專利名稱：用于內燃機的排氣設備的制作方法
按照權利要求1的前序部分，本發明涉及用于內燃機特別是機動車輛中的內燃機的排氣設備。
這種排氣設備例如在DE 19742762 C1中示出。用于廢氣的溫度控制裝置由一在其中設置一可控制的閥門的第一排氣管段和一在此排氣管段周圍布置的熱交換器組成，所述熱交換器有一外殼，具有位于外殼外面的冷卻翼片和位于外殼里面的從排氣管段至外殼的傳熱板。為了快速加熱位于下游的催化器，就打開可控制的閥門，并使廢氣直接經過內部的排氣管段流動。當位于下游的催化器達到規定的溫度時，就關閉閥門，立即將廢氣通過外部的熱交換器導出，以便冷卻。
本發明的目的是，提供一種這種類型的結構上要簡單得多的排氣設備。
按照本發明，此目的用權利要求1的特征解決。本發明的有利而且合理的改進可從其它權利要求得知。
由此，按照本發明，提出熱交換器設計成輻射式冷卻器，該冷卻器具有一有進氣嗽叭口和出氣嗽叭口的外殼，和位于外殼里面的、朝外殼輻射的輻射板。與前述按照傳熱原理和對流原理構思的熱交換器不同，所推薦的熱交換器主要按輻射原理工作。
這種結構的優點在于，由于熱交換器的熱容量小，首先將優選用薄壁板制造的位于下游的催化器或吸附劑快速加熱至其例如為250℃的點火溫度，此時，熱交換器起著較小的冷卻作用。隨著廢氣和熱交換器的溫度升高，輻射板嚴重發熱，并以逐步增長的程度向外殼并從外殼向周圍環境給出輻射能。根據計算輻射熱量的公式，此時溫度在計算中以四次方進入。因此，在高溫時產生急劇增長的冷卻效果，由此，可以做到，使位于下游的廢氣凈化裝置例如一去NOX的催化器(DeNOx-Katalysator)或一三通催化器快速到達點火溫度，并且在必要時不過熱地保持在一所要求的溫度范圍內。
該熱交換器的外殼可以用制造技術上和結構上有利的方式用至少兩個薄板形件或半殼體做成，例如通過深拉做成。至少一個輻射板可制造技術簡單地夾持在連接凸緣之間，所述凸緣成形在外殼的半殼體上。
由于制造原因，和為了減少有時產生的噪聲輻射，外殼可構造成其形狀為并排布置的管子，所述管子在制造技術上同樣可以制造成半殼體并彼此連接。此時，管子可直接形成外殼，或還可附加地設置一表面光滑的、包圍管子的并且基本上不與管子產生傳熱的接觸的外殼。后一種結構在用于機動車輛時對于分層的環流具有空氣阻力小的優點。
優選地，用于廢氣處理裝置或位于下游的催化器的溫度控制裝置只通過熱交換器或其自調節作用形成。也就是說，可以取消前述可控制的閥門和一相應的旁路管路。
下面通過進一步的細節詳細地說明本發明的多個實施例。在所示附圖中

圖1局部地示出用于機動車輛中的內燃機的排氣設備，它具有一作為溫度控制裝置的熱交換器和一接在后面的帶有去NOX的催化器的廢氣凈化裝置；圖2示出圖1的熱交換器的俯視圖；圖3示出沿圖2的III-III線的熱交換器的剖視圖；圖4示出如圖1至3的熱交換器的曲線圖，它示出熱流量與廢氣溫度的關系，該熱流量分為對流的部分和輻射的部分；圖5示出一改型的熱交換器的俯視圖；其外殼通過多個彼此排成一排的管子形成；圖6示出沿圖5的VI-VI線的剖視圖；圖7至10用各自的放大比例示出在外殼側的半殼體與輻射板之間的連接區的結構；圖11示出要固定在熱交換器的下側上的護板；圖12示出通過如圖11的護板的VII-VII線的剖視圖。
圖1示意地示出用于機動車輛的具有排氣設備的內燃機10，該排氣設備具有一排氣彎管12、一排氣前管14、具有一接在排氣彎管和排氣前管之間的三通—預催化器18，一作為溫度控制裝置的熱交換器16和一通過一管路17接在后面的廢氣凈化裝置20，該廢氣凈化裝置有一去NOX的吸附器20。在吸附器20上通過一管路22連接另外的排氣設備，例如具有一主消音器和一排氣末端管。
熱交換器16(參看圖2和3)有一用于引導廢氣的外殼24、26，該外殼由兩個用薄鋼板深拉成的半殼體24、26裝配而成。半殼體24、26設有環繞的連接凸緣24a、26a，在它們之間，例如通過電阻焊(滾縫焊)夾持一沿廢氣流動方向分隔的輻射板28。
在半殼體24、26上各自對半地形成進氣嗽叭口和出氣嗽叭口24b、26b，通過它們，熱交換器16連接在所連接的排氣管路14、17上。
熱交換器16的外殼24、26在橫截面上看去基本為矩形，并做成表面光滑的結構(圖3)。此外，同樣用薄鋼板制作的輻射板28做成鋸齒形的，以擴大其垂直于廢氣流動方向的輻射面積。在輻射板28上必要時可在約中點處設置一支承板30，以避免振動。除了焊接和必要時的支承板30外，可以很清楚地看到，輻射板28相對于外殼24、26是用空氣間隙隔開的。
由于鋼板的壁比較薄，因此所述熱交換器16的熱容量很小，也就是說，熱的廢氣起初冷卻得很少，從而，能夠快速地加熱位于下游的廢氣凈化裝置20。
對此，圖4中的曲線示出了熱交換器16的散熱量Q與廢氣溫度T的關系。可以看出，除了大致直線地上升的對流冷卻(直線32)外，輻射冷卻(曲線34)起初是少的，這有利于快速加熱廢氣凈化裝置20。
隨著廢氣溫度T的增加和內燃機的持續運轉，熱交換器16的輻射板28和外殼24、26進一步被加熱，此時，輻射冷卻超比例地提高。這可從通用的方程式得出Q＝ε×σ×A×T4不用詳細探討該方程式就可從中推出，溫度T以四次方進入。這里，輻射板28以增加的輻射部分導熱地連接到半殼體24、26上，由此，總體提高了熱交換器16的可供廢氣氣流對流散熱利用的面積。
此增大的廢氣冷卻在內燃機冷起動時以較小的散熱起到廢氣溫度的自調節作用，并在高的廢氣溫度時產生較高的冷卻功率，以致可以在必要時取消旁路管路和控制旁路管路的截止閥，并且熱交換器16僅僅是用作溫度控制裝置。
按照圖5和6的改型的熱交換器16’同樣有一用薄鋼板成形的多件式外殼，該外殼由進氣嗽叭口36’、出氣嗽叭口38’和兩個位于它們之間的半殼體40、42組裝而成。
半殼體40、42通過多個半圓形管段40a及42a形成，所述管段平行地并排布置，并通過各自的半殼體40及42的連接凸緣40b及42b形成一結構單元。
半殼體40、42或其位于外面的連接凸緣40b、42b例如通過滾縫焊彼此氣密地連接；同樣，進氣嗽叭口36’和出氣嗽叭口38’氣密地與半殼體40、42的端面焊在一起，從而制得一氣密的外殼，它在進氣嗽叭口36’和出氣嗽叭口38’之間的范圍內具有實施例5中的導引氣體的管子40a、42a。
在半殼體40、42之間，布置一輻射板28’，它在橫截面上看去(參看圖6)在連接凸緣40b、42b的范圍內做成平直的，而在管子40a、42a的范圍則做成鋸齒形的，以便向管子40a、42a給出非常有效的熱能輻射。
輻射板28’在外部連接區只在局部的連接位置44(參看圖5和圖10)通過相應的成形的連接板28a與連接凸緣40b、42b焊在一起。在其余的邊緣區，該輻射板則往回退，以形成一氣隙S，并設置一提高其沿氣流方向的固有剛度的卷角28b。
此外，輻射板28’在多個連接位置46與半殼體40、42的位于里面的連接凸緣40b、42b隔熱地連接。
按照圖7，該局部的連接位置46如此形成，即，在連接凸緣40b、42b上沖壓出圓孔形或長孔形突起48、50，所述突起穿過輻射板28’上的相應的開口52，并彼此固定連接，例如通過焊接或釬焊。對此，其中的一個突起48設有一個孔54，通過該孔貫穿過去進行焊接或釬焊。輻射板28’上的開口52要這樣大，以使在開口52與突起48、50之間留有一氣隙S。在連接凸緣40b、42b與輻射板28’之間同樣適用。
在圖8中構造的連接位置46，其中，在連接凸緣40b、42b中成形有凹座56、58，在其中引入一由金屬網或一金屬薄片成形的蘑菇形緩沖器62。同時，該緩沖器插入輻射板28’的開口60中。在其余區域，輻射板28’則通過氣隙S相對于連接凸緣40b、42b用氣隙隔熱。從而，該輻射板28’通過連接位置46被隔振、隔熱地固定。
最后，在圖9中用鉚釘64形成連接位置46，該鉚釘穿進連接凸緣40b、42b的相應的孔66、68中。在連接凸緣40b和42b之間夾入一同樣由金屬絲織品組成的間距保持件70，該保持件通過一環形槽72被固定在輻射板28’的相應的開口74中。開口72此時要如此選擇尺寸，使得在間距保持件70與輻射板28’之間有一相對運動，以便例如補償熱應力。在連接凸緣40b和42b與輻射板28’之間則形成氣隙。
在圖7至10所示并描述的連接位置44、46可以擇一或組合使用。必要時如圖5和6的熱交換器16’還可以再在管子導向件42、44的范圍內做有一表面光滑的外罩，以作為另一個外殼部分。
此外，可以在熱交換器16或16’(參看圖11和12)的下側布置一護板80，以防止水沖擊。該護板由一具有開口84的基板82形成，從該基板通過沖壓做出疊片86。所述疊片86沿機動車輛的行駛方向看去傾斜后伸地取向，而使它們阻擋特別是飛濺的水(參看箭頭88)，但是又不妨礙熱交換器16的熱能輻射。
護板80可在其邊緣區和/或通過所述的連接位置44、46與熱交換器連接。
此外，所述熱交換器16在構造上和制造技術上都簡單，使用時結實，并且對排氣系統中的污染不敏感。可以理解，對于輻射板28，還有，對于所包圍的外殼，要采用具有良好的輻射值ε的薄板。
此外，這個輻射板28或必要時的多個輻射板要如同一三通催化器或最好如同去NOX吸附器20一樣，進行涂層，產生催化作用。由此，可附加地提高吸附器20的NOX貯存作用；此外，還可以例如在較高的溫度(如700℃)時，改善吸附器20的脫硫作用，這是因為，在開始的步驟(供給二次空氣)中的化學放熱有一部分已經在熱交換器16中轉化(過熱危險較小)。
權利要求
1.用于內燃機，特別是機動車輛中的內燃機的排氣設備，具有一廢氣凈化裝置和一布置在內燃機和廢氣凈化裝置之間的排氣路徑中的、具有一熱交換器的溫度控制裝置，其特征為，所述熱交換器(16、16’)作為輻射式冷卻器形成，該冷卻器具有一帶有進氣嗽叭口和出氣嗽叭口(36、38)的外殼(24、26；40、42)，并且有至少一個位于內部的朝外殼輻射的輻射板(28、28’)。
2.如權利要求1的排氣設備，其特征為，所述外殼通過兩個彼此氣密地連接的半殼體(24、26；40、42)形成，在所述半殼體之間布置至少一個輻射板(28)。
3.如權利要求1或2的排氣設備，其特征為，至少一個輻射板(28’)只通過一些局部的連接位置(44、46)夾持在外殼(40、42)中，其余部分則氣隙隔熱地夾持在外殼中。
4.如權利要求1至3的任一項的排氣設備，其特征為，在外殼(例如24、26)內設置管子(40、42)用作氣體導向，而且在管子(40、42)內布置輻射板(28’)。
5.如權利要求1至4的任一項的排氣設備，其特征為，外殼(16’)通過多個彼此成一排的管子(40、42)形成。
6.如權利要求5的排氣設備，其特征為，所述管子用位于其間的連接凸緣(40b、42b)同樣構造成半殼體(40、42)結構。
7.如前述權利要求的任一項的排氣設備，其特征為，所述輻射板(28、28’)基本上氣隙隔熱地布置在半殼體(24、26；40、42)之間。
8.如前述權利要求的任一項的排氣設備，其特征為，至少一個輻射板(28、28’)有一使其輻射面積增大的結構。
9.如權利要求8的排氣設備，其特征為，至少一個輻射板(28、28’)垂直于廢氣流動方向形成波浪形或鋸齒形結構。
10.如前述權利要求的任一項的排氣設備，其特征為，至少一個輻射板(28’)夾持在外殼(40、42)的連接凸緣(40b、42b)與邊緣凸緣(40b、42b)之間。
11.如權利要求10的排氣設備，其特征為，至少一個輻射板(28’)與外殼(16’)的連接(46)至少部分地起到滑動導向的作用。
12.如權利要求11的排氣設備，其特征為，所述滑動導向通過布置在連接位置(46)的緩沖器(60)和/或間距保持件(70)形成，該緩沖器和/或間距保持件被導入連接凸緣(40b、42b)的相應的凹座(56、58)中并穿進輻射板(28’)的開口(60、74)中。
13.如權利要求11的排氣設備，其特征為，所述滑動導向通過輻射板(28’)中的長孔形開口(52)形成，固定外殼的突起(48、50)穿過該開口彼此固定連接。
14.如前述權利要求的一項或更多項的排氣設備，其特征為，所述溫度控制裝置只通過所述熱交換器(16、16’)形成。
15.如前述權利要求的一項或更多項的排氣設備，其特征為，至少一個輻射板(28、28’)和/或外殼(24、26；36、38、40、42)的內表面涂覆起催化作用的涂層。
16.如前述權利要求的一項或更多項的排氣設備，其特征為，至少在熱交換器(16、16’)的下側設置一帶有可通過輻射的開口(84)的護板(80)。
17.如權利要求16的排氣設備，其特征為，所述護板(80)具有向下伸出的阻擋飛濺的水的疊片(86)。
18.如權利要求16或17的排氣設備，其特征為，所述疊片(86)由所述開口(84)成形而成，并且相對于機動車輛的行駛方向傾斜后伸地取向。
全文摘要
本發明涉及一種用于內燃機，特別是在機動車輛中的內燃機的排氣設備，具有一廢氣凈化裝置和一布置在內燃機和廢氣凈化裝置之間的排氣路徑中的、具有一熱交換器的溫度控制裝置，其中，為了得到一構造上簡單的結構和一確定的冷卻功率，該熱交換器作為輻射冷卻器形成，它具有一外殼，該外殼有進氣嗽叭口和出氣嗽叭口，并且有位于外殼內的朝外殼輻射的輻射板。
文檔編號F01N3/02GK1401050SQ01803625
公開日2003年3月5日 申請日期2001年4月6日 優先權日2000年4月15日
發明者博多·奧登達爾, 漢斯－烏爾里希·巴爾 申請人:奧迪股份公司