DE2731098A1

DE2731098A1 - Brennkraftmaschine mit einer nachverbrennungseinrichtung

Info

Publication number: DE2731098A1
Application number: DE19772731098
Authority: DE
Inventors: Armin Bauder; Konrad Lummerzheim; Johannes Dipl Ing Steinwart; Gottlieb Dr Ing Wilmers
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1977-07-09
Filing date: 1977-07-09
Publication date: 1979-01-25
Also published as: JPS5419011A; SE7806889L; US4215538A

Description

_ Λ- 2751098

AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/Württ.

Brennkraftmaschine mit einer Nachverbrennungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Auslaßkanal für den Ausschub der verbrannten Gase, welcher an der Außenfläche der Brennkraftmaschine endet und alternativ mit der Nachverbrennungseinrichtung oder mit einer die Nachverbrennungseiririchtung umgehenden Bypassleitung in Verbindung bringbar ist, wobei ein temperaturabhängig geregeltes, die verbrannten Gase bei hoher Temperatur über die Bypassleitung und bei niedriger Temperatur über die Nachverbrennungseinrichtung leitendes Steuerorgan vorgesehen ist.

Bei Brennkraftmaschinen der genannten Art ist es bekannt, die Nachverbrennungseinrichtung so nahe wie möglich an der Brennkraftmaschine anzuordnen, um zu vermeiden, daß sich die Abgase insbesondere beim Kaltstart auf dem Weg zur Nachverbrennungseinrichtung abkühlen können. Mit dieser Maßnahme soll in erster Linie erreicht werden, daß die Nachverbrennung der Abgase innerhalb kurzer Zeit nach dem Kaltstart einsetzt. Diese Anordnung ist besonders nach einem Kaltstart, wenn also die Brennkraftmaschine noch verhältnismäßig kühl ist, von besonderer Bedeutung, da die Abgase gerade in diesem Betriebszustand viel schädliche Bestandteile enthalten. Nach Erreichen der Betriebstemperatur, wenn sich die schädlichen Bestandteile im Abgas vermindern und wegen der im allgemeinen niedrigen thermischen Belastbarkeit der Nachverbrennungseinrichtung, wird der Abgasstrom durch ein in Abhängigkeit der Erwärmung betätigtes, im allgemeinen in der Bypassleitung angeordnetes Steuerorgan überwiegend durch die Bypass-

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leitung geführt.

Es ist bei einer bekannten Nachverbrennungseinrichtung vorgeschlagen worden (DT-OS 23 60 581), eine die bypassleitung und die Abgasleitung zur Nachverbrennungseinrichtung wechselweise öffnende bzw. schließende Drosselklappe zu verwenden, um zu vermeiden, daß die Nachverbrennungseinrichtung selbst dann, wenn der Abgasstrom über die Bypassleitung geführt wird, immer noch von heißen Abgasen beaufschlagt und somit dessen Lebensdauer beeinträchtigt wird. Eine derartige, jeweils quer zum Abgasstrom gestellte Drosselklappe wirkt sich aber nicht nur ungünstig auf die Strömung des Abgases aus, sondern zwischen der Brennkraftmaschine und der Nachverbrennungseinrichtung muß wegen der Anordnung dieser Drosselklappe ein größerer < Abstand eingehalten werden, wodurch sich nach einem Kaltstart die Aufheizzeit der Nachverbrennungseinrichtung in unerwünschter Weise "'■ verlängert und eine entsprechend späte Nachverbrennung der Abgase einsetzt. Außerdem unterliegen die zur Nachverbrennungseinrichtung führenden Abgasrohre sowie die Bypassleitung sehr stark den Schwingun gen der Brennkraftmaschine, so daß diese zu Bruch gehen können.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Brennkraftmaschine mit einer Nachverbrennungseinricht>ng der eingangs genannten Art zu' schaffen, mit der unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile ein schnelles Einsetzen der Nachverbrennung erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Außenfläche der Brennkraftmaschine im Bereich des Auslaßkanales ein Gehäuse angeordnet ist, das in seiner Anlagefläche zur Brennkraftmaschine zwei Öffnungen aufweist, von denen die eine öffnung unmittelbar mit der Nachverbrennungseinrichtung und die andere öffnung mit der Bypassleitung verbunden ist, daß der Auslaßkanal in Strömungsrichtung zur Außenfläche hin derart erweitert ist, dafl er die öffnungen einfaßt, und daß das Steuerorgan im Auslaßkanal derart schwenkbar angeordnet ist, daß es den Auslaßkanal in der ersten Stellung ausschließlich mit der einen öffnung und in der zweiten Stellung ausschließlich mit der anderen öffnung in Verbindung bringt.

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Durch diese Lösung kann einschließlich der Anordnung eines die Nachverbrennungseinrichtung bei Betriebstemperatur vor direkter Beaufschlagung schützenden Steuerorgans eine kompakte Ausführung und ein äußerst kurzer Weg der Abgase bis in die Nachverbrennungseinrichtung erzielt werden, wodurch eine schnellstmögliche Aufheizung der fiachverbrennungseinrichtung erreicht werden kann. Außerdem erfordert die erfindungsgemäSe Anordnung der Naohverbrennungs*- einrichtung gegenüber den bekannten Ausführungen einen geringeren Raumbedarf. Durch die unmittelbare Anordnung der Nachverbrennungseinrichtung an der Brennkraftmaschine können auch die Rohrstücke entfallen, die die Brennkraftmaschine bei bekannten Ausführungen mit der Nachverbrennungseinrichtung verbinden und bei Schwingungen brechen können. Die Abgase können auch ohna Überwindung eines Strömungswiderstandes oder einer wesentlichen Änderung der Strömungsrichtung über die jeweilige Öffnung in die Nachverbrennungseinrichtung oder in die Bypassleitung einströmen.

Das Steuerorgan kann von einem rohrförmigen Einsatz gebildet werden.

Die Verwendung eines derartigen Einsatzes hat den Vorteil, daß sich dieser im Gegensatz zu der Wandung des Auslaßkanales durch die vorbei strömenden heißen Abgase schneller erwärmt und somit insbesondere nach einem Kaltstart zu einer raschen Verbrennung der schädlichen Bestandteile im Abgas beiträgt. Außerdem wird vermieden, daß sich das Abgas in diesem Betriebszustand an der Wandung des Auslaßkanales abkühlen kann.

Das Steuerorgan kann aber auch von einer zwischen den beiden öffnungen gelagerten, in den Auslaßkanal hineinragenden Klappe gebildet werden. Durch diese Klappe kann der aus der Brennkraftmaschine austretende Abgasstrom ebenfalls ohne jeglichen Strömungswiderstand in die eine oder andere Öffnung gelenkt werden. Auch bei dieser Lösung kann ein im Auslaßkanal angeordneter rohrförmiger, aber feststehender Einsatz vorgesehen werden, der zur Gewährleistung des jeweiligen Durchströmquerschnittes im Bereich der Klappe entsprechend erweitert ist.

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In einer weiteren Ausführungsform kann das Steuerorgan auch von einem Drehschieber gebildet sein, der im Gehäuse der Brennkraftmaschine zwischen den beiden öffnungen gelagert ist. Durch diese Lösung, bei der verhältnismäßig große Durchströmquerschnitte erzielt werden können, ergeben sich für den Abgasstrom sehr günstige Strömungsverhältnisse.

Der rohrförmige Einsatz kann an seinem Schwenkpunkt in Spitzenlagern gelagert und in einem Abstand vom Schwenkpunkt mit einem Gestänge verbunden sein, das von einer im Gehäuse der Brennkraftmaschine gelagerten Welle über einen Hebel betätigbar ist. Durch diese Anordnung ergeben sich sehr wenig Berührungspunkte zwischen dem Einsatz und dem Auslaßkanal, so daß eine weitere verbesserte Wärmeisolierung des Steuerorganes gegenüber seiner Umgebung erzielt sowie ein Festsetzen des Steuerorganes verhindert wird, während die Betätigungseinrichtung verhältnismäßig geringen Wärmebelastungen ausgesetzt ist.

Die Klappe kann auf einer Welle befestigt sein, die im Gehäuse der Brennkraftmaschine gelagert ist. Es ist aber auch möglich, daß die Klappe auf einer Welle befestigt ist, die in dem an der Außenfläche der Brennkraftmaschine angeordneten Gehäuse gelagert ist. Durch die Anordnung im Gehäuse der Brennkraftmaschine kann eine kompaktere Ausführung erreicht werden, während durch die Anordnung im angrenzenden Gehäuse eine leichtere Montage erzielbar ist.

Das Gestänge und/oder die Welle kann im Bereich des Kühlmantels der Brennkraftmaschine angeordnet sein, wodurch die Wärmebelastung der Betätigungseinrichtung noch weiter herabgesetzt werden kann. Wenn die Welle oberhalb des rohrförmigen Einsatzes angeordnet ist, kann weitgehend vermieden werden, daß sich in dem die Einzelteile der Betätigungseinrichtung umgebenden Hohlraum Schmutz ablagert und die Betätigung blockiert, während der Schmutz bei dieser vorgeschlagenen Lösung stets herausfallen kann.

Die Vorbindung zwischen dem Hebel und dem Gestänge kann von einem Federelement gebildet sein. Durch diese Ausführung kann erreicht

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werden, daß das mit dem Einsatz verbundene Gestänge erst nach Durchlaufen eines Pederweges betätigt wird, so daß der rohrförmige Einsatz bei einer beispielsweise starren Koppelung der Betätigungeinrichtung mit einem Antrieb von evtl. festgebrannten Anlagestellen losgebrochen werden kann. Durch das Federelement können bei einer Mehrfachanordnung aber auch Fertigungstoleranzen innerhalb der Betätigungseinrichtung ausgeglichen und eine zuverlässige Anlage des jeweiligen Einsatzes erreicht werden.

Das Federelement kann beispielsweise aus einem Federstift bestehen, der mit seinen beiden Enden am Hebel oder am Gestänge und in seinem mittleren Bereich mit dem Gestänge oder mit dem Hebel verbunden ist. Eine federnde Verbindung kann aber auch dadurch hergestellt werden, daß der Hebel mit dem Gestänge über einen in einem Langloch geführten Bolzen verbunden ist, der sich über je ein im Bereich der beiden Enden des Langloches angeordnetem Federelement gegen die Enden des Langloches abstützt.

Um zu vermeiden, daß sich die in die Nachverbrennungseinrichtung strömenden Abgase an den Wandungen des Gehäuses abkühlen können, kann in dem die Nachverbrennungseinrichtung enthaltenden Gehäuse zwischen der einen öffnung und der Nachverbrennungseinrichtung ein mit der Wandung des Gehäuses einen Hohlraum bildender Isoliereinsatz angeordnet sein. Dieser Isoliereinsatz kann sich ebenso wie der gegebenenfalls im Auslaßkanal angeordnete rohrförmige Einsatz durch die vorbeiströmenden Abgase sehr schnell erwärmen und somit zur raschen Verbrennung der schädlichen Abgasbestandteile beitragen. Gleichzeitig kann eine Wärmeableitung auf die unmittelbar nach einem Kaltstart noch nicht erwärmten Gehäuseteile verringert werden.

In dem die Nachverbrennungseinrichtung enthaltenden Gehäuse kann zwischen der öffnung und der Nachverbrennungseinrichtung eine auf die Mitte der Nachverbrennungseinrichtung gerichtete Leitwand angeordnet sein, welche die Nachverbrennungseinrichtung in zwei entgegengesetzt durchströmte Hälften teilt, und welche sowohl die zur Nachverbrennungseinrichtung führende öffnung als auch die in die Bypassleitung mündende, aus der zweiten Hälfte der Nachverbrennungseinrichtung heraus-

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führende Abgasleitung begrenzt. Durch diese Ausführung kann die Nachverbrennungseinrlchtung hin und zurück durchströmt werden, wodurch die ansonsten notwendige, außerhalb aus der Nachverbrennungseinrichtung herausführende und in die Bypassleitung mündende Abgasleitung entfällt. Außerdem kann die dadurch kompaktere Nachverbrennungseinrichtung intensiver durchströmt und somit rascher aufgeheizt werden.

Da die öffnungen zur Nachverbrennungseinrichtung und zur Bypassleitung In unmittelbarer Nähe des Auslaßkanales der Brennkraftmaschine liegen, ist es von besonderem Vorteil, daß die öffnungen im Gehäuse durch einen Kanal verbunden sind, in dem eine Lambda-Sonde angeordnet ist. Dadurch kann die Zusammensetzung des Abgases direkt nach dem Verlassen der Brennkraftmaschine wahrgenommen werden, wobei über den Kanal eine ständige Umspülung der Lambda-Sonde möglich ist.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung eines Steuerorgans und einer Nachverbrennungseinrichtung ist nicht auf eine bestimmte Brennkraftmaschinenart beschränkt. Eine derartige Anordnung kann beispiels* weise bei Hubkolben - wie auch bei Rotationskolben-Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Teilstück des Gehäuses einer Brennkraftmaschine in Form einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem Auslaßkanal und einer angrenzenden Nachverbrennungseinrichtung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Querschnitt ähnlich Fig. 1 in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich Fig. 1, wobei nur der Bereich des Ausläßkanals dargestellt ist, in einer dritten Ausführunssform,

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Fig. 4 einen Querschnitt durch das Teilstück des Gehäuses einer Brennkraftmaschine in Form einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Auslaßkanal in einer vierten Ausführungnform,

Fig. 5 das Teilstück eines Längsschnittes durch das Gehäuse einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine gemäß Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 das Teilstück eines Längsschnittes durch das Gehäuse einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine gemäß Linie VI-VI in Fig. 2,

Fig. 7 das Teilstück eines Längsschnittes durch das Gehäuse einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit zwei Auslaßkanälen gemäß Linie VII-VII in Fig. 3, wobei das angrenzende Gehäuse der Nachverbrennungseinrichtung weggelassen ist,

Fig. 8 ein Teilstück des Gestänges gemäß dem in Fig. 6 eingekreisten Bereich im vergrößerten Maßstab in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 9 ein Teilstück des Gestänges ähnlich Fig. 8 in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 10 einen Querschnitt ähnlich Fig. 1 mit einem Auslaßkanal in einer fünften Ausführungsform,

Fig. 11 das Teilstück eines Längsschnittes durch das Gehäuse einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine gemäß Linie XI-XI in Fig. 10,

Fig. 12 einen Querschnitt durch das Teilstück des Gehäuses einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine im Bereich der Abgas-Sonde gemäß Linie XII-XII in Fig. 13, und

Fig. 13 das Teilstück eines Längsschnittes durch das Gehäuse gemäß Linie XIII-XIII in Fig. 12. - 8 -

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Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der nur diejenigen Teile einer Brennkraftmaschine dargestellt sind, die für die Erfindung von Bedeutung sind. Die gezeigte Brennkraftmaschine ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem teilweise dargestellten Gehäuse 1, in dessen Arbeitsraum 2 ein Verbrennungsverfahren abläuft, zu dessen Zweck ein Saugrohr 3 und ein Einlaßkanal 4 für die Zuführung von Frischgas sowie ein Auslaßkanal 5 für den Ausschub der verbrannten Gase vorgesehen sind. Der Auslaßkanal 5 endet an der Außenfläche 6 des Gehäuses 1 der Brennkraftmaschine, an welcher ein Gehäuse 7 angeordnet ist, das in seiner Anlagefläche 8 zum Gehäuse 1 der Brennkraftmaschine je eine öffnung 9 und 10 aufweist. Die eine öffnung 9 ist unmittelbar mit einer an dem Gehäuse 7 befestigten Nachverbrennungseinrichtung 11 und die andere öffnung 10 mit einer die Nachverbrennungseinrichtung 11 umgehenden Bypassleitung 12 verbunden, wobei der Auslaßkanal 5 in Strömungsrichtung zur Außenfläche 6 hin derart erweitert ist, daß er die öffnungen 9 und 10 einfaßt. Im Auslaßkanal 5 Ist ein temperaturabhängig geregeltes Steuerorgan vorgesehen, das von einem schwenkbar angeordneten, rohrförmigen Einsatz \J> gebildet wird, welcher den Auslaßkanal 5 bei hoher Temperatur mit der öffnung 10 und der sich daran anschließenden Bypassleitung 12 und bei niedriger Temperatur mit der öffnung 9 und der Nachverbrennungseinrichtung 11 verbindet. Die Nachverbrennungseinrichtung 11 besteht im wesentlichen aus einem Reaktor 14 und einer sich daran anschließenden Kammer 15» welche über eine Abgasleitung 16 mit einem Abgassammeirohr 17 verbunden ist, in das auch die Bypassleitung 12 einmündet. Das Gehäuse 1 der Brennkraftmaschine weist ferner von Kühlflüssigkeit durchströmte Hohlräume 18 auf, um die infolge des Verbrennungsvorganges auftretende Erwärmung der Brennkraftmaschine in bestimmten Grenzen halten zu können. Der rohrförmige Einsatz 13 wird über eine im Gehäuse 1 gelagerte Welle 19 mit einem Hebel 20 und einem an diesem angelenkten Gestänge 21 betätigt. Um die Wärmebelastung dieser Betätigungseinrichtung möglichst niedrig zu halten, ist die Welle 19 und das Gestänge 21 im Bereich der von Kühlflüssigkeit durchströmten Hohlräume l8 angeordnet.

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Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine nimmt der rohrförmige Einsatz die in Fig. 1 gezeigte Stellung ein. Dadurch strömt das Abgas durch den Einsatz 13 hindurch über die öffnung 9 in die unmittelbar angrenzende Nachverbrennungseinrichtung 11 ein. Dadurch kann eine sehr rasche Aufheizung der Nachverbrennungseinrichtung und somit eine schnelle Nachverbrennung bzw. Reaktion der Abgase einsetzen, so daß die schädlichen Bestandteile, die bei einer noch verhältnismäßig kalten Brennkraftmaschine im Abgas enthalten sind, schnell herabgesetzt werden können. Da zwischen dem schwenkbaren Einsatz 13 und der Wandung des kälteren, in Strömungsrichtung erweiterten Auslaßkanals 5 ein etwa ringförmiger Hohlraum 22 gebildet wird, ist der Einsatz 13 gegenüber dem Auslaßkanal 5 entsprechend wärmeisoliert und weitgehend von dem kalten Gehäuse 1 der Brennkraftmaschine abgeschirmt. Dadurch wird eine direkte Berührung der Abgase <bzw. des Einsatzes 13 mit der von kalter Kühlflüssigkeit umgebenden Wandung des Auslaßkanales 5 vermieden, so daß die vom Einsatz 13 gehaltene Wärme nicht unmittelbar auf das Gehäuse 1 übertragen werden kann und eine Abkühlung der Abgase vermieden wird. Der Einsatz 13 erwärmt sich auch sehr schnell, so daß die im Abgas mitgeführten schädlichen Bestandteile bereits am Einsatz 13 reagieren können, um nun zu vermeiden, daß sich die über die öffnung 9 in das Gehäuse 7 eintretenden Abgase schließlich an der Wandung des Gehäuses 7 abkühlen können, ist zwischen der öffnung 9 und dem Reaktor 14 ein weiterer Isoliereinsatz 23 angeordnet, der mit der Wandung des Gehäuses 7 einen Hohlraum 24 bildet. Auch dieser Isoliereinsatz 23 kann sich - ebenso wie der schwenkbare Einsatz 13 - durch die vorbeiströmenden Abgase sehr schnell erwärmen und somit zu einer schnellen Verbrennung der schädlichen Abgasbestandteile beitragen. Durch diese kompakte Anordnung und den kurzen Weg der Abgase wird die Aufheizung der Nachverbrennungseinrichtung 11 sehr wesentlich beschleunigt und eine Wärmeableitung auf die unmittelbar nach einem Kaltstart noch nicht erwärmten Gehäuseteile verringert.

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Nach Erreichen der Betriebstemperatur und wenn auf eine weitere Reaktion der Abgase verzichtet werden—kaßnirwTfa tier Einsatz 13 durch nicht näher dargestellte Mittel von der ersten Stellung in __ die zweite Stellung auf die öffnung 10 geschwenkt, so daß der Abgasstrom nunmehr durch die öffnung 10 über die Bypassleitung 12 und— _ das AbgassammeIrohr 17 abgeführt wird. In dieser zweiten Stellung ist der Reaktor 14 vor einer direkten Beaufschlagung geschützt, wodurch eine weitere, evtl. zu einer Zerstörung des Reaktors 14 führende Aufheizung unterbunden wird. Die Bypassleitung 12 kann zur zusätzlichen Wärmeisolierung ebenfalls mit einem Rohreinsatz 25 ausgekleidet werden.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind für gleiche und gleichartige Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 - jedoch mit einem Strich - verwendet worden. Abweichend von der Ausführung gemäß Fig. 1 ist in dem Gehäuse 7' zwischen der öffnung 9' und der sich anschließenden Nachverbrennungseinrichtung 11' eine auf die Mitte des Reaktors 14 der Nachverbrennungseinrichtung 11' gerichtete Leitwand 26 angeordnet. Durch diese Leitwand 26 wird die Nachverbrennungseinrichtung 11' bzw. der Reaktor 14' in zwei entgegengesetzt durchströmte Hälften 14'a und 14'b geteilt, wobei die Leitwand 26 so ausgebildet ist, daQ sie sowohl die zur Nachverbrennungseinrichtung 11' führende öffnung 9' als auch die in die Bypassleitung 12' mündende, aus der zweiten Hälfte 14'b der Nachverbrennungseinrichtung 11' herausführende und in das Abgassammeirohr 17' einaaündende Abgasleitung 16' begrenzt. Bei dieser äußerst kompakten Anordnung wird der Reaktor 14', der üblicherweise lamellenartig ausgebildet ist, noch intensiver durchströmt und wesentlich schneller aufgeheizt, da der Abgasstrom - wie in Pfeilrichtung angegeben zunächst die erste Hälfte 14'a durchströmt, dann in der Kammer 15' umgelenkt wird und darauf die zweite Hälfte 14'b durchströmt und schließlich über die Abgasleitung 16' und das Abgassammeirohr 17' abgeführt wird. Der Einsatz 13' wird bei diesem Ausführungsbeispiel von einem Gestänge 21' betätigt, wobei die Welle 19' auf der Zeichnung oberhalb des Einsatzes 13' im Gehäuse 1' in einem Bereich ange-

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ordnet ist, der wegen seiner Lage zu dem von Kühlflüssigkeit durchströmten Hohlraum 18' sowie der Wärmebeeinflussung durch den Verbrennungsvorgang einer erheblich geringeren Wärmebelastung ausgesetzt ist. Diese Anordnung hat außerdem den Vorteil, daß sich in dem Raum, in dem der Hebel 20' angeordnet ist, keine Verbrennungs rückstände ablagern, sondern herausfallen können. Um Vibrationen während des Betriebes zu vermeiden, ist am Einsatz IJ' ein Anschlag 27 angeordnet, wodurch die Lage des Einsatzes I3¹ in der ersten Stellung an einer Anlagefläche 28 und in der zweiten Stellung an einer Anlagefläche 29 eindeutig festgelegt ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, in der für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen und für gleichartige Teile die gleichen Bezugszeichen jedoch mit zwei Strichen wie in Fig. 1 verwendet worden sind, wird das Steuerorgan abweichend davon von einer schwenkbaren, zwischen den Öffnungen 9 und 10 gelagerten, in den Auslaßkanal 5 hineinragenden Klappe 30 gebildet. Die Klappe 30 ist auf einer Welle 3I befestigt, die im Gehäuse 1" der Brennkraftmaschine gelagert ist. In der gezeigten Stellung - die dem Betriebszustand bei warmer Brennkraftmaschine entspricht - wird der Abgasstrom beispielsweise ohne jeglichen Strömungswiderstand über die Öffnung 10 in die Bypassleitung 12 geführt, während die Öffnung 9 abgedeckt ist und somit eine Beaufschlagung der Nachverbrennungseinrichtung 11 bzw. des Reaktors 14 unmöglich ist. Im Auslaßkanal 5^W ist ein rohrförmiger, aber feststehender und zur Gewährleistung eines ausreichenden Durchströmquerschnittes auf die Öffnungen 9 und 10 erweiterter Einsatz 32 angeordnet, der eine Wärmeableitung auf das unmittelbar nach einem Kaltstart noch nicht erwärmte Gehäuse l^w verhindert und somit eine Abkühlung der Abgase vermieden wird, so daß auch in diesem Fall wenn die Klappe 30 die andere, gestrichelte Stellung einnimmt eine schnelle Erwärmung des Reaktors 14 und eine schnelle Verbrennung der schädlichen Abgasbestandteile einsetzt.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel, bei dem für gleiche und gleichartige Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 jedoch mit einem bzw. zwei Gtrichen-verwendet worden sind, zeigt die

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Teilansicht des Gehäuses 33 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Hubkolben 34, einem Arbeitsraum 35, einem Auslaßventil 36 und einem AuslaßkanaΓ 45. Das Steuerorgan wird - ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 - von einer schwenkbaren, in den Auslaßkanal 45 hineinragenden Klappe 30' gebildet, die auf einer Welle 31' befestigt ist, welche aber zwischen den öffnungen 9" und 10" in dem an der Außenfläche 6" des Gehäuses 33_angeordneten Gehäuse 7" gelagert ist. Die Punktion der Klappe 30' sowie des rohr

förmigen Einsatzes 32' ist im übrigen die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 beschrieben.

Aus Fig. 5 geht die Anordnung der Schwenkpunkte des Einsatzes I3 hervor, welche von Spitzlagern 37 gebildet werden, die nahe des Eintrittsbereiches der Abgase in den Einsatz I3 angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß der Auslaßkanal 5 sowohl mit der öffnung 9 als auch 10 in Verbindung gebracht werden kann. Das Spitzlager 37 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus Spitzen 38, die im Auslaßakanal 5 befestigt sind, und aus Pfannen 39, die der Einsatz I3 trägt. Die Aufnahme in Spitzlagern hat den Vorteil geringerer Berührungspunkte des Einsatzes 13 gegenüber dem Auslaßkanal 5 und somit einer weitgehenden Wärmeisolierung.

In Fig. 6 ist die Betätigungseinrichtung für den Einsatz I3' gezeigt, die zur Verminderung der Wärmebelastung im Bereich der von Kühlflüssigkeit durchströmten Hohlräume l8' angeordnet ist. Die Welle 19' ist im Gehäuse 1^! in Gleitlagern 4o gelagert, welche an der seitlichen Herausführung durch Dichtringe 41 abgedichtet ist, um zu vermeiden, daß Abgase durch das Gleitlager 40 nach außen dringen können. Auf dem nach außen geführten Ende der Welle 19' befindet sich ein Betätigungshebel 42, der von einer Feder 44 gegen den Dichtring 41 gedrückt und von einem temperaturabhängig wirkenden Regelorgan 43 betätigt wird.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Längsschnitt ist die Anordnung von Klappen 30 aus Fig. 3 bei zwei Auslaßkanälen 5" gezeigt. Die beiden

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Klappen J>0 sind direkt auf einer gemeinsamen Welle Jl befestigt, die im Gehäuse 1" der Brennkraftmaschine in Gleitlagern 40' gelagert und von einem Dichtring 41" nach außen abgedichtet ist. Die Betätigung der Welle 31 erfolgt über einen Betätigungshebel 42', der ebenfalls von einem temperaturabhängig wirkenden Regelorgan 43" betätigt wird.

Das in Fig. 8 gezeigte Ausführungsbeispiel stellt das Federelement dar, über das der Hebel 20' (Fig. 6) mit dem Gestänge 21' verbunden ist. Das Federelement besteht im wesentlichen aus einem Federstift 46, der in seinem mittleren Bereich in dem Gestänge 21' und mit seinen beiden Enden in den Hebelarmen im Hebel 20' aufgenommen ist. Die Aufnahme in den Hebelarmen des Hebels 20* ist in Richtung auf das Gestänge 21' durch Aussparungen 51 aufgeweitet, um eine elastische Verbindung zwischen dem Hebel 20' und dem Gestänge 21' zu ermöglichen. Wenn der Einsatz im Auslaßkanal beispielsweise festgebrannt ist, wird das Gestänge 21' dadurch erst nach Durchlaufen eines Federweges vom Hebel 20' mitgenommen und betätigt, wodurch der Einsatz vom Antrieb erst nach einem Anlauf losgebrochen werden kann. Durch die elastische Verbindung werden aber auch Maßabweichungen innerhalb der Betätigungseinrichtung ausgeglichen.

Das in Fig. 9 dargestellte Federelement hat die gleiche Funktion zu erfüllen wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8. Bei diesem Beispiel ist ein zwischen den Hebelarmen des Hebels 20' angeordneter Bolzen 47 vorgesehen, der in einer Hülse 49 mit Langloch 48 des Gestänges 21' geführt ist. Beidseitig des 3olzens 47 sind innerhalb der Hülse 49 je eine Feder 50 angeordnet, gegen die sich der Bolzen 47 abstützt und dadurch eine elastische Verbindung herstellt.

Wie in Fig. 10 gezeigt, in der für gleiche und gleichartige Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden sind, wird das Steuerorgan von einem Drehschieber 54 gebildet, der zwischen den beiden öffnungen 9 und 10 einerseits und dem Auslaßkanal 55 andererseits im Gehäuse 56 angeordnet ist. Der Drehschieber 54 besteht im

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wesentlichen aus einem zylindrischen Körper mit einer Ausnehmung als Steueröffnung 58, der in einem zylindrischen Durchbruch 74 des Gehäuses 56 schwenkbar aufgenommen ist. Je nach Stellung des Drehschiebers 54 wird der Abgasstrom - wie bereits beschrieben entweder über d'ie öffnung 9 in die Nachverbrennungseinrichtung 11 oder über die öffnung 10 in die Bypassleitung 12 geführt. In der gezeigten Stellung - die dem Betriebszustand nach einem Kaltstart entspricht - wird der Abgasstrom über die Steueröffnung 58 des Drehschiebers 54, welche etwa den Durchströmquerschnitt des Auslaßkanals 55 aufweist, in die besonders nahe an der Brennkraftmaschine angeordnete Nachverbrennungseinrichtung 11 gelenkt. Zur Wärmeisolierung des Abgasstromes gegenüber der Wandung des Gehäuses 56 ist im Auslaßkanal 5-5 ein feststehender rohrförmiger Einsatz 57 und in dem an der Außenfläche des Gehäuses 56 der Brennkraftmaschine befestigten Gehäuse 7 der Nachverbrennungseinrichtung 11 ein Isoliereinsatz 23' angeordnet, der in diesem Fall zur Verringerung einer Wärmeableitung weitgehend durch die öffnung 9 hindurch bis nahe an den Drehschieber 54 hineinragt.

In Fig. 11 ist die Lagerung bzw. Aufnahme von je einem Drehschieber 54 in je einem Mantel einer Rotationskolbenmaschine mit zwei Gehäusen 56 ersichtlich. Die Lagerung der durch einen Mitnehmerzapfen 66 drehfest verbundenen Drehschieber 54 erfolgt durch ein Sinterlager 60 in einem Seitenteil 6l des Gehäuses 56 und über zwei den Mitnehmerzapfen 66 aufnehmenden Sinterlager 62 im Zwischenteil 63 sowie ein Sinterlager 64 im Seitenteil 65. Die Drehschieber 54 sind über den im Seitenteil 65 nach außen geführten Lagerzapfen des Drehschiebers mit einem Betätigungshebel 67 verbunden, der von einem temperaturabhängig wirkenden Regelorgan 43 betätigt wird und die Schwenkbewegung Überträgt. Um ein Entweichen von Abgas zu vermeiden, wird jeder Drehschieber 54 an seiner zylindrischen Umfangsfläche gegenüber dem Gehäuse 56 innerhalb des zylindrischen Durchbruches 74 durch Dichtringe 59» die beispielsweise handelsübliche Kolbenringe sein können, abgedichtet. An das Sinterlager 64, das gegenüber der Atmosphäre ebenfalls durch einen weiteren Dichtring 68 abgedichtet ist, schließt sich eine Entlüftungsleitung 69 an, über die evtl. entweichendes Abgas beispiels-

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weise zu dem nicht gezeigten Luftfilter der Brennkraftraaschine abgeleitet werden kann. Die Kanäle 70 sind für die Zuführung von Sekundärluft in den Auslaßkanal 55 vorgesehen, während über die Kanäle 71 bzw. 72 im Gehäuse 7 eine in Fig. 12 und 13 näher beschriebene Verbindung zu einer in der Bohrung 73 angeordneten Lambdasonde 75 hergestellt wird.

Fig. 12 und \J>, in denen für gleiche und gleichartige Teile die gleichen Bezugszeichen wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendet worden sind, zeigen die Anordnung einer Lambdasonde 75, die in vorteilhafter Weise in nächster Nähe der Auslaßkanäle 5 die Zusammensetzung des Abgases wahrnehmen kann. Zu diesem Zweck befindet sich in dem unmittelbar an das Gehäuse 1 anschließenden Gehäuse 7 mit der Nachverbrennungseinrichtung 11 eine Bohrung 73» die über je einen Kanal 71 mit der öffnung 9 und je einen Kanal 72 mit der öffnung 10 in Verbindung steht, während in die Bohrung 73 die Lamdasonde 75 eingesetzt ist. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine besteht je nach Stellung des Steuerorgans entweder eine Verbindung von der öffnung 9 über den Kanal 71 und die Bohrung 73 sowie den Kanal 72 zur öffnung 10 oder umgekehrt, so daß stets ein Teil des Abgasstromes in die Bohrung 73 gelangt und die Lambcbsonde umspült. Der über die Lambdasonde geführte Teil des Abgasstromes ist infolge der Querschnitt der Kanäle Jl und 72 so gering, daß er in dem Betriebszustand, in dem der Abgasstrom über die Bypassleitung 12 strömt, keine schädlichen Auswirkungen auf die Nachverbrennungseinrichtung 11 haben kann. Um während der Kaltstartphase eine Abkühlung des Abgases auch an der Wandung des Kanales zu vermeiden, kann in diesem ebenfalls ein Wärmeschutzrohr 76 eingesetzt werden. Damit die Lambdasonde keiner übermäßigen Erwärmung ausgesetzt wird, ist zwischen dem Gehäuse 7 und dem Gehäuse 1 im Bereich der Lambdasonde 75 ein offener Belüftungskanal 77 vorgesehen.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.■ Brennkraftmaschine mit mindestens einem Auslaßkanal für den Ausschub der verbrannten Gase, welcher an der Außenfläche der Brennkraftmaschine endet und alternativ mit einer Nachverbrennungseinrichtung oder mit einer die Nachverbrennungseinrichtung umgehenden Bypassleitung in Verbindung bringbar ist, wobei ein temperaturabhängig geregeltes, die verbrannten Gase bei hoher Temperatur über die Bypassleitung und bei niedriger Temperatur über die Nachverbrennungseinrichtung leitendes Steuerorgan vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß an der Außenfläche (6, 6', 6") der Brennkraftmaschine (1, 1', 1", 33, 56) im Bereich des Auslaßkanals (5, 5', 5", 45, 55) ein Gehäuse (7, T , 7") angeordnet ist, das in seiner Anlagefläche (8, 8', 8") zur Brennkraftmaschine zwei öffnungen aufweist, von denen die eine öffnung (9, 9', 9") unmittelbar mit der Nachverbrennungseinrichtung (11, 11') und die andere öffnung (10, 10', 10") mit der Bypassleitung (12, 12') verbunden ist, daß der Auslaßkanal (5, 5', 5", 45, 55) in Strömungsrichtung zur Außenfläche (6, 6", 6") hin derart erweitert ist, daß er die öffnungen (9, 9', 9", 10, 10', 10") einfaßt, und daß das Steuerorgan (13, 13', 30, 30', 54) im Auslaßkanal (5, 5', 5", 45, 55) derart schwenkbar angeordnet ist, daß es den Auslaßkanal (5, 5', 5", 45, 55) in der ersten Stellung ausschließlich mit der einen öffnung (9, 9'» 9") und in der zweiten Stellung ausschließlich mit der anderen öffnung (10, 10', 10") in Verbindung bringt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan von einem rohrförmigen Einsatz (13, 13') gebildet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan von einer zwischen den beiden öffnungen (9, 9", 10, 10") gelagerten, in den Auslaßkanal (5", 45) hineinragenden Klappe (30, 30") gebildet ist.

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4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan von einem im Gehäuse (56) zwischen den toeiden öffnungen (9, lÖ) gelagerten Drehschieber (5*0 gebildet ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der rohrför.Tiige Einsatz (13» 1J5) ^a" seinem Schwenkpunkt in Spitzenlagern (37) gelagert und in einem Abstand vom Gchwenkpunkt mit einem Gestänge (21, 21 ^?) verbunden ist, das von einer im Gehäuse (1, 1') der Brennkraftmasehine gelagerten Welle (19, 19') über einen Hebel (20, 20') betätigbar ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (30') auf einer Welle (31*) befestigt is , die in dem an der Außenfläche (6") der Brennkraftmaschine angeordneten Gehäuse (7") gelagert ist.

7· Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (21, 21') und/oder die Welle (19, 19^r, 31) im Bereich des Kühlmantels der Brennkraftmaschine angeordnet ist.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (19") oberhalb des rohrförmigen Einsatzes (13') im Gehäuse (1') der Brennkraftmaschine angeordnet ist.

9· Brennkraftmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Hebel (2Ö, 20') und dem Gestänge {21, 21') von einem Federelemem gebildet ist.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement aus einem Federstift (*t6) besteht, der mit seinen beiden Enden am Hebel (20, 20') oder am Gestänge (21, 21 ^!) und in seinem mittleren Bereich mit dem Gestänge (21, 21') oder mit dem Hebel (20, 20') verbunden ist.

11. Brennkraftmasehine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der

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Hebel (20, 20') mit dem Gestänge ffcl, 21') über einen in einem Langloch(48) geführten Bolzen (47) verbunden ist, der Sich über je eine im Bereich der beiden Enden des tangloches (48) angeordneten Feder (50) gegen die Enden des Langloches (48) abstützt.

12. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Nachverbrennungseinrichtüng (11) enthaltenden Gehäuse (7) zwischen der einen öffnung (9) und der Nachverbrennungseinrichtung (11) ein mit der Wandung des Gehäuses (7) einen Hohlraum (24) bildender Isoliereinsatz (23) angeordnet ist.

13·.Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüehe, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Nachverbrennungseinrichtüng (11 ') enthaltenden Gehäuse (?') zwischen der öffnung (9^f) und der Nachverbrennungseinrichtung (11) eine auf die Mitte der Nachverbrennungseinrichtüng (11) gerichtete Leitwand (26) angeordnet ist, welche die Nachverbrennungseinrichtung (11) in zwei entgegengesetzt durchströmte Hälften (I4^ra, 14'b) teilt, und welche sowohl die zur Nachverbrennungseinrichtung (11) führende öffnung (9^f) als auch die in die Bypassleitung (12') mündende, aus der zweiten Hälfte (I4^rb) der Nachyerbrennungseinj-iehtung (11) herausführende Abgasleitung (16¹ ) begrenzt.

14. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (9, 9'» 9", 10, 10; ,10") durch einen Kanal (52) verbunden sind, in dem eine Lambdasonde (53) angeordnet ist. . .

8. Juli 1977
Co/tk, N/BLP