DE2340342A1

DE2340342A1 - Brennkraftmaschine mit einem reaktor zur nachverbrennung unverbrannter abgasbestandteile

Info

Publication number: DE2340342A1
Application number: DE19732340342
Authority: DE
Inventors: Gerhard Maurhoff; Johannes Dipl Ing Steinwart
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1973-08-09
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1975-02-20
Also published as: US3940927A; JPS5044316A

Description

AUDI NSU AUTO UNI(Af AKTIENGESELLSCHAFT, Neekarsulm/Württ.

Brennkraftmaschine mit einem Reaktor zur Nachverbrennung unverbrannter Abgas-Bestandteile

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Reaktor zur Nachverbrennung unverbrannter Beetandteile im Abgas, bestehend aus einem Mantel, der eine wärmeisolierte, frei bewegliche Reaktorkammer enthält mit mindestens einem EinlaSstutzen, der sich frei durch den Mantel erstreckt und mit einem Auslaflkanal der Brennkraftmaschine in Verbindung steht, und Bit einem Auslaß zum Austritt der Abgase aus der Reaktorkammer.

Im Betrieb ist die Reaktorkammer infolge der verschiedenen Betriebszustände der M«echine erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt, die zu beträchtlichen Wärmeverzügen der Reaktorkammer gegenüber dem äußeren Mantel oder des ganzen Reaktors führen. Die dadurch entstehenden Spannungen können Schäden am Reaktor verursachen und dessen Funktion sowie Lebensdauer nachteilig beeinflussen.

Aus der DT-OS 2 020 154 ist ein Reaktor bekannt, dessen Reaktorkammer frei dehnbar im Mantelgehäuse angeordnet ist, wobei der Einlaßstutzen an dem Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt ist und sich frei durch den Mantel und die Wand der Reaktorkammer erstreckt und von einem an der Wand der Reaktorkammer befestigten, sich frei durch den Mantel erstreckenden Rohrstutzen umgeben ist, der durch ein« Membranscheibe gegenüber dem Mantel abgedichtet ist. Diese Konstruktion ist aufwendig

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und schwierig zu montieren und gestattet aufgrund der Trennung des Einlaßstutzens von der Reaktorkamraer kein schnelles Aufheizen derselben«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau des Reaktors zu vereinfachen, seine Anbringung an der Brennkraftmaschine zu erleichtern und ein schnelles Aufheizen des Reaktors zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, das der Einlaflatutzen des Reaktors frei in den Aualaßkanal der Brennkraftmaschine hineinragt und daß der Mantel des Reaktors mit seinem den Einlaßstutzen umgebenden Abschnitt am Gehäuse der Brennkraftmaschine anliegt und an seinem Umfang an da· Qehäuse der Brennkraftmaschine angeschraubt ist«

Bei der vorgeschlagenen Lösung wird durch den unmittelbar und frei in den Auslaflkanal der Brennkraftmaschine hineinragenden Einlaßstutzen in wünschenswerter Welse eine schnelle Aufheizung der Reaktorkammer erreicht« da der Einlaßstutzen mit der Reaktorkammer, nicht Jedoch mit dem OehXuse der Brennkraftmaschine in direkter, wärmeleitender Verbindung steht. Da· bei kann sich der Einlaßstutzen entsprechend den Wärmeverzügen der Reaktorkammer in allen Ebenen weltgehend frei bewegen, so daß keinerlei Spannungen innerhalb des Reaktors auftreten können. Mit der Befestigung des Reaktors an der Brennkraftmaschine vom Umfang des Mantels aus ergibt sich eine wesentlich günstigere Zugängliohkeit der Verschraubung und infolge der direkten Anlage an der Brennkraftmaschine eine entsprechende raumsparende Anordnung.

Zur Verwirklichung einer einfachen und raumsparenden Gestaltung kann der Reaktor zweokmMßlgerweise so ausgebildet werden, daß der Mantel und die Reaktorkammer Jeweils aus

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einem im wesentlichen zylindrischen Körper bestehen, der aus zwei annähernd spiegelbildlichen halbzylindrischen Schalen, beispielsweise aus Blech, zusammengesetzt ist, wobei von der Reaktorkammer etwa senkrecht zu deren Längsachse ein Auslaßstutzen ausgeht, der in einen entsprechenden Portsatz des Mantesl eingebettet ist, und wobei in die Reaktorkammer etwa senkrecht zu deren Längsachse der Einlaßstutzen mündet, der sich frei beweglich durch eine entsprechende Öffnung im Mantel erstreckt. Die Blechschalen des Mantels und der Reaktorkammer können mit Hilfe von einfachen Präge- und Stanzvorrichtungen hergestellt werden.

Die Ränder der Halbschalen des Mantels einerseits und der Reaktorkammer andererseits sind vorzugsweise miteinander verschweißt und bilden jeweils einen umlaufenden Flansch, wobei der Plansch der Reaktorkammer nur im Bereich des Auslaßstutzens an einer von der Kammerwand entfernten Stelle mit den Rändern der Halbsohale des Mantels vorzugsweise durch Sohweißung verbunden ist. Der Zusammenbau des Reaktors geht dabei so vor sich, daß die an ihrem Rand verschweißte Reaktorkammer in die Halbschalen des Mantels eingelegt wird und dann beim Verschweißen des Randes des Mantels der Rand der Reaktorkammer nur Im Bereich des Auslaßstutzens mit dem Mantel verschweißt wird. Dadurch wird eine freie Ausdehnung der Reaktorkammer ermöglicht.

Vorzugsweise 1st der Flansch der Reaktorkammer außerhalb seiner Befestigungsstelle zwischen den Rändern der Halbsohalen des Mantels frei beweglioh geführt.

Um eine für die Machverbrennung besonders geeignete Wirbelbewegung der in die Reaktorkammer eintretenden Abgase zu erzielen, kann der Einlaßstutzen In die Reaktorkammer tangential münden und sich teilweise in diese hinein erstrecken. Dadurch wird auch eine schnelle Aufheizung der Wand der Reaktorkammer erreicht.

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Die maschinenseitige halbzylindrische Schale des Mantels weist vorzugsweise eine größere Wandstärke auf als die andere Schale des Mantels« da dieser direkt an der Brennkraftmaschine anliegende Teil des Reaktors durch die Verschraubung mit der Brennkraftmaschine den tragenden Flansch des Reaktors bildet.

Es ist weiterhin vorgesehen, daß der ringsum mit seitlichem Abstand in den Auslaflkanal der Maschine hineinragende Einlaßstutzen von einer Dichtung umgeben ist, um eine Abdichtung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Reaktor sicherzustellen. Die Dichtung kann aus einem unmittelbar am Einlaßstutzen anliegenden Stahlring und einem radial außerhalb desselben angeordneten Metall-Asbestring bestehen, wobei der Stahlring ein Einblasen von Abgas zwischen dem Einlaßstutzen und dem Heaktormantel zu verhindern hat und der Metall-Asbestring für die Abdichtung der Anlageflache des Reaktors am Gehäuse der Brennkraftmaschine vorgesehen 1st.

Die Dichtung kann in eine den Auslaßkanal der Maschine umgebende Nut im Gehäuse eingesetzt sein.

Sin Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die wie folgt beschrieben wird. Es zeigt:

Pig. 1 einen Querschnitt durch einen an einer Brennkraftmaschine mit zwei Auslaßkanälen befestigten Reaktor,

Fig. 2 eine Halbschale der Reaktorkammer in perspektivischer Darstellung, und

Fig. 2 eine Halbschale des Mantels des Reaktors in perspektivischer Darstellung.

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£8 sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die einen Reaktor für Brennkraftmaschinen zeigt, der aus einem Mantel 1 und einer wärmeisolierten, in diesem frei beweglich angeordneten Reaktorkammer 2 besteht, die Jeweils die Form von im wesentlichen zylindrischen Körpern aufweisen. Der Mantel 1 ist aus zwei annähernd spiegelbildlichen Bleohhalbschalen la und Ib und die Reaktorkammer 2 ist ebenfalls aus zwei annähernd spiegelbildlichen Blechhalbschalen 2a und 2b zusammengesetzt. Die Reaktorkammer 2 weist im AusfUhrungsbeispiel zwei tangential mündende Einlaflatutzen 5 auf, die sich frei beweglich durch öffnungen 4 des Mantels 1 erstrecken und in Je einen Auslaßkanal 5 der Brennkraftmaschine 6 frei hineinragen. Etwa senkrecht zu der Längsachse der Reaktorkammer 2 ist ein tangential ausgehender Auslaßstutzen 7 angeordnet, der in einem entsprechenden Fortsatz 8 des Mantels 1 eingebettet und ausschließlich in diesem Bereloh mit dem Mantel 1 verbunden 1st. Die Trennfugen der Halbsohalen la und Ib sowie 2a und 2b liegen zweokmäßlgerweise in einer Ebene.

Der Mantel 1 liegt Im Bereich der Auslaßkanäle 5 jeweils mit einer ebenen Anlagefläche 9 der Blechhalbschale laan der Brennkraftmaschine 6 an und 1st von einem parallel zur An* lagefläche 9 bzw. seiner Längsachse verlaufenden Umfangsflansch 10 aus Mittels Schrauben 11 und Abstandsstücken 12 mit der Brennkraftmaschine 6 verschraubt. Da die Blechhalbsohale la den tragenden Flansch des Reaktors bildet, weist sie zur Erzielung einer entsprechenden Steifigkeit ihrer Anlageflächen 9 eine größere Wandstärke auf als die Blechhalbschale Ib. Jeder Slnlaßstutzen 3, der ringsum mit seitlichem Abstand in eine Ausdrehung 1? im Auslaßkanal 5 hineinragt, ist von einem unmittelbar am Einlaßstutzen 3 anliegenden Stahlring 14 und einem mit Asbest gefüllten Metallring 15 umgeben, die in einer den Auslaßkanal 5 umgebenden Nut 16 angeordnet sind. Der Stahlring Ik verhindert, daß Abgas,

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welches in den von der Ausdrehung 13 und den Einlaßstutzen gebildeten Zwischenraum eindringt, welter durch die öffnung zwischen den Mantel 1 und die Reaktorkammer 2 gelangen kann, während der Metall-Asbestring 15 die Anlagefläche 9 gegenüber der Brennkraftmaschine 6 abdichtet. Der Stahlring 14 liegt dicht, aber mit seitlichem Spiel in der Nut 16, so dmfl er den von thermischen Verformungen der Reaktorkammer 2 verursachten seitlichen Bewegungen des Einlaßstutzens 3 folgen kann.

In Fig, 2 ist die Bleahhalbschale 2a dargestellt, die im Präge«· und Stanzverfahren hergestellt worden 1st und einen umlaufenden Rand 17 aufweist, der mit dem entsprechenden Rand der in etwa spiegelbildlich ausgeführten nicht gezeigten Blechhalbsehale 2b zu der vollständigen Reaktorkammer verschwelfit wird. Der Auslaßstutzen 7 ist bei diesem Aus« führungsbeispiel an seinem hinteren Ende abgewinkelt ausgebildet und geht von der Mitte der Reaktorkammer 2 aus. Die beiden tangentialen Einlaßstutzen 3 liegen in Längsrichtung gesehen vor und nach dem Auelaßstutzen 7, so daß die eintretenden Abgase zunächst entlang den Wandungen der Reaktorkammer 2 eine kreisende Bewegung ausführen, bevor sie durch den Auslaßstutzen J ausströmen.

In dem mit A und B bezeichneten Bereich ist die Kontur der Reaktorkammer 2 mit der Kontur der in Fig. 3 gezeigten Bleohhalbsohale la bzw. Ib des Mantels 1 einschließlich der Bohrungen 18 und 19 deckungsgleich. Durch die Schlitze 20 bildet der Auslaßstutzen 7 einen freistehenden Hals, der ermöglich, daß die Reaktorkftmmer 2 nach dem VerschwelBen mit dem Mantel 1 in dem Bereich A, B außerhalb dieses Bereiches und innerhalb des Mantels 1 frei beweglich ist.

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Die in Fig. j5 gezeigte Bleehhalbschale la des Mantels 1 ist ebenfalls im Präge- und Stanzverfahren hergestellt und weist wie die in etwa spiegelbildlich ausgeführte, nicht gezeigte Blechhalbschale la einen umlaufenden Rand 21 auf, der nach dem Zusammenbau des Reaktors als Umfangsflansch 10 Über die Bohrungen 18, 19 und 22 mit der Brennkraftmaschine 6 versehraubt wird. Im Bereich der Öffnungen 4- ist die Außenfläche der Bleohhalbschale la mit Je einer ebenen Anlagefläche 9 versehen, die sich aber auch über die gesamte Länge der Blechhalbsohale erstrecken kann. In den von der Mitte des Mantels 1 ausgehenden, an seinem unteren Ende abgewinkelten Fortsatz 8 wird der Auslaßstutzen 7 der Reaktorkammer 2 eingebettet.

Um zu vermeiden, daß die außerhalb des Bereiches ihrer Schlitze 20 und innerhalb des Mantels 1 frei bewegliche Reaktorkammer 2 eine über das Maß der Wärmeverzüge hinausgehende Lageveränderung einnimmt, ist im Mantel 1 eine Führung vorgesehen, die entweder von einer etwa parallel zum Rand 21 verlaufenden Ausprägung 23 In den Halbschalen la und/oder Ib oder von einem entsprechenden, zwischen die Ränder 21 gelegten Distanzring 25 (in Fig.l) gebildet wird. In dieser Führung kann sich der Rand I7 der Reaktorkammer frei bewegen, wobei der seitliche Abstand durch die Tiefe der Ausprägung 23oder eine entsprechende Dicke des Distanzringes 2^ bestimmt wird. Beim Verschweißen der Halbschalen la und Ib entlang des Randes 21 wird die Reaktorkammer 2 im deckungsgleichen Bereich A und B bei 27 (in Fig. 1) mit dem Mantel 1 verbunden.

Der wärmeisolierende Raum 26 zwischen dem Mantel 1 und der Reaktorkammer 2 kann entweder von Luft durchströmt werden oder eine Isoliermaterialfüllung enthalten.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. /Brennkraftmaschine mit einem Reaktor zur Nachverbrennung ■— unverbrannter Beatandteile im Abgas, bestehend aus einem Mantel, der eine wärmeisolierte, frei bewegliche Reakterkamaer enthält mit mindestens 'einem Sinlaßstutzen, der sieh frei durch den Mantel erstreckt und mit eine» AuslaSkanal der Brennkraftmaschine in Verbindung steht« und mit einen Auslas zum Austritt der Abgase aus der Reaktorkaamer, dadurch gekennzeichnet, dan der Sinlafistutzen (3) frei in den Auelaßkanal (5) hineinragt und daß der Mantel (1) mit seinem den Einlafistutzen (5) umgebenden Abschnitt (9) am Gehäuse der Brennkraftmaschine (6) anliegt und an seinen Umfang (10) an das Gehäuse der Brannkraftmaschine (6) angeschraubt ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl der Mantel (1) und die Reaktorkammer (2) Jeweils aus einem in wesentlichen zylindrischen Körper bestehen, der aus zwei annähernd spiegelbildliehen halbzylindrischen Schalen (la und Ib sowie 2a und 2b) zusammengesetzt ist, wobei von der Reaktorkammer (2) etwa senkrecht zu deren Längsachse ein Auslaßstutzen (7) ausgeht, der in einen entsprechenden Fortsatz (8) des Mantels (1) eingebettet 1st, und wobei in die Reaktorkammer (2) etwa senkrecht zu deren Längsachse der Einlaßstutzen (j5) mündet« der sieh frei beweglieh durch eine entsprechende Öffnung (4) im Mantel (1) erstreckt·

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, das die Ränder (17, 21) der Halbsohalen des Mantels (1) einerseits und der Reaktorkanmer (2) andererseits miteinander verschweißt sind und Jeweils einen

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umlaufenden Flansch bilden und dafl der Flansch der Reaktorkammer (2) nur im Bereich des Auslaßstutzens (7) In einem von der Kammerwand entfernten Bereich (A-B) mit den Rändern (21) der Halbschalen des Mantels (1) verbunden ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadureh gekennzeichnet, daß der Flansch der Reaktorkammer (2) außerhalb seiner Befestigungsstelle zwischen den Rändern (21) der Halbsohalen des Mantels (1) frei beweglich geführt ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das der Einlaßstutzen (3) tangential in die Reaktorkammer (2) mündet und sich teilweise in diese

hinein erstreckt.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maschinenseitige halbzylindrische Schale (la) des Mantels (1) eine größere Wandstärke aufweist als die andere Schale.

7* Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ringsum mit seitlichem Abstand in den Auslaßkanal (5) der Maschine (6) hineinragende Sinlaßstutzen (3) von einer Dichtung (14, 15) umgeben 1st.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (14, 15) aus einem unmittelbar am Einlaßstutzen (3) anliegenden Stahlring (14) und einem radial außerhalb desselben angeordneten Metall-Asbestring (15) besteht.

9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung in eine den Auslaßkanal (5) umgebenden Nut (16) im Gehäuse (6) eingesetzt ist.

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