EP2444617A1 - Abgaskrümmer - Google Patents

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EP2444617A1
EP2444617A1 EP11007366A EP11007366A EP2444617A1 EP 2444617 A1 EP2444617 A1 EP 2444617A1 EP 11007366 A EP11007366 A EP 11007366A EP 11007366 A EP11007366 A EP 11007366A EP 2444617 A1 EP2444617 A1 EP 2444617A1
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EP
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exhaust manifold
insulating
inner tube
binder
isolierformteil
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Matthias Kroll
Armin Buchsteiner
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Isolite GmbH
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Isolite GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F01N13/102—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features having thermal insulation
    • F01N13/141—Double-walled exhaust pipes or housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/16—Selection of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2310/00—Selection of sound absorbing or insulating material
    • F01N2310/02—Mineral wool, e.g. glass wool, rock wool, asbestos or the like

Definitions

  • the invention relates to an exhaust manifold for an internal combustion engine of the type explained in the preamble of claim 1.
  • Exhaust manifolds are often isolated, especially if the exhaust gas temperature for downstream units, such as a catalyst or a turbocharger or the like. As early as possible to achieve a high level so that the downstream units can work properly and the construction of low-grade materials are constructed can or do this work at all.
  • the invention has for its object to provide a particularly effective way of insulation for an exhaust manifold.
  • the embodiment according to the invention as Isolierformteil based on a Isoliermaschinegewebes allows the insulation inside, i. to be arranged between the exhaust-carrying inner tube and the outer casing of the exhaust manifold.
  • the outer sheath is protected against increased temperature or it is earlier achieved in the exhaust an increase in the temperature levels for the downstream units and at the same time a certain sound insulation.
  • Due to the configuration as a molded part based on a fabric made of insulating fibers a mechanical cohesion of the insulation is furthermore achieved without additional precautions, for example without additional film coating or the like.
  • the provided during installation air gap between the casing and inner tube is maintained in a simple and safe manner even under harsh operating conditions and prevents blowing out of the fibers.
  • the insulating fiber fabric is preferably made of silicate fibers, but may also consist of glass fibers or the like.
  • the binder used for molding the Isolierformers alumina, especially bentonite.
  • the Isolierformteil is preferably installed so that the Isoliermaschinegewebe or that side of the Isolierformmaschines, which contains the largest proportion of Isoliermaschinegewebe, an air gap is adjacent.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a section through an exhaust manifold 1 for an internal combustion engine, preferably for motor vehicles.
  • the exhaust manifold 1 contains the usual exhaust-carrying inner tubes 2, which are surrounded by a sheath 3 at a distance A.
  • the exhaust pipes 2 and the casing 3 may consist of the usual materials, such as cast or steel sheet.
  • an inner insulation 4 is housed.
  • the inner insulation 4 preferably covers the entire inner surface of the sheath 3, but is thinner than the distance A, so that despite installation of the insulation 4, an insulating air gap 5 to the inner tube 2 remains.
  • the insulation 4 is between 1 mm and 3 mm, preferably between 1.5 mm to 2 mm thick, so that the air gap 5 is reduced relative to the distance A by this amount.
  • the insulation 4 is formed as Isolierformteil.
  • the Isolierformteil contains a carrier mat in the form of a fabric of insulating fibers, in particular silicate fibers, but also glass fibers or the like .
  • the Isolier Anlagengewebe are commercially available and consist of transverse and longitudinal threads, which are intertwined with the most diverse, known from the textile sector binding types.
  • a particularly preferred embodiment of an insulating fiber fabric is commercially available under the trademark Hakoterm® 1200 HG 1305. This material consists of twisted silicate fibers that have been woven into a fabric mat.
  • Color pigments can be added to the binder which influence the heat absorption and / or heat reflection in such a way that, on the one hand, the surrounding components are protected against thermal overload and, on the other hand, it is ensured that an increase in the exhaust gas energy is achieved very rapidly when the internal combustion engine starts up a rapid increase in the temperature in the exhaust pipe during the start-up period and thereby leads to a reduction of the NO x values and the CO 2 emission.
  • a particularly suitable color pigment is a black Kupferchrromitspinell, as it is available, for example, as Black 30C965 from the company "The Shepherd Color Company”. This color pigment is predominantly absorbent.
  • a preferred reflective color pigment is a yellow color pigment (polished rutile on chromium / antimony / titanium-based), preferably YELLOW 193 of the same company.
  • the color pigments are preferably admixed with the binder, but can be applied to or in the Isolierform stresses in any other way.
  • the installation of the Isolierformmaschines 4 takes place such that the fabric side of the Isolierformmaschines, i. the side which consists of the fabric mat or has the greater proportion of the fabric mat, the air gap 5 and the opposite side of the sheath 3 is applied. This ensures that the greatest possible protection against the blowing out and loosening by vibration or the like. Of components of the insulation is given, so that the risk of malfunction by blown or otherwise displaced particles in the exhaust system is not given.
  • the Isolierformteil 4, which was prepared in this way, is self-supporting, so that no additional protective layer, such as a metal foil or the like. For delimitation or for mechanical stabilization is necessary.
  • the Isolierformteil 4 can be easily attached to the outer sheath 3 and the sheath 3 are fastened together with the insulation 4 with the required air gap 5 around the inner tubes 2 around.

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Abstract

Es wird ein Abgaskrümmer (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem abgasführenden Innenrohr (2) und einer äußeren Ummantelung (3) beschrieben, der besonders effektiv und kostengünstig isoliert ist. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, die Isolierung (4) als in Form gepresstes Isolierformteil (4) auszubilden und zwischen der Ummantelung (3) und dem Innenrohr (2) anzuordnen, wobei das Isolierformteil ein Isolierfasergewebe und ein Bindemittel enthält.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskrümmer für einen Verbrennungsmotor der im Oberbegriff von Anspruch 1 erläuterten Art.
  • Abgaskrümmer werden häufig isoliert, insbesondere dann, wenn die Abgastemperatur für nachgeschaltete Aggregate, wie beispielsweise einen Katalysator oder einen Turbolader oder dgl., möglichst frühzeitig ein hohes Niveau erreichen soll, damit die nachgeschalteten Aggregate korrekt arbeiten können bzw. die Konstruktion aus niederwertigen Materialien aufgebaut werden können bzw. diese überhaupt funktionieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders wirksame Art einer Isolierung für einen Abgaskrümmer bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung als Isolierformteil auf der Basis eines Isolierfasergewebes gestattet es, die Isolierung innen, d.h. zwischen dem abgasführenden Innenrohr und der äußeren Ummantelung des Abgaskrümmers anzuordnen. Dadurch wird auch die äußere Ummantelung gegen eine erhöhte Temperatur geschützt bzw. es wird im Abgas früher eine Erhöhung des Temperaturniveaus für die nachgeschalteten Aggregate und gleichzeitig ein gewisser Schallschutz erreicht. Durch die Ausgestaltung als Formteil auf der Basis eines Gewebes aus Isolierfasern wird weiterhin ein mechanischer Zusammenhalt der Isolierung ohne zusätzliche Vorkehrungen, beispielsweise ohne zusätzliche Folienbeschichtung oder dgl. erreicht. Dadurch wird auf einfache und sichere Weise der beim Einbau vorgesehene Luftspalt zwischen Ummantelung und Innenrohr auch unter rauen Betriebsbedingungen aufrechterhalten und ein Ausblasen der Fasern verhindert.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Das Isolierfasergewebe besteht bevorzugt aus Silikatfasern, kann jedoch auch aus Glasfasern oder dgl. bestehen.
  • Das zum Formpressen des Isolierformteiles verwendete Bindemittel ist Tonerde, insbesondere Bentonit.
  • Das Isolierformteil wird bevorzugt so eingebaut, dass das Isolierfasergewebe oder diejenige Seite des Isolierformteiles, die den größten Anteil an Isolierfasergewebe enthält, einem Luftspalt benachbart ist.
  • Es ist weiterhin möglich, das Isolierformteil mit Pigmenten zu versetzen, die wärmeabsorbierend bzw. wärmereflektierend wirken.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur erläutert, die einen Schnitt durch einen schematisch dargestellten, efindungsgemäßen Abgaskrümmer zeigt.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Abgaskrümmer 1 für einen Verbrennungsmotor, bevorzugt für Kraftfahrzeuge.
  • Der Abgaskrümmer 1 enthält die üblichen abgasführenden Innenrohre 2, die im Abstand A von einer Ummantelung 3 umgeben sind. Die Abgasrohre 2 und die Ummantelung 3 können aus den üblichen Materialien, wie Guss oder Stahlblech, bestehen.
  • Im Abstand A ist eine Innenisolierung 4 untergebracht. Die Innenisolierung 4 bedeckt bevorzugt die gesamte Innenoberfläche der Ummantelung 3, ist jedoch dünner als der Abstand A, so dass trotz Einbau der Isolierung 4 ein isolierender Luftspalt 5 zum Innenrohr 2 verbleibt.
  • Die Isolierung 4 ist zwischen 1 mm und 3 mm, bevorzugt zwischen 1,5 mm bis 2 mm dick, so dass der Luftspalt 5 gegenüber dem Abstand A um diesen Betrag verringert wird.
  • Die Isolierung 4 ist als Isolierformteil ausgebildet. Das Isolierformteil enthält eine Trägermatte in Form eines Gewebes aus isolierenden Fasern, insbesondere Silikatfasern, aber auch Glasfasern oder dgl.. Die Isolierfasergewebe sind handelsüblich und bestehen aus quer- und längsverlaufenden Fäden, die miteinander mit den unterschiedlichsten, aus dem Textilbereich bekannten Bindungsarten verflochten sind. Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Isolierfasergewebes ist unter der Marke Hakoterm® 1200 HG 1305 im Handel. Dieses Material besteht aus gezwirnten Silikatfasern, die zu einer Gewebematte verwebt wurden.
  • Statt Gewebematten aus Silikatfasern sind jedoch auch Glasfasergewebe oder Gewebe aus ähnlichen für eine Isolierung geeigneten Fasern, z.B. Mineralfasern, einsetzbar.
  • Zum Herstellen des Isolierformteiles wird ein passender Zuschnitt des Isolierfasergewebes mit einem herkömmlichen Bindemittel, beispielsweise Tonerde in Form von Betonit, aufgeschlämmt im Wasser, versehen und anschließend durch Heißpressen in Endform gebracht.
  • Dem Bindemittel können Farbpigmente zugesetzt werden, die die Wärmeabsorption und/oder Wärmereflexion in einer Weise beeinflussen, dass einerseits die umgebenden Bauteile gegen thermische Überlastung geschützt und andererseits dafür gesorgt wird, dass beim Anfahren des Verbrennungsmotors sehr schnell eine Erhöhung der Abgasenergie erreicht wird, was zu einem schnellen Anstieg der Temperatur in der Abgasleitung während der Anlaufzeit und dadurch zu einer Reduzierung der NOx-Werte und des CO2-Ausstoßes führt.
  • Ein besonders geeignetes Farbpigment ist ein schwarzer Kupferchromitspinell, wie er beispielsweise als Black 30C965 von der Firma "The Shepherd Color Company" erhältlich ist. Dieses Farbpigment wirkt vorwiegend absorbierend. Ein bevorzugt reflektierendes Farbpigment ist ein gelbes Farbpigment (Polier-Rutil auf Chrom/Antimon/Titan-Basis), bevorzugt YELLOW 193 der gleichen Firma.
  • Die Farbpigmente werden bevorzugt dem Bindemittel zugemischt, können jedoch auf irgendeine andere Weise auf oder in dem Isolierformkörper gelangen.
  • Der Einbau des Isolierformteiles 4 erfolgt derart, dass die Gewebeseite des Isolierformteiles, d.h. diejenige Seite, die aus der Gewebematte besteht oder den größeren Anteil an der Gewebematte aufweist, am Luftspalt 5 und die gegenüberliegende Seite an der Ummantelung 3 anliegt. Dadurch wird sichergestellt, dass ein größtmöglicher Schutz gegen das Ausblasen und Lockerwerden durch Vibrationen oder dgl. von Bestandteilen der Isolierung gegeben ist, so dass die Gefahr von Betriebsstörungen durch verblasene oder sonst wie verlagerte Partikel im Abgassystem nicht gegeben ist. Das Isolierformteil 4, das auf diese Weise hergestellt wurde, ist selbsttragend, so dass keine zusätzliche Schutzschicht, wie beispielsweise eine Metallfolie oder dgl. zur Abgrenzung bzw. zur mechanischen Stabilisierung notwendig ist. Das Isolierformteil 4 kann einfach an der äußeren Ummantelung 3 befestigt und die Ummantelung 3 zusammen mit der Isolierung 4 mit dem erforderlichen Luftspalt 5 um die Innenrohre 2 herum befestigt werden.

Claims (6)

  1. Abgaskrümmer (1) für einen Verbrennungsmotor, mit einem abgasführenden Innenrohr (2), einer äußeren Ummantelung (3) und einer Isolierung (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung als in Form gepresstes Isolierformteil (4) ausgebildet und zwischen der Ummantelung (3) und dem Innenrohr angeordnet ist und ein Isolierfasergewebe und ein Bindemittel enthält.
  2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierfasergewebe eine Fasermatte aus mineralischen Fasern, wie eine Glas- und/oder Silikat- und/oder Keramikfaser-Gewebematte enthält.
  3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel Tonerde, insbesondere Bentonit ist.
  4. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierformteil (4) durch einen Luftspalt (5) vom Innenrohr (2) getrennt ist.
  5. Abgaskrümmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierfasergewebe des Isolierformteiles (4) dem Luftspalt (5) benachbart angeordnet ist.
  6. Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierformteil (4) wärmeabsorbierende und/oder wärmereflektierende Pigmente enthält.
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