleichen erhöhter Temperaturlasten und Verringern der Krümmerbelastung ist der Einsatz eines Abgaskrümmers aus ferritischem oder austenitischem rostfreiem Stahl. Solche Stahlmaterialien können zum Beispiel die Wärmeausdehnung des Krümmers verringern, die Wärmeisolierung des Krümmers verstärken und den Krümmer vor Kriechbelastung schützen. Ein weiterer Lösungsansatz beinhaltet Kühlen über einen Kühlmittelmantel, der einen Großteil des Abgaskrümmers umgibt.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Probleme bei den oben beschriebenen Lösungsansätzen erkannt. Die Aufnahme von ferritischen oder austenitischen rostfreien Stahlmaterialien in einen Abgaskrümmer können die Krümmerkosten im Vergleich zu Krümmern ohne solche Materialien deutlich erhöhen. Weiterhin wird durch Kühlung des Abgaskrümmers durch Umgeben mindestens eines Großteils eines Abgaskrümmers Wärmeenergie entfernt, die ansonsten sowohl Turbolader- als auch Katalysatorfunktion und -leistung verbessern würde.
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Als kurze Zusammenfassung werden demgemäß Vorrichtungen, Systeme und Verfahren für einen in einem Abgaskrümmer enthaltenen Kühlmittelmantel offenbart. Beispielsweise enthält ein Abgaskrümmersystem mehrere Einlässe zu Krümmerkanälen, die sich senkrecht zu einer Krümmerlängsachse erstrecken, einen Auslaßkanal entfernt von den Krümmerkanälen, wobei der Auslaßkanal mit einem Krümmerflansch abschließt, und einen Kühlmittelmantel, der einen Kühlmitteleinlaß und -auslaß enthält, die beide zur Verbindung mit einem Kühlmittelsystem bestimmt sind, und eine Manschette, die den Kühlmitteleinlaß und -auslaß strömungsmäßig verbindet, wobei sich die Manschette neben dem Auslaßkanal und dem Krümmerflansch befindet und von den Krümmerkanälen entkoppelt ist.
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Ein weiteres Beispiel zeigt ein Verfahren zum Erwärmen von Motorsystemen, wobei das Verfahren Verbrennen von Kraftstoff in einem Zylinder eines Motors, Adsorbieren der Wärme des Abgases des verbrannten Kraftstoffs in ein Kühlmittel über einen Kühlmittelmantel, wobei der Kühlmittelmantel eine Manschette enthält, wobei die Manschette nur den Umfang eines Auslaßkanalsauslasses neben einem Auslaßkanalflansch umgibt, wobei der Auslaß asymmetrisch an einem ersten Krümmerende entfernt von mehreren Abgaskrümmerkanälen positioniert ist, wobei sich der Auslaßkanal heraus von einer Ebene, die die gesamten Krümmerkanäle enthält, weg erstreckt, und wobei sich der Auslaßkanal parallel zu den Krümmerkanälen von den in den Krümmerkanälen enthaltenen Einlässen weg erstreckt, und wobei der Auslaßkanal mit einem Krümmerflansch abschließt, Leiten von erwärmtem Kühlmittel von einem Auslaß des Kühlmittelmantels zu einem Heizkreislauf, wobei der Heizkreislauf ein Heizelement für eine Innenraumheizung und/oder einen Katalysator und/oder ein Einspritzventil und/oder einen Einlaßluftvorwärmer und/oder ein geschlossenes Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem enthält, und Leiten des Abgases des verbrannten Kraftstoffs zu einer Turbine eines Turboladers, wobei die Wärmemenge des Abgases des verbrannten Kraftstoffs größer ist als die vom Kühlmittel adsorbierter Wärme.
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Durch Einsatz des Manschettewassermantels, der den Auslaßkanal umgibt, kann das Abgaskrümmersystem kostengünstige Materialien enthalten (zum Beispiel ein Silizium-Molybdän), während gleichzeitig weniger Wärmeenergie entfernt wird – Wärmeenergie, die zur Erhöhung der Turbolader- und Katalysatorleistung verwendet werden kann. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass die Kühlmittelmantelmanschette eine Wärmequelle (zum Beispiel beim Warmlaufen des Motors) für ein Heizelement, wie zum Beispiel eine Innenraumheizung, einen Katalysator, ein Einspritzventil, einen Einlaßluftvorwärmer und/oder ein geschlossenes Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem sein kann.
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Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der folgenden ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
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Die folgen Figuren zeigen:
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1 zeigt einen Motor, der ein Abgaskrümmersystem enthält.
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2 zeigt eine Ansicht eines beispielhaften Abgaskrümmers, die eine Kühlmittelmantelmanschette enthält.
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3 zeigt eine zweite Ansicht des beispielhaften Abgaskrümmers von 2.
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4 zeigt eine Ansicht des beispielhaften Abgaskrümmers von 2.
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5 zeigt eine erste Schnittdarstellung des beispielhaften Abgaskrümmers von 2.
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6 zeigt eine zweite Schnittdarstellung des beispielhaften Abgaskrümmers von 2.
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7 zeigt eine dritte Schnittdarstellung des beispielhaften Abgaskrümmers von 2.
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8 zeigt eine erste Ansicht der Kühlmittel- und Auslaßkanäle des beispielhaften Abgaskrümmers von 2.
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9 zeigt eine zweite Ansicht der Kühlmittel- und Auslaßkanäle des beispielhaften Krümmers von 2.
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10 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Erwärmung von Motorsystemen.
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Zunächst werden Motor- und verwandte Abgassysteme unter Bezugnahme auf 1 erläutert. Danach wird ein in den 2–9 gezeigter Abgaskrümmer besprochen. Dann wird ein beispielhaftes Verfahren zur Erwärmung von Abgassystemen mit dem in den 1–9 beschriebenen Abgaskrümmersystem unter Bezugnahme auf 10 besprochen.
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Zunächst auf 1 Bezug nehmend, werden Aspekte eines beispielhaften Motors 10 gezeigt. Der Mehrzylindermotor 10 kann in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. In dem vorliegenden Beispiel wird der Motor 10 in einer V6-Konfiguration gezeigt, zu weiteren Beispielen können jedoch auch V8-, V12-, I4-, I6-, Boxer- und zusätzliche Motorkonfigurationen gehören. Der Motor 10 kann ein Motor mit Fremdzündung oder ein Motor mit Eigenzündung sein.
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Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein eine Steuerung 14 enthaltendes Steuersystem 12 und durch Eingabe von Sensoren 16 und/oder einem Fahrzeugführer 18 über eine Eingabevorrichtung 20 gesteuert werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 20 ein Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 22 zur Erzeugung eines Proportionalpedalstellungssignals PP. Die Steuerung 14 gibt Signale und Befehle an Aktuatoren 24 aus, um den Betrieb des Motors 10 und verwandter Systeme zu steuern.
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Mehrere Brennkammern (Zylinder) 26 sind im Motor 10 enthalten, wobei jede Brennkammer Brennkammerwände mit einem darin positionierten Kolben enthält. Der Motor 10 enthält einen mit Zylinderköpfen 30 verbundenen Motorblock 28, wobei die Brennkammerwände durch den Motorblock 28, den ersten Zylinderkopf 30 und den zweiten Zylinderkopf 32 definiert werden. Jeder Kolben kann so mit der Kurbelwelle 34 verbunden sein, dass eine Hin- und Herbewegung jedes Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 34 kann über ein Zwischengetriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs verbunden sein. Des Weiteren kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 34 verbunden sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
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Jede Brennkammer 26 kann Einlaßluft von einem Ansaugkrümmer über einen (nicht gezeigten) Einlaßkanal ansaugen und Verbrennungsgase über einen Abgaskrümmer 36 ablassen. Der Ansaugkrümmer und der Abgaskrümmer 36 können über jeweilige (nicht gezeigte) Einlaßventile und Auslaßventile gezielt mit den Brennkammern 26 in Verbindung treten. Bei einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Brennkammern 26 zwei oder mehr Einlaßventile und/oder zwei oder mehr Auslaßventile enthalten. Motoreinlaßventile und Motorauslaßventile können mechanisch betätigt werden (zum Beispiel durch eine obenliegende Nockenwelle), elektro-magnetisch betätigt werden (zum Beispiel EVA) oder durch irgendeine Kombination der beiden. Weiterhin kann der Motor 10 Einlaßkanaleinspritzung oder Direkteinspritzung in einer oder mehreren der Brennkammern 26 enthalten.
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Im vorliegenden Beispiel ist der Abgaskrümmer 36 nur mit einer ersten Zylinderbank des ersten Zylinderkopfs 30 verbunden. Ein zweiter Abgaskrümmer (der zum Beispiel mit einer im zweiten Zylinderkopf 32 enthaltenen zweiten Zylinderbank verbunden ist) wird der Einfachheit halber nicht gezeigt. Es kann ein zweiter Abgaskrümmer in einem Motor mit ”V”-Konfiguration vorgesehen sein. Des Weiteren ist der Abgaskrümmer 36 im vorliegenden Beispiel als Teil des Abgaskrümmersystems 38 enthalten, das auch einen Turbolader 40, ein Abgasnachbehandlungssystem 42 und einen Kühlmittelsystemkreislauf 44 enthält.
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Darüber hinaus enthält der Abgaskrümmer 36 ein gegossenes Gehäuse. Das Gehäuse kann eine Legierung aus Eisen (zum Beispiel Sphäroguß, Gußeisen mit Kugelgraphit usw.), Kohlenstoff und mehreren Additiven, wie zum Beispiel Si, Cr, Mo, Ni und Sn, enthalten. Der Abgaskrümmer 36 enthält mehrere Einlässe 46 am Ende mehrerer Krümmerkanäle 48, wobei die Einlässe über die Zylinderkopfdichtung 50 mit dem Zylinderkopf 30 verbunden sind. Die mehreren Einlässe 46 zu den Krümmerkanälen 48 erstrecken sich senkrecht zu einer Krümmerlängsachse 52, wobei die Längsachse in einer Längsrichtung entlang des Zylinderkopfes von jeder Brennkammer 26 im ersten Zylinderkopf 30 verläuft.
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Des Weiteren enthält der Krümmer 36 einen Auslaßkanal 54 entfernt von den Krümmerkanälen 48. Im vorliegenden Beispiel wird der Auslaßkanal 54 an der Längsachse 52 bezüglich der Krümmerkanäle 48 gespiegelt gezeigt. Darüber hinaus schließt der Auslaßkanal 54 mit einem Krümmerflansch 56 ab. Im vorliegenden Beispiel ist ein Turboladergehäuseflansch 41 des Turboladers 40 mit dem Krümmerflansch 56 verbunden, um Abgas von dem Abgaskrümmer 36 zu erhalten.
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Weiterhin enthält der Krümmer 36 einen Kühlmittelmantel 58. In dem Kühlmittelmantel 58 sind eine Manschette 60, ein Kühlmitteleinlaß 62 und ein Kühlmittelauslaß 64 enthalten. Die Manschette 60 stellt eine Strömungsverbindung zwischen dem Kühlmitteleinlaß 62 und dem Kühlmittelauslaß 64 her, und die Manschette 60 enthält einen ersten Strömungsweg 66 und einen zweiten Strömungsweg 68, die unten unter Bezug auf 8 ausführlicher besprochen werden. Des Weiteren befindet sich die Manschette 60 neben dem Auslaßkanal 54 und dem Krümmerflansch 56. Die Manschette 60 kann dahingehend positioniert sein, den Gesamtwärmeenergietransfer zwischen dem Krümmer 36 und dem Kühlmittelmantel 58 zu verringern. Des Weiteren kann die Manschette 60 Wärmeenergietransfer an Stellen erhöhen, die für hohe Wärmelasten anfällig sind (zum Beispiel der Krümmerflansch 56 und Auslaßkanal 54). Insbesondere ist die Manschette 60 von den Krümmerkanälen 48 entkoppelt (das heißt nicht direkt mit ihnen verbunden und nicht daran angrenzend) und kann weiterhin von dem Großteil der Gehäuseoberfläche des Krümmers 36 entkoppelt sein. Im vorliegenden Beispiel enthält das Abgaskrümmersystem 38 weiterhin einen Kühlmittelsystemkreislauf 44. Sowohl der Kühlmitteleinlaß 62 als auch der Kühlmittelauslaß 64 des Kühlmittelmantels 58 sind mit dem Kühlmittelsystemkreislauf 44 verbunden. Im vorliegenden Beispiel verbinden Schnellverbindungsrohre 70 den Einlaß 62 und Auslaß 64 mit dem Kühlmittelsystemkreislauf 44. Jedes Schnellverbindungsrohr 70 enthält eine elastomere Ringdichtung und einen Sicherungsring am Ende des Rohrs. Der Sicherungsring hält jedes Rohr 70 über eine geradlinige Axialbewegung des Rohrs über den Auslaß 64 oder Einlaß 62 in Position, so dass das so gesicherte Rohr 70 eine dynamische Dichtung bildet.
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Der Kühlmittelsystemkreislauf 44 enthält ein Heizelement 72. Das Heizelement 72 kann in einer Innenraumheizung und/oder einem Katalysator und/oder einem Einspritzventil und/oder einem Einlaßluftvorwärmer und/oder einem geschlossenen Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem enthalten sein. In weiteren Beispielen enthält der Kühlmittelmantel 58 mehrere Einlässe, die Kühlmittel empfangen, und/oder Auslässe, die Kühlmittel von zwei oder mehr Kühlmittelkreisläufen eines Kühlmittelsystems, das mehrere Heizelemente enthält, rückführen. Der Kühlmittelsystemkreislauf 44 kann mit weiteren Kühlmittel- und Heizsystemkomponenten, wie zum Beispiel einem Kühler, einem Heizungswärmetauscher und dergleichen, verbunden sein.
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Im vorliegenden Beispiel ist der Turbolader 40 am Krümmerflansch 56 mit dem Abgaskrümmer 36 verbunden. In zusätzlichen Beispielen sind zwei Abgaskrümmer jeweils mit zwei Turboladern verbunden, wobei ein Turbolader mit jedem Abgaskrümmer verbunden ist (zum Beispiel eine Doppel-Turboladerkonfiguration). Darüber hinaus kann der Turbolader 40 mit zwei Abgaskrümmern verbunden sein. Der Turbolader 40 enthält einen (nicht gezeigten) Kompressor, der entlang des Einlaßkanals angeordnet ist und der zumindest teilweise durch eine Turbine 74 (zum Beispiel über eine Welle), die im Auslaßkanal 76 angeordnet ist, angetrieben sein kann. Des Weiteren kann der Kompressor zumindest teilweise durch einen Motor (zum Beispiel über eine Kurbelwelle 34) und/oder eine elektrische Maschine angetrieben sein. Der Turbolader 40 enthält einen Bypaßkanal 78, der zwischen dem Krümmer 36 und der Turbine 74 verbunden ist, sowie zwischen der Turbine 74 und dem Abgasnachbehandlungssystem 42 ein Wastegate 80, das in dem Bypaßkanal 78 angeordnet ist. Das Ausmaß der Verdichtung, mit der ein oder mehrere Zylinder 26 des Motors über den Turbolader 40 beaufschlagt werden, kann durch die Steuerung 14 durch zum Beispiel Steuerung des Wastegates 80, geändert werden.
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Im vorliegenden Beispiel strömt durch den Bypaßkanal 78 oder die Turbine 74 strömendes Abgas zum Abgasnachbehandlungssystem 42. Das Abgasnachbehandlungssystem 42 ist im Auslaßkanal 76 angeordnet und kann einen Dreiwegekatalysator (TWC), einen Dieseloxidationskatalysator, einen Dieselpartikelfilter (DPF), einen Katalysator mit Lambdasonde (SCR) oder Kombinationen daraus enthalten. Im vorliegenden Beispiel ist das Nachbehandlungssystem 42 in der Darstellung bei 82 und 84 mit dem Kühlmittelsystemkreislauf 44 verbunden. In weiteren Beispielen ist das Heizelement 72 mit dem Nachbehandlungssystem 42 verbunden oder darin enthalten. Weitere Beispiele des Motors 10 können eine Niederdruck- und/oder eine Hochdruckabgasrückführungsschleife (LP- und/oder HP-EGR-Schleife) zusammen mit entsprechenden Ventilen und Sensoren enthalten.
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2–9 zeigen maßstabsgerechte Zeichnungen einer Ausführungsform eines Abgaskrümmers 200. Der Krümmer 200 ist ein Sandgußkrümmer, der mehrere Einlässe 202, 204 und 206 zu den Krümmerkanälen 208, 210 und 212, einen Auslaßkanal 214 und einen Kühlmittelmantel 216 enthält, und ist ein Beispiel für den oben beschriebenen Krummer 36. Im vorliegenden Beispiel sind drei Krümmerkanäle vorhanden, die mit drei Zylindern eines beispielhaften Motors verbunden sind, jedoch können in weiteren Beispielen in Abhängigkeit von der Anzahl von Zylindern im beispielhaften Motor weniger oder mehr als drei Krümmerkanäle vorgesehen sein. Des Weiteren enthält der Krümmer 200 im vorliegenden Beispiel eine Silizium-Molybdän-Legierung (z. B. HiSiMo); weitere Beispiele enthalten zusätzliche und alternative Materialien.
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2 zeigt eine erste Ansicht des Krümmers 200. Der Krümmer 200 ist in der Darstellung mit gepunkteter Schattierung gezeigt, die einen Innenkanal 218 zeigt, der durch das Innere des Krümmergehäuses 220 definiert wird. Beim Gießen wird der Innenkanal 218 mit einem Hauptkrümmerkern (unten unter Bezugnahme auf die 8 und 9 ausführlicher besprochen) gefüllt. Der Innenkanal 218 erstreckt sich von einem ersten Einlaß 202 zu einem letzten Einlaß 206 entlang der Längsachse 222 (unten unter Bezugnahme auf die 3–5 und 9 ausführlicher besprochen). Der Krümmer 200 ist entlang der Längsachse 222 länger als in einer von dem beispielhaften Motor weg verlaufenden zweiten Richtung. Weiterhin ist der Krümmer 200 entlang der Längsachse 222 länger als in einer senkrecht zur Längsrichtung und zur zweiten Richtung verlaufenden dritten Richtung.
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Der Krümmer 200 enthält einen beispielhaften Kühlmittelmantel 216, der auch durch das Krümmergehäuse 220 definiert wird. Der Kühlmittelmantel 216 enthält eine beispielhafte Manschette 224, die eine Strömungsverbindung zwischen einem Kühlmitteleinlaß 226 und einem Kühlmittelauslaß 228 herstellt. Der Kühlmittelauslaß 228 erstreckt sich parallel zur Längsachse 222. Die Manschette 224 befindet sich neben dem Auslaßkanal 214, wobei der Auslaßkanal 214 als ein Abschnitt des Innenkanals 218 gezeigt wird, der zu einem beispielhaften Turbolader führt (oben unter Bezugnahme auf 1 ausführlicher besprochen). Die Manschette 220 befindet sich auch neben einem beispielhaften Krümmerflansch 230 (der mehrere Flanschbolzenaugen enthält, die unten unter Bezugnahme auf 3 ausführlicher beschrieben werden). Im vorliegenden Beispiel enthält die Manschette 224 einen Längsabschnitt 232 des Mantels 216, der sich parallel zur Längsachse 222 erstreckt. Der Längsabschnitt 232 ist durch Gießen direkt mit der Manschette 224 und dem Kühlmitteleinlaß 226 verbunden.
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Darüber hinaus ist die Position der Manschette 224 von den Krümmerkanälen 208, 210 (in 4 gezeigt) und 212 entkoppelt. Da sich der Kühlmittelmantel 216 nicht direkt neben irgendeinem der Krümmerkanäle befindet, enthalten die von den Einlässen durch den Abgaskrümmer 200 strömende Abgase mehr Wärmeenergie als Abgase in einem Krümmer, der einen umgreifenden Kühlmittelmantel enthält. Auf diese Weise wird die Wärmeenergiemenge, die zu dem mit dem Abgaskrümmer 200 verbundenen beispielhaften Turbolader geschickt wird, erhöht. Da der Krümmer 200 den Kühlmittelmantel 216 enthält, wird Wärmespannung am benachbarten Krümmerflansch 230 und Auslaßkanal 214 verringert. Folglich kann das Abgaskrümmergehäuse 220 aus einem anderen Material als ferritischem oder austenitischem Stahl hergestellt werden.
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Darüber hinaus enthält das Abgaskrümmergehäuse 220 in dem vorliegenden Beispiel mehrere Motorbolzenaugen 234 (die gegebenenfalls ein Gewinde aufweisen können) zur Verbindung des Krümmers 200 mit dem beispielhaften Motor über eine beispielhafte Zylinderkopfdichtung (wie oben unter Bezugnahme auf 1 ausführlicher beschrieben).
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Als Nächstes auf 3 Bezug nehmend, wird eine zweite Ansicht des Abgaskrümmers 200 und insbesondere ein erstes Ende 236 gezeigt. Im vorliegenden Beispiel schließt der Auslaßkanal 214 an einem Krümmerflansch 230 ab. Der Krümmerflansch 230 enthält mehrere Flanschbolzenaugen 241. Des Weiteren wird der Längsabschnitt 232 im vorliegenden Beispiel nicht durch irgendwelche der Flanschbolzenaugen 241 durchdrungen oder unterbrochen.
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Im vorliegenden Beispiel befinden sich sowohl die Manschette 224 als auch die Krümmerflanschfläche 240 in einer ersten Ebene, und der Kühlmitteleinlaß 226 und der Kühlmittelauslaß 228 erstrecken sich in einer nicht parallel zur ersten Ebene verlaufenden zweiten Ebene heraus. In weiteren Beispielen liegen der Kühlmitteleinlaß 226, der Kühlmittelauslaß 228, die Manschette 224 und die Flanschfläche 240 alle in parallel zueinander verlaufenden Ebenen. In zusätzlichen Beispielen verläuft eine Ebene, die parallel zu den Richtungen ist, in der sich der Kühlmitteleinlaß 226 und der Kühlmittelauslaß 228 erstrecken, schräg zu einer Ebene, die die Manschette 224 und/oder eine Krümmerflanschfläche 240 enthält.
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Eine dritte Ebene 242 verläuft senkrecht zu der Ansicht von 3. Im vorliegenden Beispiel liegt eine in den 1–2, 4–5, 7 und 9 gezeigte Längsachse in der Ebene 242. Weiterhin wird die Ebene 242 als eine Ebene definiert, die die Gesamtheit der Krümmerkanäle (von denen der Krümmerkanal 208 und der Krümmerkanal 212 in 3 gezeigt werden) schneidet.
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Der Auslaßkanal 214 befindet sich in der Darstellung entfernt von den Krümmerkanälen und ist asymmetrisch am ersten Ende 236 positioniert. Das erste Ende 236 erstreckt sich entlang der Längsachse gegenüber dem zweiten Ende 238 des Krümmers. Des Weiteren erstreckt sich der Auslaßkanal 214 von der Ebene 242 weg in einer bei Pfeil 244 gezeigten Aufwärtsrichtung heraus. Die bei 244 gezeigte Aufwärtsrichtung verläuft entgegengesetzt zu der Richtung, in der sich der Kühlmitteleinlaß 226 erstreckt. Darüber hinaus erstreckt sich der Auslaßkanal 214 in einer bei Pfeil 246 gezeigten Richtung von den Einlässen (zum Beispiel von Einlaß 206) weg und parallel zu den Krümmerkanälen (zum Beispiel Krümmerkanal 212). Des Weiteren sind die Manschette 224 und der Kühlmittelauslaß 228 über der Ebene 242 positioniert.
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Als Nächstes auf 4 Bezug nehmend, wird der Krümmer 200 gezeigt, der zu den Einlässen 202, 204 und 206 von dort, wo ein beispielhafter Motor mit dem Krümmer 200 verbunden sein würde, weg blickt. Die Ebene 242 kreuzt die aktuelle Ansicht, und, wie oben besprochen, erstrecken sich die mehreren Einlässe 202, 204 und 206 zu den Krümmerkanälen 208, 210 und 212, die in der Ebene 242 enthalten sind, heraus von dem Betrachter weg in die Seite. Die mehreren Motorbolzenaugen 234 sind um die mehreren Einlässe 202, 204 und 206 herum angeordnet, um eine Bolzenlast zu verteilen, wenn die Krümmerkanäle 208, 210 und 212 mit einer beispielhaften Zylinderkopfdichtung verbunden werden. Des Weiteren zeigt 4 den Kühlmitteleinlaß 226, der sich in einer senkrecht zur Ebene 242 verlaufenden Richtung erstreckt. Wie oben (unter Bezugnahme auf 3) besprochen, ist der Kühlmittelauslaß 228 vertikal über der Ebene 242 positioniert. Auf ähnliche Weise erstreckt sich der Auslaßkanal 214 über der Ebene 242.
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5 ist eine erste Schnittdarstellung des Abgaskrümmers 200, die dorthin blickt, wo ein beispielhafter Motor positioniert wäre. Die Einlässe 202, 204 und 206 führen in der Darstellung zu dem Innenkanal 218. Im vorliegenden Beispiel definiert das Krümmergehäuse 220 den Innenkanal 218, der einen Bogen 248 enthält. Im vorliegenden Beispiel erstreckt sich der Bogen 248 nicht in der Richtung der Längsachse über den Einlaß 204 hinaus. Der Bogen 248 führt in der entgegengesetzten Richtung zum Einlaß 206 weiter. Auf 6 Bezug nehmend, wird der Abgaskrümmer 200 in einer zweiten Schnittdarstellung gezeigt, die von einer Position eines beispielhaften Motors weg blickt. Weiterhin zeigt 6 den Bogen 248, der in dem von dem Gehäuse 220 definierten Innenkanal 218 ausgebildet ist. Der Bogen 248 erstreckt sich entlang der Längsachse 222 über den Kühlmitteleinlaß 226 oder den Längsabschnitt 232 in einer von dem Auslaßkanal 214 weg verlaufenden Richtung hinaus. Des Weiteren ist der Bogen 248 im vorliegenden Beispiel dazu enthalten, die Kombination der Strömungen aus dem ersten Einlaß 202, dem zweiten Einlaß 204 und dem dritten Einlaß 206 zu verbessern und zu ermöglichen. Darüber hinaus ist der Bogen 248 im vorliegenden Beispiel dazu enthalten, die Strömungsrichtung zum Auslaßkanal 214 (wie an anderer Stelle zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 2–4 beschrieben) zu verbessern.
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Erneut auf 5 Bezug nehmend, erstreckt sich der Kühlmittelauslaß 228 in der Darstellung parallel zur Längsachse 222 des Krümmers. Des Weiteren erstreckt sich der Kühlmitteleinlaß 226 im Wesentlichen senkrecht sowohl zu den Krümmerkanälen als auch zu dem Kühlmitteleinlaß 228 nach unten. Weiterhin enthält die Manschette 224 eine Umlenkrippe 250. Die Umlenkrippe 250 wird durch die Form des Gehäuses 220 an einer Innenseite des Kühlmittelmantels 216 und an einem Umfang des Auslaßkanals 214 definiert.
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Auf 6 Bezug nehmend, wird die in der Manschette 224 enthaltene Umlenkrippe 250 im Verhältnis zum Kühlmittelauslaß 228 und dem Auslaßkanal 214 gezeigt. Des Weiteren erstreckt sich die Umlenkrippe 250 in ein Inneres de Kühlmittelmantelmanschette 224. Im vorliegenden Beispiel erzeugt die Aufnahme der Umlenkrippe in Krümmer 200 eine größere Oberfläche, über die Kühlmittel im Kühlmittelmantel 216 strömen kann, wodurch die Wärmeübertragungsleistung zwischen dem Auslaßkanal 214 und dem Kühlmittelmantel 216 erhöht wird. Weiterhin erstreckt sich die Umlenkrippe 250 zu dem Kühlmittelauslaß 228 und ist dort positioniert, wo sich ein beispielhafter erster Strömungsweg 254 und ein beispielhafter zweiter Strömungsweg 256 treffen. Die Positionierung der Umlenkrippe 250 im vorliegenden Beispiel kann den Kühlmittelstrom jedes Strömungsweges 252 und 254 so leiten, dass, wenn sich der erste und der zweite Strömungsweg 252 und 254 treffen, die auftretenden Turbulenzen im Kühlmittelstrom verringert werden.
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Nunmehr auf 7 Bezug nehmend, wird eine weitere Schnittdarstellung des Abgaskrümmers 200 am ersten Ende 236 gezeigt. Der Längsabschnitt 232 enthält im vorliegenden Beispiel einen Längsströmungsweg 256. Der Längsströmungsweg 256 leitet Kühlmittelstrom von dem Kühlmitteleinlaß 226 zu der Manschette 224. Die Manschette 224 teilt den Längsströmungsweg 256 nun in den definierten ersten Strömungsweg 254 und zweiten Strömungsweg 256. Die beiden Strömungswege 254 und 256 umgeben gemeinsam den Umfang des Auslaßkanals 214. Des Weiteren steht Kühlmittel in der Manschette 224 über das Gehäuse 220 (zum Beispiel eine Gußmetallwand) thermisch mit dem Auslaßkanal 214 in Verbindung.
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Der erste Strömungsweg 254 enthält ein erstes Manschettenprofil und der zweite Strömungsweg 256 enthält ein zweites Manschettenprofil. Im vorliegenden Beispiel hat jedes Manschettenprofil die Form des Manschetteninneren, was bei der Definition der Kühlmittelströmungsrichtung, der Kühlmittelgeschwindigkeit und des Kühlmitteldrucks in den jeweiligen Strömungswegen von Bedeutung ist. Des Weiteren weist das Innere der beispielhaften Manschette 224 im vorliegenden Beispiel eine glatte Oberfläche auf. Darüber hinaus kann jeder Strömungsweg eine Querschnittsfläche definieren, durch die Kühlmittel strömen kann. In einigen Beispielen kann die Querschnittsfläche senkrecht zu einer Strömungsrichtung verlaufen. Darüber hinaus weist der Kühlmitteleinlaß 226 ein Einlaßprofil auf, und im vorliegenden Beispiel ist die Querschnittsfläche sowohl des ersten als auch des zweiten Manschettenprofils kleiner als die Querschnittsfläche des Kühlmitteleinlaßprofils. In weiteren Beispielen weist nur das erste oder das zweite Manschettenprofil eine Querschnittsfläche auf, die kleiner ist als die Querschnittsfläche des Kühlmitteleinlaßprofils.
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Als Nächstes zeigt 8 eine erste Ansicht des Auslaß- und Kühlmittelkanals des Abgaskrümmers 200. Der Innenkanal 218, der Auslaßkanal 214 und der Kühlmittelmantel 216 werden ohne ein beispielhaftes Krümmergehäuse (oben unter Bezugnahme auf die 2– –7 beschrieben) gezeigt. Beispielsweise definieren der Innenkanal 218 und der Auslaßkanal 214 einen Hauptauslaßkern, und der Kühlmittelmantel 216 definiert einen Kühlmittelkern. Sowohl der Hauptauslaßkern als auch der Kühlmittelkern sind in solch einem Beispiel gegossene Kerne. Diese gegossenen Kerne sind wie gezeigt positioniert und würden während eines Gießvorgangs zusammen in eine Außenform plaziert werden. In die Form gegossenes Metall kann dann die Gestalt der Formen einnehmen, härten und das Gehäuse des beispielhaften Krümmers 200 formen. Solch ein Gießvorgang ist in der Technik wohlbekannt.
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9 zeigt eine zweite Ansicht der Auslaßkanäle und Kühlmittelkanäle des Krümmers 200 mit Blickrichtung nach unten zu einer Oberseite des Innenkanals 218 und des Kühlmittelmantels 216. Der Auslaßkanal 214 befindet sich in der Darstellung entfernt von den Krümmerkanälen und ist asymmetrisch am ersten Ende 236 des Krümmers 200 positioniert. Der Auslaßkanal 214 ist an der Längsachse 222 bezüglich der Krümmerkanäle 208, 210 und 212 gespiegelt. Auf diese Weise kann sich der Auslaßkanal 214 entfernt von den Krümmerkanälen befinden. Im vorliegenden Beispiel ist der Krümmerkanal 210 ungefähr die Längsmitte des Krümmers 200, und das erste Krümmerende 236 ist ein Bereich des Krümmers, der sich von dem Krümmerkanal 210 entlang der Längsachse 222 zu dem Krümmerkanal 212 erstreckt, und das zweite Krümmerende 238 ist ein Bereich, der sich in einer entgegengesetzten Richtung entlang dem Krümmer 200 erstreckt. Auf diese Weise kann der Auslaßkanal 214 asymmetrisch positioniert sein.
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Des Weiteren wird in 9 ein Beispiel dafür gezeigt, wie weit sich der Längsabschnitt 232 parallel zur Längsachse 222 erstreckt. Im vorliegenden Beispiel ist eine Länge des Längsabschnitts 232 kleiner als ein Abstand zwischen aufeinander folgenden Abgaskrümmerkanälen (zum Beispiel den Krümmerkanälen 210 und 212). Des Weiteren kann im Allgemeinen eine Länge des Längsabschnitts 232 kleiner oder gleich der Hälfte der longitudinalen Länge des Innenkanals 218 sein.
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Schließlich wird unter Bezugnahme auf 10 ein beispielhaftes Verfahren 1000 zur Erwärmung von Motorsystemen dargestellt. Im vorliegenden Beispiel kann das Verfahren 1000 die Verwendung eines beispielhaften Steuersystems und/oder Abgaskrümmersystems enthalten, das einen beispielhaften Abgaskrümmer mit einer Kühlmittelmantelmanschette, einen beispielhaften Turbolader, ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem und einen beispielhaften Kühlmittelsystemkreislauf enthält.
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Das beispielhafte Verfahren 1000 beginnt bei 1010 durch Verbrennung von Kraftstoff in einem Zylinder eines Motors. Nach der Verbrennung von Kraftstoff in einem Zylinder des Motors können die Abgase aus dem Zylinder zu einem beispielhaften Abgaskrümmer mit Kühlmittelmantel entlüftet werden, wobei der Kühlmittelmantel eine Manschette enthält. Wenn heiße Abgase in den Krümmer eintreten, kann das Verfahren bei 1012 wahlweise Leiten von Kühlmittel durch einen mit der Manschette strömungsverbundenen Kühlmitteleinlaß enthalten.
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Nach 1012 kann das Verfahren wahlweise zu 1014 übergehen, wo der Kühlmittelstrom in einen ersten Strömungsweg und einen zweiten Strömungsweg in der Manschette geteilt wird, wobei der erste Strömungsweg ein erstes Manschettenprofil enthält, der zweite Strömungsweg ein zweites Manschettenprofil enthält und der Kühlmitteleinlaß ein Einlaßprofil enthält, wobei eine Querschnittsfläche des ersten und/oder zweiten Manschettenprofils kleiner ist als eine Querschnittsfläche des Einlaßprofils. Des Weiteren kann die Manschette nur den ersten und zweiten Strömungsweg enthalten, und die Manschette kann eine glatte Innenfläche enthalten, um eine laminare Strömung zu begünstigen. Das Innere der Manschette definiert die Strömungswege, und die Strömungswege umgeben gemeinsam einen Umfang eines beispielhaften Auslaßkanals.
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Als Nächstes enthält das Verfahren bei 1016 Adsorbieren der Wärme des Abgases des verbrannten Kraftstoffs in ein Kühlmittel über den Kühlmittelmantel, wobei der Kühlmittelmantel die Manschette enthält, wobei die Manschette nur den Umfang eines Abgasauslaßkanals neben einem Krümmerflansch umgibt, wobei der Auslaßkanal mit dem Krümmerflansch abschließt. Des Weiteren kann der Auslaßkanal asymmetrisch am ersten Krümmerende entfernt von mehreren Abgaskrümmerkanälen positioniert sein. Darüber hinaus erstreckt sich der Auslaßkanal in zwei Richtungen. Als Erstes erstreckt sich der Auslaßkanal von einer die Gesamtheit der Krümmerkanäle enthaltenden Ebene weg heraus. Als Zweites erstreckt sich der Auslaßkanal parallel zu den Krümmerkanälen von den in den Krümmerkanälen enthaltenen Einlässen weg.
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Als Nächstes enthält das Verfahren 1000 bei 1018 wahlweise Zusammenführen von erwärmtem Kühlmittel des ersten und des zweiten Strömungswegs in der Manschette, während das erwärmte Kühlmittel zu dem Kühlmittelauslaß geleitet wird. Es versteht sich, dass das Zusammenführen von erwärmtem Kühlmittel bei 1018 möglicherweise nur in dem beispielhaften Verfahren 1000 enthalten ist, das weiterhin Vorgänge enthält, die den Kühlmittelstrom in zwei oder mehr Strömungswege teilen (wie zum Beispiel bei 1014).
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Nach Beendigen von entweder 1016 oder 1018 geht das Verfahren zu 1020 über, wo erwärmtes Kühlmittel von einem Auslaß des Kühlmittelmantels zu einem Heizkreislauf geleitet wird, wobei der Heizkreislauf ein Heizelement für eine Innenraumheizung und/oder einen Katalysator und/oder ein Einspritzventil und/oder einen Einlaßluftvorwärmer und/oder ein geschlossenes Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem enthält. Dann kann das Verfahren auf 1022 übergehen, um Abgas von verbranntem Kraftstoff zu einer Turbine eines Turboladers zu leiten, wobei die Wärmemenge des Abgases des verbrannten Kraftstoffs größer ist als die Menge der vom Kühlmittel adsorbierter Wärme. Nach 1022 kann das Verfahren 1000 enden.
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Schließlich versteht sich, dass die hier beschriebenen Objekte, Systeme und Verfahren beispielhaft sind und dass diese speziellen Ausführungsformen oder Beispiele nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen in Betracht kommen. Demgemäß enthält die vorliegende Offenbarung alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Verfahren, die hier offenbart werden, sowie irgendwelche und alle Äquivalente davon.