DE2553698C2

DE2553698C2 - Schalldämpfende thermische Nachbrennvorrichtung

Info

Publication number: DE2553698C2
Application number: DE2553698A
Authority: DE
Inventors: Rempei Matsumoto; Mamoru Morinaga; Kozo Isezaki Gunma Murota; Masayuki Ohta Gunma Nakamura; Akira Gunma Sakaguchi; Shigeo Tajima; Toru Yasuma
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1974-11-30
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1987-05-14
Also published as: AU8692775A; FR2292861B1; JPS5317057Y2; JPS5176322U; GB1532785A; AU498372B2; IT1052437B; FR2292861A1; DE2553698A1; US4073361A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schalldämpfende thermische Nachbrennvorrichtung für eine Auspuffanlage einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs, mit Bauteilen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Um den Anteil an unverbrannten Bestandteilen in Motorabgasen zu senken, sind bereits mit einer Auspuffleitung verbundene Reaktoren bekannt, in welchen die unverbrannten Bestandteile der Abgase, wie z. B. Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, oxidiert, d. h. nachverbrannt, werden.

Bekannt ist des weiteren eine thermische Nachbrennvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs (US-PS 32 47 666). Der Kollektor dieser Vorrichtung hat ein großes Fassungsvermögen, so daß sich die Auspuffgase dort ausdehnen, wodurch ihre Temperatur abnimmt. Noch stärker erfolgt dies infolge einer Führungsöffnung zum Weiterströmen der Auspuffgase aus dem Kollektor, die offenbar über die ganze Breite des Kollektors und der ersten Kammer reicht (Fig. 12). Über die Größe dieser Führungsöffnung wird im Text nichts ausgesagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schalldämpfende thermische Nachbrennvorrichtung zu schaffen, durch welche die Abgastemperatur am Einlaß in den Reaktionsraum noch auf einem möglichst hohen Wert gehalten wird und damit die Nachverbrennung verbessert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben, in dieser sind
Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemäßen Nachbrennvorrichtung, und
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Sammeleinrichtung für die Abgase.
Die schalldämpfende Nachbrennvorrichtung weist eine äußere Schale 1 und eine innere Schale 2 auf. Die äußere Schale 1 umfaßt ein Paar gewölbter Teile, die an Flanschen 1 a zur Bildung eines zylindrischen Körpers mit elliptischem Querschnitt miteinander verschweißt sind. Ein Ende der äußeren Schale ist senkrecht zur Achse des zylindrischen Körpers gebogen und verjüngt, um die parallel angeordneten Abgaseinlaßrohre 8 und 9 zu umgreifen. Das andere Ende der äußeren Schale 1 ist durch eine an ihr befestigte Endplatte 3 geschlossen.
Die innere Schale 2 ist ähnlich der äußeren Schale 1 geformt und in dieser koaxial im gewünschten Abstand von ihr angeordnet. Ein Ende der inneren Schale 2 ist ebenfalls, wie die äußere Schale 1, gebogen und verjüngt, um die Abgaseinlaßrohre 8 und 9 zu umgreifen. Das andere Ende der inneren Schale 2 it durch Endplatten 4 und 5 geschlossen, die voneinander in geeignetem Abstand angeordnet sind.
Die Räume zwischen der äußeren Schale 1 und der inneren Schale 2 und zwischen der Endplatte 3 und der Endplatte 4 sind zur Bildung einer Wärmedämmschicht mit einem wärmedämmenden Material 6, wie z. B. Metallwolle, so gefüllt, daß die innere Schale mit dem wärmeisolierenden Material vollständig abgedeckt ist. So kann die Kammer in der inneren Schale 2 auf einer zur Oxidation der unverbrannten Bestandteile, die in Motorabgasen enthalten sind, ausreichend hohen Temperatur gehalten werden. Weiterhin ist der Raum zwischen den Endplatten 4 und 5 mit einem wärmedämmenden Material 7 so gefüllt, daß der Wärmeübergang zur Endplatte 4 auf ein Minimum gedrückt werden kann. Die Endplatte 4 besitzt einen radial vorspringenden Randteil 4 a, um ein Verschieben des wärmeisolierenden Materials zu verhindern, und weist Öffnungen 4 b auf, die einen Luftdurchgang ermöglichen, um den Druckunterschied zwischen den Räumen auszugleichen.
Die Abgaseinlaßrohre 8 und 9 erstrecken sich in die innere Schale 2 parallel zueinander und enden im Endteil der Kammer nahe der Endplatte 5. Ein Kollektor 10, d. h. eine Sammeleinrichtung, ist an den Enden der Abgasrohre befestigt und dient als Einrichtung zum Mischen der durch die Abgaseinlaßrohre 8 und 9 freigesetzten Abgase mit verschiedenen Bestandteilen, wodurch die Oxidationsreaktion der Abgase erleichtert wird. Dieser Kollektor 10 dient auch zum Regulieren der Geschwindigkeit und Richtung des in die Kammer A geführten Abgasstroms. Ferner dient der Kollektor 10 als primäre schalldämpfende Einrichtung zum Dämpfen der durch die in die Kammer A geleiteten Abgase hervorgerufenen Geräusche. Der Kollektor 10 umfaßt ein Paar unter Bildung von Öffnungen 10 a und 10 b, wie in Fig. 2 dargestellt, aneinander geschweißter Schalenteile. Eines der Schalenteile ist ausgeschnitten, um eine Führungsöffnung 10 c zu bilden, durch welche die Abgase in die Kammer der inneren Schale 2 geleitet werden. Die Führungsöffnung 10 c weist eine wirksame Querschnittsfläche auf, die kleiner ist als der Gesamt-Strömungsquerschnitt der Abgaseinlaßrohre 8 und 9, so daß ein Drosseleffekt eintritt, durch den die aus den Abgaseinlaßrohren 8 und 9 tretenden Abgase im Kollektor 10 genügend durchgemischt werden, um die Oxidationsreaktion der Abgase zu fördern. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Kollektor 10 so konstruiert, daß die Abgase gegen die Endwandung der inneren Schale 2, d. h. die Endplatte 5 geführt werden. Der Kollektor 10 kann jedoch auch so angeordnet werden, daß die Abgase gegen den Mittelteil der inneren Schale 2 geführt werden. Das Abgaseinlaßrohr 8 ist in der Öffnung 10 a gleitfähig angeordnet, während das Abgaseinlaßrohr 9 in der Öffnung 10 b fest angeordnet ist. So übt der Unterschied in den Wärmeausdehnungen der Abgaseinlaßrohre 8 und 9, ausgelöst durch den Längenunterschied der Rohre, keine Kräfte auf den Kollektor 10 aus. Ein Führungshohlraum 10 d geht in die Führungsöffnung 10 c über und dient zum Beeinflussen der Strömungsrichtung der durch die Führungsöffnung 10 c strömenden Abgase.
Die Kammer in der inneren Schale 2 ist durch Trennwände 11, 12 und 13 in 4 Kammern unterteilt. Dabei führen die Abgaseinlaßrohre 8 und 9 durch alle Kammern, und der Abgaskollektor steht mit der ersten Kammer A in Verbindung, die zwischen der ersten Wand 11 und der Endplatte 5 gebildet ist. Die erste Wand 11 weist einen Durchlaß 11 a auf, um eine Verbindung zwischen der ersten Kammer A und der zweiten Kammer B herzustellen. Die zweite Kammer B und die dritte Kammer C stehen miteinander über das Rohr 14 in Verbindung, das sich durch die zweite Wand 12, die dritte Wand 13 und die vierte Kammer D hindurch erstreckt. Die dritte Wand 13 besitzt (nicht dargestellte) Durchlässe, um eine Verbindung zwischen der dritten Kammer C und der vierten Kammer D herzustellen. Weiter ist das Rohr 14 mit kleinen Öffnungen 14 a versehen, über die die zweite Kammer B mit der vierten Kammer D in Verbindung steht. Ein Abgasauslaßrohr 15 erstreckt sich durch die dritte Wand 13, die innere Schale 2 und die äußere Schale 1 und stellt so eine Verbindung zwichen der vierten Kammer D und der Atmosphäre her.
Die äußere Schale 1 ist an einem Motorblock mittels zweier Halterungen 16 und 17 aufgehängt und an die Halterung 18 geschweißt, die am Motorblock am gebogenen Ende befestigt ist, wo die Abgaseinlaßrohre 8 und 9 ebenfalls an die Halterung 18 angeschweißt sind.
Das eine Endteil der inneren Schale 2 ist zu einer Fischmaulform ausgebildet, entlang der die innere Schale an jedes der Abgaseinlaßrohre geschweißt ist. Das andere Ende der inneren Schale 2 ist am Wagenkasten mittels einer elastischen Halteplatte 20 wie nachfolgend beschrieben, aufgehängt. Gemäß Fig. 1 ist ein Verbindungsrohr 19 an der Mitte der Endplatte 4 befestigt, die durch ein Blech 21 versteift ist. Das Verbindungsrohr 19 ist gleitfähig in einer Bohrung der Endplatte 3 angeordnet und ragt aus dieser nach außen vor. Ein Blech 22 ist am Ende des Verbindungsrohres 19 angebracht, und an der Halteplatte 20 befestigt, die ihrerseits vom Fahrzeugkasten an ihrem oberen Teil getragen wird, wodurch die innere Schale aufgehängt ist. Eine Lagerung 23, z. B. aus Metallwolle, ist an der Bohrung der Endplatte 3 angeordnet und wird durch ein Halteblech 24 in Reibungskontakt mit dem Verbindungsrohr 19 gehalten.
Beim Betrieb werden die durch die Abgaseinlaßrohre 8 und 9 strömenden Abgase durch den Kollektor 10 in die erste Kammer A gelassen, welche ein größeres Volumen als die anderen Kammern aufweist. Daher bleiben die Abgase in der ersten Kammer A für einen längeren Zeitraum. Zudem wird die erste Kammer A auf hoher Temperatur von 700 bis 800°C gehalten. So werden unverbrannte Bestandteile in den Abgasen in der ersten Kammer A wirksam nachverbrannt. Die Führungsöffnung 10 c dient dazu, die Abgase gegen die Entwandung der inneren Schale 2 so zu führen, daß die Abgase in der Kammer A in befriedigender Weise verteilt werden.
Die Abgase strömen weiter durch die zweite und dritte Kammer B bzw. C und in die vierte Kammer D und werden über das Abgasauslaßrohr 15 freigesetzt. So können die unverbrannten Bestandteile der Abgase noch verbrannt werden, und das Explosionsgeräusch kann durch die schalldämpfenden Elemente z. B. die Trennwände, die in der inneren Schale 2 angeordnet sind, gedämpft werden. Da die innere Schale 2 auf einer höheren Temperatur als die äußere Schale 1 gehalten wird, dehnt sich die innere Schale in größerem Umfang aus als die äußere Schale 1. Daher schiebt sich das Verbindungsrohr 19 von der Endplatte 3 der äußeren Schale 1 weiter nach außen und biegt dadurch die Halteplatte 20, wie in Fig. 1 veranschaulicht, nach links. So wird die Halteplatte 20, wie durch die schwächere Linie in Fig. 1 angedeutet, ausgelenkt, wodurch die Wärmeausdehnung der inneren Schale aufgenommen werden kann.

Claims

Schalldämpfende thermische Nachbrennvorrichtung für eine Auspuffanlage einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs, mit einer inneren Schale, mit einer die innere Schale bedeckenden Wämedämmschicht, mit einer die Wärmedämmschicht bedeckenden äußeren Schale, mit wenigstens einer Trennwand zum Unterteilen des Raums der inneren Schale in wenigstens zwei Kammern, mit Abgaseinlaßrohren, die in der ersten Kammer der inneren Schale enden, mit einem in der Trennwand vorgesehenen Durchlaß zum Verbinden der Kammern der inneren Schale miteinander, und mit einem Abgasauslaßrohr, das von der letzten Kammer der inneren Schale ausgeht, sowie mit einem am Ende der Abgaseinlaßrohre angebrachten Kollektor, um die von jedem der Abgaseinlaßrohre abgegebenen Abgasströme zu mischen, und durch eine Führungsöffnung in die erste Kammer zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsöffnung (10 c) einen kleineren Strömungsquerschnitt als der Gesamt-Strömungsquerschnitt der Abgaseinlaßrohre aufweist.