DE3804559A1 - Eintrittstrichter fuer von gas durchstroemte vorrichtungen - Google Patents

Eintrittstrichter fuer von gas durchstroemte vorrichtungen

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Description

Die Erfindung betrifft einen Eintrittstrichter für von Gas durchströmte Vorrichtungen, der vorzugsweise aus zwei verschweiß­ ten Halbschalen gebildet ist und der von einem Anfangsquerschnitt mit zumindest annähernd gleicher Weite in zwei zueinander recht­ winklig stehenden Richtungen, vor allem von einem Kreisquer­ schnitt, stetig in einen wesentlich größeren Endquerschnitt unterschiedlicher Weite in diesen beiden Richtungen, vor allem in einen ovalen Querschnitt übergeht und an wenigstens näherungs­ weise gegenüberliegenden Stellen des Trichtermantels mindestens eine Eindellung aufweist.
Beispiele für derartige Vorrichtungen sind Filter, Schalldämpfer, Brennkammern oder Einrichtungen zur katalytischen Reinigung von Abgasen, vorzugsweise aus Brennkraftmaschinen.
Die Erfindung geht von einer Einrichtung gemäß der DE-OS 31 20 212 aus, in der ein gattungsgemäßer Eintrittstrichter beschrieben ist.
Insbesondere bei Einrichtungen für die katalytische Reinigung von heißen Abgasen aus Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen tritt bei den bekannten Einrichtungen eine erhebliche Belästigung der Umgebung durch Körperschallabstrahlung auf.
Es sind ferner bereits Einrichtungen bekanntgeworden, bei denen strömungsteilende oder -lenkende Bauelemente im Einlaß zum Eintrittstrichter oder bei Anordnungen zur katalytischen Reini­ gung von Abgasen aus Fahrzeugmotoren unmittelbar vor dem anzu­ strömenden Monolith angeordnet sind. Solche Strömungsteiler sind ferner bei Abgasanlagen für Fahrzeuge bekannt. so zeigt die DE-OS 28 11 651 eine Einrichtung, ebenfalls bei einer Ab­ gasreinigungsanordnung für Fahrzeuge, bei welcher die Ein­ dellung bis in die Trennebene gezogen ist, so daß sich dort ein vom heißen Abgas umströmter Abschnitt bildet. Diese An­ ordnung hat jedoch den Nachteil, daß infolge des Staues des heißen Abgases an der Umströmstelle unter ungünstigen Betriebs­ bedingungen eine Überhitzung und damit ein Durchbrennen auf­ treten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Eintrittstrichter der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß ein wirksamer Schutz gegen Körperschallabstrahlung bei einer geringeren thermi­ schen Belastung gegeben ist und ferner eine Vergleichmäßigung des Abgasstromes bewirkt wird, und daß ferner bei dessen Verwendung bei Einrichtungen zur katalytischen Reinigung von Ottomotorabgasen der Anschluß einer λ-Sonde möglich ist.
Diese Aufgabe wird in besonders einfacher Weise dadurch gelöst, daß die Eindellungen in den beiden Halbschalen derart angebracht sind, daß sie an der tiefsten gegenüberliegenden Stelle einen Abstand zueinander aufweisen und in diesem Bereich eine Aus­ nehmung mit einem Umströmelement angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann sowohl die Abgasführung den räumlichen Gegeben­ heiten durch das Umströmelement angepaßt werden, wie z.B. Größe und Form des Monolithen und dabei gleichzeitig ein Schutz gegen den Körperschall, der durch das impulsartige Anströmen des Abgases und ein Mitschwingen der metallischen Teile des Ein­ trittstrichters ensteht, erreicht werden und zugleich infolge besserer Ableitung der Wärme über das Umströmelement ein Schutz gegen zu hohe thermische Belastung, insbesondere im Bereich der Eindellungen erzielt werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß das Umströmelement eine der gewünschten Strömungsverteilung des anströmenden Abgases entsprechende Form aufweist. So kann es sich um eine in Strömungsrichtung des Abgases ovale Form handeln oder um eine tropfenförmige Ausgestaltung. Hierbei sind an dem Umströmteil des Umströmelementes ein oberer und ein unterer Zapfen angeformt, die in die entsprechende Ausneh­ mung der Eindellung reichen und dort fest verbunden sind. Der Umströmteil kann dabei massiv oder aus zwei Halbschalen gebildet sein, wobei im letzteren Fall die Haltezapfen mit angeformt sein können. Es kann so in besonders einfacher Weise die jeweils optimale Anströmung des nachfolgenden Abschnittes, z.B. ein Filter oder ein Monolith, erreicht werden.
Es hat sich gezeigt, daß insbesondere in den Fällen, bei denen es sich vorrangig um die Verhinderung des Körperschalles handelt, es möglich ist, daß das Umströmelement an der Aus­ nehmung angeformt ist. Hierbei wird der innere Rand der Aus­ nehmung weiter nach innen gezogen, so daß sich beim Zusammenbau der beiden Halbschalen diese nach innen gezogenen Abschnitte aufeinander - oder ineinander - setzen und dann miteinander un­ lösbar z.B. durch Schweißen verbunden werden. Die Ausnehmung ist hierbei nicht auf einen runden Querschnitt begrenzt, sie kann auch oval oder von anderem Querschnitt sein, so daß das nach Form gewünschte Umströmelement durch das Nachinnenziehen gebildet wird.
Es hat sich gezeigt, daß es insbesondere bei Anlagen für die Behandlung von Abgasen aus Fahrzeugmotoren mit Diesel- oder Benzinbetrieb ausreichend ist, wenn das Umströmelement ein zylindrischer Bolzen ist, der in die Ausnehmung der Ein­ dellung eingesetzt und mit dieser fest verbunden ist. Anstelle des Bolzens kann dabei auch, insbesondere bei höherer thermi­ scher Belastung, ein Hohlzylinder eingesetzt sein. In beiden Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Außenkontur des Umströmele­ mentes, also des Bolzens oder des Hohlzylinders, eine Ein­ schnürung zur besseren Strömungsleitung aufweist.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand der gegenüberliegenden Eindellungen an der Stelle der Ausnehmung etwa ein Drittel des Durchmessers des Eintrittstrichtereingangsrohres beträgt. Durch diese Dimensionierung wird für die meisten Anordnungen das Optimum für die Umströmung bei besonders guter Körperschallverhinderung und guter Wärmeabfuhr erreicht. Die Eindellung liegt dabei be­ sonders günstig im Bereich der Mitte des kegelförmigen Teiles des Eintrittstrichters.
Derartige Eintrittstrichter werden auch für Einrichtungen zur katalytischen Reinigung der Abgase von Ottomotoren mittels Dreiwegkatalysatoren verwendet. Diese Katalysatoren arbeiten infolge des parallelen Ablaufes von Oxydations- und Reduktions­ prozessen optimal nur in einem engbegrenzten λ-Bereich (λ= 0,99 bis 1,0), dem sogenannten λ-Fenster. Daher verlangen diese Ein­ richtungen die Anordnung einer λ-Sonde. Diese ist ein figürlich einer Zündkerze ähnelndes Regelelement, das von dem Abgas beauf­ schlagt ist und mit der Steuerautomatik zur Gemischaufbereitung verbunden ist. Eine Weiterführung der Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, daß das Umströmelement zur Aufnahme einer λ-Sonde ausgebildet ist. Hierdurch wird erreicht, daß der erfindungs­ gemäße Eintrittstrichter wesentlich vielseitiger verwendbar ist, d.h. aber auch, daß solche Eintrittstrichter unabhängig vom späteren Verwendungszweck - ob für die Reinigung von Abgasen aus Diesel- oder Ottomotoren oder für einfache Schalldämpferanlagen, also solche ohne Abgasreinigungseinrichtungen - auf Lager gehal­ ten und daher in großen Stückzahlen gefertigt werden können. Es hat sich außerdem gezeigt, daß diese Einbaustelle des Umström­ elementes die günstigste Stelle auch zum Einbau der λ-Sonde ist, und daß andererseits die λ-Sonde wesentlich zur Verhinderung der Körperschallübertragung bzw. zu deren Entstehung beiträgt. Für den Einbau der λ-Sonde weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Umströmelement in seiner Längsachse eine ein­ seitig verschlossene Bohrung mit einem Gewinde zumindest im oberen Abschnitt auf, ferner eine hierzu rechtwinklig angeord­ nete, zur Längsachse des Katalysatorgehäuses verlaufende Durch­ gangsbohrung sowie eine weitere senkrecht zur Durchgangsbohrung verlaufende Bohrung, welche die dem anströmenden Abgas abgewandte Seite des Umströmelementes durchdringt. Mit dieser Ausgestaltung wird überraschenderweise eine günstige Beaufschlagung der λ-Sonde erreicht, die bei den bekannten Einrichtungen zur katalytischen Abgasreinigung immer frei in das Abgasrohr ragend angeordnet ist. Durch die Anordnung der senkrecht zur Längsachse des Umström­ elementes und um 90° gegeneinander versetzten Bohrungen, von denen die eine eine Durchgangsbohrung und die andere nur die dem anströmenden Abgas abgewandte Wand durchdringende Bohrung ist, wird diese günstige Beaufschlagung erreicht.
ln den Zeichnungen ist das Ausführungsbeispiel vereinfacht und schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Abgas­ anlage eines Fahrzeuges
Fig. 2 einen Querschnitt an der Stelle II-II
Fig. 3 bis 5 Varianten des Umströmelementes
Fig. 6 und 7 das zur Aufnahme einer λ-Sonde ausgebildete Umströmelement.
In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel ein Teil einer Abgas­ leitung eines Kraftfahrzeuges mit Mitteln zur katalytischen Reinigung der Abgase dargestellt. Diese Anordnung besteht aus einem Eintrittsrohr 1, an das sich der aus zwei Halb­ schalen gebildete Eintrittstrichter 2 mit seiner Eindellung 3 anschließt. Dieser Eintrittstrichter 2 stellt die Verbin­ dung her zu dem Katalysatorgehäuse 4, das einen ovalen Quer­ schnitt aufweist und einen katalytisch beschichteten Mono­ lithen 5 umschließt, der durch ein seine Stirnkanten um­ greifendes Gestrick 6 aus hochlegiertem rostfreiem Stahl mittels der am Umfang des Gehäuses 4 vorgesehenen umlaufenden Einprägung 7 gehalten wird. Bei zwei hintereinander angeord­ neten Monolithen 5 sind diese durch eine Einschnürung 8 im Gehäuse 4 getrennt. Mit 9 ist die verschweißte Trennfuge der beiden Gehäusehalbschalen bezeichnet. Wie in der DE-OS 31 30 212 beschrieben, dient die Eindellung 3 der Strömungsleitung des Abgases. Erfindungsgemäß ist die Eindellung nicht bis zur Be­ rührung der beiden Flächen eingezogen, sondern weist einen Ab­ stand von vorzugsweise einem Drittel des Durchmessers des Ein­ trittsrohres 1 auf. An der engsten Stelle, die sich etwa im Bereich der Mitte des Eintrittstrichters befindet, ist eine Ausnehmung 10 eingebracht. In dieser Ausnehmung ist das Umström­ element 11 eingesetzt oder angeformt. Nach den Fig. 1 und 2 ist das Umströmelement 11 als Hohlzylinder ausgebildet und mittels der Verschweißung 14 in dem Randbereich der Ausnehmung 10 be­ festigt. ln Fig. 5 ist eine erste Variante dargestellt, nach welcher die Ränder der Ausnehmung 10 nach innen gezogen sind und verschweißt das Umströmelement 11 bilden. Wie dargestellt, können dabei die beiden Eindellungen 3 mit um eine Material­ stärke unterschiedlichem Durchmesser nach innen gezogen sein, so daß sie sich überlappen und so das Umströmelement 11 bilden. Es können auch gleiche Durchmesser sein, so daß die "Stutzen" aufeinander sitzen und dann verschweißt werden.
Nach Fig. 3 ist das Umströmelement 11 aus einem Ronrstück ge­ bildet, das eine Einschnürung 13 aufweist. Mit den zylindrischen Abschnitten 12 ist dieses Element im Trichter durch Schweißung fest verbunden.
ln Fig. 4 ist eine weitere Variante dargestellt, bei welcher das Umströmelement 11 Tropfenform aufweist und mit angeformtem zapfenartigen Ansatz 12 in einer entsprechend ausgebildeten Ausnehmung des Eintrittstrichters angeordnet und durch Ver­ schweißung 14 fest verbunden ist. Im dargestellten Beispiel ist das Umströmelement 11 zweischalig ausgebildet, wobei die beiden Halbschalen in der Trennebene verschweißt sind.
In den Fig. 6 und 7 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung des Umströmelementes 11 zur Aufnahme einer nur strichpunktiert angedeuteten λ-Sonde dargestellt. Hier­ bei weist das Umströmelement 11 in seiner Längsachse eine nicht durchgehende Bohrung 15 auf. Diese kann entweder als Sackloch oder als Durchgangsbohrung mit einem einseitigen Verschluß oder Stopfen ausgebildet sein. Diese Bohrung 15 ist in ihrem oberen Abschnitt mit einem Gewinde 18 versehen, in das die in die Boh­ rung 15 ragende λ-Sonde eingeschraubt wird. Falls der Eintritts­ trichter nicht für eine Einrichtung, die eine λ-Sonde verlangt, vorgesehen ist, kann in das Gewinde 18 ein Verschlußstück ein­ geschraubt werden. lm rechten Winkel zu dieser Bohrung 15 im Bereich der Mitte des Umströmelementes 11 ist eine weitere Boh­ rung 16 angeordnet, und zwar als Durchgangsbohrung, so daß das den Umströmkörper 11 umströmende Abgas die in der senkrecht zu dieser Bohrung 16 verlaufende Bohrung 15 eingebrachte λ-Sonde beaufschlagen kann. lm rechten Winkel zu dieser Bohrung 16 ist schließlich noch eine weitere Bohrung 17 in der gleichen Ebene eingebracht, die jedoch nur die dem anströmenden Abgas abge­ wandte Seite des Umströmelementes 11 durchdringt und in der Bohrung 15 bzw. 16 mündet. Durch diese Bohrung 17 kann das die λ-Sonde beaufschlagende Abgas wieder in Achsialrichtung des Katalysators abfließen. Zur Verbesserung der Strömungsführung können die Bohrungen 16 und 17 auch düsenartig ausgebildet sein, z.B. durch einfaches Anschrägen der jeweiligen Außenkanten. Dabei kann es vorteilhaft sein, anstelle der Durchgangsbohrung 16 zwei gegenüberliegende, die Wand des Umströmelementes 11 durchdringende Bohrungen vorzusehen, die jeweils unter einem gleichen Winkel leicht schräg gebohrt sind, wobei der Schnitt­ punkt der Mittellinien der beiden Bohrungen stromabwärts auf der Längsachse des Eintrittstrichters liegt. Bevorzugterweise beträgt der von den beiden Mittellinien gebildete Winkel 60° bis 120°, vorzugsweise 90°.

Claims (10)

1. Eintrittstrichter für von Gas durchströmte Vorrichtungen, der vorzugsweise aus zwei verschweißten Halbschalen ge­ bildet ist und der von einem Anfangsquerschnitt mit zu­ mindest annähernd gleicher Weite in zwei zueinander recht­ winklig stehenden Richtungen, vor allem von einem Kreis­ querschnitt, stetig in einen wesentlich größeren Endquer­ schnitt unterschiedlicher Weite in diesen beiden Richtungen, vor allem in einen ovalen Querschnitt übergeht und an wenig­ stens näherungsweise gegenüberliegenden Stellen des Trichter­ mantels mindestens eine Eindellung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindellungen (3 a, 3 b) in den beiden Halbschalen derart angebracht sind, daß sie an der tiefsten gegenüberliegenden Stelle einen Abstand zu­ einander aufweisen und in diesem Bereich eine Ausnehmung (10) mit einem Umströmelement (11) angeordnet ist.
2. Eintrittstrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umströmelement (11) eine der gewünschten Strömungs­ verteilung entsprechende Form aufweist.
3. Eintrittstrichter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Umströmelement (11) aus einem gut wärmeleitenden Material besteht.
4. Eintrittstrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umströmelement (11) mit dem Ausneh­ mungsrand fest verbunden ist.
5. Eintrittstrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umströmelement (10) an der Ausnehmung (10) angeformt ist.
6. Eintrittstrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umströmelement (11) ein die Ausneh­ mung durchdringender Bolzen ist.
7. Eintrittstrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umströmelement (11) ein die Ausneh­ mung (10) durchdringender Hohlzylinder ist.
8. Eintrittstrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der gegenüberliegenden Ein­ dellungen (3 a, 3 b) etwa 1/3 des Durchmessers des Eintritts­ rohres (1) beträgt.
9. Eintrittstrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Umströmelement (11) zur Auf­ nahme einer λ-Sonde ausgebildet ist.
10. Eintrittstrichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Umströmelement (11) in seiner Längsachse eine ein­ seitig verschlossene Bohrung (15) mit einem Gewinde (18) zumindest im oberen Abschnitt aufweist, ferner eine hierzu rechtwinklig angeordnete, quer zur Längsachse des Katalysa­ torgehäuses (4) verlaufende Durchgangsbohrung (16) sowie eine weitere, senkrecht zur Bohrung 16 verlaufende Bohrung (17), welche die dem anströmenden Abgas abgewandte Seite des Umströmelementes (11) durchdringt.
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