DE2752811A1

DE2752811A1 - Abgasleitung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2752811A1
Application number: DE19772752811
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Busse; Guenter Dungs
Original assignee: Bremshey AG
Current assignee: Bremshey AG
Priority date: 1977-11-26
Filing date: 1977-11-26
Publication date: 1979-05-31
Also published as: IT7830034A0; IT1100151B; FR2410128A1

Description

SCHIRMFURNITUREN- UND METALLWARENFABRIKEN

Solingen, den 25.November 1977

Abgasleitung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung für Brennkraftmaschinen mit einer Nachverbrennungseinrichtung und einer Abgas-Mischvorrichtung, bestehend aus einer Anzahl die Abgasströmung umlenkenden Leitflächen.

Derartige Abgasleitungen sind bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt. Danach ist beispielsweise vorgesehen, die heißen Abgase einer Brennkraftmaschine im vorderen Bereich der Abgasleitung mit Hilfe einer katalytisch aktiven Beschichtung an der Innenwand der Abgasleitung und/oder der Abgas-Leitflächen nachzuverbrennen. Solche Abgas-Leitflächen sind beispielsweise in Form von Drahtwendeln bekannt. Den Leitflächen fällt die Aufgabe zu, den Abgasstrom umzulenken und dadurch möglichst viele Gaspartikel mit der katalytisch aktiven Beschichtung in Kontakt zu bringen. Die katalytische Nachverbrennung ist naturgemäß umso

wirksamer, je großer die Oberfläche der katalytischen Beschichtung und der Abgas-I.eitflachen ist. Mindestens in Bezug auf diese wünschenswerte optimale Ausgestaltung der Abgas-Leitflächen stößt man jedoch auf erhebliche fertigungstechnische Probleme nicht zuletzt deshalb, weil die Abgasleitung einen mehrfach gekrümmten Verlauf hat, der bis zu 180 gekrümmte Bögen enthalten kann. Es ist schwierig, großflächige Abgas-Leitflächen beim Biegen der Abgasleitung mitzubiegen und mindestens ebenso schwierig in die schon gebogene Abgasleitung einzufügen, ohne sie zu deformieren. Außerdem muß ein vibrationsfreier, sicherer Sitz der Abgasleitflächen gewährleistet sein. Darum ist der Herstellaufwand solcher mit Abgas-Leitflächen ausgestatteter Abgasleitungen nach dem bisher bekannten technischen Stand zu hoch, um eine breite Anwendung derartiger Abgasleitungen in Verbindung mit einer Nachverbrennungseinrichtung zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, eine Abgasleitung der eingangs genannten Art anzugeben, die ein Optimum an katalytisch wirksamer Reaktionsfläche sowie an Verwirbelung des Abgasstromes innerhalb dieses Bereiches und auch beanspruchungsfest und leicht herstellbar ist, ohne Deformation der Abgas-Leitflächen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitflächen den gesamten oder nahezu gesamten Innenquerschnitt der Abgasleitung überdecken, mit ihren beiden Seiten der Abgasströmung zugekehrte Steuerflächen bilden und aus einer flexiblen Baueinheit aneinandergereihter Spiralschaufeln bestehen. Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, bei einer Abgasleitung der definierten Art die Abgas-Leitflächen entweder in die schon mit

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Krümmungen versehene oder in die noch geradlinige^nicht gekrümmte Abgasleitung einzubauen. In beiden Fällen kann man die zu'einer Baueinheit zusairanengefaßten Leitflächen leicht in die Abgasleitung hineinschieben. Geschieht dies bei noch geradliniger Abgasleitung, so läßt sich diese leicht zusammen mit den Abgas-Leitflächen biegen." Die Abgas-Leitflächen selbst in Form der Spiralschaufeln werden dabei nicht deformiert und haben einen vibrationsfreien, sicheren Sitz in der Abgasleitung, obwohl sie die größtmögliche Flächenausdehnung in der Abgasleitung haben. Die größtmögliche Flächen-Ausdehnung der Abgas-Leitflächen ergibt sich dadurch, daß diese den gesamten Querschnitt bzw. nahezu den gesamten Querschnitt der Abgasleitung einschließlich deren Zentrum überdecken. Die dadurch geschaffene größtmögliche geometrische Oberfläche der Leitflächen bzw. Spiralschaufeln ermöglicht es, den Abgasstrom im gesamten bzw. nahezu gesamten Querschnitt der Abgasleitung zu erfassen und so wirksam zu verwirbeln, daß auch die im Strömungszentrum befindlichen Abgaspartikel mit der katalytisch aktiven Beschichtung auf den Leitflächen und/oder der Innenwandung der Abgasleitung in Berührung kommen. Dieser Effekt wird dadurch noch verstärkt, daß sowohl die innere wie auch die äußere Fläche, also beide Seiten der Leitflächen den Abgasstrom zugekehrt sind und somit leiten und außerdem zur Beschichtung der katalytisch aktiven Beschichtung herangezogen werden können.

Einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung entsprechend erhält man eine besonders einfache einteilige Baueinheit von Spiralschaufeln dadurch, daß die Spiralschaufeln aus konischen

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Windungen einer sich an Innenwandungen der Abgasleitung abstützenden einteiligen Spirale gebildet sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung dieser Ausfiihrungsform mit einer günstigen Verankerungsmöglichkeit in der Abgasleitung ergibt sich dadurch, daß die konische Spirale einen ovalen oder polygonalen Querschnitt hat und sich mit Außenkanten punkt- bzw. abschnittsweise an der Innenwandung der Abgasleitung abstützt.

In anderer vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Verankerung auch in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß sich die konische Spirale mittels ausgeklinkter Stege an der Innenwandung der Abgasleitung abstützt bzw. durch Eingriff der Stege in Durchbrüchen der Abgasleitung verankert ist.

Der gesamte Querschnitt der Abgasleitung läßt sich besonders einfach flächenmäßig überdecken mit einer besonders wirkungsvoll einhergehenden Verwirbelung des Abgases, wenn die Baueinheit aus einer Anzahl spiralförmiger Flächenteile zusammengesetzt ist.

Hierbei ergibt sich eine einfache flexible gliederförmige Aneinanderreihung dadurch, daß die spiralförmigen Flächenteile durch sich zentrische kreuzende Schlitz-Steck-Verbindungen zu einer Baueinheit zusammengefügt sind.

Eine andere einfache Ausgestaltung erhält man dadurch, daß die spiralförmigen Flächenteile mittels einer mit der Mittelachse der Abgasleitung konzentrisch verlaufenden Stange zu einer Baueinheit verbunden sind.

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In Verbindung damit läßt sich ein einfacher Zusammenschluß der Verwirbelungselemente sowie eine den jeweiligen Erfordernissen angepaßte Abstandsfixierung dieser Elemente dadurch erreichen, daß die spiralförmigen Flächenteile verschiebbar auf der Stange angeordnet sind, beispielsweise mittels ösen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmögleichkeit der Erfindung ist es strötnungstechnisch günstig, wenn die Spiralschaufeln bzw. Spiralen bzw. Flächenteile verschieden geneigte Steuerflächen aufweisen, bezogen auf ihren jeweiligen Querschnitt.

Schließlich ist es noch gemäß einer anderen Ausbildungsform vorteilhaft, daß die Spiralschaufeln bzw. Spiralen bzw. Flächenteile mindestens abschnittweise mit Durchbrüchen versehen sind.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand von vier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein aufgebrochenes geradliniges Teilstück der erfindungsgemäßen Abgasleitung,

Fig. 2 den Schnitt durch einen Krümmer der Abgasleitung,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel von auf einer Mittelachse aufgezogenen Abgas-Leitflächen,

Fig. 4 eine weitere Variante der Abgasleitung mit einer einteiligen Leitflächenspirale,

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Fig. 5 die Variante gemäß Fig. 4 jedoch mit stark konischer Leitflächenspirale und

Fig. 6 ein aufgebrochenes Teilstück der Abgasleitung mit einer polygonalen₁konischen Leitflächenspirale.

Die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine ist der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich in Teilstücken dargestellt und weist ein Rohr 1 auf, das in gekrümmter Form (Krümmer la) mittels eines Flanches 2 am nicht gezeigten Zylinderkopf einer der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Die Abgasleitung ist mit einer Nachverbrennungseinrichtung versehen, die beispielsweise aus einer katalytisch aktiven Beschichtung bestehen kann, die sich auf der Innenwandung Ib des Rohres 1 befindet. Damit möglichst alle und zwar auch die im Zentrum des Rohres 1 in der Rohnnittelac'nse Ic strömmende Partikel des Abgases mit der katalytisch aktiven Beschichtung in Berührung kommen und gegebenenfalls auch noch die Effektivität dieser Beschichtung durch Vergrößerung ihrer Flächenausdehnung gesteigert werden kann, ist der Abgasleitung eine Mischvorrichtung zugeordnet. Diese besteht aus einer Anzahl die Abgasströmung umlenkenden Leitflächen 3.

Die Leitflächen 3 sind in beliebiger Anzahl hintereinander im Rohr 1 angeordnet, flexibel miteinander verbunden und so angeordnet bzw. ausgestaltet, daß sie sowohl mit ihren Innenseiten 3a als auch mit ihren Außenseiten 3b der Abgasströraung zugekehrt sind und somit jeweils zwei Steuerflächen für die Abgasströmung

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bilden. Diese Steuerflächen können zum Beispiel durch die aus den Fig. 4 und 5 strichpunktiert eingezeichnete AusgestaltungsmöglichWelt einer unterschiedlichen Schrägung 3 der Außenseite

3b gegenüber der Schrägung 3 der Innenseite 3a in unterschiedlichen Winkeln verlaufen und so den Abgasstrom in zwei Hauptströmen geteilt düsenartig von Leitfläche zu Leitfläche schräg nach außen gegen die Rohrinnenwandung Ib und nach innen schräg in die Rohrmittelachse Ic lenken mit einhergehender kräftiger Verwirbelung. Aufprall und Zusarnmenprall der Abgasströmung in sich und dieser als solchen an den Kanten und Flächen der Leitflächen 3 und des Rohres i bei ständiger neuer Umlenkung der Strömung von einer Kante 3c zur anderen Kante 3c (Fig. 1-3) bzw. entlang einer einzigen Kante 3c entsprechend der Ausführungsformen der Fig. 4-6. Während nämlich 'die Leitflächen 3 bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1-3 aus einzeln hintereinander gereihten spiralförmig gewundenen Flächenteilen bestehen mit einer Front-, je einer Seiten- und Endkante 3c, sind die Leitflächen bei den Abwandlungen nach den Fig. 4-6 aus den zusammenhängenden konischen Windungen einer Spirale Sp gebildet. Die Spirale Sp kann im Querschnitt eine runde, ovale oder polygonale Form haben, etwas auseinander gezogenYmittels herausgebogener Stege 4 in Ausbrüchen Id verankert sein (Fig. 4,5)oder sich unmittelbar mit den Schrägflächen 3 (Fig. 4,5) oder den Vorderkanten P (Fig. 6) bzw. den Seitenkanten 3c (Fig. 1-3) an der Innenwandung Ib des Rohres vibrationsfrei abstützen.

Die entsprechenden den Fig. 1-3 einzeln hintereinander gereihten spiralförmigen Flächenteile 3 können beispielsweise durch Nut/ Feder-Steck-Verbindungen 5,6 zusammengefügt sein. Hierbei könnte

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sich die Nut^zum Beispiel an der Hinterkante 3c des einen Flächenteiles 3 befinden und die als Feder 6 dienende Vorderkante 3c das nächste Flächenteil 3 aufnehmen, wobei sich die Kanten 3c, 3c in der Rohr-Mittelachse Ic überkreuzen. Die Steckverbindungen 5,6 können auch durch SchweiBpunkte fixiert oder hierdurch oder andere geeignete Verbindungen ersetzt sein. Gemäß der Variante nach Fig. 3 können die spiralförmigen Flächenteile 3 aber beispielsweise auch auf einer mit der Rohr-Mittelachse Ib konzentrisch verlaufenden Stange 7 mit oder ohne Abstand aufgereiht sein. Die Flächenteile 3 können hierbei mittels herausgedrückter ösen 8 auf der Stange 7 aufgeschoben sein und durch Körnerschlag, Schweißung oder anderen geeigneten Mitteln eventuell auch noch fixiert werden. Die Leitflächen 3 in Form der aneinander gegliederten spiralförmigen Schaufeln oder der einteiligen Spiralwindungen sind somit stets so beschaffen, daß sie mit ihren beiden Seiten 3a, 3b die Abgasströmung über den ganzen Rohrquerschnitt Qu oder zumindest über den größten Teil davon flächenmäßig überdecken, erfassen und umlenken und in ihrer Gliederung eine in sich flexible Baueinheit B ergeben, die sich dem Verlauf des Rohes 1 leicht anpaßt und sowohl in das noch geradlinige Rohr 1 eingebaut und danach mit diesem zusammen gebogen werden kann, ohne in seiner großflächigen Struktur deformiert zu werden, als auch ebensogut nachträglich in das schon mit entsprechenden Krümmern (Fig. 2) versehene Rohr 1 ohne weiteres einbaufähig ist. Die flächenmäßige Uberdeckung, Erfassung und Umlenkung des Abgasstromes ist dabei ebenso optimal wie das damit einhergehend zur Verfügung stehende flächenmäßige Optimum an katalytisch aktiver Beschichtungsbasis an der Rohr-

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innenwandung Ib und an den beiden strömungsleitenden Seiten 3a und 3b der Leitflächen 3. Die Vermischung bzw. Verwirbelung und Nachverbrennung des Abgasstromes erfolgt bei der Variante nach den Fig. 1-3 besonders nachhaltig, wenn die spiralförmigen Flächenteile 3 je etwa um 180 Grad in sich verwunden sind, wobei sich rechts- und linkgsgängig gewundene kontinuierlich hintereinander abwechseln. Infolge der schon vorbeschriebenen kreuzweisen Gliederung bzw. Verbindung der einzelnen Spiralteile 3 bildet die Nutkante (Hinterkante 3c) des einen Teiles 3 mit der Federkante (Vorderkante 3c) des nachfolgenden Teiles 3 jeweils einen Winkel von 90 Grad und damit um die Rohrmittelachse Ic verlaufende Kanalstrukturen gleichen Volumens. Beide Volumina sind querschnittsmäßig voll abgedeckt durch die beiden Seiten 3a und 3b der Leitflächen 3. Der auf die Vorderkante 3c auftreffende Abgasstrom wird von dieser hälftig geteilt. Die beiden geteilten Ströme werden an der nachfolgenden Vorderkante 3c erneut geteilt und mit je einem Teilstrom des benachbarten Strömungskanales wieder vereint. Die damit erzielte Schichtenmischung des Abgases ergibt eine besonders wirkungsvolle Durchmischung des Abgases begleitet

von laminarer und turbulenter, um die Rohrmittelache Ic ro-Stromung

tierenderTmit gleichzeitigen zentrischen und exzentrischen Effekten. Diese Mischfunktion der Ausführungsformen nach den Fig. 1-3 wie auch der nach den Fig. 4-6 kann noch dadurch erhöht werden, daß mindestens abschnittsweise Durchbrüche 8 in den Leitflächen 3 bzw. mindestens in einigen dieser Leitflächen solche Durchbrüche vorgesehen werden. Die Ausgestaltung smög Ii chke it der Spiralen Sp mit den beiden unterschied-

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lieh geneigten Schrägen 3 und 3 kann beispielsweise ralisiert werden, indem man die Spiralen aus im Querschnitt winkeligem bzw. zweischenkeIigem V-förmigen Profilband herstellt.

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Claims

Patentansprüche

1.) Abgasleitung für Brennkraftmaschinen mit einer Nachverbrennungseinrichtung und einer Abgas-Mischvorrichtung, bestehend aus einer Anzahl die Abgasströmung umlenkenden Leitflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen den gesamten oder nahezu gesamten Innenquerschnitt (Qu) der Abgasleitung (1) überdecken, mit ihren beiden Seiten (3a, 3b) der Abgasströmung zugekehrte Steuerflächen bilden und aus einer flexiblen Baueinheit (B) aneinandergereihter Spiralschaufeln (3) bestehen.

2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralschaufeln aus konischen Windungen (3) einer sich an Innenwandungen (Ib) der Abgasleitung (1) abstützenden einteiligen Spirale (Sp) gebildet sind.

3. Abgasleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Spirale (Sp) einen ovalen oder polygonalen Querschnitt hat und sich mit Außenkanten (P) punkt- bzw. abschnittsweise an der Innenwandung (Ib) der Abgasleitung (1) abstützt.

4. Abgasleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die konische Spirale (Sp) mittels ausgeklinkter Stege (4) an der Innenwandung (Ib) der Abgasleitung (1) abstützt bzw. durch Eingriff der Stege in Durchbrüchen (Id) der Abgasleitung verankert ist.

5. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (B) aus einer Anzahl spiralförmiger Flächenteile (3) zusammengesetzt ist.

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6. Abgasleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Flächenteile (3) durch sich zentrische kreuzende Schlitz-Steck-Verbindungen (5,6) *.u einer Baueinheit (B) zusammengefügt sind.

7. Abgasleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Flächenteile (3) mittels einer mit der Mittelachse (Ic) der Abgasleitung konzentrisch verlaufenden Stange (7) zu einer Baueinheit (B) verbunden sind.

8. Abgasleitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Flächenteile (3) verschiebbar auf der Stange (7) angeordnet sind, beispielsweise mittels ösen (8).

9. Abgasleitung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralschaufeln bzw. Spiralen bzw. Flächenteile (3) verschieden geneigte Steuerflächen (3 ,

2
3 ) aufweisen, bezogen auf ihren jeweiligen Querschnitt.

10. Abgasleitung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralschaufeln bzw. Spiralen bzw. Flächenteile (3) mindestens abschnittweise mit Durchbrüchen (9) versehen sind.

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