Eine derartige Abgasanlage zeigt beispielsweise die DE 197 42 762 C1. Die Temperatursteuereinrichtung für die Abgase besteht aus einem ersten Ab- gasleitungsabschnitt, in dem eine steuerbare Klappe angeordnet ist, und ei- nen um diesen Abgasleitungsabschnitt herum angeordneten Wärmetauscher mit einem Gehäuse mit außen liegenden Kühlrippen und innen liegenden Wärmeleitblechen vom Leitungsabschnitt zum Gehäuse. Zum schnellen Auf- heizen eines stromab liegenden Katalysators ist die steuerbare Klappe ge- öffnet und das Abgas strömt direkt durch den inneren Leitungsabschnitt. Hat der stromab liegende Katalysator eine definierte Temperatur erreicht, so wird die Klappe geschlossen und das Abgas nunmehr zur Kühlung durch den äu- ßeren Wärmetauscher geleitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Aufbau wesentliche einfachere Abgas- anlage der gattungsgemäßen Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildun- gen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher als Strahlungskühler mit einem äußeren Gehäuse mit Ein-und Auslauftrichter und mit innen liegenden, zum Gehäuse abstrahlenden Strahlungsblechen gebildet ist. Im Gegensatz zu dem vorbeschriebenen Wärmetauscher, der nach den Wärmeleitungsprinzip und dem Konvektionsprinzip konzipiert ist, wirkt der vorgeschlagene Wärmetauscher überwiegend nach dem Strah- lungsprinzip.

Der Vorteil einer solchen Konstruktion liegt darin, dass zunächst aufgrund der geringen Wärmekapazität des Wärmetauschers bevorzugt aus dünn- wandigen Blechen der stromab liegende Katalysator oder Adsorber schnell auf seine light off-Temperatur von z. B. 250 ° C erhitzt wird, wobei der Wär- metauscher eine relativ geringe Kühlwirkung ausübt. Mit zunehmender Tem- peratur der Abgase und des Wärmetauschers werden die Strahlungsbleche stark erhitzt und geben in zunehmenden Maße Strahlungsenergie an das Gehäuse und von diesem zur Umgebung ab. Entsprechend der Formel zur Berechnung der abstrahlenden Wärmemenge geht die Temperatur dabei in der vierten Potenz in die Berechnung ein. Daraus resultiert ein bei hohen Temperaturen stark zunehmendes Kühleffekt, mit dem es gelingt, die stromab liegende Abgasreinigungsvorrichtung, z. B. einen DeNOx-Katalysa- tor oder einen Dreiwege-Katalysator, schnell auf die light off-Temperatur zu bringen und ggf. in einem gewünschten Temperaturbereich ohne Überhit- zung zu halten.

In fertigungstechnisch und baulich günstiger Weise kann das Gehäuse des Wärmetauschers aus zumindest zwei Blechformteilen bzw. Halbschalen her- gestellt sein, z. B. durch Tiefziehen. Das zumindest eine Strahlungsblech kann fertigungstechnisch einfach zwischen Verbindungsflanschen gehalten sein, die an die Gehäuse-Halbschalen angeformt sind.

Aus Festigkeitsgründen und zur Verminderung ggf. auftretender Geräusch- abstrahlungen kann das Gehäuse in Form von nebeneinander angeordneten Rohren ausgebildet sein, die herstellungstechnisch günstig ebenfalls als Halbschalen gefertigt und miteinander verbunden werden können. Die Rohre können dabei entweder unmittelbar das äußere Gehäuse bilden, oder es kann zusätzlich noch ein glattflächiges, die Rohre umschließendes und im wesentlichen nicht in wärmeleitenden Kontakt mit den Rohren tretendes Ge- häuse vorgesehen sein. Die letztere Ausführung hat bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen den Vorteil eines niedrigen Luftwiderstandes bei laminarer Umströmung.

Bevorzugt kann die Temperatursteuereinrichtung für die Abgasbehandlungs- vorrichtung bzw. den stromab liegenden Katalysator nur durch den Wärme- tauscher bzw. dessen Selbstregelungseffekt gebildet sein. D. h., dass die vorbeschriebene steuerbare Klappe und eine entsprechende Bypassleitung entfallen können.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in Fig. 1 teilweise eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeuge, mit einem Wärmetauscher als Tempe- ratursteuereinrichtung und einer nachgeschalteten Abgasrei- nigungsvorrichtung mit einem DeNOx-Katalysator ; Fig. 2 eine Draufsicht auf den Wärmetauscher nach Fig. 1 ; Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 111-111 der Fig. 2 durch den Wärmetauscher ; Fig. 4 eine Grafik des Wärmetauschers nach den Fig. 1 bis 3 mit Darstellung des Wärmeflusses über der Abgastemperatur ; aufgeteilt in die konvektiven Anteile und die Strahlungsanteile ; Fig. 5 eine Draufsicht auf einen modifizierten Wärmetauscher, des- sen äußeres Gehäuse durch mehrere, aneinander gereihte Rohre gebildet ist ; Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5 ; Fig. 7 bis 10 Ausführungen der Verbindungsbereiche zwischen den gehäu- seseitigen Halbschalen und dem Strahlungsblech in jeweils vergrößertem Maßstab ; Fig. 11 ein an der Unterseite des Wärmetauschers zu befestigendes Abschirmblech ; und Fig. 12 einen Schnitt XII-XII durch das Abschirmblech gemäß Fig. 11.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 10 für ein Kraftfahr- zeug mit einer Abgasanlage mit einem Abgaskrümmer 12, einem Abgasvor- rohr 14, mit einem dazwischen geschalteten Dreiwege-Vorkatalysator 18, ei- nem Wärmetauscher 16 als Temperatursteuereinrichtung und eine über eine Leitung 17 nachgeschaltete Abgasreinigungsvorrichtung mit einem DeNOx- Adsorber 20. An den Adsorber 20 ist über eine Leitung 22 die weitere Ab- gasanlage z. B. mit einem Hauptschalidämpfer und einem Abgasendrohr angeschlossen.

Der Wärmetauscher 16 (vgl. Fig. 2 und 3) weist ein Gehäuse 24,26 zur Ab- gasführung auf, das sich aus zwei aus einem Stahlblech tiefgezogenen Halbschalen 24,26 zusammensetzt. Die Halbschalen 24,26 sind mit umiau- fenden Verbindungsflanschen 24a, 26a versehen, zwischen denen ein das Gehäuse 24,26 in Abgasströmungsrichtung unterteilendes Strahlungsblech 28 z. B. durch elektrisches Widerstandschweißen (Rollnahtschweißen) gehalten ist.

An den Halbschalen 24,26 sind jeweils hälftig Einlauf-bzw. Auslauftrichter 24b, 26b ausgebildet, über die der Wärmetauscher 16 an die anschließenden Abgasleitungen 14,17 angeschlossen ist.

Das Gehäuse 24,26 des Wärmetauschers 16 ist im Querschnitt gesehen im wesentlichen rechteckförmig und glattflächig gestaltet (Fig. 3). Ferner ist das ebenfalls aus Stahlblech hergestellte Strahlungsblech 28 zur Vergrößerung dessen Strahlungsfläche quer zur Abgasströmungsrichtung zickzackförmig ausgebildet. Am Strahlungsblech 28 könnte ggf. etwa zentral gelegen ein Stützblech 30 zur Vermeidung von Schwingungen vorgesehen sein. Abge- sehen von den Schweißverbindungen und ggf. dem Stützblech 30 ist das Strahlungsblech 28 gegenüber dem Gehäuse 24,26 wie ohne weiteres er- sichtlich luftspaltisoliert.

Der beschriebene Wärmetauscher 16 weist aufgrund der relativ dünnwandi- gen Stahlbleche eine geringe Wärmekapazität auf ; d. h., dass das heiße Ab- gas zunächst wenig abgekühlt wird und somit eine schnelle Aufheizung der stromab liegenden Abgasreinigungsvorrichtung 20 ermöglicht.

Dazu zeigt die Grafik in Fig. 4 den Wärmeabfluss Q des Wärmetauschers 16 über der Abgastemperatur T. Es ist ersichtlich, dass neben der etwa linear ansteigenden Konvektionskühlung (Linie 32) die Strahlungskühlung (Kurve 34) zunächst gering ist. Dies begünstig die schnelle Aufheizung der Abgas- reinigungsvorrichtung 20.

Mit zunehmender Abgastemperatur T und Betriebsdauer der Brennkraftma- schine wird das Strahlungsblech 28 und das Gehäuse 24,26 des Wärmetau- schers 16 weiter erhitzt, wobei die Strahlungskühlung überproportional an- steigt. Dies ergibt sich schon aus der gängigen Gleichung Q =sxaxAxT4.

Ohne auf die Gleichung näher einzugehen ist daraus ableitbar, dass die Temperatur T in der vierten Potenz eingeht. Dabei wird das Strahlungsblech 28 mit zunehmendem Strahlungsanteil thermisch an die Halbschalen 24,26 angekoppelt, wodurch insgesamt die für den konvektiven Wärmeabgang des Abgasstromes zur Verfügung stehende Flache des Wärmetauschers 16 er- höht wird.

Diese zunehmende Abgaskühlung bewirkt einen Selbstregeleffekt der Ab- gastemperatur mit geringer Wärmeabgabe beim Kaltstart der Brennkraftma- schine und einer hoher Kühlleistung bei hohen Abgastemperaturen, so dass ggf. eine Bypassleitung und eine diese steuernde Absperrklappe entfallen können und der Wärmetauscher 16 allein als Temperatursteuereinrichtung dient.

Der modifizierte Wärmetauscher 16'gemäß den Fig. 5 und 6 weist ein ebenfalls aus Stahlblech geformtes, mehrteiliges Gehäuse auf, dass sich aus dem Einlauftrichter 36', dem Auslauftrichter 38'und zwei dazwischen befind- lichen Halbschalen 40,42 zusammensetzt.

Die Halbschalen 40,42 sind durch mehrere halbkreisförmige Rohrabschnitte 40a bzw. 42a gebildet, die parallel nebeneinander angeordnet und durch Verbindungsflansche 40b bzw. 42b je Halbschale 40 bzw. 42 zu einer Bau- einheit geformt sind.

Die Halbschalen 40,42 bzw. deren außen liegende Verbindungsflansche 40b, 42b sind z. B. durch Rollnahtschweißen gasdicht miteinander verbun- den ; des gleichen sind der Einlauftrichter 36'und der Auslauftrichter 38'gas- dicht mit den Stirnseiten der Halbschalen 40,42 verschweißt, so dass ein gasdichtes Gehäuse mit im Ausführungsbeispiel 5 gasführenden Rohren 40a, 42a im Bereich zwischen dem Einlauftrichter 36'und dem Auslauftrichter 38'geschaffen ist.

Zwischen den Halbschalen 40,42 ist ein Strahlungsblech 28'angeordnet, das im Querschnitt gesehen (vgl. Fig. 6) jeweils im Bereich der Verbindungsflan- sche 40b, 42b flach und im Bereich der Rohre 40a, 42a zickzackförmig ge- formt ist, um eine wirkungsvolle Abstrahlung von Wärmeenergie an die Rohre 40a, 42a gegeben ist.

Das Strahlungsblech 28'ist in den äußeren Verbindungsbereichen nur an örtlichen Verbindungsstellen 44 (vgl. Fig. 5 und Fig. 10) mit den Verbin- dungsflanschen 40b, 42b über entsprechend angeformte Laschen 28a ver- schweißt. In den übrigen Randbereichen ist es zur Bildung eines Luftspaltes s zurückgesetzt und mit einer Abkantung 28b versehen, die dessen Eigen- steifigkeit in Gasströmungsrichtung erhöht.

Ferner ist das Strahlungsblech 28'an mehreren Verbindungsstellen 46 mit den innen liegenden Verbindungsflanschen 40b, 42b der Halbschalen 40,42 wärmeisolierend verbunden.

Gemäß Fig. 7 sind die örtlichen Verbindungsstellen 46 dadurch gebildet, dass in die Verbindungsflansche 40b, 42b kreis-oder langlochförmige Vor- sprünge 48,50 eingeprägt sind, die entsprechende Ausnehmungen 52 im Strahlungsblech 28'durchgreifen und fest miteinander verbunden sind, z. B. durch Schweißen oder Löten. Dazu ist der eine Vorsprung 48 mit einer Boh- rung 54 versehen, durch die hindurch die Verschweißung oder Lötung aus- geführt werden kann. Die Ausnehmungen 52 im Strahlungsblech 28'sind so groß, dass zwischen den Ausnehmungen 52 und den Vorsprüngen 48,50 Luftspalte s verbleiben. Gleiches gilt zwischen den Verbindungsflanschen 40b, 42b und dem Strahlungsblech 28'.

In der Fig. 8 sind die Verbindungsstellen 46 gestaltet, in dem in die Verbin- dungsflansche 40b, 42b Vertiefungen 56,58 einformt sind, in denen aus ei- nem Drahtgeflecht oder einem Metallflies geformte, pilzförmige Puffer 62 geführt sind. Die Puffer 62 sind dabei in Ausnehmungen 60 des Strahlungs- bleches 28'eingesetzt. In den übrigen Bereichen ist das Strahlungsblech 28' wiederum über Luftspalte s gegenüber den Verbindungsflanschen 40b, 42b luftspaltisoliert. Das Strahlungsblech 28'ist somit über die Verbindungsstel- len 46 schwingungs-und wärmeisoliert gehalten.

In der Fig. 9 schließlich sind die Verbindungsstellen 46 mit Niete 64 gebildet, welche Niete entsprechende Bohrungen 66,68 in den Verbindungsflanschen 40b, 42b durchgreifen. Zwischen den Verbindungsflanschen 40b und 42b sind ebenfalls aus einem Drahtgewirk bestehende Abstandshalter 70 einge- spannt, die über eine ringförmige Nut 72 in korrespondierenden Ausneh- mungen 74 des Strahlungsbleches 28'gehalten sind. Die Ausnehmungen 72 sind dabei so groß gewählt, dass eine Relativbewegung zwischen den Ab- standshaltern 70 und dem Strahlungsblech 28'z. B. zum Ausgleich von Wärmespannungen gegeben ist. Zwischen den Verbindungsflanschen 40b und 42b und dem Strahlungsblech 28'sind wiederum Luftspalte s gebildet.

Die in den Fig. 7 bis 10 dargestellten und beschriebenen Verbindungsstellen 44,46 können alternativ oder auch in Kombination angewendet sein. Ggf. kann der Wärmetauscher 16'gemäß den Fig. 5 und 6 auch noch im Bereich der Rohrtührungen 42,44 mit einem glattflächigen, äußeren Mantel als weite- res Gehäuseteil ausgeführt sein.

Ferner kann an der Unterseite des Wärmetauschers 16 oder 16' (vgl. Fig. 11 und 12) ein Abschirmblech 80 gegen Wasserschlag angeordnet sein. Dieses besteht aus einer Grundplatte 82 mit Öffnungen 84, aus denen z. B. durch Stanzen Lamellen 86 herausgeformt sind. Die Lamellen 86 sind in Fahrt- richtung des Kraftfahrzeuges gesehen schräg nach hinten verlaufend ausge- richtet, so dass sie insbesondere Spritzwasser (vgl. Pfeile 88) abweisen, die Abstrahlung der Wärmeenergie des Wärmetauschers 16 aber nicht behin- dern.

Das Abschirmblech 80 kann an seinen Randbereichen und/oder über die beschriebenen Verbindungsstellen 44,46 mit dem Wärmetauscher verbun- den sein.

Der beschriebene Wärmetauscher 16 ist zudem baulich und fertigungstech- nisch einfach, robust im Betrieb und unempfindlich gegen Verschmutzungen im Abgassystem. Es versteht sich, dass insbesondere für das Strahlungs- blech 28, aber auch für das umgebende Gehäuse Bleche zu verwenden sind, die gute Emissionswerte s ergeben.

Das Strahlungsblech 28 oder ggf. mehrere Strahlungsbleche könne zudem wie ein Dreiwegekatalysator oder bevorzugt wie der DeNOx Adsorber 20 ka- talytisch wirksam beschichtet sein. Dadurch kann die NOx Speicherwirkung des Adsorbers 20 zusätzlich erhöht werden ; ferner kann beispielsweise die Entschwefelung des Adsorbers 20 bei relativ hohen Temperaturen (z. B. 700 °C) verbessert werden, indem die chemische Exotherme bei den eingeleite- ten Maßnahmen (Sekundärluftzuführung) zum Teil bereits im Wärmetau- scher 16 umgesetzt wird (geringere Überhitzungsgefahr).