DE69527928T2

DE69527928T2 - Auspuffkrümmer

Info

Publication number: DE69527928T2
Application number: DE69527928T
Authority: DE
Inventors: Mark Wayne Bekkering; Earl Willard Mattson; Ernest Charles Thomas
Original assignee: Benteler Automotive Corp
Current assignee: Benteler Automotive Corp
Priority date: 1994-12-30
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: EP0719915A1; DE69527928D1; EP0719915B1; DK0719915T3; US5572867A; ATE222996T1; ES2182872T3; PT719915E; JPH08240117A; JP3637463B2

Description

Die Erfindung betrifft Auspuffkrümmer für Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung, wie sie für Kraftfahrzeuge verwendet werden, und insbesondere einen zweiwandigen Auspuffkrümmer, der vorzugsweise einen schnellen Temperaturanstieg des Katalysators dadurch ermöglicht, dass minimale Mengen an Wärmeenergie aus den strömenden heißen Abgasen des Motors abgeleitet werden und vorzugsweise auch durch exotherme Verbrennung im Krümmer selbst, wobei sich dies durch eine spezielle, relativ einfache Konstruktion ergibt. Die Erfindung betrifft auch Auspuffkrümmer mit Luftverteilerschiene.
Die Technologie der Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung umfasst seit einigen Jahren die Erkenntnis, dass eine Nachverbrennung von unverbrannten, jedoch brennbaren Abgaskomponenten im Auspuffkrümmer, die Verunreinigung durch den letztlich vorhandenen Abgasausstoß verringert. Als ungünstig haben sich spezielle Krümmeranordnungen, die dies erreichen sollten, wegen ihrer technologischen Komplexität und der Kosten erwiesen, weil sie üblicherweise eines "Bündels" von Schläuchen und/oder Rohren im System bedürfen oder eines komplexen Schlitzsystems oder ähnlichem. Diese Komplexität bedeutet nicht nur hohe Anfangskosten, sondern auch Wartungsprobleme und Ausgaben über die gesamte Motorlebensdauer.
US-A-5,349,817 beschreibt einen Motorauspuffkrümmer mit einem Körper und Einlasskanälen, die eine äußere Hülle 34 und eine innere Auskleidung 30 aufweisen, die im Wesentlichen von einander beabstandet sind, um einen Luftspalt zwischen sich zu schaffen.
DE-U-8,914,153 beschreibt einen Motorauspuffkrümmer mit einem Durchgang und Verbindungskanälen 10, 11 zu Abgaseinlassöffnungen, um zusätzliche Luft einzuspritzen. Jedoch wird der Auspuffkrümmer aus vier übereinander angeordneten miteinander verbundenen Platten gebildet, wobei ein Kanalsystem aus der mittleren Platte ausgestanzt ist.
DE-A-4,315,086 beschreibt einen Motorauspuffkrümmer mit einem länglichen Durchgang, der an die Abgaseinlassöffnungen gekoppelt ist, um zusätzliche Luft einzuspritzen. Der Aufbau zum Bereitstellen des Durchgangs weist jedoch einen Flanschteil 16 auf, der mit einem Anschlußteil 14 des Motorblocks kongruent ist, der mit denselben Bohrlöchern 28 ausgestattet ist, wobei die Umfangskanten miteinander verschweißt oder verlötet sind. Dies ist eine relativ komplexe Konstruktion, die genaues Schweißen erfordert.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motorauspuffkrümmer, der einen Krümmerkörper 12 und eine Mehrzahl an Einlasskanälen 14 aufweist, die sich vom Krümmerkörper erstrecken, wobei jeder Einlasskanal eine Abgaseinlassöffnung 38 zum Weiterleiten der Abgase vom Motor zum Krümmerkörper hin aufweist; wobei der Krümmerkörper einen Abgasauslass 18 hat; einen länglichen Einlass-Verbindungsflansch 16, der sich an den Einlasskanalöffnungen über die Einlasskanäle erstreckt und eine längliche Kante hat; eine längliche Abdeckungswand 50 über der länglichen Kante und über dem Einlass-Verbindungsflansch entlang seiner Länge, um einen länglichen Durchgang zu umschließen; wobei sich der längliche Durchgang 36 benachbart zu allen Einlasskanälen erstreckt; und ein Verbindungsstück 60 auf dem Flansch in Durchflussverbindung mit dem länglichen Durchgang sowie Verbindungskanäle 42 zwischen dem Durchgang und den Abgaseinlassöffnungen, wobei Verbrennungsluft durch das Verbindungsstück, den Durchgang und die Verbindungskanäle zu den Einlasskanälen und dem Krümmer für die chemische Umwandlung von restlichen brennbaren Komponenten, die in den Motorabgasen verbleiben, eingespritzt werden kann.
In einer bevorzugten Konstruktion weist ein Doppelwand-Luftspalt-Auspuffkrümmer einen einstückigen Einlass-Verbindungsflansch auf, der einen länglichen, inneren Lufteinspritzdurchgang definiert, der wiederum durch eine L-förmige Platte umschlossen ist, die über einen länglichen Schlitz im Flansch geschweißt ist; um den länglichen Durchgang zu bilden, wobei die L-förmige Platte auch über eine Reihe von kurzen Kanälen geschweißt ist, die sich zwischen dem länglichen Durchgang und den Krümmereinlassöffnungen erstrecken. Der längliche Durchgang weist ein Lufteinlassverbindungsstück auf. Die beabstandeten Doppelwände der Krümmereinlasskanäle werden an den Flanschöffnungen genau unterhalb der Kanäle zusammengefügt.
In einer bevorzugten Konstruktion weist ein Doppelwand-Luftspalt-Auspufflcrümmer einen einstückigen Einlass-Verbindungsflansch auf, der einen länglichen inneren Durchgang begrenzt, der vorzugsweise durch eine L-förmige Wand umschlossen ist, die über einen länglichen Schlitz im Flansch geschweißt ist, um den länglichen Durchgang zu bilden, wobei die L-förmige Wand vorzugsweise auch über eine Reihe von kurzen Kanälen geschweißt ist, die sich zwischen dem länglichen Durchgang und den Krümmereinlassöffnungen erstrecken. Der längliche Durchgang weist vorzugsweise ein Lufteinlassverbindungsstück auf. Die beabstandeten Doppelwände der Krümmereinlasskanäle werden an den Flanschöffnungen genau unterhalb der Kanäle zusammengefügt. Die Doppelwände des Ausgangkrümmerkörpers werden vorzugsweise an den Auslassöffnungen zusammengefügt.
Solch eine bevorzugte Konstruktion stellt einen relativ einfachen Krümmer bereit, der für die Massenproduktion geeignet ist, wirksam im Betrieb ist und sich frei von einer Reihe äußerer Rohre und Schläuche präsentiert. In den Ausführungsbeispielen zeigt der Doppelwandaufbau mit den Lufteinlässen geringste Wärmeabsenkung in der innersten Schicht, optimales Aufheizen und die Verbrennung restlicher brennbarer Gase und rasches Erhitzen eines nachfolgend eingebauten Katalysators.
Diese und mehrere andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden den Fachleuten auf diesem Gebiet beim Studium der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen erkennbar sein.
Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden und eine bevorzugte Ausführungsform eines Motorauspuffkrümmers nach der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, von denen:
Fig. 1 ein Aufriss einer bevorzugten Ausführungsform eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fahrzeugmotorauspuffkrümmers ist;
Fig. 2 eine Ansicht des Krümmers gemäß Fig. 1 in einer Richtung II-II, d. h. in Richtung zum Abgasauslasses des Krümmers, ist;
Fig. 3 eine Ansicht in Richtung III-III auf das Ende des Krümmers gemäß Fig. 1 ist;
Fig. 4 eine Teilansicht eines Anschlußflansches im Krümmer gemäß den Fig. 1-3 ist;
Fig. 5 eine Teilansicht des Flansches gemäß Fig. 4 vor dem Anbringen einer L-förmigen Abdeckwand ist;
Fig. 6 eine Untersicht des Flansches gemäß Fig. 5 ist;
Fig. 7 ein Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 5 ist; und
Fig. 8 eine Endansicht in Richtung der Pfeiler VIII-VIII in Fig. 4 ist.
Eine Krümmerbaugruppe 10 weist einen Hauptkörper 12 auf, von dem sich mehrere voneinander beabstandeter Einlasskanälen 14 wegerstrecken, einen Einlass-Verbindungsflansch 16 zum Befestigen des Krümmers am Motorblock und einen Auslass- oder Auspuffflansch 18.
Der Körper oder, wie er allgemein genannt wird, "Block" 12 des Krümmers ist ein längliches Element in Durchflussverbindung mit jedem der Einlasskanäle, wobei hier vier an der Zahl gezeigt werden. Der dargestellte Krümmer kann zum Beispiel für eine Zylinderreihe eines V-8 Motors eingesetzt werden, wobei es dann eine spiegelbildliche zweite Ausführung dieses Krümmers auf der gegenüberliegenden Seite des Motors gibt.
Der Block 12 umfasst eine äußere Hülle 20 und eine innere Auskleidung 22. Die äußere Hülle und die innere Auskleidung sind zueinander vorzugsweise mit einem gesicherten Abstand von mehreren Millimetern beabstandet, um einen toten Luftraum zu bilden, der als eine Wärmeisolierung zwischen der äußeren Hülle und der inneren Auskleidung dient. Die innere Auskleidung ist typischerweise von geringerer Stärke als die äußere Hülle, wobei beide vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder einem anderen korrosionsfesten Material hergestellt sind. Sich einstückig vom Block 12 erstreckend gibt es eine Mehrzahl von Einlasskanälen, die die Doppelwandkonstruktion fortsetzen und dafür vorgesehen sind, die Abgase aus den entsprechend zugeordneten Zylindern der Mehrzahl an Motorzylindern aufzunehmen. Einzelne Hülsen 26 verbinden die einzelnen Einlasskanäle mit der Einlassflanschbaugruppe 16 (Fig. 1 und 3). Das äußere Ende jeder Hülse 26 ist mit den zwei in Eingriff gebrachten Wänden der äußeren Hülle 20 und der inneren Auskleidung 22 verschweißt, während das Einlassende jeder Hülse 26 mit der Umfangswand einer zugeordneten Durchgangsöffnung der Verbindungsplatte 16 verschweißt ist. Diese Hülsenanordnung wird vorzugsweise in Übereinstimmung mit den Lehren des Patents US-A-5,349,817 ausgeführt. Wie angemerkt, stehen die äußere Hülle 20 und die innere Auskleidung 22 miteinander am Umfang in Eingriff, wo sie mit der Hülse 26 zusammengefügt sind. Auf ähnliche Weise stehen die äußere Hülle und die innere Auskleidung miteinander in Eingriff, wo sie auf den Ausstoßflansch 18 treffen. Dieser Flansch 18 weist geeignete Bohrungen 18a, wie die drei in Fig. 2 dargestellten, zur Befestigung mit einem Auspuffrohr vom herkömmlichen Typ oder vom Luftspalttyp auf.
Der Einlassflansch 16 ist ein länglicher Bauteil von beträchtlicher Dicke, der eine Mehrzahl von Schrauben aufnehmenden Bohrungen 30 (Fig. 1) in über seine Länge beabstandeter Intervallen zur Befestigung am Motor aufweist. Gezeigt an seiner oberen Kante, befindet sich ein besonderer Lufteinspritzaufbau, um es zu ermöglichen die Umgebungsluft für Verbrennungszwecke in die Abgase einzuspritzen, während sie vom Motor zur Auspuffkrümmerbaugruppe strömen. Genauer gesagt, erstreckt sich ein länglicher Durchgang 36 über die Länge des Flansches 16, um benachbart zu allen der Mehrzahl von Abgaseinlassöffnungen 38 zu sein und diese zu überlappen (Fig. 2). Dieser Durchgang wird durch einen länglichen Schlitz oder Kanal 40 gebildet (Fig. 7), der in der Oberkante des Flansches 16 durch maschinelle Bearbeitung, Gießen oder Stanzen bereitgestellt wird und kurz vor den gegenüberliegenden Enden des Flansches endet. Eine Mehrzahl von kurzen Kanälen 42 (Fig. 7), die normal zu Kanal 40 stehen, erstreckt sich zwischen dem länglichen Kanal 40 und jeder Öffnungen 38, um so die Durchflussverbindung zwischen ihnen zu ermöglichen. Eine längliche, L-förmige Abdeckwand 50 bedeckt sowohl den länglichen Kanal 40 als auch die Mehrzahl der kurzen Kanäle 42. Der obere horizontale Schenkel 50a der Abdeckwand 50 erstreckt sich über die Oberseite des Kanals 40 und ist an der oberen Fläche des Verbindungsflansches 16 angeschweißt. Der vertikale Schenkel 50b der Abdeckwand 50, der normal auf 50a steht, erstreckt sich über die Seite des Kanals 40 sowie auch über die kurzen Kanäle 42 und ist an der Seitenfläche des Verbindungsflansches 16 sowie auch an die benachbarten Bereiche der Hülsen 26 angeschweißt, wodurch die Kanäle 40 und 42 von der Umgebungsluft abgeschlossen werden. Ein Lufteinlasskanal 60, der ein mit Gewinde versehenes äußeres Ende 60a besitzt, ist an den Flansch 16 an einem Ende des Durchgangs 36 angeschweißt, so dass Sauerstoff mitführende Luft in den Durchgang 36 und daher in die heißen Abgase, die durch die Öffnungen 38 in den Auspuffkrümmer strömen, eingespritzt werden kann, wo eine weitere Verbrennung stattfindet, welche die Umwandlung von Kohlenmonoxid in Kohlendioxid durch den hinzugefügten Sauerstoff auf Grund der weiter vorhandenen hohen Temperatur der Abgase und des Vorhandenseins von zusätzlichem oxidierenden Gas, d. h. der Luft, miteinschließt. Die gemeinsame Wärme des Abgases, das vom Motor herströmt, und der weiteren Verbrennung, die im Auspuffkrümmer passiert, lässt während des Inbetriebnahmevorgangs die innere Auskleidung 22 rasch auf eine erhöhte Temperatur aufheizen, während die äußere Hülle thermisch durch den Luftspalt isoliert ist. Die Vorrichtung hat sich als sehr wirksam erwiesen, ist einfach herzustellen, relativ billig und höchst wirksam, um schädliche Gase wie Kohlenmonoxid sowie Stick- und Schwefeloxide, die vom Motor ausgestoßen werden, zu oxidieren.
Es ist verständlich, dass bestimmte kleinere Veränderungen an dem dargestellten Aufbau vorgenommen werden können, wobei dieser Aufbau die bevorzugte Ausführungsform ist, die als beispielhaft für die Erfindung dargelegt wird. Daher ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese besondere Ausführungsform, sondern nur auf den Umfang der angeschlossenen Ansprüche zu beschränken.

Claims

1. Auspuffkrümmer eines Motors, welcher aufweist:

- einen Krümmerkörper (12) und

- eine Mehrzahl an Einlaßkanälen (14), die sich vom Krümmerkörper erstrecken, wobei jeder Einlaßkanal eine Abgaseinlaßöffnung (38) hat;

- einen länglichen Einlaß-Verbindungsflansch (16), der sich an den Öffnungen über die Einlaßkanäle erstreckt und der Befestigungsöffnungen zur Montage des Krümmers an einer Verbrennungsmaschine hat, und welcher eine längliche Kante hat;

wobei der längliche Einlaß-Verbindungsflansch und eine längliche Abdeckung (50) einen länglichen Durchgang (36) bilden, der sich angrenzend an die Einlaßkanäle erstreckt, und wobei der längliche Einlaß-Verbindungsflansch eine Mehrzahl kurzer Kanäle (42) hat, die sich von dem länglichen Durchgang zu den Einlaßöffnungen erstrecken;

- und ein auf dem Einlaß-Verbindungsflansch und in Durchflußverbindung mit dem länglichen Durchgang vorgesehenes Verbindungsstück (60),

wobei Verbrennungsluft durch das Verbindungsstück, den Durchgang und die Verbindungskanäle zu den Einlaßkanälen des Krümmers für chemische Reaktionen von restlichen brennbaren Komponenten in Motorabgase eingeblasen werden kann; dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Abdeckwand (50) über der länglichen Kante angeordnet ist, welche durch einen länglichen Kanal (40) in dem länglichen Einlaß-Verbindungsflansch (16) gebildet ist, und an den Einlaß-Verbindungsflansch entlang dessen Länge geschweißt ist; um den länglichen Durchgang zu schließen.

2. Auspuffkrümmer eines Motors nach Anspruch 1, wobei die längliche Abdeckwand L- förmig ist.

3. Auspuffkrümmer eines Motors nach Anspruch 2, wobei die längliche L-förmige Abdeckwand (50) den länglichen Kanal (40) und die Verbindungskanäle (42) abdeckt, um alle Kanäle einzuschließen.

4. Auspuffkrümmer eines Motors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der längliche Einlaß-Verbindungsflansch eine Mehrzahl kurzer Kanäle (42) hat, welche sich von dem länglichen Kanal (40) in die Einlaßöffnungen (38) erstrecken; wobei die längliche Abdeckung (50) an den Einlaß-Verbindungsflansch über den länglichen Kanal (40) und über die kurzen Kanäle (42) geschweißt ist, um einen länglichen Durchgang, der sich entlang aller Einlaßkanäle erstreckt, und kurze Verbindungskanäle (42) zwischen dem Durchgang und den Einlaßkanälen zu bilden.

5. Auspuffkrümmer eines Motors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem der Körper und die Einlaßkanäle eine äußere Hülle (20) und eine innere Auskleidung (22) haben, die üblicherweise voneinander beabstandet sind, um einen Luftspalt dazwischen auszubilden, wobei die Hülle und die Auskleidung angrenzend an den Einlaß-Verbindungsflansch und angrenzend an den Abgasauslaß miteinander verbunden sind, wobei die innere Auskleidung durch in die Einlaßkanäle tretende Abgase und durch Verbrennung im Krümmer rasch erhitzt werden kann.