Verfahren und Einrichtung zur Nachverbrennung und Reinigung von Abgasen, insbesondere an Brennkraftmaschinen Es ist bekannt, die Abgase von Verbrennungsmoto ren durch eine Auspuffanlage zu führen, in welcher in einem besonderen Raum Zündkerzen angeordnet sind, die für noch unverbrannte Abgasanteile eine Nachver brennung bewirken sollen. In bekannter Weise können an derartige Anlagen noch Katalysator-Einrichtungen angeschlossen werden.
Die bei solchen Einrichtungen erforderlichen Zünd kerzen bedingen nachteiligerweise einen zusätzlichen ho hen Energieverbrauch, ausserdem setzen sich darin im Abgas enthaltene Verunreinigungen fest, die die Wir kung beeinträchtigen.
Da die Zündung ein zündfähiges, also explosibles Gemisch voraussetzt, besteht ausserdem Explosionsge fahr, was wiederum entsprechende Sicherheitsvorkeh rungen bedingt, die die Herstellungskosten erhöhen, so wie die Wartung und Bedingung erschweren.
Bei Verwendung von Katalysatoren ist die Tempera tur an sich zu niedrig, um eine Nachverbrennung zu erzielen, und es sind verteuernde Zusatzheizeinrichtun- gen notwendig, die ausserdem eine zeitraubende War tung und Kontrolle erfordern.
Es ist weiter bekannt, bei Abgasanlagen das ein tretende Gas in eine Expansionskammer zu leiten, auf welche eine Nachverbrennungskammer folgt. Die aus letzterer austretenden nachverbrannten Gase werden rückgeleitet und umströmen die Expansionskammer aus sen. Hierdurch sollen die kühleren Gase der Expansions kammer durch die wärmeren, bereits nachverbrannten Gase vorgewärmt werden, so dass sie in den Katalysator mit einer für die Nachverbrennung günstigen höheren Temperatur eintreten.
Bei derartigen Einrichtungen muss nachteiligerweise, um die beabsichtigte Vorwär- mung erreichen zu können, die katalytische Wirkung erst in Gang kommen, wofür aber den eintretenden, noch nicht vorwärmbaren Gasen die ausreichende Tem peratur fehlt. Erforderlich wird also dadurch zum An laufen wiederum ein besonderes zusätzliches Anheiz- gerät, das auch nach Stillstand oder geringer Gasmenge, wie bei Verbrennungsmotoren im Leerlauf, in Tätigkeit treten muss. Hierdurch wird der Aufbau einer solchen Anlage verwickelt und kostspielig, auch ist die Bedie nung und Wartung noch weiter erschwert.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Nachverbrennung und Reinigung von Abgasen, insbe sondere an Brennkraftmaschinen unter Ausnutzung des Wärmeinhalts der zugeführten Abgase, wobei die Ab gase unter Aufteilung in Einzelströme in eine oder mehr Nachbrennkammern eingeleitet werden, nach deren Durchströmen sie umgelenkt und in die Nachbrennkam- mern zurückgeführt werden, und darin die ursprüngli chen Abgasströme mit erneuter Aufteilung in Einzel ströme unter Wärmetausch und dadurch bewirkter Nachverbrennung umspülen und durchdringen, so dass dieser Wärmetausch und die Nachverbrennung in einem einzigen thermisch und baulich zusammengefassten Ein richtungsteil vor sich geht.
In den Nachbrennkammern sind zweckmässig in gegenseitigem Abstand Kanäle und Führungen für den Durchfluss der Abgase angeordnet, so dass diese in Einzelströme aufgeteilt werden, zwischen welchen der Abgasrückfluss erfolgt.
Die Aufteilung der Abgase in Einzelströme kann auch durch Wandungsöffnungen oder durch kürzere, richtungsgebende geschlossene Leitungen oder Leitflä- chen erfolgen.
Die Wandungen der die Aufteilung der Abgase in Einzelströme bewirkenden Leitungen können geschlos sen oder mit Wandungsöffnungen für einen teilweisen Gasaustritt versehen sein.
Die Wandungen der die Aufteilung der Abgase in Einzelströme bewirkenden Leitungen können mit düsen artig angeordneten Flächen versehen werden, welche eine nach innen oder aussen gerichtete Saugwirkung er zielen.
Durch Düsenwirkung kann der Abgasstrom auch selbst Zusatzluft ansaugen.
Die Nachbrennkammern können in bekannter Weise mit einer Doppelwand versehen sein, durch deren Zwi schenraum ein nach dem Zylinderaustritt abgezweigter geringer Teil der Abgase strömt, welcher sich hierauf wieder mit dem Hauptstrom vereinigt.
Die Abbildungen zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und bedeuten: Abb. 1 einen Längsschnitt der Einrichtung, Abb. 2 einen Querschnitt I-1 der Einrichtung nach Abb. 1 in vergrösserter Darstellung, Abb. 3 einen Längsschnitt einer weiteren Ausfüh rungsart, Abb.4 einen Querschnitt einer weiteren Ausfüh rungsart in vergrösserter Darstellung, Abb.5 einen Querschnitt einer weiteren Ausfüh rungsart in vergrösserter Teildarstellung, Abb.6 einen Längsschnitt einer weiteren Ausfüh rungsart,
Abb.7 einen Querschnitt der Einrichtung nach Abb. 6 in vergrösserter Darstellung, Abb.8 und 9 die Querschnitte weiterer Ausfüh rungsarten der Einrichtung in Teildarstellung, Abb. 10 den Ausschnitt eines Einzelteils der Ein richtung in vergrösserter Darstellung, Abb. 11, 12 und 13 Querschnitte weiterer Einzel teile, Abb. 14 den Querschnitt eines Einzelteiles der Ein richtung mit einem Zusatzteil, Abb. 15 den Längsschnitt einer weiteren Ausfüh rungsart der Einrichtung, Abb. 16 den Querschnitt der Ausführungsart der Einrichtung nach Abbildung 15,
Abb. 17 den Querschnitt einer weiteren Ausfüh rungsart der Einrichtung, Abb. 18 den Längsschnitt einer weiteren Ausfüh rungsart der Einrichtung, Abb. 19 den Querschnitt der Ausführungsart der Einrichtung nach Abbildung 18 in vergrösserter Dar stellung.
Die aus den einzelnen Zylindern des Verbrennungs motors 1, beispielsweise einem Vierzylindermotor, kom menden Abgasströme treten bei 2, 3, 4 und 5 aus den Zylinderöffnungen aus und gelangen hierauf jeweils in ein System von Leitungen 6, 7, 8 und 9. Jedes dieser Leitungssysteme besteht aus einer Anzahl von Einzel kanälen 10, welche einen breiten Querschnitt von ge ringer Höhe haben, so dass die darin fliessenden Ab gasteilströme 10' die Form dünner breiter Bänder er halten. Wie Abb. 1 erkennen lässt, haben die Leitungs systeme 6, 7. 8 und 9 verschiedene Länge, so dass die Abgasteilströme ebenfalls verschieden lang werden. Im Leitungssystem 6 sind die Einzelleitungen mit grösster Länge zusammengefasst, während das Leitungssystem 9 die kürzesten Einzelleitungen aufweist.
Nach Durchlau fen dieser Leitungssysteme 6, 7, 8 und 9 gelangen die Abgaseinzelströme in eine Sammelkammer 11 mit einer inneren Wandung 12 und einem äusseren Mantel 13, welcher mit einer Wärmeisolationsschicht 14 versehen ist. Die Einzelkanäle 10 der Leitungssysteme 6, 7, 8 und 9 durchbrechen die Trennwand 12 mit ihren Mündungs enden, und sind dabei zugleich in dieser Wandung da durch abgestützt, während sie am Einlassende durch die auf der Motorseite liegenden Teile des Mantels 13 ge tragen werden.
Die Einzelleitungen 10 der Leitungssysteme 6, 7, 8 und 9 bestehen aus gut wärmeleitendem, hitzebeständi gem Werkstoff, beispielsweise dünnen Blechen von hochwertigem Stahl, und werden durch die unmittelbar aus den Zylindern des Verbrennungsmotors kommenden Abgase beim Durchströmen hoch erhitzt. Die Abgasein- zelströme treten aus den Leitungssystemen 6, 7, 8 und 9 in Richtung der Pfeile 15, 16, 17 und 18 in die Sammel- kammer 11 aus, wo sie sich wieder vereinigen.
Die Längen 1 der Leitungssysteme 6, 7, 8 und 9 nehmen in Richtung der in der Kammer 11 herrschen den Strömung ab, infolgedessen vergrössert sich der Querschnitt dieser Kammer in Gasströmungsrichtung. Diese Vergrösserung kann der steigenden Vergrösserung der Gasmenge durch die nacheinander aus den Leitungs systemen 6, 7, 8 und 9 in den Richtungen der Pfeile 15, 16, 17 und 18 kommenden Teilströme entsprechend be messen werden.
Die Weiterführung der Abgase erfolgt in Richtung des Pfeils 19 unter Umlenkung in die Kammer 20, wobei die Abgase, wie Pfeil 19 zeigt, unter erneuter Teilung in Einzelströme durch die Einzelleitungen 21 strömen, wel che jeweils zwischen den Einzelleitungen 10 liegen. Die Einzelleitungen 10 und 21 werden in den Leitungssyste inen 6, 7, 8 und 0 durch dieselben Wandungsteile ge bildet. Die Abgaseinzelströme 21 durchqueren ebenfalls wieder in Form breiter dünner Bänder die Leitungssy steme 6, 7, 8 und 9, deren Flächen vom Durchströmen der unmittelbar aus den Zylindern der Verbrennungs- motore kommenden Abgasströme hoch erhitzt sind.
Auf diese Weise kommt der gesamte, wieder rückge leitete Abgasstrom in Form durch die Einzelleitungen 21 in dünne Bänder aufgeteilter Ströme zum Umspülen der Aussenwandungen der Einzelleitungen 10 der Leitungs systeme 6, 7, 8 und 9. Dabei erfolgt an diesen hoch er hitzten Flächen im Abgas eine Nachverbrennung noch unverbrannter Bestandteile unter Verbrauch des darin enthaltenen restlichen Sauerstoffs, ausserdem setzen sich an den erhitzten Flächen asphaltartige Bestandteile und Russ, ebenfalls unter Nachverbrennung, ab.
Für die verschiedenen Motorengrössen können bei gleichbleibendem Querschnitt und gleichbleibender Brei te b die Längen 1 der einzelnen Leitungssysteme 6, 7, 8 und 9 unterschiedlich gewählt werden. Dies hat hinsicht lich der Herstellung den Vorzug, dass einheitliche Quer schnitte mit verschiedenen Längen 1 gewählt werden können. Damit kann zugleich auch die Breite und damit die Strömungsgeschwindigkeit der durch die Aufteilung des in Pfeilrichtung 19 kommenden Abgasstromes er zeugten Einzelströme 21 geregelt werden, welche je weils der Länge der zunächst durchflossenen Leitungen <B>1.0</B> entspricht.
Man kann also auf diese Weise die Ge schwindigkeit der Einzelströme 21 in fabrikatorisch ein facher Weise der jeweiligen Gasmenge und dem erfor derlichen Grad der Nachverbrennung der Abgase an passen. Diese wird noch besonders durch die aufeinan derfolgende Durchquerung der Leitungssysteme 9, 8, 7 und 6 gefördert, da die jeweils dabei erzeugten Einzel ströme 21 stets von neuem nochmals der Einwirkung der Aussenwandungen der Einzelströme 10' unterworfen werden.
Nach Durchquerung der Leitungssysteme 6, 7, 8 und 9 vereinigt sich der dabei in Einzelströme 21 aufgeteilte Abgasstrom wieder und strömt in Richtung der Pfeile 22 in den Zwischenraum zwischen dem Mantel 13, 14 und einem weiteren, im Abstand von diesem Mantel an geordneten, die ganze Einrichtung umschliessenden Aus senmantel 23. Im Zwischenraum der Mäntel 13 und 23 befindet sich eine Leitfläche in Form einer Wendel 24, durch welche die Abgase zu einem schraubenförmigen Verlauf innerhalb dieses Zwischenraums gezwungen werden, den sie zum Schluss durch einen Auslassstutzen 25 in Richtung des Pfeils 26 verlassen. Der Mantel 23 ist mit zahlreichen Kühlrippen 27 versehen.
Zwecks Kontrolle, Säuberung und Ersatz der In nenteile ist der Aussenmantel 23 auf der einen Stirnseite des Geräts als mit Verschraubungen versehener, ab nehmbarer Deckel 28 ausgebildet. Auch weitere Wan- dungsteile können abnehmbar angeordnet werden.
Die verschiedenen Längen 1 der Leitungssysteme 6, 7, 8 und 9 können in bekannter Weise im Zusammen hang mit dem Volumen der Kammer 11 und der folgen den Räume so gewählt werden, dass für bestimmte stö rende Frequenzgebiete des Auspuffschalls der Abgase eine Dämpfung erzielt wird. Zu diesem Zweck kann die Kammer 11 auch beispielsweise mittels einer oder mehr Querwänden 29, welche Durchlassöffnungen oder Durchlassrohre besitzen, in zwei oder mehr Kammern unterteilt werden, wobei das Ganze ein akustisches Schalldämpfungssystem bildet.
Diese Dämpfung wird er heblich verstärkt durch die Reibungsdämpfung, welche die Teilströme 21 an den Aussenflächen der Leitungs systeme 6, 7, 8 und 9 erfahren, ausserdem auch noch durch den Energieentzug infolge der Abkühlung des Ab gasstroms, insbesondere beim Durchfliessen des Zwi schenraums der Mäntel 13 und 23, ferner durch die Wandungsreibung der Teilströme 10'.
Bei ortsfesten Anlagen kann der Aussenmantel 23 auch mit flüssigen oder gasförmigen Kühlmitteln, bei spielsweise in Richtung der Pfeile 30 durch Gebläse luft, umspült werden, bei Fahrzeugen durch den in der selben Richtung zugeführten Fahrtwind oder ebenfalls Gebläseluft, bzw. diese beiden Vorkehrungen vereinigt.
Die aus dem Stutzen 25 in Pfeilrichtung 26 austre tenden nachverbrannten und dadurch gereinigten und entgifteten Abgase können, falls erforderlich, durch wei tere anschliessende Reinigungseinrichtungen bekannter Art, beispielsweise Flüssigkeitsreiniger oder auch trok- kene oder benetzte Filter oder ähnliches strömen, um schliesslich in die Atmosphäre zu entweichen oder für Sonderzwecke verwendet zu werden.
Diese Zusatzteile können naturgemäss auch ohne weiteres innerhalb des umschliessenden Gehäuses 23 an geordnet werden.
Bei der in Abbildung 3 gezeigten weiteren Ausfüh- rrungsart der Einrichtung sind an die Auspufforgane der einzelnen Zylinder anschliessende Leitungssysteme 31, 32, 33 und 34 ersichtlich, deren Querschnitte ebenso ge staltet sind, wie die in Abbildung 1 und 2 gezeigten Querschnitte der Leitungssysteme 6, 7, 8 und 9, jedoch sind bei der Ausführung nach Abbildung 3 die einzenen bandförmigen Kanäle gekrümmt ausge- führt, so dass die austretenden Abgaseinzelströme in Richtung der Pfeile 35, 36, 37 und 38, d.
h. bereits in Richtung des Weiterströmens in die Sammelkammer 39 eintreten, von wo sie dann wiederum in Richtung des Pfeils 40 in die Nachbrennkammer 41 eintreten und die ebenfalls bandförmigen Einzelkanäle zwischen den Ka nälen der Leitungssysteme 31, 32, 33 und 34 durch queren.
Der weitere Verlauf der Strömung und auch der Nachverbrennungsvorgang ist derselbe wie bei der in Abbildung 1 und 2 gezeigten Einrichtung, die Abgase gelangen aus der Kammer 41 in Richtung der Pfeile 42 in den Zwischenraum der die Kammern 39 und 41 ge meinsam umschliessenden Wärmeisolierwand 43 und des mit Kühlrippen 44 versehenen Aussenmantels 45, wel cher wieder mit einer wendelförmigen Führungsfläche 46 versehen ist. Nach Durchströmen der wendelartigen Leitung tritt das Abgas durch den Stutzen 47 in Rich tung des Pfeils 48 aus.
Anstelle der Anbringung einer Isolierschicht in den Wandungen 13, 14 bzw. 43 der Ausführungen nach den Abbildungen 1, 2 und 3 kann in den Zwischenraum des die Nachbrennkammern und Sammelkammern umge benden Doppelmantels auch ein Teil der Abgase einge leitet werden, welche sich nach dessen Durchströmen wieder mit dem Hauptstrom vereinigen. Diese Art der Wandungsbeheizung kann auch angewendet werden, wenn der Doppelmantel gasdurchlässigen Isolierstoff 14 enthält. Der Gaseintritt kann, wie Abbildung 3 erkennen lässt, zu diesem Zweck durch kleinere Seitenöffnungen A an den Einlassleitungen, der Austritt durch Öffnun gen B in die Sammelkammer 39 erfolgen.
Abbildung 4 zeigt im Querschnitt eine vergrösserte Darstellung einer weiteren Ausführungsart der anhand von Abbildung 1, 2 und 3 bereits geschilderten Lei tungssysteme 6, 7, 8, 9, 31, 32, 33 und 34. Der vom Auslassorgan des Zylinders in Richtung des Pfeils 49 kommende Abgasstrom, welcher in gleicher Weise wie derum in Einzelströme 50 aufgeteilt wird, wird nach Durchströmen der Sammelkammer 51 in die Nach- brennkammer 52 rückgeführt und hier wiederum in quer zu den Einzelströmen 50 fliessende Einzelströme 53 aufgeteilt.
Die bei der ersten Aufteilung entstehen den Einzelströme 50 strömen zwischen in den Einzel kanälen in Flussrichtung verlaufenden Stützrippen 54, ebenso die quer dazwischen verlaufenden Einzelströme 53 zwischen ebenfalls in Strömungsrichtung angeordne- tven Stützrippen 55.
Die Stützrippen 54 und 55 erfüllen sowohl die Auf gabe der Versteifung der Leitungssysteme zusammen mit den Leitungswandungen der Einzelströme 50 und 53, ausserdem vergrössern sie die Oberfläche dieser Wan dungen, so dass der Wärmeübergang und damit die Nachverbrennung intensiver vonstatten geht.
Abbildung 5 zeigt eine weitere Ausführungsart im Querschnitt, bei welcher die nach dem Austritt aus dem Zylinder in den darauffolgenden Teilleitungssystemen erzeugten, in Richtung der Pfeile 56 fliessenden Teil ströme 57 nach Eintritt in die wie bei den bisher ge schilderten Ausführungen anschliessende Sammelkam- mer und Rückführung in die Nachbrennkammer bei der zweiten Aufteilung in Einzelströme 58 zwischen Schich ten 59 von Kontaktstoffen, wie Katalysatoren metalli scher oder nichtmetallischer Art, wiederum in Form breiter dünner Bänder in Querrichtung hindurch strömen.
Zweckmässigerweise werden die Kontaktstoffe, sofern sie nicht selbsttragend sind, sondern in Form von Körnern verwendet werden, durch gelochte Wandun gen oder Siebwandungen 60, zwischen denen die Ab gaseinzelströme fliessen, gestützt, wobei die Kontakt wirkung durch die Öffnungen dieser Lochwandungen oder Siebwände voll eintreten kann. Diese Katalysator wirkung verstärkt und beschleunigt in erheblichem Mass in an sich bekannter Weise die Nachverbrennung im Ab gas. Auch bei dieser Ausführungsart können wieder je weils in Flussrichtung der Einzelströme, wie Abbildung 5 zeigt, Rippen 61 bzw. 62 oder auch Einzelstützen in Form von Stiften, Röhren oder dgl. zwischen den Wan dungen der Einzelleitungen angeordnet werden.
Auch die Wandungen der in Richtung der Pfeile 56 durchströmten Einzelleitungen können, wie Abbildung 5 zeigt, perforiert sein, sofern die Katalysationsschichten 60 in nur geringem Mass gasdurchlässig sind, so dass die Teilströme sich nicht gegenseitig unmittelbar durch die Katalysationsschichten mischen können.
Abbildung 6 und 7 stellen eine weitere Ausführungs art im Längs- und Querschnitt dar, bei welcher der von den Zylinderauslassorganen kommende Abgasstrom, welcher zunächst wiederum in Einzelströme 63 aufge teilt wird, nach Vereinigung in der Sammelkammer 64 und Umleitung in Pfeilrichtung 65 die Nachbrennkam- mer 66 mit erneuter Unterteilung in dünne, breite Ein zelströme 67 auf die bereits geschilderte Weise durch strömt. Hierbei sind die bandförmigen Leitungen für die Einzelströme 67 sowie die gesamte Nachbrennkammer 66 mit Kontaktstoff 68 von körniger oder poröser, durchlässiger Form angefüllt.
Beim Durchströmen der Kammer 66 und der dabei erfolgenden Aufteilung in die Einzelströme 67 wird infolgedessen wiederum eine erhebliche Steigerung und Beschleunigung der Nachver brennung erzielt. Der weitere Verlauf der Gasströmung bis zum Auslassstutzen erfolgt in gleicher Weise wie bei den bereits im vorhergehenden geschilderten Aus führungsarten. Der in Pfeilrichtung 65 durchflossene Wandungsteil 69 der die Sammelkammer 64 und die Nachbrennkammer 66 trennenden Wand, und ebenso eine die Nachbrennkammer 66 am Auslassende ab- schliessende Wand 70 sind als Sieb oder perforiert aus gebildet.
Wie Abbildung 8 erkennen lässt, können die in der Nachbrennkammer erzeugten Gas-Einzelströme nicht nur wie die bandförmigen Einzelströme 67 in der Nach- brennkammer 66 nach Ausführung Abbildung 7, son dern mit weiterer Teilung als Einzelströme 71 gestaltet werden. Die Einzelströme 71 sind durch in Strömungs richtung verlaufende, seitlich von perforierten oder Sieb wandungen umgebende Kontaktstoffe 72 getrennt, so dass auf diese nochmals unterteilten Gas-Einzelströme die katalysierende Einwirkung unter Erfassung aller Gasteilchen erfolgen kann.
Selbstredend können die Einzelströme 71 auch im Zickzack oder unter Umlen kungen geführt werden, wobei volle oder seitliche Be- aufschlagung des Kontaktstoffes erfolgen kann.
Wie Abbildung 8 weiter zeigt, kann der Innenman tel der die Nachbrennkammer und Sammelkammer um gebenden gemeinsamen Isolierwand perforiert sein, so dass bei Mischung des Isolierstoffes mit Katalysatoren und Schallschluckstoff bekannter Art, wie Mineralwolle, die sowohl wärmeisolierend wie auch schallschluckend ist, Metallwolle oder dgl., die vereinigte Wirkung von Schallschluckdämpfung, Nachverbrennung und Wärme isolierung eintritt. Auch die weiter gemäss Abbildung 8 angeordneten Kontaktstoffe können zugleich auch mit Schallschluckstoff gemischt oder selbst schallschluckend sein.
Wie Abbildung 9 zeigt, kann die Perforierung der die Kontaktstoffe umgebenden Wandungen auch so er folgen, dass nicht nur die in der Nachbrennkammer lie genden Wandungsteile perforiert sind, sondern auch die nach Austritt aus den Zylinder-Auslassorganen die Auf teilung in Gas-Einzelströme bewirkenden Wandungsteile 73. Hierdurch wird eine katalytische Wirkung schon un mittelbar nach Eintritt in das Gerät auf die Abgase aus geübt, wie bereits bei der Ausführung Abbildung 5 hin sichtlich der Teilströme 56 geschildert wurde.
Bei allen mit Kontaktstoffen versehenen Ausführun gen wird vorzugsweise, wie Abbildung 10 im Längs schnitt vergrössert zeigt, die Kontaktmasse so angeord net, dass sie in der dem durchfliessenden Gasteilstrom 74 benachbarten Zone 75 grobkörnig, in den weiter entfernten Zonen 76 und 77 jedoch immer feinkörniger angeordnet ist. Zur Trennung der einzelnen Zonen des Kontaktstoffes können, ebenso wie für die Führung des Gasteilstromes 74 die gelochte oder Siebwandung 78, gelochte oder Siebwandungen 79 und 80 zur Anwen dung kommen. Die in grösserer Entfernung von den Gasteilströmen dichter werdende Kontaktmasse, d. h.
mit der Entfernung vom Gasteilstrom feiner werdende Porosität hat den Vorzug, dass bei der Katalysations- wirkung zwecks Nachverbrennung der im Abgas ent haltenen Stoffe nicht nur die Randschichten, sondern auch die tiefer liegenden Schichten des Kontaktstoffes insofern zur Wirkung gelangen, als die Gasteilchen in folge der abgestuften Porosität die ganze Kontaktmasse durchdringen können.
Zugleich wird bei Ausführungen nach Abbildung 9 eine Trennung der vor und nach Durchströmen der Sammelkammer erzeugten Gasteilströme in den hierfür angeordneten Leitungssystemen 6, 7, 8, 9 usw., wie sie anhand der Abbildungen geschildert sind, bewirkt, da die dichten Kontaktschichten 77, Abbildung 10, einen Durchfluss nur in äusserst geringem Mass gestatten.
Die Kontaktmasse wirkt hierbei zugleich als Schall schluckstoff, d. h. sie vernichtet infolge ihrer Porosität durch Reibung die Energie der Schallschwingungen.
Ohne weiteres kann auch die entsprechend Abbil dung 10 in Zonen aufgeteilte Kontaktmasse zusammen mit der Wärmeisolierschicht 14, Abbildung 1, 2 und den entsprechenden Isolierschichten der Ausführungen nach den weiteren Abbildungen so verwendet werden, dass die beide Wirkungen gemeinsam hervorrufende poröse Masse nach dem Innern der Geräte mit einem perforierten Mantel abgeschlossen ist, so dass zu der Wärmeisolier- und Katalysationswirkung noch eine Schallschluckwirkung hinzukommt.
Wie die Ausführung Abbildung 11 weiter zeigt, kön nen die Einzelleitungen 81 in den Leitungssystemen zur Aufteilung der vom Zylinderauslassorgan kommen den Abgase mit Wandungsöffnungen 82 versehen sein. Dies hat zur Folge, dass ein Teil des sehr heissen Ab gasteilstroms, welcher die Einzelleitungen 81 in Rich tung der Pfeile 83 durchströmt, aus den Öffnungen 82 in Form kleiner Gas- oder Flammenzungen 84, wie punktiert dargestellt, austritt.
Der nach Vereinigung der Teilströme 83 in der Sammelkammer 85 rückgeführte und in den zwischen den Einzelleitungen 81 liegenden Kanälen 86 nach Durchströmen der Sammelkammer nochmals in Einzelströme unterteilte Gasstrom erfährt bis zu einem gewissen Grade eine Vermischung mit den aus den Öffnungen 82 tretenden kleinen Gasströmen 84, so dass die in den Leitungen 86 in Form breiter, dünner Bänder fliessenden Gasteilströme durch die Gas- oder Flammenzungen 84 wie durch einen Vielflammenbren- ner erhitzt werden und dadurch eine weiter erhöhte Nachverbrennung erfahren.
Die Wandungsöffnungen 82 der benachbarten Lei tungen 81 sind, wie Abbildung 11 erkennen lässt, an jeweils gegenüberliegenden Wandungen gegenseitig ver setzt, so dass die Gas- bzw. Flammenzungen 84 der ei nen Leitung in die Lücken zwischen denen der anderen Leitung austreten.
Um diese Wirkung zu erzielen, kann man die Wan dungen der Einzelleitungen 81, die zugleich die Wan dungen der Kanäle 86 bilden, auch in Form von Netzen und Sieben mit der entsprechenden Maschenweite aus bilden. Infolge des höheren Gasdrucks in den Kanälen 81 entstehen dann die kleinen Teilströme 84 an den Maschen der Wandungen. In Verbindung mit den Aus- führungsarten Abbildungen 5 bis 10 können die Netze und Siebe auch doppelwandig sein, wobei der Kontakt stoff zwischen den beiden Wandungen angeordnet ist.
Man kann hierbei selbst feinkörnigen Kontaktstoff für die Katalyse anwenden, wobei die Netz- und Siebma- schenweite entsprechend klein sein müssen.
Bei der Ausführung der Wandungen der nach Aus tritt der Gase aus dem Zylinder folgenden Abgaseinzel leitungen 87 entsprechend Abbildung 12 mit Durchbre- chungen in Form nach innen weisender Zungen 88, wel che durch Eindrücken oder Stanzen des Blechs herge stellt werden können, wobei zugleich an diesen Blech zungen jeweils eine Öffnung 89 entsteht, wird, wie Ab bildung 13 in vergrössertem Massstab zeigt, durch die düsenförmig gestalteten Blechzungen 88 eine Saugwir kung ausgeübt. Die Einzelleitungen 87 werden aussen in den Kanälen zwischen ihren Wandungen von dem aus der Sammelkammer kommenden Abgas unter dessen er neuter Aufteilung in Einzelströme umflossen, wobei von den letzteren in Richtung der Pfeile 90 ein Teil ange saugt wird.
Die zahlreichen angesaugten Teilströme in Richtung der Pfeile 90 erfahren naturgemäss hierbei ebenfalls eine Nachverbrennung durch die Vermischung mit den heissen Gasströmen der Einzelleitungen 87, ebenso wie der übrige Teil der die Einzelleitungen 87 aussen umfliessenden Gase durch deren erhitzte Wan dungen.
Anstelle einzelner paralleler Bänder, wie sie die Ein zelleitungen der Leitungssysteme 6, 7, 8, 9, 31, 32, 33 und 34 usw. zeigen, können auch andere Formen für die Einzelströme gewählt werden, beispielsweise konzen trisch ineinanderliegende Hohlzylinder, gewölbte oder kurvenförmige Gestalt, sternförmige oder gezackte Querschnittformen u. ä.
Die Teilleitungssysteme, in welche die aus den Zy lindern des Verbrennungsmotors kommenden Abgase gelangen, können nicht nur, wie geschildert, nebenein ander, sondern auch übereinander angeordnet werden, wobei die Abgasströme sich ebenfalls wieder in einer Sammelkammer vereinigen und hierauf eine erneute Aufteilung in zwischen den Einzelstromleitungen flies- sende Teilströme erfahren, wobei letztere wieder in Ge- genstrom-Richtung der ersten Teilströme zurückfliessen, so dass ihre Erwärmung stufenweise gesteigert und in Verbindung mit der Wirkung der umspülten heissen Wandungen eine Nachverbrennung erzielt wird.
Weiter können auch die geschilderten Abgasleitungs systeme in beliebig geneigter Lage über- oder neben einander angeordnet werden, wodurch sich die Möglich keit der Anpassung an Verbrennungsmotoren verschie dener Gestalt und Anwendung ergibt.
Erforderlichenfalls können ohne weiteres, wie Ab bildung 14 am Querschnitt eines Leitungssystems zeigt, durch Leitungen 91 Luft, Sauerstoff oder ein anderes, die Nachverbrennung förderndes Gas zugeführt oder durch Ausbildung der an die Zylinderauslassorgane an- schliessenden Leitungen in Form von Injektordüsen 92 selbsttätig angesaugt werden, wobei die Regelung durch eine beispielsweise in der Zuleitung angebrachte Dreh klappe 93 erfolgen kann, welche in an sich bekannter Weise durch Thermostat oder dgl. selbst regelbar ist.
Es ist auch ohne weiteres möglich, in die mit Wan- dungsöffnungen versehenen Leitungen 81 Abbildung 11 und der Leitungen 87 Abbildung 12 Kontaktstoffe zur Erzielung einer Katalysationswirkung einzusetzen, wie dies bei den Leitungen der im vorhergehenden geschil derten Ausführungsarten der Fall ist.
Abbildung 15 und 16 zeigen eine weitere Ausfüh rungsart, wobei die vom Auslassorgan des Zylinders kommenden Abgase in den Teilleitungssystemen durch kurze, richtungsweisende Kanäle 94 oder auch nur Öffnungen der in der Zuleitung befindlichen Wandung 95 in Einzelströme 96 unterteilt werden, die, wie die Abbildungen 15 und 16 in punktierten Linien zeigen, die Nachbrennkammer 97 durchlaufen und sich in der anschliessenden Sammelkammer 98 vereinigen. Die Trennwand 99 dieser beiden Kammern ist für den Durchtritt der Abgasteilströme 96 mit öffnungen 100 versehen.
Diese Teilströme durchlaufen die Nachbrenn- kammer also zum grössten Teil frei, d. h. ohne um gebende Kanalwandungen. Nach der Vereinigung in der Sammelkammer 98 und Rückleitung in Richtung des Pfeils 101 werden diese ursprünglichen Einzelströme durch den ihre Zwischenräume durchlaufenden und da durch ebenfalls wieder aufgeteilten Abgasstrom umspült, so dass hierdurch wiederum die Nachverbrennung vor sich geht, welche durch die direkte Berührung der bei den Strömungen besonders wirkungsvoll ist.
Die ur sprünglichen Abgasteilströme haben gegenüber dem durch den Zwischenraum aufgeteilten, von der Sammel- kammer kommenden Strom höhere Geschwindigkeit und bessere Richtwirkung, so dass sie durch die lang samer strömenden, sie umspülenden Gase in ihrem Strö mungsverlauf nur in geringem Masse beeinflusst werden.
Naturgemäss kann der aus dem zylindrischen Aus lassorgan kommende Abgasstrom erforderlichenfalls auch ohne Aufteilung bleiben und aussen nach der Wei terführung und Umlenkung unter Nachverbrennung um strömt werden. So kann, wie Abbildung 17 zeigt, bei Gasen mit guter Nachverbrennungsneigung eine Nach verbrennung auch erzielt werden, wenn der in Abbil dung 17 im Querschnitt punktiert dargestellte heisse ur sprüngliche Gasstrahl 102,
welcher mit scharfer Richt wirkung durch Führungsöffnungen oder -stutzen die Nachbrennkammer durchläuft und hierauf durch ent sprechende öffnungen in der die Nachbrenn- und Sam- melkammern trennenden Wand in die Sammelkammer eintritt, von dem aus der Sammelkammer kommenden rückgeführten Gas in Richtung der Pfeile 103 umspült wird, wobei die langsam fliessende umspülende Gas menge eine Nachverbrennung durch die Berührung und Mischung mit den äusseren Schichten des Gasstrahles 102 erfährt.
Die Abbildungen 18 und 19 zeigen eine Ausführung der Einrichtung mit Zuführung des zu reinigenden Gases durch einen Einlassstutzen 104 in den Kanal oder Raum 105. Von hier aus strömt das Gas über die Leitungen 106, welche wieder die Form dünner flacher Bänder haben, in Richtung der Pfeile 107 in die Sammelkam- mer 108. Die Weiterleitung erfolgt in Richtung des Pfei les 109 in einen die Fortsetzung der Sammelkammer 108 bildenden Raum 110, und das Gas strömt dann in den Leitungen 11 in Pfeilrichtung 112 in die Endkam- mer 113, von welcher der Austritt durch den Auslass- stutzen 114 erfolgt.
Die Wandungen der Leitungen 106 und 111 sind wie bei den im vorhergehenden beschrie benen Ausführungsarten für die Teilströme 107 und 112 jeweils dieselben und bilden zusammen einen einzigen blockförmigen Bauteil.
In den vom Gas durchströmten Leitungen 111 kann wieder Kontaktstoff zur Erzielung einer katalytischen Nachverbrennung angeordnet werden, welcher diese Lei tungen ganz ausfüllt, oder freie Durchlassquerschnitte besitzt.
Die Zuleitung zum Einlassstutzen 104, sowie das Gehäuse der Einrichtung mit Ausnahme der Auslass kammer 113 ist, wie aus den Abbildungen ersichtlich, wieder mit einer wärmeisolierenden Schicht 7 versehen, um ein Absinken der für die Nachverbrennung erforder lichen Innentemperatur zu vermeiden. Erforderlichen falls kann auch hier die Auslasskammer 113, in welcher sich die Teilströme der Leitungen 111 nach erfolgter Nachverbrennung sammeln, wieder mit Kühlrippen oder einer anderen Kühlvorrichtung bekannter Art versehen werden, so dass die durch den Stutzen 114 austretenden Gase so weit abgekühlt sind, dass auch bei Verwendung der Einrichtung in Räumen mit brennbaren oder explo siblen Stoffen die erforderliche Sicherheit gewährleistet ist.
Die vom Gas durchsirömten Räume 105, 108, 110 und 113 können Kontakt- oder Filterstoffe oder deren Gemische enthalten, die die Gasreinigung ergänzen. Hierfür sind die Wandungen<B>115, 116,</B> 117 und 118 ge locht oder als Siebe ausgebildet, ebenso die Wandungen an den Ein- und Auslassmündungen der Leitungen 106 und 111. Vorzugsweise sind im ersten Raum 105 durch lässige Filterstoffe enthalten, welche gröbere Verunrei nigungen des Gases auffangen, während die folgenden Räume 108,<B>110</B> und 113 Filter- bzw. Kontaktstoffe von fortschreitend feinerer Beschaffenheit und dement sprechender Wirkung enthalten.
Wie die Abbildungen 18 und 19 erkennen lassen, ist das Gerät zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden an der Trennfuge 119 zusammenstossenden Teile mit Hilfe von Spannschlössern 120 zusammengehalten werden. Das obere Teil besteht aus der isolierten Aussenwand samt den im Innern befindlichen Leitungen 106 und 111, sowie den anschliessenden Wandungen, während das Unterteil durch den Einlassstutzen 104, den Aus- lassstutzen 114 und dem unteren, schalenförmigen, iso lierten Gehäuseteil mit den Innenwandungen 115 und <B>116</B> gebildet wird.
Bei den beschriebenen Ausführungsarten der Ein richtung lässt sich also auf einfache Weise eine ther mische Nachverbrennung der Gase beim Durchströmen der auf die geschilderte Weise beheizten Leitungen er zielen, ausserdem kann mit denselben Bauteilen bei Verwendung von Kontaktstoffen auch eine katalytische Nachverbrennung erfolgen, wobei diese Vorgänge je weils in einem einzigen Bauteil vor sich gehen, in wel chem die gleichen Wandungen zur Führung der ver schiedenen Gasströme verwendet werden.
Die Einrichtung ist sowohl zum Anbau an Motoren von Fahrzeugen, wie auch für ortsfeste abgaserzeu gende Anlagen geeignet und hat neben kleinen bauli chen Abmessungen den Vorzug, dass sie auf einfache Weise gesäubert werden kann, ferner, dass sich erneu erungsbedürftige Teile leicht ersetzen lassen.
Method and device for afterburning and cleaning exhaust gases, especially in internal combustion engines It is known to lead the exhaust gases from combustion engines through an exhaust system in which spark plugs are arranged in a special room, which are intended to cause a Nachver combustion for unburned exhaust gas. In a known manner, catalyst devices can also be connected to such systems.
The spark plugs required in such facilities disadvantageously require an additional high energy consumption, and also impurities contained in the exhaust gas that adversely affect the effect.
Since ignition requires an ignitable, i.e. explosive, mixture, there is also a risk of explosion, which in turn requires appropriate safety precautions that increase manufacturing costs and make maintenance and conditions more difficult.
When using catalysts, the temperature itself is too low to achieve afterburning, and additional heating devices, which make them more expensive, are necessary, which also require time-consuming maintenance and control.
It is also known in exhaust systems to pass the gas entering an expansion chamber, which is followed by an afterburning chamber. The post-burned gases emerging from the latter are returned and flow around the expansion chamber. This is intended to preheat the cooler gases in the expansion chamber by the warmer, already post-burned gases, so that they enter the catalytic converter at a higher temperature that is favorable for post-combustion.
Disadvantageously, in such devices, in order to be able to achieve the intended preheating, the catalytic effect must first come into operation, for which, however, the entering gases which cannot yet be preheated lacks the sufficient temperature. In turn, a special additional heating device is required to start up, which has to come into operation even after standstill or a low gas volume, such as with internal combustion engines when idling. This makes the construction of such a system complex and expensive, and the operation and maintenance is even more difficult.
The invention relates to a method for the afterburning and cleaning of exhaust gases, in particular special to internal combustion engines utilizing the heat content of the exhaust gases supplied, the gases from being divided into individual streams being introduced into one or more afterburning chambers, after which they are deflected and into the Afterburning chambers are returned, and the original exhaust gas flows with renewed division into individual flows with heat exchange and the resulting afterburning wash around and penetrate, so that this heat exchange and afterburning takes place in a single thermally and structurally combined piece of equipment.
In the afterburning chambers, channels and guides for the flow of the exhaust gases are expediently arranged at a mutual distance, so that these are divided into individual flows, between which the exhaust gas return flow occurs.
The exhaust gases can also be divided into individual flows through openings in the wall or through shorter, directional, closed lines or guide surfaces.
The walls of the lines causing the division of the exhaust gases into individual flows can be closed or provided with wall openings for partial gas escape.
The walls of the lines causing the division of the exhaust gases into individual flows can be provided with surfaces arranged like nozzles, which aim at an inward or outward suction effect.
The exhaust gas flow can also suck in additional air by means of the nozzle effect.
The afterburning chambers can be provided in a known manner with a double wall, through the inter mediate space a branched off after the cylinder outlet small part of the exhaust gas flows, which then reunites with the main flow.
The figures show exemplary embodiments of the subject matter of the invention and mean: Fig. 1 a longitudinal section of the device, Fig. 2 a cross-section I-1 of the device according to Fig. 1 in an enlarged view, Fig. 3 a longitudinal section of a further embodiment, Fig. 4 a cross section a further embodiment in an enlarged view, Figure 5 a cross section of a further embodiment in an enlarged partial view, Figure 6 a longitudinal section of a further embodiment,
Fig. 7 shows a cross-section of the device according to Fig. 6 in an enlarged view, Figs. 8 and 9 the cross-sections of further types of execution of the device in partial representation, Fig. 10 the detail of an individual part of the device in an enlarged view, Figs. 11, 12 and 13 cross-sections of further individual parts, Fig. 14 the cross-section of an individual part of the device with an additional part, Fig. 15 the longitudinal section of a further embodiment of the device, Fig. 16 the cross-section of the embodiment of the device according to Figure 15,
Fig. 17 shows the cross section of a further embodiment of the device, Fig. 18 shows the longitudinal section of a further embodiment of the device, Fig. 19 shows the cross section of the embodiment of the device according to Figure 18 in an enlarged representation.
The exhaust gas flows coming from the individual cylinders of the internal combustion engine 1, for example a four-cylinder engine, exit the cylinder openings at 2, 3, 4 and 5 and then enter a system of lines 6, 7, 8 and 9. Each of these line systems consists of a number of individual channels 10, which have a wide cross-section of ge ringer height, so that the flowing therein from partial gas streams 10 'he keep the shape of thin, wide ribbons. As Fig. 1 shows, the line systems 6, 7. 8 and 9 have different lengths, so that the partial exhaust gas flows are also of different lengths. In the line system 6, the individual lines with the greatest length are combined, while the line system 9 has the shortest individual lines.
After passing through these line systems 6, 7, 8 and 9, the individual exhaust gas flows enter a collecting chamber 11 with an inner wall 12 and an outer jacket 13 which is provided with a thermal insulation layer 14. The individual channels 10 of the line systems 6, 7, 8 and 9 break through the partition wall 12 with their mouth ends, and are at the same time supported in this wall as by while they are carried at the inlet end by the parts of the jacket 13 lying on the engine side.
The individual lines 10 of the line systems 6, 7, 8 and 9 consist of good heat-conducting, hitzebeständi gem material, for example thin sheets of high-quality steel, and are heated up by the exhaust gases coming directly from the cylinders of the internal combustion engine when flowing through. The individual exhaust gas flows emerge from the line systems 6, 7, 8 and 9 in the direction of the arrows 15, 16, 17 and 18 into the collecting chamber 11, where they reunite.
The lengths 1 of the line systems 6, 7, 8 and 9 decrease in the direction of the flow prevailing in the chamber 11, as a result of which the cross section of this chamber increases in the direction of gas flow. This magnification can be measured according to the increasing magnification of the amount of gas through the successively coming from the line systems 6, 7, 8 and 9 in the directions of arrows 15, 16, 17 and 18.
The exhaust gases are continued in the direction of arrow 19 with deflection into chamber 20, with the exhaust gases, as arrow 19 shows, flowing through the individual lines 21, again dividing them into individual streams, each of which lies between the individual lines 10. The individual lines 10 and 21 are formed in the line systems inen 6, 7, 8 and 0 through the same wall parts ge. The individual exhaust gas flows 21 again cross the line systems 6, 7, 8 and 9 in the form of wide, thin strips, the surfaces of which are highly heated by the flow of exhaust gas flows directly from the cylinders of the internal combustion engines.
In this way, the entire, re-routed exhaust gas flow comes in the form of streams divided into thin bands through the individual lines 21 to wash around the outer walls of the individual lines 10 of the line systems 6, 7, 8 and 9. This takes place on these highly heated surfaces in the exhaust gas post-combustion of still unburned components, consuming the remaining oxygen contained therein, and also asphalt-like components and soot, also with post-combustion, settle on the heated surfaces.
The lengths 1 of the individual line systems 6, 7, 8 and 9 can be selected differently for the different engine sizes with the same cross-section and constant width b. With regard to production, this has the advantage that uniform cross-sections with different lengths 1 can be selected. In this way, the width and thus the flow speed of the individual flows 21 generated by the division of the exhaust gas flow coming in the direction of arrow 19 can be regulated, which corresponds to the length of the lines <B> 1.0 </B> initially flowed through.
So you can in this way the Ge speed of the individual streams 21 in a simple manner of the respective amount of gas and the neces sary degree of post-combustion of the exhaust gases to adjust. This is particularly promoted by the successive traversing of the line systems 9, 8, 7 and 6, since the individual streams 21 generated in each case are always again subjected to the action of the outer walls of the individual streams 10 '.
After crossing the line systems 6, 7, 8 and 9, the exhaust gas stream, which is divided into individual streams 21, reunites and flows in the direction of arrows 22 into the space between the jacket 13, 14 and another spaced apart from this jacket, which Entire device enclosing Aus senmantel 23. In the space between the shells 13 and 23 is a guide surface in the form of a helix 24, through which the exhaust gases are forced to a helical course within this space, which they finally through an outlet 25 in the direction of the arrow 26 leave. The jacket 23 is provided with numerous cooling fins 27.
For the purpose of checking, cleaning and replacing the internal parts, the outer casing 23 is designed on one end of the device as a removable cover 28 provided with screw connections. Further wall parts can also be arranged so as to be removable.
The different lengths 1 of the line systems 6, 7, 8 and 9 can be selected in a known manner in connection with the volume of the chamber 11 and the following rooms so that attenuation is achieved for certain disturbing frequency ranges of the exhaust sound of the exhaust gases. For this purpose, the chamber 11 can also be subdivided into two or more chambers, for example by means of one or more transverse walls 29, which have passage openings or passage pipes, the whole forming an acoustic soundproofing system.
This damping is significantly increased by the friction damping that the partial flows 21 experience on the outer surfaces of the line systems 6, 7, 8 and 9, and also by the extraction of energy as a result of the cooling of the gas stream, especially when flowing through the intermediate space of the jackets 13 and 23, furthermore by the wall friction of the partial flows 10 '.
In the case of stationary systems, the outer jacket 23 can also be flushed with liquid or gaseous coolants, for example in the direction of the arrows 30 by blower air, in vehicles by the air flow supplied in the same direction or also blown air, or these two precautions are combined.
The exhaust gases exiting from the nozzle 25 in the direction of arrow 26 and thereby cleaned and detoxified can, if necessary, flow through further subsequent cleaning devices of a known type, for example liquid cleaners or also dry or wetted filters or the like, to finally flow into the atmosphere escape or be used for special purposes.
These additional parts can of course also be arranged within the enclosing housing 23 without further ado.
In the further embodiment of the device shown in Figure 3, line systems 31, 32, 33 and 34 connected to the exhaust elements of the individual cylinders can be seen, the cross-sections of which are designed in the same way as the cross-sections of the line systems 6 shown in Figures 1 and 2, 7, 8 and 9, but in the embodiment according to FIG. 3 the individual band-shaped channels are curved so that the exiting individual exhaust gas flows in the direction of arrows 35, 36, 37 and 38, i.e.
H. already enter the collecting chamber 39 in the direction of the onward flow, from where they then again enter the afterburning chamber 41 in the direction of arrow 40 and traverse the also band-shaped individual channels between the channels of the line systems 31, 32, 33 and 34.
The further course of the flow and also the post-combustion process is the same as in the device shown in Figures 1 and 2, the exhaust gases pass from the chamber 41 in the direction of the arrows 42 into the space between the thermal insulation wall 43 and the surrounding chamber 39 and 41 Outer jacket 45 provided with cooling fins 44, which is again provided with a helical guide surface 46. After flowing through the helical line, the exhaust gas exits through the nozzle 47 in the direction of arrow 48.
Instead of attaching an insulating layer in the walls 13, 14 or 43 of the versions according to Figures 1, 2 and 3, a part of the exhaust gases can also be directed into the space between the afterburning chambers and collecting chambers, which is then passed through reunite with the main stream. This type of wall heating can also be used when the double jacket contains gas-permeable insulating material 14. As can be seen in FIG. 3, the gas can enter the collecting chamber 39 through smaller side openings A on the inlet lines, and the exit through openings B.
Figure 4 shows in cross section an enlarged representation of a further embodiment of the piping systems 6, 7, 8, 9, 31, 32, 33 and 34 already described with reference to Figures 1, 2 and 3. The from the outlet member of the cylinder in the direction of arrow 49 The incoming exhaust gas stream, which is divided into individual streams 50 in the same way, is returned to the post-combustion chamber 52 after flowing through the collecting chamber 51 and is again divided into individual streams 53 flowing transversely to the individual streams 50.
The individual streams 50 that arise in the first division flow between support ribs 54 running in the flow direction in the individual channels, as do the individual streams 53 running transversely between them between support ribs 55 also arranged in the flow direction.
The support ribs 54 and 55 both fulfill the task of stiffening the pipe systems together with the pipe walls of the individual streams 50 and 53, they also enlarge the surface of these Wan applications so that the heat transfer and thus the afterburning takes place more intensively.
Figure 5 shows a further embodiment in cross-section, in which the partial currents 57, which flow in the direction of the arrows 56 and are generated in the subsequent sub-line systems after exiting the cylinder, after entering the collecting chamber and return as in the previously described embodiments in the afterburning chamber in the second division into individual streams 58 between Schich th 59 of contact materials, such as catalysts metallic or non-metallic type, again in the form of wide, thin ribbons in the transverse direction.
The contact materials, provided they are not self-supporting but are used in the form of grains, are expediently supported by perforated walls or sieve walls 60, between which the individual streams of exhaust gas flow, the contact effect being able to occur fully through the openings in these perforated walls or sieve walls . This catalyst effect intensifies and accelerates the post-combustion in the exhaust gas to a considerable extent in a manner known per se. In this embodiment too, ribs 61 or 62 or even individual supports in the form of pins, tubes or the like can be arranged between the walls of the individual lines in the direction of flow of the individual streams, as shown in Figure 5.
The walls of the individual lines through which the flow is directed in the direction of arrows 56 can also be perforated, as shown in Figure 5, provided that the catalytic layers 60 are only slightly gas-permeable, so that the partial flows cannot mutually mix directly through the catalytic layers.
Figures 6 and 7 show a further embodiment in longitudinal and cross-section, in which the exhaust gas flow coming from the cylinder outlet organs, which is first divided into individual flows 63, enters the afterburning chamber after being merged in the collecting chamber 64 and diverted in the direction of arrow 65 66 with renewed subdivision into thin, wide individual streams 67 flows through in the manner already described. Here, the band-shaped lines for the individual streams 67 and the entire afterburning chamber 66 are filled with contact material 68 of a granular or porous, permeable shape.
When flowing through the chamber 66 and the resulting division into the individual streams 67, a considerable increase and acceleration of the Nachver combustion is achieved as a result. The further course of the gas flow up to the outlet connection takes place in the same way as with the types of execution already described above. The wall part 69 of the wall separating the collecting chamber 64 and the afterburning chamber 66 through which the flow passes in the direction of arrow 65, and also a wall 70 closing off the afterburning chamber 66 at the outlet end are designed as a sieve or perforated.
As can be seen in Figure 8, the individual gas flows generated in the afterburning chamber can be designed not only like the band-shaped individual flows 67 in the afterburning chamber 66 according to the embodiment in Figure 7, but also with further division as individual flows 71. The individual streams 71 are separated by contact substances 72 running in the direction of flow and laterally surrounded by perforated or sieve walls, so that the catalyzing action can take place on these individual gas streams, which are subdivided again, capturing all gas particles.
It goes without saying that the individual streams 71 can also be guided in a zigzag or with deflections, with full or lateral application of the contact material.
As Figure 8 further shows, the inner jacket of the joint insulating wall surrounding the afterburning chamber and collecting chamber can be perforated, so that when the insulating material is mixed with catalysts and sound-absorbing material of a known type, such as mineral wool, which is both heat-insulating and sound-absorbing, metal wool or the like. , the combined effect of sound absorption, post-combustion and thermal insulation occurs. The contact substances further arranged according to Figure 8 can also be mixed with sound-absorbing substance or can themselves be sound-absorbing.
As Figure 9 shows, the walls surrounding the contact materials can also be perforated in such a way that not only the wall parts located in the afterburning chamber are perforated, but also the wall parts that cause the division into individual gas flows after exiting the cylinder outlet elements 73. As a result, a catalytic effect is exerted on the exhaust gases immediately after entry into the device, as has already been described with regard to the partial flows 56 in the embodiment in Figure 5.
In all designs provided with contact substances, the contact compound is preferably arranged in such a way, as Figure 10 shows enlarged in longitudinal section, that it is coarse-grained in the zone 75 adjacent to the partial gas flow 74 flowing through it, but always finer-grained in the more distant zones 76 and 77 is. The perforated or sieve wall 78, perforated or sieve walls 79 and 80 can be used to separate the individual zones of the contact substance, as well as for guiding the partial gas flow 74. The contact mass, which becomes denser at a greater distance from the partial gas flows, i.e. H.
Porosity that becomes finer as the gas flow is removed has the advantage that, in the catalytic effect for the purpose of afterburning the substances contained in the exhaust gas, not only the edge layers, but also the deeper layers of the contact substance come into effect, as the gas particles result in graded porosity can penetrate the entire contact mass.
At the same time, in the embodiments according to Figure 9, a separation of the partial gas flows generated before and after flowing through the collecting chamber in the line systems 6, 7, 8, 9, etc. arranged for this purpose, as described with reference to the figures, is effected, since the tight contact layers 77, Figure 10, only allow a very small amount of flow.
The contact mass also acts as a sound absorbent, i.e. H. Due to its porosity, it destroys the energy of the sound vibrations through friction.
Without further ado, the contact mass divided into zones according to Fig. 10 can be used together with the thermal insulation layer 14, Figs. 1, 2 and the corresponding insulation layers of the designs according to the further illustrations in such a way that the porous mass causing both effects to the inside of the devices is finished with a perforated jacket, so that a sound-absorbing effect is added to the heat-insulating and catalyzing effect.
As the embodiment in Figure 11 further shows, the individual lines 81 in the line systems for dividing the exhaust gases coming from the cylinder outlet element can be provided with wall openings 82. As a result, part of the very hot partial gas stream from which flows through the individual lines 81 in the direction of the arrows 83, emerges from the openings 82 in the form of small gas or flame tongues 84, as shown in dotted lines.
The gas stream returned to the collecting chamber 85 after the partial streams 83 have been combined and is again subdivided into individual streams in the channels 86 located between the individual lines 81 after flowing through the collecting chamber, is to a certain extent mixed with the small gas streams 84 emerging from the openings 82, see above that the partial gas streams flowing in the lines 86 in the form of wide, thin ribbons are heated by the gas or flame tongues 84 as if by a multi-flame burner and thus experience a further increased afterburning.
The wall openings 82 of the adjacent lines 81 are, as Figure 11 shows, mutually offset on opposite walls, so that the gas or flame tongues 84 of one line emerge into the gaps between those of the other line.
To achieve this effect, the Wan applications of the individual lines 81, which also form the Wan applications of the channels 86, also in the form of nets and screens with the appropriate mesh size. As a result of the higher gas pressure in the channels 81, the small partial flows 84 then arise on the meshes of the walls. In connection with the embodiments in Figures 5 to 10, the nets and screens can also be double-walled, with the contact material being arranged between the two walls.
You can even use fine-grained contact material for the catalysis, whereby the mesh and sieve mesh size must be correspondingly small.
In the design of the walls of the individual exhaust gas lines 87 following the exit of the gas from the cylinder, as shown in Figure 12, with openings in the form of inwardly pointing tongues 88, which can be produced by pressing or punching the sheet metal Sheet metal tongues each create an opening 89, as from Figure 13 shows on an enlarged scale, a suction effect is exerted through the nozzle-shaped sheet metal tongues 88. The individual lines 87 are surrounded outside in the channels between their walls by the exhaust gas coming from the collecting chamber under which it is re-divided into individual streams, a portion of the latter being sucked in the direction of the arrows 90.
The numerous partial flows drawn in in the direction of the arrows 90 naturally also experience afterburning through mixing with the hot gas flows of the individual lines 87, as does the remaining part of the gases flowing around the individual lines 87 through their heated walls.
Instead of individual parallel bands, as shown by the A cell lines of the line systems 6, 7, 8, 9, 31, 32, 33 and 34, etc., other shapes can also be selected for the individual streams, for example concentrically nested hollow cylinders, curved or curved Shape, star-shaped or serrated cross-sectional shapes, etc. Ä.
The partial line systems in which the exhaust gases come from the Zy relieve the internal combustion engine, can not only, as described, be arranged next to each other, but also one above the other, the exhaust gas streams also reunite in a collecting chamber and then a renewed division between the Individual flow lines experience flowing partial currents, the latter flowing back in the countercurrent direction of the first partial currents, so that their heating is gradually increased and, in conjunction with the effect of the hot walls around them, post-combustion is achieved.
Furthermore, the exhaust pipe systems described can be arranged in any inclined position above or next to one another, which makes it possible to adapt to internal combustion engines of different shapes and applications.
If necessary, as shown in Figure 14 on the cross-section of a line system, air, oxygen or another gas that promotes post-combustion can be fed in through lines 91 or automatically sucked in by designing the lines connected to the cylinder outlet elements in the form of injector nozzles 92, wherein the regulation can be carried out by a rotary flap 93 mounted, for example, in the supply line, which can be regulated in a known manner by a thermostat or the like.
It is also easily possible to insert contact substances into lines 81, Figure 11 and lines 87, Figure 12, which are provided with wall openings, to achieve a catalytic effect, as is the case with the lines of the embodiments described above.
Figures 15 and 16 show a further embodiment, whereby the exhaust gases coming from the outlet element of the cylinder are subdivided into individual streams 96 in the sub-line systems by short, directional channels 94 or just openings in the wall 95 in the supply line, which, as shown in Figures 15 16 and 16 show in dotted lines, which pass through the afterburning chamber 97 and merge in the subsequent collecting chamber 98. The partition wall 99 of these two chambers is provided with openings 100 for the passage of the partial exhaust gas flows 96.
These partial flows therefore pass through the afterburning chamber for the most part freely, i. H. without surrounding duct walls. After the combination in the collecting chamber 98 and the return line in the direction of the arrow 101, these original individual flows are washed around by the exhaust gas flow that runs through their intermediate spaces and is also divided up again, so that this in turn causes the afterburning to take place, which is caused by the direct contact of the Currents is particularly effective.
The original partial exhaust gas flows have a higher speed and better directional effect than the flow from the collecting chamber divided by the intermediate space, so that their flow profile is only slightly influenced by the slower flowing gases around them.
Naturally, the exhaust gas flow coming out of the cylindrical outlet element can, if necessary, also remain without division and, after passing through and deflecting it, can flow around with afterburning. As shown in Figure 17, afterburning can also be achieved with gases with a good tendency to post-combustion if the hot original gas jet 102, shown in cross-section in cross-section in Figure 17,
which runs through the afterburning chamber with a sharp directional effect through guide openings or nozzles and then enters the collecting chamber through corresponding openings in the wall separating the afterburning and collecting chambers , the slowly flowing amount of gas flowing around it undergoes afterburning through contact and mixing with the outer layers of the gas jet 102.
Figures 18 and 19 show an embodiment of the device with the supply of the gas to be cleaned through an inlet connection 104 into the channel or space 105. From here, the gas flows via the lines 106, which again have the form of thin flat strips, in the direction of the Arrows 107 into the collecting chamber 108. The transfer takes place in the direction of the arrow 109 into a space 110 forming the continuation of the collecting chamber 108, and the gas then flows in the lines 11 in the direction of arrow 112 into the end chamber 113, from which the outlet takes place through the outlet connection 114.
The walls of the lines 106 and 111 are the same as in the previously described embodiments for the partial flows 107 and 112 and together form a single block-shaped component.
In the lines 111 through which the gas flows, contact material can again be arranged to achieve catalytic post-combustion, which completely fills these lines or has free passage cross-sections.
The supply line to the inlet port 104, as well as the housing of the device with the exception of the outlet chamber 113 is, as can be seen from the figures, again provided with a heat-insulating layer 7 in order to avoid a drop in the internal temperature required for post-combustion. If necessary, the outlet chamber 113, in which the partial flows of the lines 111 collect after post-combustion has taken place, can again be provided with cooling fins or another known type of cooling device so that the gases exiting through the connection 114 are cooled down to such an extent that if the device is used in rooms with flammable or explosive substances, the required safety is guaranteed.
The spaces 105, 108, 110 and 113 through which the gas flows can contain contact or filter substances or mixtures thereof that supplement the gas cleaning. For this purpose, the walls 115, 116, 117 and 118 are perforated or designed as sieves, as are the walls at the inlet and outlet openings of the lines 106 and 111. The first space 105 preferably contains permeable filter materials , which collect coarser impurities in the gas, while the following spaces 108, 110 and 113 contain filter or contact materials of progressively finer quality and a corresponding effect.
As can be seen in FIGS. 18 and 19, the device is designed in two parts, the two parts which meet at the parting line 119 being held together with the aid of turnbuckles 120. The upper part consists of the insulated outer wall including the lines 106 and 111 located inside, as well as the adjoining walls, while the lower part consists of the inlet connector 104, the outlet connector 114 and the lower, shell-shaped, insulated housing part with the inner walls 115 and <B> 116 </B> is formed.
In the described embodiments of the device, a thermal afterburning of the gases when flowing through the lines heated in the manner described can be achieved in a simple manner, and a catalytic afterburning can also take place with the same components when using contact materials, these processes depending Weil go ahead in a single component in which the same walls are used to guide the various gas flows.
The device is suitable for mounting on the engines of vehicles as well as for stationary exhaust gas generating systems and, in addition to small structural dimensions, has the advantage that it can be cleaned easily and that parts in need of renewal can easily be replaced.