DE3617378C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachbrennluftzufuhrvor­ richtung für Auspuffgase bei Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Amspruches 1.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Einbau in Form einer hohlen Platte zum Einspritzen einer Anzahl Frisch­ luftströme seitlich in jeden Auspuffgasstrom durch einen planaren Dichtungsbereich des Einbaus, der zwischen dem Mo­ torblock und seinem Auspuffstutzen liegt. Frischluft wird unter Druck durch einen, eine Vorkammer bildenden Anfüllab­ schnitt in den Dichtungsabschnitt geführt. Die Einspritzung von Frischluft durch eine Anzahl Eingangsöffnungen, die einen erheblichen Abschnitt jedes Auspuffgasstroms umgeben, schafft ein verbessertes Nachbrennen gegenüber Systemen, welche Luft durch eine einzige Eingangsöffnung in jeden Aus­ puffgasstrom einspritzen. Die Frischlufteingangskanäle sind über einen relativ großen Bereich des Dichtungsabschnitts verteilt, der jede Auspufföffnung umgibt. Die Frischluft wird bei ihrem Durchstrom durch den Dichtungsabschnitt vor­ gewärmt, kühlt dabei einen Teil des Dichtungsabschnitts und bildet somit eine Teilwärmesperre an der Grenzfläche des Motorblocks und des Stutzens. Eine gewisse Vorwärmung tritt auch in dem Anfüllabschnitt auf, infolge seiner Anordnung in enger Nachbarschaft zu dem heißen Auspuffstutzen. Die In­ stallation wird außerdem vereinfacht, weil der Nachbrenner­ einbau keinerlei Mehrfachrohrverbindungen erfordert.

Allgemein gesagt, führt die Nachbrennluftzufuhrvorrichtung für Auspuffgas jedem Auspuffgasstrom einer Brennkraft­ maschine eine Anzahl Frischluftströme an einem Platz zwischen dem Auspuffstutzen und dem Motorblock zu. Sie ent­ hält einen Einbau mit einem hohlen Anfüllabschnitt und einem einstückig verbundenen planaren Dichtungsabschnitt, der eine oder mehrere Auspuffgasöffnungen umgibt. Sie ist hergestellt aus zwei Metallplattenkörpern und einem planaren Abstands­ halter. Der Abstandshalter ist sandwichartig zwischen dem Dichtungsabschnitt der Plattenkörper angeordnet und so aus­ gelegt, daß er Durchgangswege bildet, die sich von dem An­ füllabschnitt durch die Ebene des Abstandshalters zu den Auspuffgasöffnungen erstrecken. Frischluft wird unter Druck von einer entfernten Quelle zugeführt, die an einem Ende des Anfüllabschnitts des Ver­ teilerkörpers angeschlossen ist.

Eine derartige Nachbrennluftzufuhrvorrichtung ist aus der US-PS 36 30 031 bekannt. Bei ihr ist ein verhältnismäßig dickes Element zwischen den Metallteilen im Abgasöffnungs­ bereich angeordnet, worin die Kanäle eingeformt sind. Die Herstellung derartiger Teile ist aufwendig. Ihre Formgebung führt zu einer beträchtlichen Baugröße. Außerdem läßt der Wärmeübergang zwischen Vorrichtung und Frischluft noch zu wünschen übrig.

Aus der US-PS 22 95 436 ist eine weitere Nachbrennluftzufuhr­ einrichtung bekannt, bei der ein Frischluftverteiler über Zweigrohre mit einem Abstandshalter zwischen Zylinderkopf und Abgasrohren verbunden ist. Dabei wird der Frischluft­ strom dem Abgas durch einen Kanal zwischen Zylinderkopf und Abstandshalter zugeführt. Diese Konstruktion ist relativ auf­ wendig, insbesondere weil sie zur Ausbildung des Frischluft­ kanals einer innen gestuften Auslaßöffnung des Zylinder­ kopfes bedarf. Die Vorrichtung kann also nicht bei beliebi­ gen Brennkraftmaschinen nachgerüstet werden. Außerdem be­ dingt die Einspeisung des Frischluftstromes zwischen Zylin­ derkopf und Abstandshalter durch jeweils nur ein Zweigrohr eine relativ ungleichmäßige Einmischung in den Abgasstrom. Schließlich kommt das Frischgas erst kurz vor der Ein­ mischung in Kontakt mit relativ heißen Bereichen der Brenn­ kraftmaschine, so daß der Wärmeübergang noch zu wünschen übrig läßt.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende und einzubauende Nachbrennvor­ richtung für Brennkraftmaschinen zu schaffen, die eine bes­ sere Wärmeübertragung von der Umgebung in die Kanäle zur Abgasöffnung und umgekehrt zuläßt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des An­ spruches 1 angegeben.

Eine erfindungsgemäße Nachbrennluftzufuhrvorrichtung hat den Vorteil, daß die Begrenzungen der Kanäle, welche die Vor­ kammer mit der Abgasöffnüng verbinden, teilweise von den angrenzenden Flächen der Bauteile im Bereich der Abgas­ öffnung gebildet sind. Auf diese Weise kann eine sehr flache in den Abgasstutzen einzuflanschende Dichtungsanordnung ge­ bildet sein, über die die vom Motorblock kommende Wärme un­ mittelbar auf die Luft in den relativ engen Kanälen über­ tragen werden kann. Umgekehrt erfolgt auf diese Weise durch die eingetragene Frischluft auch eine verbesserte Kühlung im Bereich der Dichtungsanordnung. Überdies kann der Einbau des plattenartigen Nachbrenners auch die Stutzendichtung er­ setzen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen 2 bis 11 angegeben.

Die Nachbrennluftzufuhrvorrichtung und die von ihr gebotenen Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung in Verbin­ dung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Nachbrennluftzufuhrvorrich­ tung mit um eine Auspuffgasöffnung herum teilweise fortgebrochener Außenseite zur Darstellung der Frisch­ lufteingangskanäle,

Fig. 2 eine Bodenansicht von Fig. 1,

Fig. 3 eine Endansicht von Fig. 1 zur Darstellung der Nach­ brennerluftzufuhrvorrichtung an ihrem Einbauplatz zwischen fortgebrochenen Teilen eines Motorblocks und eines Auspuffstutzens,

Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht eines Endabschnitts des Abstandshalters zur Darstellung der radial ange­ ordneten Speichen in Verbindung mit einem Abbrech­ körper vor dem Einbau,

Fig. 5 einen weiteren vergrößerten Querschnitt nach den Linien 5-5 der Fig. 4 zur Darstellung der Abbrechnu­ ten.

Die Nachbrennerluftzufuhrvorrichtung 10, die in den Zeich­ nungen dargestellt ist, ist ausgelegt zur Anordnung zwischen dem Auspuffstutzen 12 und entsprechenden Abschnitten des Motorblocks 14, welcher die Auspufföffnungen 16 eines Mehr­ zylinderbrennkraftmotors enthält. Hinsichtlich der Funktion besteht die Vorrichtung aus einem hohlen Anfüllabschnitt, d. h. einer Vorkammer 18, zur Zufuhr von Frischluft und einem einstückig damit verbundenen planaren Dichtungsabschnitt 20. Sauerstoffreiche Luft wird dem Einlaß an dem linken Ende der Vorkammer 18 zugeführt und dann über durchgehende Kanäle 22 von der Vorkammer 18 zu einem großen Abschnitt des unteren Umfangs jeder Auspufföffnung 16 in dem Dichtungsabschnitt 20 weitergeleitet.

Die drei Hauptbestandteile der Nachbrennerluftzufuhrvorrich­ tung 10 enthalten einen plattenförmigen Bauteil 24 aus Me­ tallblech auf der Stutzenseite, einen ähnlichen Bauteil 26 auf der Motorblockseite und einen Abstandshalter 30, der sandwichartig zwischen den beiden Bauteilen 24, 26 in dem Dichtungsabschnitt 20 angeordnet ist.

Der Abstandshalter 30 umgibt die Auspufföffnungen 16 und hat im Grunde dieselbe Form, die eine übliche Stutzendichtung für den in Frage stehenden Motor haben würde.

Die Auspufföffnungen 16 sind in Größe und Form identisch und haben jeweils halbkreisförmige obere und untere Enden, die durch einen rechteckigen Mittelabschnitt von gleicher Breite getrennt sind. Die Kanäle 22, welche sich von der Oberseite der Vorkammer 18 durch den Abstandshalter 30 nach oben zu den halbkreisförmigen unteren Enden der Auspufföffnungen 16 erstrecken, sind um diese unteren Enden herum mit Abstand und radial mit Bezug auf sie angeordnet. In der dargestell­ ten Ausführungsform sind sieben Kanäle 22 für jede Auspuff­ öffnung 16 vorhanden. Diese Kanäle 22 sind durch sechs gleichmäßig beabstandete Speichen 32 gebildet, welche radial angeordnete Seiten und abgerundete Köpfe an den Plenumenden der Speichen 32 aufweisen. Es ist auch zu beachten, daß die Durchgänge auf der linken Seite jeder Auspufföffnung 16 dem Luftzufuhrende der Vorkammer 18 zugewendet sind und der oberste Kanal 22 auf der linken Seite jeder Auspufföffnung 16 in einer höheren Ebene liegt als der oberste Kanal 22 auf der rechten Seite (siehe Fig. 4). Dies ist möglich, weil auf der linken Seite der Auspufföffnungen 16 zusätzlicher Raum vorgesehen ist durch die versetzte Anordnung derselben nach rechts vom Mittelpunkt zwischen ihren jeweiligen Paaren von Lagerstiftöffnungen 36.

Vorzugsweise sind zum leichteren Einbau die hinteren oder inneren Enden der Speichen 32 anfangs mit einem Abbrechkör­ per 37 befestigt, der wiederum durch zwei abbrechbare Teile 38 in Form gegenüberliegender Finger an dem Abstandshalter 30 befestigt ist. Auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Abbrechkörpers 37 sind V-Nuten 40 längs Teillinien vorge­ sehen, die mit der Außenlinie des unteren Abschnitts jeder Auspufföffnung 16 zusammenfallen, so daß die Abbrechkörper 37 nach dem Einbau leicht und sauber entfernt werden können.

Der Abstandshalter 30 ist schichtartig zwischen den flachen Dichtungsabschnitten der Bauteile 24, 26 angeordnet, welche Auspufföffnungen 16 und Lagerstiftöffnungen 36 aufweisen, die in der Form denjenigen des Abstandshalters 30 ent­ sprechen. Die oberen Bereiche dieser Abschnitte haben dieselbe Umrißlinie wie die Oberteile und Enden des Abstands­ halters, während sich ihre unteren Bereiche über die radial angeordneten Speichen 32 des Abstandshalters zu der Vor­ kammer 18 erstrecken, die unmittelbar unter der Bodenkante des Abstandshalters 30 liegt. Die Abschnitte der Bauteile 24, 26 zwischen den Speichen 32 bilden die parallelen Wände der Kanäle 22. Unmittelbar unter der Linie, wo der Dichtungs­ abschnitt 20 in die Vorkammer 18 übergeht, befindet sich eine Winkelstufe, d. h. ein gekröpfter Abschnitt 42, welcher den verbleibenden unteren Bereich der Vorkammer 18 von dem parallelen Dichtungsabschnitt 20 nach außen in Richtung auf den Auspuffstutzen 12 versetzt (siehe Fig. 3). Vorzugsweise wird der Raum zwischen den Bauteilen 24, 26 der Vorkammer 18 durch eine schmale Stufe 44, die sich um die Außenseite der Vorkammer 18 des Bauteils 24 herum erstreckt, auf einer gleichmäßigen Dicke gleich der Dicke des Abstandshalters 30 gehalten. Die Höhe der Vorkammer 18 wird von einem Maximum an dem Luftzufuhrende links in Fig. 1 auf ein Minimum an dem geschlossenen Ende rechts in Fig. 1 reduziert. Luft wird unter Druck von einer entfernten Quelle (nicht gezeigt) in die Vorkammer 18 eingeführt, und zwar durch eine Frischluft­ leitung zu einem nasenartigen Verteilerabschnitt 46, der auf dem linken Ende des Bauteils 24 gelagert ist. Der Verteiler­ abschnitt 46 lenkt die in Längsrichtung strömende Eingangs­ luft seitlich ab und verteilt sie quer über das gesamte Eingangsende der Vorkammer 18. Es können zum Ausgleich der durch die Kanäle 22 an die Auspufföffnungen 16 herangeführ­ ten Luftmenge Leitbleche oder andere Vorrichtungen vorgese­ hen sein.

Vorzugsweise sind die Bauteile hergestellt aus rost­ freiem Stahl von angemessener Qualität, der in der Lage ist, der relativ ungünstigen Umgebung, der sie im Gebrauch ausgesetzt sind, zu widerstehen. Selbstverständlich könnten jedoch die Lehren dieser Erfindung auch mit anderen Materia­ lien als dem gegenwärtig bevorzugten rostfreien Stahl zur Ausführung gelangen.

Die relative Größe, Form und Anordnung der Bauteile der Nachbrennerluftzufuhrvorrichtung 10 sind von Bedeutung, wie auch ihre Anordnung zwischen dem Motorblock und dem Auspuff­ stutzen. Weitere bedeutende Merkmale bestehen in der Tat­ sache, daß eine Anzahl Frischlufteingangsöffnungen vorhan­ den sind, die mit jeder Auspufföffnung in Verbindung stehen, und diese Frischlufteingangsöffnungen sind um einen relativ großen Abschnitt des Umfangs jeder Auspufföffnung 16 ver­ teilt, vorzugsweise über wenigstens 40% desselben. Die Frischlufteingangsöffnungen haben einen rechteckigen Quer­ schnitt, wobei ihre längeren Dimensionen mit Bezug auf die Auspufföffnung 16 auf dem Umfang liegen. Die kürzeren Abmessungen der rechteckigen Öffnungen sind gleich der Dicke des Abstandshalters 30, die in der dargestellten Ausführungs­ form beispielsweise 2,286 mm beträgt. Der von allen Frisch­ lufteingangsöffnungen in dem Dichtungsabschnitt vorgesehene gesamte Öffnungsbereich ist größer als der Bereich des Frischlufteinlasses zum Anfüllabschnitt. Vorzugsweise ist er wenigstens 20% größer.

Mit Ausnahme eines Paares Gewindestifte 48 auf dem Verbin­ dungsflansch 50 des Lufteinlasses 52 für Frischluft sind alle Bestandteile der Nachbrennerluftzufuhrvorrichtung 10 in Stanzverfahren hergestellt. Die Bestandteile werden zusammengebaut durch Anordnung in ihrem entsprechenden Stellungen gemeinsam mit einem geeigneten Lötmaterial. Sodann werden sie in einen Lötofen eingeführt, wo sie unter einer Schutzgasatmosphäre zu einem geschlossenen Einbau miteinander versiegelt werden. Anschließend werden die Abbrechkörper 37 des Abstandshalters 30 aus den Auspufföffnungen 16 herausgeschlagen, und die Nachbrennerluftzufuhrvorrichtung 10 ist einbaubereit.

Claims (11)

1. Nachbrennluftzufuhrvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit zwei Bauteilen aus Metall, die als sandwichartige Dichtungsanordnung zwischen mindestens einem Abgas­ stutzen und mindestens einem zugeordneten Abgaskanal des Motorblocks, die Abgasöffnung umgebend, angeordnet sind und außerhalb der Abgasöffnung eine mit einer Luft­ versorgung verbundene Vorkammer bilden, einem zwischen den Bauteilen angeordneten, die Abgasöffnung mindestens teilweise umgebenden scheibenförmigen Element, durch das sich mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Kanäle er­ strecken, die die Vorkammer mit der Abgasöffnung ver­ binden, wobei die Bauteile aus Blech geformt sind, das scheibenförmige Element ein Abstandshalter zwischen den zwei Bauteilen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (30) an seinen flachen Außenflächen mit den Innenflächen der Bauteile (24, 26) verbunden ist, daß die Kanäle (22) teilweise von Innenwandflächen des Abstandshalters (30) und teilweise von angrenzenden Flächen der Bauteile (24, 26) gebildet sind, und daß ihre eine Abmessung gleich dem durch den Abstandshalter (30) bestimmten Abstand der angrenzenden Flächen der Bauteile (24, 30) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Vorkammer (18) bildende Abschnitt länglich ist und gegenüberliegende Enden aufweist, und ein Lufteinlaß (52) an einem Ende angeordnet ist und der Innenquer­ schnitt an diesem Ende größer ist als am anderen Ende.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß einen nasenartigen Verteilabschnitt (46) aufweist, der sich seitlich von der Vorkammer (18) fort erstreckt und der den eintretenden Luftstrom über das im Querschnitt größere Ende verteilt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (30) eine gleich­ mäßige Dicke aufweist.

5. Vorrichtung nach Ansprurch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Bauteile (24, 26) im Bereich der Vorkammer (18) eine dem Abstandshalter (30) entsprechende gleichmäßige Dicke aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandflächen des Abstands­ halters (30) von Speichen (32) gebildet sind, die an einem abbrechbaren Teil (38) geformt sind, das nach dem Einbau des Abstandshalters entfernt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abstandshalter (30) eintei­ lig geformt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung und die Vor­ kammer über einen gekröpften Abschnitt (42) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (22) radial angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Querschnitt der Kanäle (22) an dem der Vorkammer (18) zugekehrten Ende größer ist als an dem der Abgasöffnung (16) zugekehrten Ende.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der wirksamen Querschnitte der Kanäle (22) an dem der Abgasöffnung (16) zugekehr­ ten Ende größer ist als der wirksame Querschnitt des Lufteinlasses (52).