DE2242857A1 - EXHAUST SYSTEM FOR COMBUSTION ENGINES IN MOTOR VEHICLES - Google Patents
EXHAUST SYSTEM FOR COMBUSTION ENGINES IN MOTOR VEHICLESInfo
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Description
Abgasleitsystem für Verbrennungsmotoren an Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasleitsystem zum Ableiten der Abgase aus dem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, welche bei einem Mehrzylindermotor aus anfangs mehreren, später miteinander verbundenen Leitungen besteht, wobei die nachfolgenden Leitungsabschnitte gegebenenfalls erforderliche Auspufftöpfe aufweisen.Exhaust gas control system for internal combustion engines on motor vehicles The invention refers to an exhaust gas management system for diverting the exhaust gases from the internal combustion engine of a motor vehicle, which in the case of a multi-cylinder engine initially consists of several, later there are interconnected lines, the following line sections have any required mufflers.
Es ist bekannt, daß das Abgasleitsystem des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs in den letzten Jahren in Verbindung mit den Problemen der Luftverschmutzung eine Entwicklung erfahren hat: Es gibt tatsächlich eine Anzahl von Fällen, in denen die vorgeschlagenen Lösungen für dieses Problem einen beträchtlichen Temperaturanstieg der entlang mehrerer Abschnitte des Leitsystems geführten Gase erfordern oder mit sich bringen. In einigen Fällen war es ratsam oder notwendig, die nachteiligen Wirkungen eines derartigen Temperaturanstiegs zu verhindern. Die zur Zeit für das Abgasleitsystem verwendeten Materialien können nicht mehr an höhere Temperaturen angepaßt werden (sodaß die Verwendung kostspieligerer Materialien unumgänglich ist). Zudem kann die erhöhte Wärmeübertragung nach außen - genauergesagt auf den Motorraum unter der Haube - für die Arbeitsweise der der Wärme ausgesetzten Teile nicht mehr akzeptiert werden. In anderen Fällen ist es umgekehrt erforderlich, daß die Abkühlung der Gase verhindert wird, da deren hohe Temperatur gewisse Nachverbrennungserscheinungen bei den noch nicht verbrannten Bestandteilen der Auspuffgase fördert.It is known that the exhaust gas control system of the internal combustion engine Motor vehicle in recent years associated with the problems of air pollution has undergone a development: there are actually a number of cases in which the proposed solutions to this problem caused a significant increase in temperature the along multiple sections of the control system require guided gases or bring with it. In some cases it was advisable or necessary to counteract the adverse To prevent the effects of such a temperature rise. The currently for that The materials used in the exhaust gas control system can no longer cope with higher temperatures adapted (so that the use of more expensive materials is inevitable). In addition, the increased heat transfer to the outside - more precisely to the engine compartment under the hood - no longer for the functioning of the parts exposed to heat be accepted. In other cases it is conversely necessary that the cooling the gases is prevented because their high temperature certain afterburning phenomena promotes in the not yet burned components of the exhaust gases.
Es sind bereits Verbesserungen im Abgasleitsystem bekannt, mit deren Hilfe einige der oben angeführten neuen Probleme gelöst werden sollen. Diese bekannten Verbessrungen bestehen darin, das Abgasleitsystem (oder Teile desselben) mit einer geeigneten wärmeisolierenden Umkleidung auszustatten, die auf der Verwendung einer wärmeisolierenden oder wärmebeständigen Materialschicht oder auf der Schaffung einer umkleideten Wandung beruht, so daß die zwischen den beiden zusammengehörigen Wandungen eingeschlossene Luft als Isolierschicht wirkt.There are already improvements in the exhaust gas control system known with their Help solve some of the new problems listed above. These well-known Improvements consist in the exhaust gas control system (or parts of it) with a Appropriate heat-insulating jacketing to equip based on the use of a heat-insulating or heat-resistant material layer or on the creation of one encased wall is based, so that between the two associated walls trapped air acts as an insulating layer.
Diese herkömmlichen Versuche weisen jedoch beträchtliche Nachteile auf, zu denen die folgenden Punkte zählen: a) Das Material, aus dem das Abgasleitsystem besteht, wird wegen der äußeren Isolierschicht auf immer höhere Temperaturen erwärmt, so daß es unumgänglich wird, auf Materialien zurückzugreifen, die eine bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen aufweisen, die jedoch kostspieliger sind.However, these conventional attempts have significant drawbacks which include the following: a) The material from which the exhaust gas control system exists, will be forever because of the outer insulating layer warmed up higher temperatures, so that it is inevitable to fall back on materials, which have a better resistance to high temperatures, which however, are more expensive.
b) Während der Übergangsphasen (genauer gesagt nach dem Starten des kalten Motors) wird eine beträchtliche Wärmemenge von den Gasen in das das Abgasleitsystem bildende Material abgeleitet: während~ dieser Übergangsphase erfährt das Gas somit eine beträchtliche abkühlung, die mögliche Nachverbrennungsreaktionen der noch unverbrannten Bestandteile verhindern kann.b) During the transition phases (more precisely after starting the cold engine), a considerable amount of heat is carried by the gases in the exhaust system forming material derived: during this transition phase the gas thus experiences a considerable cooling, the possible afterburning reactions of the still unburned Can prevent constituents.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden, indem die Wärmeisolierung des Abgasleitsystems - oder gewisser Teile desselben - in den das Abgasleitsystem bildenden Wandungen vorgesehen ist, so daß diese durch die Einwirkung der Wärmeisolierung mehr gekühlt als erwärmt werden. Außerdem sollen die zur Zeit verwendeten Materialien nicht durch kostspieligere ersetzt werden, sondern es wird möglich, für diesen Zweck auch weniger aufwendige Materialien an deren Stelle zu verwenden. Zudem soll'gemäB der Aufgabe dieser Erfindung die Abkühlung der Abgase bei den Wärmeübergängen auf ein Minimum eingeschränkt werden.The object of the invention is now to solve the aforementioned disadvantages to avoid by the thermal insulation of the exhaust system - or certain parts the same - is provided in the walls forming the exhaust gas control system, so that these are cooled more than heated by the action of the thermal insulation. In addition, the materials currently used should not be replaced by more expensive ones be replaced, but it becomes possible to use less expensive ones for this purpose To use materials in their place. In addition, according to the object of this invention the cooling of the exhaust gases during the heat transfer can be reduced to a minimum.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Abgasleitsystem der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Wandungen des Abgasleitsystems an ihren Innenflächen mit einer Wärmeisolierung mit geringer Dicke versehen sind, wodurch der Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und den Wandungen auf ein Mindestmaß reduziert ist, und daß die Wandungen an ihrer Außenseite nicht wärmeisoliert sind, da ihre Betriebstemperatur nicht viel höher als die Temperatur der Außenluft ist.This object is achieved according to the invention with an exhaust gas control system from the introduction described type solved in that the Walls of the exhaust gas control system are provided with thin thermal insulation on their inner surfaces, whereby the heat exchange between the exhaust gases and the walls to a minimum is reduced, and that the walls are not thermally insulated on their outside, as their operating temperature is not much higher than the temperature of the outside air.
Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, eine praktische Ausführungsform der im Vorhergehenden angedeuteten Verbesserungen zu schaffen, die Je nach den besonderen Problemen, die bei einer Einrichtung wie dem Abgasleitsystem aurtreten, untersucht wurde. Die Verwendung dner wärmeisolierenden Vorrichtung ist tatsächlich nicht ratsam, da diese eine ziemlich dicke Schicht erfordert, damit ein entsprechendes Maß an Wärmeisolierung erzielt wird, was jedoch überhohe Kosten mit sioh bringen würde.Furthermore, it is the object of the invention to provide a practical embodiment to create the improvements indicated above, depending on the particular Investigates problems encountered in a device such as the exhaust gas control system became. In fact, the use of the heat insulating device is not advisable since this requires a fairly thick layer, thus a corresponding amount of Thermal insulation is achieved, which, however, would bring excessive costs with sioh.
Vor allem jedoch sollte eine solche Lösung beiseite geschoben werden, da es für den Einbau eines Abgasleitsystems in einem Kraftfahrzeug nicht genügend Raum gibt, und da sich ein viel zu hohes Gewicht ergeben würde.Above all, however, such a solution should be pushed aside, because it is not sufficient for the installation of an exhaust gas control system in a motor vehicle There is space, and because the weight would be much too high.
Andererseits ist es bekannt, daß die bekanntesten Wärmeisolatoren unbewegte gasförmige Strömungsmittel sind, da sie einen niedrigen Leitfähigkeitskoeffizienten haben, wenn die für die Wärmeübertragung dadurch die Masse des Strömungsmittels und für die Anregung dieser Ubertragung verantwortlichen Konvektionsströmungen nicht vorhanden sind. Um nun die im Vorhergehenden genannten Probleme zu lösen, wird zwischen die Abgase und die Wandungen des Abgasleitsystems ein unbewegtes gasförmiges Strömungsmittel eingeleitet, welches die Lücke füllt, die durch eine zusätzliche Wandung aus dünnem vorzugsweise gewelltem - Metallblech bzw. Blech aus rostfreiem Stahl gebildet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das gasförmige Strömungsmittel in einer stark porösen Schicht aus keramischem Material enthalten ist, welches auf die Innenfläche der -Wandungen des Abgasleitsystems aufgebracht ist.On the other hand, it is known that the most famous thermal insulators are immobile gaseous fluids because they have a low coefficient of conductivity have when the heat transfer through the mass of the fluid and for stimulating this transmission responsible convection currents are not present. In order to solve the problems mentioned above, an unmoved gaseous gas is created between the exhaust gases and the walls of the exhaust gas control system Fluid introduced, which fills the gap created by an additional Wall made of thin, preferably corrugated sheet metal or sheet metal made of rustproof Steel is formed. Another possibility is that the gaseous Fluid contained in a highly porous layer of ceramic material is, which is applied to the inner surface of the walls of the exhaust system is.
Im folgenden werden nun weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht - teilweise im Schnitt - durch den Kopf eines Verbrennungsmotors, wobei das Abgasventil und die zugehörige Auspuffleitung dargestellt sind, die mit der erfindungsgemäßen Wärmeisolierung versehen sind; Fig. 2 eine Teildarstellung der Auspuffleitung zur Führung der Gase nach außen, welche ebenfalls wärmeisoliert ist; Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 4 noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.Further advantages and features of the invention are now set out below on the basis of some exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing described and explained in more detail. They show: FIG. 1 a view - partially in section - Through the head of an internal combustion engine, the exhaust valve and the associated Exhaust pipe are shown, which are provided with the thermal insulation according to the invention are; 2 shows a partial representation of the exhaust line for guiding the gases to the outside, which is also thermally insulated; Fig. 5 shows a further embodiment of the Invention, and FIG. 4 shows yet another embodiment of the invention.
In Fig. 1 ist unter der Bezugsziffer 10 der Kopf einer Mehrzylindermaschine dargestellt, unter der Bezugsziffer 11 die Brennkammer eines (nicht abgebildeten) Zylinders, unter 12 eine im Kopf gebildete Auspuffleitung, unter 13 ein Auspuffventil, und unter 14 eine Auspuffleitung, die mittels Flanschen mit dem Motorkopf in herkömmlicher -und damit nicht abgebildeter - Weise verbunden ist.In Fig. 1, the reference number 10 is the head of a multi-cylinder machine shown, under the reference number 11 the combustion chamber of a (not shown) Cylinder, under 12 an exhaust line formed in the head, under 13 an exhaust valve, and under 14 an exhaust pipe that is flanged to the engine head in a conventional - and thus not shown - is connected.
Im Inneren der Leitung 12 ist ein Rohr 15 angeordnet, welches vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht, und im vorliegenden Fall aus einem gewellten Metallblech gebildet ist. Im Inneren der Leitung 14 befindet sich ein ebenfalls aus gewelltem rostfreien Stahlblech bestehendes Rohr 16.In the interior of the line 12, a tube 15 is arranged, which is preferably made of stainless steel, and in the present case made of a corrugated metal sheet is formed. Inside the line 14 is also made of corrugated stainless steel sheet existing pipe 16.
Da, wie vorerwähnt, der Wärmeaustausch über ein gasförmiges Strömungsmittel durch Konvektion stattfindet, verhindert das sich in Auskleidungen 18 und 19 stauende Abgas den Wärmeaustausch durch Konvektion zwischen den vom Motor und den Wandungen der Auspuffleitungen abgegebenen Gasen, wobei die Ubertragung durch Konvektion und Abstrahlung ebenfalls sehr niedrig sind, da der rostfreie Stahl eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat und da seine Flächen eine reflektierende Wirkung haben und auch im Lauf der Zeit glänzend bleiben.There, as mentioned above, the heat exchange via a gaseous fluid takes place by convection, prevents the build-up in linings 18 and 19 Exhaust heat exchange by convection between the engine and the walls the exhaust pipes released gases, the transmission by convection and Radiation levels are also very low, as the stainless steel has a low thermal conductivity has and because its surfaces have a reflective effect and also in the course of the Time to stay shiny.
Das gewellte Metallblech stellt eine wirksame Dämpfung der Konvektionsbewegungen im Gasvolumen sicher, welches die Auskleidungen füllt, jedoch kann in einigen Abschnitten, besonders in geradlinigen, die Innenauskleidung des Abgasleitsystems aus glattem Metallblech hergestellt werden, während das gewellte Blech wegen seiner Biegsamkeit in den Abschnitten bevorzugt wird, die einen krummlinigen Verlauf haben.The corrugated sheet metal provides effective damping of convection movements safe in the volume of gas that fills the linings, however, in some sections, especially in straight lines, the inner lining of the exhaust system made of smooth Sheet metal are made while corrugated sheet metal because of its flexibility is preferred in the sections that have a curvilinear course.
Nach dem Zusammenbau können die Stücke aus rostfreiem Stahl in die Wandungen des Abgasleitsystems eingeschweißt werden, wobei somit mit Luft gefüllte Auskleidungen geschaffen sind, die ebenfalls zufriedenstellende Isolierungen darstellen. In einem solchen Fall sollten insgesamt gewellte Bleche verwendet werden, damit mechanische Belastungen verhindert werden, die durch die verschiedene Ausdehnung der Teile des Abgasleitsystems und der Innenauskleidung hervorgerufen werden.Once assembled, the stainless steel pieces can be inserted into the Walls of the exhaust gas control system are welded, thus being filled with air Linings are created, which are also satisfactory insulation. In such a case, corrugated metal sheets should be used, so that mechanical loads are prevented by the various expansion the parts of the exhaust system and the inner lining.
Die in die Leitungen des-Abgasleitsystems eingesetzten rohrförmigen Teile, beispielsweise die Rohre 15 und 16, können aus einem einmetalligen Blechstück hergestellt werden, wobei die Richtung der Wellungen senkrecht zur Rohrachse oder schraubenlinienförmig zu dieser verläuft, oder sie können durch schraubenförmiges Aufwickeln eines Streifens aus in Längsrichtung gewelltem Metallblech hergestellt werden.The tubular ones used in the pipes of the exhaust gas control system Parts, for example the tubes 15 and 16, can be made from a single piece of sheet metal be made with the direction of the corrugations perpendicular to the pipe axis or runs helically to this, or they can through helical Winding up a strip made of sheet metal corrugated in the longitudinal direction will.
In Fig. 2 sind die Leitung 20, in welcher die von den einzelnen Zylindern kommenden Abgase zusammengefaßt werden, der Flansch 26, welcher mit dem entsprechenden Gegenflansch in dem Bereich, in dem die vom Motorkopf kommenden Leitungen (von denen eine in Fig. 1 gezeigt ist) ineinander übergehen, zusammengefügt wird, sowie ein in die Leitung 20 eingesetzter Auspufftopf 21, welcher, falls eine weitere Verbrennung der in den Abgasen vorhandenen noch unverbrannten Bestandteile die Verwendung eines Nachverbrennungs-Auspufftopfes nicht erfordert, eine schalldämpfende Wirkung hat. Dieser Auspufftopf kann aber auch einen Katalysator aufweisen, d. h. er kann ein Wärmereaktor sin, bei welchem ein oder mehr geräuschdämprende Auspufftöpfe unterhalb desselben angeordnet sind. Ein Rohr 17 aus rostfreiem Stahl, welches aus einem gewellten Blech hergestellt ist, ist im Inneren der Leitung 20 angeordnet.In Fig. 2, the line 20, in which the individual cylinders Coming exhaust gases are summarized, the flange 26, which with the corresponding Counterflange in the area where the lines coming from the motor head (from which one is shown in Fig. 1) merge into each other, is joined, as well as a in the line 20 inserted muffler 21, which, if a further combustion the unburned components present in the exhaust gases require the use of a Post-combustion muffler does not require a sound-absorbing effect Has. However, this muffler can also have a catalytic converter, i. H. he can one Heat reactor sin with one or more sound-absorbing mufflers underneath the same are arranged. A tube 17 made of stainless steel, which consists of a corrugated Sheet metal is made is arranged inside the line 20.
Als Innenauskleidung für den Auspufftopf 21 dienen Metall bleche 22 und 23.Metal sheets 22 serve as the inner lining for the muffler 21 and 23.
Auf diese Weise erhält man Auskleidungen 24, 25 und 27, in welchen sich das Abgas staut und die, wie oben erwähnt, ein beträchtliches Hindernis für die Wärmeübertragung zwischen den Abgasen und den Wandungen der Leitung 20 und dem Auspufftopf 21 darstellen.In this way, linings 24, 25 and 27 are obtained in which the exhaust gas accumulates and, as mentioned above, a considerable obstacle for the heat transfer between the exhaust gases and the walls of the line 20 and the Represent muffler 21.
Das Abgasleitsystem,das teilweise in Fig. 4 dargestellt ist, umfaßt so viele, eine geradlinige Achse und Flansche zum Verbinden mit dem Motorkopf aufweisende Leitungen, wie Zylinder vorhanden sind (in der Zeichnung sind unter 30 und 31 zwei dieser Leitungen dargestellt); außerdem umfaßt es eine Kammer 34, in welcher die vorgenannten Leitungen konvergieren, sowie einen oder mehrere (nicht abgebildete) Rohrabschnitte, die aus der Kammer 34austreten und die Gase nach außen ableiten.The exhaust gas management system, which is partially shown in Fig. 4, comprises so many having a straight axis and flanges for connecting to the engine head Lines, such as cylinders, are present (in the drawing under 30 and 31 there are two these lines shown); it also includes a chamber 34 in which the the aforementioned lines converge, as well as one or more (not shown) Pipe sections which exit the chamber 34 and divert the gases to the outside.
Rohre 32 und 55 aus rostfreiem Stahl, die aus gewelltem Metallblech hergestellt sind, sind an der Innenseite der Leitungen 30 und 31 angeordnet. Die Bezugsziffer 35 gibt die Innenauskleidung der Kammer 34 an, die ebenfalls aus gewelltem Metallblech besteht.Stainless steel tubes 32 and 55 made from corrugated sheet metal are made, are arranged on the inside of the lines 30 and 31. the Reference number 35 indicates the inner lining of the chamber 34, which is also made of corrugated Sheet metal is made.
Die die Auskleidungen 36, 37 und 38 füllenden Abgase verhindern die Wärmeübertragung aus den strömenden Gasen auf die Wandungen der Leitungen 30 und 3 und der Kammer 54.The exhaust gases filling the liners 36, 37 and 38 prevent this Heat transfer from the flowing gases to the walls of the lines 30 and 3 and chamber 54.
Wie bereits erwähnt, ist in den Abschnitten mit geradliniger Achse die Verwendung gewellter Metallbleche nicht erforderlich (die eine gute Verformbarkeit aufweisen und somit dazu geeignet sind, sich dem Verlauf der Leitungen anzupassen), jedoch ist es von Vorteil, wenn teilweise gewellte glatte Metallbleche verwendet werden, damit eine wirksame Dämpfung der Konvektionsbewegung in den die Auskleidungen 56, 57 und 38 füllenden Abgasen erzielt wird, wodurch eine erhöhte Wärmeisolierung geschaffen wird.As mentioned earlier, is in the straight axis sections the use of corrugated metal sheets is not required (which has good ductility and are therefore suitable for adapting to the course of the lines), however, it is advantageous if partially corrugated smooth metal sheets are used in order to effectively dampen the convection movement in the the linings 56, 57 and 38 filling exhaust gases is achieved, thereby increasing thermal insulation is created.
Fig. 5 zeigt eine Auspuffleitung 28, die nur teilweise dargestellt ist, sowie eine Schicht 29 aus porösem Keramikmaterial, welches an den Wandungen der Leitung angebracht und mit geeignetem Klebstoff befestigt ist. Die sich im Inneren der genannten porösen Keramikschicht stauenden Abgase ermöglichen eine sehr wirksame Wärme isolierung, ohne daß man auf eine beträchtliche Dicke des als wärmeisolierende Schicht verwendeten Keramikmaterils zurückgreifen muß, was beispielsweise bei einem festen Keramikmaterial der Fall wäre.Fig. 5 shows an exhaust line 28, which is only partially shown is, as well as a layer 29 of porous ceramic material, which on the walls attached to the line and secured with a suitable adhesive. Which is inside the aforementioned porous ceramic layer accumulating exhaust gases allow a very effective Heat insulation without having to use a considerable thickness of the as heat-insulating Layer used ceramic material must fall back, what for example at a solid ceramic material would be the case.
Claims (9)
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|---|---|---|---|
| OI | Miscellaneous see part 1 | ||
| OHA | Expiration of time for request for examination |