DE1942227A1 - Auspuffanlage fuer mehrzylindrige Brennkraftmaschinen,insbesondere fuer Boxermotoren - Google Patents

Auspuffanlage fuer mehrzylindrige Brennkraftmaschinen,insbesondere fuer Boxermotoren

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DE1942227A1 DE19691942227 DE1942227A DE1942227A1 DE 1942227 A1 DE1942227 A1 DE 1942227A1 DE 19691942227 DE19691942227 DE 19691942227 DE 1942227 A DE1942227 A DE 1942227A DE 1942227 A1 DE1942227 A1 DE 1942227A1
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Description

  • Auspuffanlage für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen, insbesondere für Boxermotore Zusatz zu Patent .(DAS 1 299 649) Die erfindung betrifft eine Auspuffanlage fUr mehrzylindrige Brennkraftmaschinen, insbesondere für vier oder mehrzylindrige Boxermotoren mit für jeden Zylinder :um Auspuffschalldämpfer geführten Abgasrohren, deren Längen zwischen Motor und Schalldämpfer verschieden groß sind, wobei diese Auspuffanlage gleichzeitig die Funktion des Schalldämpfers und des Abgasentgifters in einer Baueinheit übernimmt, nach Patent ....... (DAS 1 299 649).
  • Dar Erfindung iegt die Aufgabe zugrunde deranige Auspuffanlagen so weiter auszubilden und in ihrer Wirkung zu unterstützen, dass gleichzeitig mit einer erhöhten Schalldämpfung und einer Verbesserung der Abgasentgiftung auch bei großer Kälte eine wirksame Heizungsanlage sowohl für den Insassen als such Motorenraum des Kraftfahrzeuges geschaffen wird.
  • Bekanntlich spielen bei Kraftfahrzeugen neben den Problemen der 1. Abgasentgiftung, 2. Schalldämpfung, die besonders für die Umwelt außerhalb des Kraftfahrzeuges von Bedeutung sind, auch die 3. Innenraumheizung und 4. Kaltstartmöglichkeit des Motors eine große Rolle.
  • Zu Punkt 1: Abgasentgiftung - wird zunächst auf die DAS 1 299 649 in Verbindung im Bauweisen für katalytische Nachbrenner verwiesen, wie diese in der deutschen Patentschrift 1 235 955, der DAS 1 301 337 und der deutschen Patentanmeldung P 14 76 510. 7 beschrieben sind.
  • Danach ist es von besonderer Wichtigkeit, dass der durchlaufende Abgasstrom durch die katalytisch wirkenden Nachbrenner aufgesteilt wird, und zwar in einen Umlauf- und einen Durchlaufstrom, wobei der Umlaufstromanteil zu dem Durchlaufstromanteil gleichsinnig oder auch gegenläufig sein kann.
  • Zu Punkt 2: Schalldämpfung - ist grundlegung zu vermerken, dass beim Durchströmen des Abgases durch den katalytisch wirkenden Nachbrenner, der mit Katalysatorteilchen wählbarer stereometrischer Form erfüllt ist, eine Umwandlung der Strömungsform des Abgasstromes stattfindet. Die ankommende Impulsströmung aus dem Auslaßventil des Motors wird in eine Wirbelströmung mit geänderter Frequenz umgewandelt.
  • Hierzu sind in der deutschen Patentanmeldung P 17 72 417. 3 entsprechende Vorschläge gemacht.
  • Die akustische Wirkung hierbei ist die, dass das Abgassystem weitgehendst interferrenzfrei ist, umso mehr, als die verschiedenen Längen der Abgasrohre keinen wesentlichen Einfluß mehr ausüben können. Die akustische Dämpfung erfolgt weitgehendet durch Beugung, Reflexion und Absorption. Die Katalysatorteilchen als Absoprtionsmittel sind deshalb besonders geeignet, weil sie sich stets selbst frei brennen.
  • Zu Punkt 3: Innenraumheizung - ist zu vermerken, dass es an sich bekannt ist, katalytische Nachbrenner in den Auspuffrohren einzelner Motorzylinder als Heizquelle für die Wageninnenluft vorzusehen, wobei allerdings durch Rückstauwirkungen ein Leistungsverlust in den betreffenden Motorzylindern bisher nicht vermeiden werden konnte.
  • Zu Punkt 4: Kaltstartmöglichkeit des Motors - ist zu vermerken, dass die Aufheizung des Motorraumes von Wichtigkeit ist. Hierzu wurde bisher die Auspuffwärme allein herangezogen, deren Temperaturen aber beim Leerlauf des Motors ca. 250° bis 300°C, und bei Vollgas ca.
  • 450° bis 500°Cbei normalen Motoren betragen.
  • Eine Verbesserung der Motorraumheizung ist daher insbesondere bei tiefen Außentemperaturen dringend notwendig.Nach der Erfindung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Auspuffanlage für mehrzylinderige Brennkraftmaschinen, insbesondere für Boxermotoren, bei welcher in Kammern mit allseitigem Abstand Behälter angeordnet sind, die mit sowohl zur Abgasentgiftung, als auch zur Schalldämpfung dienenden Katalysatorteilchen gefüllt sind, nach Patent ..... (DAS 1 299 649), mindestens drei solcher Kammern vorgesehen sind, wobei zwei Kammern für jeweils ein Motorzylinder-Abgasrohr zusätzlich als Wärmetauscher für Raumheizung dienen, während die dritte Kammer als Sammler der Abgase aus allen Motorzylinder-Abgasrohren und als Entgiftungsvorrichtung für denunentgifteten Abgasanteil ausgebildet ist, wobei die Katalysatorbehälter der Entgiftungsvorrichtung gleichzeitig auch als Absorptionsschalldämpfer dienen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und zwar zeigen schematisch Fig. 1 eine Auspuffanlage, Teil-Fig. 2 einen /Längsschnitt durch einen der Abgasentgiftung, Schalldämpfung, Innenraumheizung und Kaltstartmöglichkeit des Motors dienenden Wärmetauscher, etwa entlang der Linie II - II der Fig. 3.
  • Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2 Fig. . 5 einen Teillängsschnitt durch einen katalytischen Schalldämpfer, Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt, werden zwei katalytisch wirkende Wärmetauscher 27, 28 seitlich der Motorzylinder (@Z) I und III angeordnet.
  • Der innere Aufbau eines katalytisch wirkenden Wärmetauschers ist in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt und hat die Merkmale des DBP l 253 955, der DAS 1 301 337 sowie der deutschen Patentanmeldung P 14 76 515. 2. d.h. der Abgasstrom wird in einen Umlaufstomanteil und einen Durchlaufstromanteil aufgeteilt, wobei der Umlaufstromanteil gleichsinnig verläuft. Von besonderer Bedeutung ist die Dichtheit der Konstruktionsteile zueinander, da sonst die Insassen des Kraftfahrzeuges durch ein Abgas-Luftgemisch gefährdet würden.
  • Aus Sicherheitsgründen wird daher der Außenbehälter 30 für den Katalysatorbehälter 40 dickwandig, vorzugsweise aus Stahlguß hergestellt, wobei der Stahlguß eine Warmfestigkeit von ca. 900° bis 1000°C haben muß. Dieser Außenbehälter 30 wird je nach Einbaufreiheit mit einer auf dem vollen oder nur teilweisen Umfange angeordneten Verrippung 31 versehen, um die Oberfläche zur Aufheizug der Luft zu vergrößern. Der Außenbehälter 30 wird geteilt ausgeführt. Dazu dient ein Deckelflansch 32, der mit mehreren fingerähnlichen Zapfen 33 versehen ist, die zur Lagerung des Katalysatorbehälters 40 dienen. Im Inneren des Außenbehälters 30 sind mehrere, vorzugsweise drei höckerartige Lagerstellen 34 für den Katalysatorbehälter vorgesehen.
  • Der Katalysatorbehälter 40 hat im kalten Zustand zu den Lagerstellen 34 ein Spiel 35, um Wärmeausdehnungen ohne Verklemmungen zu ermöglichen.
  • Zwischen dem Außenbehälter 30 und dem Deckelflansch 32 wird ein Dichtungsring 36 vorgesehen. Außerdem können die Stehbolzen 37 mit einem Dichtgewinde nach DIN 13 und 14 versehen werden.
  • Mit dieser Bauweise des katalytischen Wärmetauschers ist die Dichtheit und damit die Betriebssicherheit hergestellt. Der Außenhehälter 30 hat eine dünnwandige, vorzug@weise aus Blech bestehende Umhüllung 41 die auch in geteilter Schalenform her gestellt sein kann.
  • Diese nichtisolierte Blechverkleidung 41 gibt durch den Einbau der katalytisch mit Betriebstemperaturen von 700° bis 870°C wirkenden Wärmetauscher 27b 28 Wärme mit hohem Temperaturgefälle zum Motorenraum ab, womit das Kaltstartverhalten des Motors verbessert wird.
  • Der Vorteil der Anordnung katalytisch wirkender Wärmetauscher an den Motorzylindern MZ I und MZ III ist der, dass der Katalysatorbehälter 40 unmittelbar in der Nähe der Abgasrohre l, 3 fUr den Abgasstrom 50 der Motorzylinder I, III sitzt und schon im Leerlauf des Motors mit einem Abgasstrom von cs. 250°C beaufschlagt wird.
  • Da die Katalysatormassen, die für eine Abgasentgiftung von Brennkraftmaschinen infrage kommen, bereits bei ca. 180° bis 200°C wirksam werden, setzt sowohl die oxydative und gegebenenfalls auch reduktive Entgiftungswirkung auf die Abgase ein , wobei auch die Aufheizung des am Außenbehälter 30 außen vorbeistreichenden Luftstromes 60 reassch bewirkt wird.
  • Durc@@@@ vorgeschalteten Wärmetauscher 27, 28 wird bereits der Abgasstromanteil aus den Zylindern MZ I und MZ III entgiftet und kann dem Inneren des nachgeschalteten Schalldämpfers 29 direkt zugeführt werden.
  • Der Abgasstromanteil aus den Zylindern MZ II und MZ IV wird durch die Katalysatorbehälter 42, 43, die im Inneren des Schalldämpfers 29 angeordnet sind, entgiftet.
  • Die Abgasrohre 2 und 4 von den Zylindern MZ II und MZ IV, wie auch die Abgasrohre 1 und 3 aus den Motorzylindern MZ I und MZ III über die Wärmetauscher 27, 28, münden in die Kopfenden 80 des Schalldämpfers 29 ein. Die Kopfenden 80 werden vorteilhafterweise als getrennte Bauteile ausgebildet, so dass der Schalldämpfer 29 nur noch ein durch die Flansche 81, 82 abgetrenntes Mittelteil 83 ist.
  • In dieses Mittelteil 83 werden die beiden Katalysatorbehälter 42, 43 in ähnlicher Weise, wie in der DAS 1 299 649 beschrieben, eingebaut. Zu diesem Zweck besitzt das Mittelteil 83 Abschlussscheiben 84. In diesen Abschlußscheiben 84 sind für den entgifteten Abgasstromanteil aus den Abgasrohren 1 und 3 Öffnungen 85 und für den umentgrifteten Stromanteil aus den Abgasrohren 2 und 4 Öffnungen 86 vorgesehen.
  • Diese Öffnungen 86 führen in den durch den Innenmantel 17 gebildeten Kanal 87 der Katalysatorbehälter 42, 43, wohingegen die Öffnungen 85 unmittelbar in den Innenraum 88 des Schalldämpfers 83 führen.
  • Die beiden Katalysatorbehälter 42 und 43 werden durch ein die Umlaufstrommenge bestimmendes gelochtes Passrohrstück 89 zu einer Baueinheit verbunden, wobei eine Längsverschiebung der Katalysatorbehälter 42, 43 durch Querstützen 90 verhindert wird.
  • Das Passrohrstück 89 ist eingelagert in eine Stützringscheibe 91, die darüber hinaus eine Verbindungsöffnung 92 besitzt, um u.a.
  • einen Druckausgleich für die beiderseitig entgegenströmenden Abgasströme aus den Zylindern MZ I und MZ II bzw. MZ III und MZ IV zu bewirken.
  • Bei dieser Bau@rt kann auf eine Querwand, wie z.B. Teil 25 des Hauptpatentes verzichtet werden.
  • Die in den Katalysatorbehältern 40, 42 und 43 eingelagerten Katalysatormassenteilchen unterliegen einem natürlichen Abrieb, der sich aus den Fahrbeanspruchungen herleitet. Diese betragen erfahrungsgemäß 2 bis 3 g. Zum Ausgleich dieses Abriebs wird der Innenkanal 17 in den Katalysatorbehälter 40, 42, 43 exzentrisch zum Außenmantel 18 so eingelagert, dass bei einem entstandenen Abrieb die Durchlaufstrecke im Katalysatorbett etwa erhalten bleibt.
  • Die so entgrifteten Abgase strömen aus den beiden Rohrstutzen 12 ins Freie.

Claims (18)

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Auspuffanlage für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen, insseitigem Abstand Behälter angeordnet sind, die mit sowohl zur Abgasentgiftung, als auch zur Schalldämpfung dienenden Katalysatorteilchen gefüllt sind, nach Patent ........
(DAS 1 299 649), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei solcher Kammern vorgesehen sind, wobei zwei Kammern (27, 28) für jeweils ein Motor-zylinder-Abgasrohr (1,3) zusätzlich als Wärmetauscher für Raumheizung dienen, die dritte Kammer (29) dagegen als Sammler der Abgase aus allen Motorzylinder-Abgasrohren (1, 2, 3, 4) und Entgriftungsvorrichtung für den unentgifteten Abgasanteil ausgebildet ist, wobei die Katalysatorenbehälter (42, 43) der Entgiftungsvorrichtung gleichzeitig auch als Absorptionsschalldämpfer dienen.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (27, 29) die gleichzeitig als Wärmetauscher dienen, so ausgebildet sind, dass der Abgasstrom (50) in einen Umlaufstrom (51) und einen Durchlaufstrom (52) aufgeteilt wird, wobei der Umlaufstromanteil (51) gleichsinnig in Richtung des Durchlaufstroms (52) verläuft.
3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (27, 28) zur Einlagerung eines Katalysatorbehälters (40) einen dickwandigen Außenbehälter (30) vorzugsweise aus Stahlguss mit einer Warmfestigkeit von ca. 900° bis 1000° C, enthalten.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenbehälter (30) je nach Einbaufreiheit mit einer auf dem ganzen oder teilweisen Umfang angeordneten Verrippung (31) versehen ist.
5. Anlage nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenbehälter (30) mit einem Deckelflansch (32) versehen ist, der mehrere fingerähnliche @apfen (33) zur Lagerung des Katalysatorbehälters (40) aufweist.
6. Anlage nach Anspruch 1 bil3 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Außenbehälters (30) mehrere, vorzugsweise drei, höckeratige Lagerstellen (34) für den Katalysatorbehälter (40) vorgesehen sind.
7. Anlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorbehälter (40) im kalten Zustand zu den Lagerstellen (34) ein Spiel (35) aufweist.
8. Anlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenbehälter (3n) und dem Deckelflansch (32) ein Dichtungsring (36) vorgesehen ist.
9. Anlage nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das im Außenbehälter (30) Stehbolzen (37), vorzugsweise mit einem Dichtgewinde nach DIN 13 und DIN 14 versehen, eingeschraubt sind, zur Befestigung des Deckelflansches (32).
10. Anlage nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, da der Außenbehälter (30) eine dünnwandige, vorzugsweise aus Blech bestehende nichtisolierte Umhüllung (41) erhält, die auch in getellter Schalenbauweise hergestellt sein kann.
11. Anlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (29) zwei Katalysatorenbehälter (42, 43) aufweist.
12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorenbehälier (42, 43) der dritten Kammer (29) form-und inhaltsgleich, d.h. austauschbar mit den Katalysatorbehältern (40) der beiden anderen Kammern (27, 28) sind.
13. Anlage nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (29) aus einem Mittelteil (83) und zwei Kopfenden (80) besteht, die durch Flansche (81, 82) unter Zwischenschaltung eines Dichtringes (70) lösbar miteinander verbunden sind.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (83) der dritten Kammer (29) mit Abschlußscheiben (84) versehen ist, die Öffnungen (85, 86) für den Durchlauf der Abgaseströme au@ den Abgasrohren (1, 2, 3,4) aufweisen.
15. Anlage nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Katalysatorbehälter (42, 43) der dritten Kammer (29) mittels eines Passrohrstückes (89) zu einer Baueinheit verbunden sind.
16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Passrohrstück (89) mit Querstützen (90) zur Lagesicherung der Katalysatorenbehälter (42, 43) versehen ist.
17. Anlage nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Passrohrstück (89) in eine Stützringscheibe (91) eingelagert ist, die mit einer Druckausgleichs-Öffnung (92) versehen ist.
18. Anlage nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Katalysatorbehältern (40, 42, 43) der Innenkanal (17) zum Außenmantel (18) exzentrisch angeordnet ist.
L e e r s e i t e
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