DE2461488A1 - Abgasreaktionsvorrichtung fuer kolbenbrennkraftmaschinen mit funkenzuendung - Google Patents
Abgasreaktionsvorrichtung fuer kolbenbrennkraftmaschinen mit funkenzuendungInfo
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Patentanwälte Dipl.-Ing. ? Wfickmann, 2461488
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K.Fincki
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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Abgasreaktionsvorrichtung für Kolben-Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung
Die Erfindung betrifft eine Abgasreaktionsvorrichtung für
Kolben-Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung. Sie kann insbesondere bei solchen Brennkraftmaschinen eingesetzt
werden, bei denen jeder Hauptverbrennungskammer eine Vorverbrennungskammer zugeordnet ist, die mit der Hauptverbrennungskammer
durch einen Flammkanal verbunden ist. In solchen Brennkraftmaschinen zündet eine Zündkerze in jeder
Vorverbrennungskammer ein relativ angereichertes Gemisch, wodurch eine Flamme durch den Flammkanal in die Hauptverbrennungskammer
gerichtet wird und dort ein relativ mageres Gemisch verbrennt.
Es ist bereits bekannt, den Abgaskanälen eine Abgasreaktionskammer
nachzuordnen, so daß diese sich hinter der Verbindungsstelle der Abgaskanäle aller Zylinder befindet.
Hierbei ist notwendigerweise ein relativ langer Abstand zwischen den Zylindern und der Reaktionskammer vor-
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gesehen, so daß die Temperatur der Abgase beachtlich absinkt, bevor sie die Reaktionskammer erreichen. Diese unerwünschte
Temperaturverringerung der Abgase fällt besonders beim Anlauf der Maschine ins Gewicht, wenn die
Reaktionskammer eine so lange Zeit zur Aufheizung auf einen erforderlichen Wert benötigt, daß die gewünschten
Oxydationsreaktionen zur Verringerung der Erzeugung unverbrannter Kohlenwasserstoffe und von Kohlenmonoxid
nicht in dem erforderlichen Umfang stattfinden.
Gemäß der Erfindung ist eine Abgasreaktionsvorrichtung für eine Kolben-Brennkraftmaschine mit Funkenzündung und
mit mehreren in V-Form angeordneten Zylindern vorgesehen, die ein Reaktionskammergehäuse zwischen den beiden Zylinderreihen
und eine darin angeordnete Abgasreaktionskammer umfaßt. Mehrere Abgasleitungen führen die heißen Abgase von
den Zylindern über ein Austrittsende in die Reaktionskammer, ferner ist innerhalb einer Umfangswand des Kammergehäuses
eine ringförmige Wasserkühlungsvorrichtung und eine einen Bodenteil des Kammergehäuses bedeckende Wärmeabschirmungsplatte
vorgesehen.
Die Erfindung besteht ferner in einer Abgasreaktionsvorrichtung
für eine Kolben-Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, bei der mehrere Zylinder in mindestens einer
Reihe angeordnet sind und jeder Zylinder eine Hauptverbrennungskammer und eine damit über einen Flammkanal verbundene
Vorverbrennungskammer aufweist. Diese Abgasreaktionsvorrichtung umfaßt ein Abgasreaktionskammergehäuse, das auf
einer Seite der Zylinderreihe angeordnet ist und eine Abgasreaktionskammer enthält. In einer Deckfläche des AbgasreaKtionskammergehäuses
ist eine Hapteinführungsleitung vorgesehen, die mit den Hauptverbrennungskammern verbunden
ist. Ferner ist in der Deckfläche des Kammergehäuses eine Hilfseintrittsieitung vorgesehen, die mit den Vorverbrennungs-
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kammern verbunden ist. Die Haupteintrittsleitung liegt mit einem Teil über der Reaktionskammer, die Hilfseintrjtbsleitung
liegt mit einem Teil direkt unter dem mittleren Bereich des genannten Teils der Hauptcintrittsleitung.
Die Reaktionskammer hat eine Abgasaustrittsöffnung, die die Abgase auf den genannten Teil der Hilfseintrittsleitung
richtet.
Eine Abgasreaktionsvorrichtung nach der Erfindung kann für
eine Kolben-Brennkraftmaschine mit Funkenzündung und mehreren V-förmig angeordneten Zylindern auch so ausgebildet sein,
daß sie ein Abgasreaktionskammergehäuse zwischen den beiden Zylinderreihen mit darin vorhandener Abgasreaktionskammer
enthält, wobei mehrere Abgaskanäle die Abgase von den Zylindern über ein Austrittsende in die Reaktionskammer
leiten und eine Eintrittsleitung in einer Deckfläche des Reaktionskammergehäuses vorgesehen ist. Diese Eintrittsleitung
liegt mit einem Teil über der Reaktionskammer, die zumindest
in einer Deckfläche mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen ist. Diese Deckfläche hat eine Abgasaustritts
öffnung, die die Abgase auf den genannten Teil der Eintrittsleitung richtet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 den Schnitt einer mit der Erfindung ausgerüsteten
Brennkraftmaschine,
Fig. 2 eine teilweise'gebrochene Draufsicht auf die in Fig.
Fig. 2 eine teilweise'gebrochene Draufsicht auf die in Fig.
1 gezeigte Maschine,
Fig. 3 den Schnitt HI-III nach Fig. 2 und Fig. 4 den Schnitt IV-IV nach Fig. 1.
In den Figuren ist eine V-8-Brennkraftmaschine 1 mit zwei Reihen A und B von Zylindern 2 dargestellt, .die V-förmig
zueinander angeordnet sind. Innerhalb des Maschinenkörpers
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1 ist ein Kühlmantel 3 vorgesehen. Jede Zylinderreihe hat einen Zylinderkopf 4. Die Kolben sind mit 32, die Kurbelwelle
mit 33 und das Kurbelgehäuse mit 34 bezeichnet. Jeder
Zylinder hat eine Hauptverbrcnnungskammer 5 und eine Vorverbrennungskammer
7, die mit der Hauptverbrennungskammer über einen Flammkanal 6 verbunden ist. Eine Zündkerze 8 steht mit
der jeweiligen Vorverbrennungskammer 7 in Verbindung. Ein Haupteintrittskanal 9 und ein Abgaskanal 10 sind an jede
Hauptverbrennungskammer 5 angeschlossen. Ein Hilfseintrittskanal
11 ist jeweils an eine Vorverbrennungskammer 7 angeschlossen. Der Haupteintrittskanal 9 wird durch ein Haupteintrittsventil
12, der Abgaskanal 10 durchwein Austrittsventil 13 gesteuert. Ein Hilfseintrittsventil 14 steuert
den Hilfseintrittskanal 11. Alle Ventile v/erden mit den
üblichen Steuermechanismen betätigt.
In dem durch die beiden Zylinderreihen A und B erzeugten V-förmigen Raum 15 ist ein Abgasreaktionskammergehäuse
angeordnet, welches eine Reaktionskamrner 16 mit einer
oberen Öffnung 26 enthält, die durch einen Verschluß 18 verschlossen ist. Die Reaktionskammer 16 besteht aus einem
Innengehäuso 16a und einem Außengehäuse 16b, welches das
Innengehäuse 16a umgibt und die Form einer wärmeabschirmenden
Struktur hat, wobei die Wandung hohl ist und eine Wärmeisolationsschicht 25 aufnimmt. Abgaskanäle 27 sind
durch jede Seitenwand der Reaktionskammer 16 geführt, das äußere Ende p.ines jeden Kanals ist mit zwei Abgaskanälen
10 einander benachbarter Zylinder verbunden, deren Auspuffzeiten unterschiedlich sind. Das innere Ende eines jeden
Kanals 27 ist auf die Rückwand 16a· der Reaktionskammer gerichtet,
so daß die Abgase gezwungen werden, ihre Bewegungsrichtung an dieser Rückwand 16a1 zu ändern, bevor sie
schließlich durch eine einzelne Austrittsleitung 28 in der gegenüberliegenden Seitenwand 16a1"1 abgeführt werden.
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Ein Einführungsclement oder ein Leitblech 31 ist innerhalb
der Reaktionskammer 16 angeordnet und vorläuft von einer Stelle nahe der Austrittsleitung 28 zu dem offenen Ende
35, welches ausgehend von einem Punkt bei ungefähr einem Drittel des Abstandes zwischen den beiden Wänden 16a1' und
16a1 bis zur Mitte zwischen diesen beiden Wänden schräg
aufwärts verläuft. Zwei Abgaskanäle 27 verlaufen in den Innenraum der EinSihrungsvorrichtung 31, während die anderen
beiden Abgaskanäle 27 hinter dem offenen Ende 35 in die Reaktionskammer verlaufen. Die Einführungsvorrichtung 31
gewährleistet, daß die von den Kanälen 27 nahe der Abführungsleitung 28 eingeführten Abgase zunächst von dieser Leitung
28 weggeführt werden. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß die Abgase relativ lange auf einer relativ hohen
Temperatur gehalten werden, bevor sie über die Leitung zu einem nicht dargestellten Schalldämpfer geführt v/erden.
In der Umfangswand des Abgasreaktionskammergehäuses 17 ist
ein Kühlwassermantel 19 vorgesehen. Dieser ist mit den Kühlwasserkanälen 3 des Maschinenkörpers 1 verbunden. Ferner
ist eine Wärmeabschirmungsplatte 20 so angeordnet, daß sie den Bodenteil des Gehäuses 17 bedeckt.
Ein Teil der Abdeckung 18 ist durch eine Hauptzuführungsleitung
21 gebildet , die mit den Haupteintrittskanälen in den Zylinderköpfen 4 verbunden ist. Ferner wird dieser
Teil durch eine Hilfszuführungsleitung* 22 gebildet, die
mit den Hilfseintrittskanälen 11 verbunden ist. Die Hilfszuführungsleitung
22 hat eine Verzweigung 22', die über der Reaktionskammer 16 ungefähr in der Mitte zwischen den bei- den
Wandungen 16;?· und 16a1' angeordnet ist. Die Hauptzuführungsleitung
21 hat eine-Verzweigung 21', die direkt
über der Verzweigung 22' der Hilfszuführungsleitung angeordnet
ist. Die Hauptzuführungsleitung 21 ist an ihrem oberen Ende mit einem Hauptvergaser 23, die Hilfszuführungsleitung
22, an ihrem oberen Ende mit einem Hilfsvergaser
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verbunden. Der Hauptvergaser 23 ist so eingestellt, daß
er ein mageres Kraftstoff-Luftgemisch liefert, während
der Hilfsvergaser 24 so eingestellt ist, daß er ein
fettes Kraftstoff-Luftgemisch liefert.
Die Reaktionskammer 16 hat eine obere Wandung, bei der ein Teil des Außengehäuses 16b mit der Öffnung 26 nahe
den Verzweigungen 21' und 22' der Haupt- und der Hilfszuführungsleitung
21 bzw. 22 angeordnet ist. In der Deckfläche des Innengehäuses I6a sind eine auf die Verzweigung
22' der Hilfszuführungsleitung 22 ausgerichtete Düse 29
und eine Austritts öffnung 30 angeordnet, die zv/ischen der Abführungsleitung 20 und der Einführungsvorrichtung 31
angeordnet ist.
Beim Betrieb der Maschine wird ein im Hauptvergaser 23 erzeugtes mageres Kraft-st off-Luftgemisch während der Ansaughübe
der Maschine 1 über die Haiiptzuführungsleitung 21 und
ihre Verzweigung 21' den Haupteintrittskanälen 9 zugeführt
und in jede Hauptverbrennungskammer 5 geleitet, wenn das jeweilige Eintrittsventil 12 geöffnet ist. Ein fettes Kraftstoff-Luftgcmisch
des Hilfsvergasers 24 wird über die Hilfszuführungslcitung
22 und deren Verzweigung 22' den Hilfseintrittskanälen
11 zugeführt und in jede Vorverbrennungskammer 7 geleitet, wenn das jeweilige Ventil 14 geöffnet ist. Am
Ende des Kompressionshubes wird in jedem Zylinder das fette Krsftstoff-Luftgemisch in der Vorverbrennungskammer 7
mittels einer Zündkerze 8 gezündet, wodurch eine Flamme durch den Flammkanal 6 hindurch das magere Gemisch in der Hauptverbrennungskammer
5 verbrennt, so daß die Maschine 1 ihren Expansionsbub beginnt. Auf diese Weise wird die Maschine mit
einem Kraftstoff-Luftgemisch mit einem insgesamt extrem mageren Verhältnis betrieben, und es v/erden Abgase erzeugt, die
nur sehr begrenzte Mengen unverbrannter Bestandteile enthalten, die folgendermaßen weiter verringert v/erden.
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Während der Auspuffhübe werden die Abgase eines jeden
Zylinders 2 durch den jeweiligen Austrittskanal 10 einem Abgaskanal 27 und damit dem Innengehäuse 16a der Reaktionskammer 16 ohne-wesentliche Temperaturverringerung und mit
verringerter Geschwindigkeit zugeführt, so daß das Innengehäuse 16a schnell auf seine Aktivierungstemperatur erhitzt
wird und jegliche unverbrannte Bestandteile der Abgase leicht mit überschüssiger heißer Luft reagieren können,
die gleichmäßig darin verteilt ist. Auf diese V/eise werden die unverbrannten Bestandteile weitestgehend beseitigt.
Der größte Teil der auf diese Weise nochmals in dem Innengehäuse 16a verbrannten Abgase strömt unter der Einführungsvorrichtung
31 in die Abführungsleitung 28, jedoch tritt auch ein Teil der Abgase durch die Abgasdüse 29 aus und
erhitzt somit zunächst die Verzweigung 22' der Hilfszuführungsleitxing
22, danach die Verzweigung 21' der Hauptzuführungsleitung 21, so daß die von den beiden Vergasern
23 und 24 erzeugten Gemische schnell erhitzt werden und eine Verdampfung des darin enthaltenen Kraftstoffs beschleunigt
wird. Die Haupt- und Hilfseintrittskanäle, die von den Verzweigungen 21' und 22' der beiden Zuführungsleitungen
21 und 22 ausgehen, sind jedoch gegenüber dem Innengehäuse 16a durch die Deckfläche des Außengehäuses
16b isoliert, so daß die durch sie geführten ivraftstoff-Luftgemische
nicht so stark erhitzt werden, daß der volumetrische bzw. der Ladungswirkungsgrad zu sehr verringert
wird, wenn die Gemische zur Verbrennung den Zylindern 2 zugeführt worden.
Obwohl eine gewisse Wärmeübertragung von der Reaktionskammer 16 zum Kammergehäuse 17 auch bei Vorhandensein
der Wärmeabschirmung des Außengehäuses 16b der Reaktionskammer 16 unvermeidbar ist, erfolgt eine nur begrenzte
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Wärcmausdehnung des Kammergehäuses 17, da dieses laufend durch Kühlwasser gekühlt wird, welches durch die Wasserkühlung
19 in der Umfangswandung zirkuliert. Ferner v/ird
die von dem Bodentoil des Gehäuses 17 abgestrahlte Wärme
durch die Abschirmungsplatte 20 abgeschirmt, so daß der Maschinenkörper 1 nicht erhitzt und somit vor schädlichen
Wärme spannungen geschützt v/ird.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Abgase aller Zylinder 2 der V-Mehrzylindermaschine 1 in
eine Reaktionskammer 16 geleitet v/erden, die zwischen den beiden Zylinderreihen A und B angeordnet ist. Dabei erfolgt
ein nur geringer Abfall der Abgastemperatur, und die Abgase haben eine längere Verweilzeit in der Abgasreaktionskammer
16, so daß ein maximaler Oxydationseffekt entsteht. Die
Reaktionskammer 16 v/ird unmittelbar nach dem Anlaufen der Maschine schnell erv/ärmt, so daß die Abgase gleichmäßig und
wirksam zur Reaktion gebracht werden und eine Verringerung des Anteils schädlicher Bestandteile in den Abgasen erfolgt,
die in die Atmosphäre abgegeben werden. Da die Zuführungsleitungen 21 und 22 innerhalb der Abdeckung 18 des Kammergehäuses
17 gebildet sind, sind die Zuführungs- und Abführungssysteme der Maschine auf den V-förmigen Raum 15 begrenzt,
der durch die beiden Zylinderreihen A und B gebildet ist. Dadurch kann die Maschine insgesamt kompakt
aufgebaut werden. Ferner dient die Wasserkühlung 19 innerhalb der Umfangswandung dos ReaktionskammergehäiJses 17 zur
wesentlichen Verringerung der Wärmeausdehnung des Gehäuses. Außerdem schützt die Wasserkühlung 19 gemeinsam mit der
Abschirmungsplatte 20 den Maschinenkörper gegen schädliche Wärmespannungen. Außerdem kann das Gehäuse 17 durch die
einfache Ringform der Wasserkühlung 19 relativ leicht durch Gießen hergestellt v/erden.
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Die Verzweigungen 21' und 22' der Zuführungsleitungen
21 und 22 sowie die Wärmeisolationsschicht 25 in der
Abdeckung des Außengehäuses 16b der-Reaktionskammer 16, deren obere Öffnung 26 und die Düse 29 gegenüber den
Verzweigungen 21' und 22" gewährleisten, daß die durch
die Verzweigungen. 21' und 22' geführten Gemische in vorbestimmtem Umfang durch die Abgase erwärmt werden können,
wodurch ein höherer Maschinenwirkungsgrad und eine geringere Luftverschmutzung erzielt werden.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel einer Abgasreaktionsvorrichtung
für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ist einfach aufgebaut und ermöglicht eine gleichmäßige Beeinflußung
der Abgase aller Zylinder, ohne daß das Abgasreaktionskammorgehäuse
oder der Maschinenkörper schädlichen Wärmebeanspruchungen ausgesetzt werden. Außerdem erfolgt
eine wirksamere Aufheizung der Kraftstoff-Luftgemische, die den Verbrennungskammern zugeführt v/erden, so daß auch
dadurch eine höhere Maschinenleistung und eine geringere Luftverschmutzung erzielt werden.
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Claims (11)
- Patentansprüchef 1.J Abgasreaktionsvorrichtung für eine Kolben-Brennkraft- —' maschine mit Funkenzündung und V-förmig angeordneten Zylindern, gekennzeichnet durch ein zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnetes Abgasreaktionskammergehäuse, welches eine Abgasreaktionskammer enthält, durch mehrere mit der Abgasreaktionskammer verbundene, die Abgase von den Zylindern zu der Abgasreaktions- " kammer leitende Abgaskanäle, durch eine ringförmige, in einer Umfangswandung des Abgasreaktionskammergehäuses angeordnete Wasserkühlung und durch eine einen Bodenteil des Abgasreaktionskammergehäuses bedeckende Wärmeabschirmungsplatte.
- 2. Abgasreaktionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Deckfläche des Abgasreaktionskammergehäuses eine Zuführungsleitung angeordnet ist, die mit mindestens einem Teil über der Abgasreaktionskammer liegt, daß die Abgasreaktionskammer in mindestens· einer Deckfläche mit einer wärmeisolicrenden Schicht versehen ist und daß in der Deckfläche eine Austrittsöffnung angeordnet ist, durch die hindurch heiße Abgase auf den genannten Teil der Zuführungsleitung gerichtet v/erden.
- 3. Abgasreaktionsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens einen Eintrittskanal, der von dem genannten Teil der Zuführungsleitung ausgeht und über der wärmeisolierenden Schicht angeordnet ist.
- 4. Abgasreaktionsvorrichtung für eine Kolben-Brennkraftmaschine mit mehreren, in zumindest einer Reihe angeordneten Zylindern, die jeweils eine Hauptverbrennungskammer und eine Vorverbrennungskammer sowie einen sie509828/0632246U88verbindenden Flaminkanal aufweisen, gekennzeichnet durch ein Abgasreaktionskammergehäuse, das auf einer Seite der Zylinderreihe angeordnet ist und eine Abgasrea.ktionskammer enthält, durch eine in einer Deckflache.des Abgasreaktionskammergehäuses gebildete Hauptzuführungsleitung, die mit den Hauptverbrennungskammern verbunden ist, durch eine in der Deckfläche des Abgasreaktionskammergehäuses gebildete Hilfszuführungsleitung, die mit den Vorverbrennungskammern verbunden ist, durch einen über der Abgasreaktionskammer liegenden Teil der Hauptzuführungsleitung, durch einen direkt unter dem mittleren Bereich des genannten Teils der Hauptzuführungsleitung liegenden Teil der Hilfszuführungsleitung und durch eine in der Abgasreaktionskammer vorgesehene Austrittsöffnung, durch die hindurch Abgase auf den genannten Teil der Hilfszuführungsleitung gerichtet werden.
- 5. Abgasreaktionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder in zwei Reihen V-förmig angeordnet sind und daß die Abgasroaktionsvorrichtung zwischen diesen beiden Zylinderreihen vorgesehen ist.
- 6. Abgasreaktionsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine ringförmige, in einer Umfangswandung des Abgasreaktionskammergehäuses angeordnete Wasserkühlung und durch eine Wärmeabschirmungsplatte, die einen Bodenteil des Abgasreaktionskammergehäuses bedeckt.
- 7. Abgasreaktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasreaktionskammer in mindestens einem Teil einer Deckfläche mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen ist und daß die Austrittsöffnung in dieser Deckfläche angeordnetist.509828/0632246U88
- 8. Abgasreaktionsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Haupteintrittskanal von dem genannten Teil der Hauptzuführungsleitung ausgeht und über der wärmeisolierenden Schicht angeordnet ist.
- 9. Abgasreaktionsvorrichtung für eine Kolben-Brennkraftmaschine mit Funkenzündung, deren Zylinder in zwei Reihen V-förmig angeordnet sind, gekennzeichnet durch ein zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnetes Abgasreaktionskammergehäusc, das eine Abgasreaktionskammer enthält, durch mehrere die heißen Abgase von den Zylindern der Abgasreaktionskammer zuführende Abgaskanäle, duch eine in einer Deckfläche des Abgasreaktionskammergehäuses gebildete Zuführungsleitung, die mit einem Teil über der Abgasreaktionskammer angeordnet ist, d\arch eine in mindestens einer Deckfläche der Abgasreaktionskammer angeordnete wärmeisolierende Schicht und durch eine in dieser Deckfläche angeordnete Austrittsöffnung, durch die hindurch Abgase auf den genannten Teil der Zuführungsleitung gerichtet werden.
- 10. Abgasreaktionsvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mindestens einen von dem genannten Teil der Zuführungsleitung ausgehenden Zuführungskanal, der über der wärmeisolierenden Schicht angeordnet ist.
- 11. Abgasreaktionsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine in einer Umfangswandung des Abgasreaktionskammergehäuses angeordnete ringförmige Wasserkühlung und durch eine Wärmeabschirmungsplatte, die einen Bodenteil des Reaktionskamraergchäuses bedeckt.509828/0632Leerseite
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