DE19834136C1 - Exhaust gas conduit for internal combustion engine has double wall formed between outer tube and inner tube, inner tube being of metallic material with high porosity - Google Patents

Exhaust gas conduit for internal combustion engine has double wall formed between outer tube and inner tube, inner tube being of metallic material with high porosity

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Abstract

The inner tube (6) is a sintered metal fibre fleece. The metal fibres of the fleece have a maximum diameter of 50 micrometers. The inner wall (9) of the inner tube is provided with a catalytically active layer. In or on the wall of the inner tube ceramic insulation mats are provided. The material of the inner tube can be an iron basic alloy, a nickel basic alloy and can have an aluminum content of at least 5 to approximately 20 per cent. The material of the inner tube contains additives of lanthanide oxides. The outer tube (7) comprises a metal foil with a maximum thickness of 0.2 mm.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung für eine Brennkraftma­ schine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an exhaust pipe for an internal combustion engine Machine according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 41 42 360 A1 ist eine Doppelwand-Abgasleitung be­ kannt, die aus einem Außenrohr und einem in das Außenrohr ein­ gesetzten konzentrischen Innenrohr besteht. Im Hohlraum zwi­ schen dem Innenrohr und dem Außenrohr ist ein Füllstoff einge­ schlossen, dessen Schmelztemperatur geringfügig unterhalb der Betriebstemperatur des Katalysators im Abgasstrang liegt. Un­ mittelbar nach einem Start der Brennkraftmaschine ist der Füll­ stoff in festem Zustand und soll isolierend wirken, um die hei­ ßen Abgase aus der Brennkraftmaschine mit möglichst geringem Wärmeverlust dem Katalysator zuzuführen und diesen auf seine Betriebstemperatur zu erhitzen. Erreicht der Katalysator die Betriebstemperatur, so schmilzt der Füllstoff und soll einen guten Wärmeübergang zwischen der Innenwand und der Außenwand bewirken, von der Wärme an die Umgebung abgegeben wird.From DE 41 42 360 A1 a double-wall exhaust pipe is be knows that from an outer tube and one in the outer tube set concentric inner tube. In the cavity between A filler is inserted between the inner tube and the outer tube closed, whose melting temperature is slightly below the Operating temperature of the catalyst is in the exhaust system. Un the filling is indirect after starting the internal combustion engine fabric in a solid state and should have an insulating effect on the hot exhaust gases from the internal combustion engine with the lowest possible Heat loss to the catalyst and this on his Heat operating temperature. If the catalyst reaches the Operating temperature, so the filler melts and should one good heat transfer between the inner wall and the outer wall cause heat to be released to the environment.

Diese bekannte Abgasleitung ist kompliziert aufgebaut und auf­ wendig in der Herstellung. Das Innenrohr, das Außenrohr sowie alle Anschlüsse der Rohre müssen flüssigkeitsdicht ausgebildet sein, um den Füllstoff auch in flüssigem Zustand sicher aufneh­ men zu können. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Füllstoffs und des Rohrmaterials besteht die Gefahr, daß Leckagen infolge Materialermüdung auftreten, was zur Funktions­ unfähigkeit führen kann. Darüberhinaus kann wegen der unter­ schiedlichen schalldämpfenden Eigenschaften des Füllstoffs in den verschiedenen Aggregatzuständen nicht gewährleistet werden, daß in allen Betriebsphasen eine optimale geräuschreduzierende Wirkung erzielt wird.This known exhaust pipe is complicated and based on manoeuvrable to manufacture. The inner tube, the outer tube as well all connections of the pipes must be liquid-tight be to safely absorb the filler even in the liquid state to be able to. Because of the different thermal expansion the filler and the pipe material there is a risk that Leakages occur due to material fatigue, leading to functional incapacity. In addition, because of the under different sound absorbing properties of the filler  the different physical states cannot be guaranteed, that optimal noise-reducing in all operating phases Effect is achieved.

Aus der gattungsbildenden Druckschrift DE 35 34 757 C2 ist eine doppelwandige Abgasleitung für eine Brennkraftmaschine mit ei­ nem Innenrohr und einem Außenrohr bekannt, zwischen denen kera­ misches Fasermaterial eingebracht ist. Das Innenrohr ist als metallisches Lochblech gefertigt, wobei die Löcher im Rohrman­ tel des Innenrohrs für die Herstellung der Abgasleitung benö­ tigt werden, indem das Innenrohr aus Lochblech in eine flüssige Zubereitung mit keramischen Fasern eingetaucht wird und an­ schließend das Rohr mit Vakuum beaufschlagt wird, um die Flüs­ sigkeit durch die Löcher abzusaugen. Hierdurch lagern sich die keramischen Fasern am Außenmantel und in den Löchern und Schlitzen des Lochblechs ab. Das Herstellungsverfahren wird so lange durchgeführt, bis die gewünschte Dicke des Fasermaterials erreicht ist. Nach der Trocknung werden Innenrohr und Außenrohr miteinander verbunden, wobei das Fasermaterial den gesamten Zwischenraum ausfüllt.From the generic document DE 35 34 757 C2 is one double-walled exhaust pipe for an internal combustion engine with egg Nem inner tube and an outer tube known, between which kera Mix fiber material is introduced. The inner tube is as perforated metal sheet made, the holes in the Rohrman tel of the inner pipe for the production of the exhaust pipe be done by the inner tube made of perforated sheet into a liquid Preparation is immersed with ceramic fibers and on closing the tube with vacuum to the rivers aspirate liquid through the holes. As a result, the ceramic fibers on the outer jacket and in the holes and Slitting off the perforated plate. The manufacturing process is like this long until the desired thickness of the fiber material is reached. After drying, the inner tube and outer tube joined together, the fiber material covering the entire Fills the space.

Das Fasermaterial im Zwischenraum zwischen Innenrohr und Außen­ rohr hat zwar schalldämpfende Wirkung, allerdings wird durch die massive Ausführung das Gewicht der Abgasanlage erhöht, was aufwendige Befestigungs- und Dichtungsvorrichtungen erforder­ lich macht.The fiber material in the space between the inner tube and the outside pipe has a sound-absorbing effect, but the massive design increases the weight of the exhaust system, what elaborate fastening and sealing devices required Lich makes.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Abgasleitung für eine Brennkraftmaschine anzugeben, die nach einem Kaltstart ei­ ne schnelle Erwärmung des Katalysators bei guter Schalldämpfung und einfachem Aufbau ermöglicht.The invention is based on the problem of an exhaust pipe for specify an internal combustion engine that ei after a cold start ne rapid heating of the catalytic converter with good sound absorption and simple construction.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst. This problem is solved according to the invention with the features of the Proverb 1 solved.  

Die hohe Porosität des Innenrohres erlaubt es, Abgasleitungen mit wesentlich reduziertem Gewicht auszubilden, woraus sich ei­ ne hohe Materialeinsparung ergibt und der Einsatz einfach aus­ gebildeter, kostengünstiger Anschlüsse möglich ist. Das poröse Innenrohr weist eine sehr geringe Wärmekapazität auf, so daß insbesondere nach einem Kaltstart keine bzw. nur ein geringer Teil der Wärmeenergie im Innenrohr absorbiert wird und der weit überwiegende Teil der Wärmeenergie unmittelbar dem Katalysator zugeführt wird. Der Katalysator erreicht in kürzestmöglicher Zeit seine Betriebstemperatur, so daß die Abgasemission gegen­ über herkömmlichen Systemen reduziert ist.The high porosity of the inner tube allows exhaust pipes to train with significantly reduced weight, which results in ne material savings and the use simply out educated, inexpensive connections is possible. The porous Inner tube has a very low heat capacity, so that especially after a cold start, none or only a small one Part of the heat energy is absorbed in the inner tube and the far predominant part of the thermal energy directly to the catalyst is fed. The catalyst reaches in the shortest possible time Time its operating temperature so that the exhaust gas emission against is reduced over conventional systems.

Eine zusätzliche Isolierung wird durch den luftgefüllten Zwi­ schenraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr erzielt.Additional insulation is provided by the air-filled twin space between the inner tube and the outer tube.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das Innenrohr sich auf­ grund der geringeren Wärmekapazität weniger stark erwärmt und dementsprechend geringeren thermischen Dehnungen ausgesetzt ist. Zudem finden keine Änderungen des Aggregatszustandes statt, durch die zusätzliche Längenänderungen verursacht wer­ den. Auf aufwendige Längenkompensationseinrichtungen kann weit­ gehend verzichtet werden, wodurch zugleich weitere potentielle geräuschverursachenden Bauteile vermieden werden.Another advantage is that the inner tube is on less heated due to the lower heat capacity and accordingly exposed to lower thermal expansions is. In addition, there are no changes in the state of the aggregate instead of who caused additional length changes the. Complex length compensation devices can go a long way can be dispensed with, thereby creating further potential noise-causing components can be avoided.

Die Porosität des Innenrohres führt wegen der vergrößerten Oberfläche außerdem zu einer hohen Schallabsorption, wodurch auch die Geräuschemission herabgesetzt wird. Durch eine ent­ sprechende Auswahl des Innenrohr-Werkstoffes können bestimmte Schallwellenlängen gezielt absorbiert werden.The porosity of the inner tube leads to the enlarged Surface also to a high sound absorption, which noise emissions are also reduced. By an ent Descriptive selection of the inner tube material can certain Sound wavelengths are specifically absorbed.

Als Materialform des Innenrohres wird ein im Sinterverfahren hergestelltes Metallfaservlies mit Metallfasern mit einem Durchmesser von maximal 50 µm verwendet. Diese Materialform weist die erforderliche hohe Porosität bei zugleich reduziertem Gewicht auf.The material shape of the inner tube is one in the sintering process manufactured metal fiber fleece with metal fibers with a Diameter of 50 µm maximum used. This form of material  exhibits the required high porosity with reduced Weight on.

Als Werkstoff für das Innenrohr wird vorteilhaft eine Eisenba­ sislegierung oder eine Nickelbasislegierung, insbesondere mit einem Anteil an Aluminium und einem Zusatz Seltener Erden zur Erhöhung der Zunderbeständigkeit, verwendet. Diese Werkstoffe erlauben einen Einsatz im Hochtemperaturbereich bis etwa 1200°C.An iron ba is advantageously used as the material for the inner tube sis alloy or a nickel-based alloy, especially with a proportion of aluminum and an addition of rare earths to Increase in scale resistance used. These materials allow use in the high temperature range up to approx 1200 ° C.

Das Innenrohr ist auf der Innenseite mit einer katalytisch ak­ tiven Schicht versehen, um bereits stromauf des Katalysators eine Vorreinigung des Abgases zu erreichen.The inner tube is on the inside with a catalytically active tive layer provided to already upstream of the catalyst to achieve a pre-cleaning of the exhaust gas.

Das Innenrohr ist mit Isolationsmatten aus Keramik versehen, durch die das Isolationspotential der Rohrwandung des Innenroh­ res gesteigert wird. The inner tube is provided with ceramic insulation mats, through which the insulation potential of the pipe wall of the inner pipe res is increased.  

Das das Innenrohr einschließende Außenrohr besteht bevorzugt aus einer Metallfolie. Weil das Außenrohr im wesentlichen nur isolierende und dämmende Eigenschaften aufweisen muß, jedoch keine Stützfunktionen übernimmt, ist eine Dicke der Metallfolie von vorzugsweise maximal 0,2 mm ausreichend.The outer tube enclosing the inner tube is preferred from a metal foil. Because the outer tube is essentially only must have insulating and insulating properties, however does not take on any supporting functions, is a thickness of the metal foil of preferably at most 0.2 mm is sufficient.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun­ gen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and practical embodiments are the further claims, the description of the figures and the drawing conditions. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Abgasleitung für eine Brenn­ kraftmaschine, Fig. 1 is a sectional combustion engine through an exhaust pipe for an internal,

Fig. 2 eine Prinzipskizze zum Schalleinfall auf die Wand des Innenrohres der Abgasleitung. Fig. 2 is a schematic diagram of the incidence of sound on the wall of the inner tube of the exhaust pipe.

Die in Fig. 1 dargestellte Abgasleitung 3 ist am Zylinderblock 2 einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer mehrzylindrigen Otto-Brennkraftmaschine, angeordnet und führt Abgase aus den Brennräumen über einen nicht eingezeichneten Katalysator in die Atmosphäre. Die Abgasleitung besteht aus einem Rohrkrümmer 4, der als Abgassammler am Zylinderblock 2 befestigt ist und die Abgase der einzelnen Brennräume zusammenführt, sowie einer Rohrleitung 5, die über einen Flansch 8 am Rohrkrümmer 4 gehal­ ten ist. Beide Teile der Abgasleitung 3, der Rohrkrümmer 4 und die Rohrleitung 5, weisen vorteilhaft grundsätzlich den glei­ chen Aufbau auf.The exhaust gas line 3 shown in FIG. 1 is arranged on the cylinder block 2 of an internal combustion engine, in particular a multi-cylinder gasoline internal combustion engine, and leads exhaust gases from the combustion chambers into the atmosphere via a catalyst (not shown). The exhaust pipe consists of a pipe bend 4 , which is attached as an exhaust manifold to the cylinder block 2 and merges the exhaust gases of the individual combustion chambers, and a pipe 5 , which is held by a flange 8 on the pipe bend 4 . Both parts of the exhaust pipe 3 , the elbow 4 and the pipe 5 , advantageously have basically the same structure.

Die Abgasleitung 3 besteht aus einem Innenrohr 6 und einem das Innenrohr 6 einschließenden Außenrohr 7, zwischen denen zweck­ mäßig ein luftgefüllter, wärmeisolierender Zwischenraum gebil­ det ist. Das Material des Innenrohrs 6 ist hochporös, wodurch sich eine geringe Wärmespeicherfähigkeit, ein geringes spezifi­ sches Gewicht und ein hohes Schallabsorptionsvermögen ergibt. The exhaust line 3 is composed of an inner tube 6 and an inner tube 6 enclosing the outer tube 7, between which Suitably, an air-filled, heat-insulating space is det gebil. The material of the inner tube 6 is highly porous, which results in a low heat storage capacity, a low specific weight and a high sound absorption capacity.

Das Innenrohr 6 ist als gesintertes Metallfaservlies, insbeson­ dere mit einem Durchmesser der Metallfasern von maximal 50 µm, und/oder als Drahtgestricke ausgeführt. Das Metallfaservlies bzw. das Drahtgestricke erstreckt sich zweckmäßig über die ge­ samte Länge der Abgasleitung, wobei ausschließlich ein Metall­ faservlies, ausschließlich ein Drahtgestricke, eine abschnitts­ weise Kombination von beidem oder abschnittsweise abwechselnd Vlies und Gestricke verwendet werden kann.The inner tube 6 is designed as a sintered metal fiber fleece, in particular with a diameter of the metal fibers of at most 50 microns, and / or as a wire mesh. The metal fiber fleece or the wire mesh extends expediently over the entire length of the exhaust line, whereby only a metal fiber fleece, exclusively a wire mesh, a section-wise combination of both or section alternating fleece and knitted fabrics can be used.

Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, nur einen oder mehrere Teilabschnitte des Innenrohrs mit poröser Wandung auszubilden.It may be appropriate to use only one or more To form sections of the inner tube with a porous wall.

In einer vorteilhaften Ausführung sind in bzw. an der Wandung des Innenrohres Keramik-Isolationsmatten vorgesehen, die eine zusätzliche Wärmeisolierung bewirken.In an advantageous embodiment are in or on the wall of the inner tube provided ceramic insulation mats, the one cause additional thermal insulation.

Als metallischer Werkstoff für das Metallfaservlies bzw. das Drahtgestrick kommt eine Eisenbasislegierung bzw. eine Nickel­ basislegierung zum Einsatz, vorteilhaft mit einem Aluminiumge­ halt zwischen 5% und 20%, sowie Zusätzen Seltener Erden. Als Werkstoffe können FeCrAl, FeCrNi oder NiCrAl eingesetzt werden.As a metallic material for the metal fiber fleece or the Wire mesh comes an iron-based alloy or a nickel base alloy for use, advantageously with an aluminum alloy holds between 5% and 20%, as well as rare earth additives. As Materials can be used FeCrAl, FeCrNi or NiCrAl.

Die Innenwand 9 des Innenrohrs 6 ist mit einer katalytisch ak­ tiven Schicht versehen, die eine Vorabreinigung des Abgases zwischen dem Zylinderauslaß und dem Katalysator bewirkt.The inner wall 9 of the inner tube 6 is provided with a catalytically active layer, which causes a pre-cleaning of the exhaust gas between the cylinder outlet and the catalyst.

Zweckmäßig bestehen das Innenrohr und der Trägerkörper des Ka­ talysators aus der gleichen Materialform und aus dem gleichen Werkstoff.The inner tube and the support body of the Ka expediently exist talysators from the same material form and from the same Material.

Das Außenrohr 4 besteht aus einer Metallfolie, deren Dicke zweckmäßig maximal 0,2 mm beträgt, wodurch das Gewicht der Ab­ gasleitung erheblich reduziert wird. The outer tube 4 consists of a metal foil, the thickness of which is advantageously a maximum of 0.2 mm, whereby the weight of the gas line is considerably reduced.

Gegebenenfalls ist nur eines der Innenrohre des Rohrkrümmers 4 und der daran anschließenden Rohrleitung 5 aus einem metalli­ schen Material mit hoher Porosität aufgebaut; das Innenrohr des jeweils anderen Bauteils weist in diesem Fall eine andere Mate­ rialform auf.If necessary, only one of the inner tubes of the elbow 4 and the adjoining pipeline 5 is constructed from a metallic material with high porosity; the inner tube of the other component in this case has a different mate rial shape.

In Fig. 2 ist das Prinzip der Schallabsorption am Innenrohr 6 dargestellt, das als Metallfaservlies 10 ausgebildet ist. Der auf die Innenwand 9 des Innenrohrs 6 gemäß Pfeil 11 auftreffen­ de Schall, der sich über die Abgasleitung fortpflanzt, wird ge­ mäß Pfeil 12 teilweise an der Innenwand 9 reflektiert. Der in die Wandung des Innenrohrs eintretende Schall wird an einem symbolisch dargestellten Absorptionspunkt 14 absorbiert, der restliche, nunmehr stark reduzierte Schall tritt auf der ande­ ren Wandseite gemäß Pfeil 13 wieder aus. Die Porosität der Fa­ serstruktur des Metallfaservlieses ermöglicht eine gezielte Ab­ sorption bestimmter Schallwellenlängen im Punkt 14.In Fig. 2 the principle of sound absorption is shown on the inner tube 6, which is designed as a metal fiber nonwoven fabric 10. The impinging on the inner wall 9 of the inner tube 6 according to arrow 11 de sound, which propagates via the exhaust pipe, is partially reflected according to arrow 12 on the inner wall 9 . The sound entering the wall of the inner tube is absorbed at a symbolically represented absorption point 14 , the remaining, now greatly reduced sound emerges on the other wall side according to arrow 13 . The porosity of the fiber structure of the metal fiber fleece enables specific absorption from specific sound wavelengths in point 14 .

Analoge Verhältnisse gelten bei Verwendung eines Drahtgestric­ kes für das Innenrohr 6.Analogous conditions apply when using a wire mesh for the inner tube 6 .

Claims (7)

1. Abgasleitung für eine Brennkraftmaschine, mit, einer durch ein Innenrohr (6) und ein Außenrohr (7) gebildeten Doppelwand, wobei das Innenrohr (6) aus einem metallischen Material mit ho­ her Porosität besteht, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß das Innenrohr (6) ein gesintertes Metallfaservlies ist,
  • 2. daß die Metallfasern des Vlieses einen Durchmesser von maxi­ mal 50 µm aufweisen,
  • 3. daß die Innenwand (9) des Innenrohres (6) mit einer kataly­ tisch aktiven Schicht versehen ist,
  • 4. daß in bzw. an der Wandung des Innenrohres (6) Keramik- Isolationsmatten vorgesehen sind.
1. Exhaust pipe for an internal combustion engine, with a double wall formed by an inner tube ( 6 ) and an outer tube ( 7 ), the inner tube ( 6 ) consisting of a metallic material with high porosity, characterized in that
  • 1. that the inner tube ( 6 ) is a sintered metal fiber fleece,
  • 2. that the metal fibers of the fleece have a maximum diameter of 50 µm,
  • 3. that the inner wall ( 9 ) of the inner tube ( 6 ) is provided with a catalytically active layer,
  • 4. that ceramic insulation mats are provided in or on the wall of the inner tube ( 6 ).
2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Innenrohres (6) aus einer Eisenbasisle­ gierung besteht.2. Exhaust pipe according to claim 1, characterized in that the material of the inner tube ( 6 ) consists of an iron-based alloy. 3. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Innenrohres (6) aus einer Nickelbasisle­ gierung besteht. 3. Exhaust pipe according to claim 1, characterized in that the material of the inner tube ( 6 ) consists of a nickel base alloy. 4. Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Innenrohres (6) einen Aluminium-Gehalt von mindestens 5% bis etwa 20% aufweist.4. Exhaust pipe according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material of the inner tube ( 6 ) has an aluminum content of at least 5% to about 20%. 5. Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Innenrohres (6) Zusätze von Seltenen Er­ den enthält.5. Exhaust pipe according to one of claims 1 to 4, characterized in that the material of the inner tube ( 6 ) additives of rare he contains. 6. Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (7) aus einer Metallfolie besteht.6. Exhaust pipe according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer tube ( 7 ) consists of a metal foil. 7. Abgasleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie des Außenrohres (7) eine Dicke von maximal 0,2 mm aufweist.7. Exhaust pipe according to claim 6, characterized in that the metal foil of the outer tube ( 7 ) has a maximum thickness of 0.2 mm.
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