DE1182899B

DE1182899B - Abgasentgiftungsvorrichtung

Info

Publication number: DE1182899B
Application number: DEE21760A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Alfred Hettich
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1961-10-05
Filing date: 1961-10-05
Publication date: 1964-12-03
Also published as: US3174277A; GB993896A

Description

Abgasentgiftungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Abgasentgiftungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, für. Kesselheizungen u. dgl., mit durch Erhitzung des Abgasstroms in einem Abschnitt des Auspuffrohres oder in einer Zyklon- bzw. Wirbelkammer eingeleiteter Nachverbrennung der unverbrannten Abgasbestandteile, wobei Luft, z. B. mittels einer Abgas-Injektorvorrichtung zugeführt wird.
Bei der bekannten Abgasentgiftungsvorrichtung dieser Art werden die Auspuffgase über keramikähnliche Kügelchen geleitet, die als chemische Katalysatoren wirken und das unverbrannte Abgase zu erneuter vollständiger Verbrennung im Auspuff anregen. Mit den um den Betrag der im Katalysator freigesetzten Wärmeenergie aufgeheizten Abgasen werden dabei die Abgase vor Eintritt in den Katalysator in einem Wärmetauscher vorgeheizt. Die Vorheizung der Abgase in den Wärmetauscher kann erst wirksam werden, wenn der Katalysator angesprochen hat. Der Katalysator ist somit aber nur bei Temperaturen der Abgase betriebsbereit, die übel seiner Zündtemperatur liegen. Diese Abgastemperaturen werden nach einer Erkenntnis der Erfindung gerade bei den Betriebszuständen aber nicht erreicht, bei denen der Anfall giftiger Abgasbestandteile besonders groß ist, z. B. im Leerlauf, bei Zündkerzenausfall u. dgl. Ein weiterer Nachteil der bekannten Abgasentgiftungsvorrichtung besteht darin, daß die angesaugte Oxydationsluft für den Katalysator die Temperatur der Abgase noch weiter herabsetzt und somit dem Punkt, bei dem die Selbstzündung des Katalysators eintritt, noch weiter heraufschiebt.
Es ist demnach die Zielsetzung der Erfindung, einen Abgasentgifter zu schaffen, der bei allen Betriebszuständen der Verbrennungsmotore anspricht. Den Zweck der Erfindung erfüllt eine Anordnung, bei der die z. B. in eine Zyklon- bzw. Wirbelkammer erweiterte Abgasleitung ohne Unterbrechung durch den Flammenbereich der Brennkammer eines vom Abgassystem unabhängigen Heizgeräts geführt ist.
In der Heizgerätebrennkammer wird der von ihr eingeschlossene weitere Teil derAbgasleitung glühend und die Erhitzung der Abgase erfolgt unabhängig von den jeweiligen Temperaturzuständen des Abgassystems. Die Nachverbrennung kann somit bei allen Temperaturzuständen eingeleitet werden. Das ist bei Kraftfahrzeugen besonders wichtig, weil -wie bereits dargelegt - bei diesen zusammen mit den Zuständen und vollständiger Verbrennnung die minimalsten Abgastemperaturen auftreten.
Gedacht ist daran, die Abgasleitung innerhalb der Brennkammer konzentrisch als Verdrängungskörper anzuordnen. Um einen raschen Wärmeübergang der Heizbrennerwärme an die Abgase zu erreichen, ist weiter vorgesehen, die Abgase in an sich bekannter Weise tangential in den Verdrängungskörper einzuführen, der in an sich bekannter Weise in der Hauptströmungsrichtung zyklonartig erweitert ausgebildet sein kann. Durch diese Formgebung wird eine Erweiterung des Flammenkegels nach den Wärmetauschflächen der Brennkammer zu erzielt und eine Verbesserung des Wärmetauscherwirkungsgrades und somit eine Steigerung der Heizleistung des Heizgerätes selbst erzielt. Infolge der Zyklonwirkung werden feste Abgasbestandteile ausgeschieden. Diese lagern sich erfahrungsgemäß an der tiefstgelegenen Stelle ab, an der gemäß der Erfindung ein nach außen führender, am Ende mit einem Schraubverschluß abgeschlossener Entleerungsstutzen vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise wird man die aus dem Verdrängungskörper weiterführende Abgasleitung in die Achse desselben verlegen oder als Steigleitung ausbilden.
Denkbar ist auch, den Wärmeübergang dadurch zu verbessern, daß man die wärmeabstrahlende Oberfläche des Verdrängungskörpers durch balgartige Faltung vergrößert.
Man kann wie erfindungsgemäß vorgesehen, den Verdrängungskörper in sonst an sich bekannter Weise aus Schalenhälften, z. B. in Form von Preßteilen mit umgebördeltem Rand herstellen. Denkbar ist gemäß der Erfindung, die Trennlinie der Schalenhälften schraubenlinienförmig zu führen, so daß der vorspringende Rand eine drallerzeugende Führung für die Heizgase des Brenners darstellt, der diese in eine den Wärmeübergang weiter begünstigende Rotation versetzt.
Vorteilhafterweise kann man gemäß der Erfindung die z. B. in Form eines Strahlapparates ausgebildete Luftzuführung für die Oxydationsluft innerhalb des Heizgerätegehäuses vorsehen und die Ansaugöffnung mit den luftführenden Räumen des Heizgerätes verbinden. Es ist daran gedacht, das Heizgerät im übrigen so auszubilden, daß es im Sommer auf minimalste Heizleistung umgeschaltet werden kann, wobei nur die Nachverbrennung unterhalten werden soll. Im Heizungsbetrieb dagegen steht die bei der Nachverbrennung der Abgase entstehende Wärme zur Verfügung.
Gegenüber ähnlichen Nachverbrennungsvorrichtungen in der offenen Flamme von Brennern werden die Schwierigkeiten der Stabilisierung einer Flamme überwunden, die bei den wechselnden Drücken in der Auspuffleitung leicht ausgeblasen werden kann.
Das Prinzip und die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes sei an Hand der Zeichnung näher erläutert und beschrieben.
In dem Gehäuse 1 ist bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einer Kraftfahrzeugheizung mitAbgasnachverbrennung auf der einen Seite des Elektromotors 2 das Heizluftgebläselaufrad 3 und auf der anderen Seite das Verbrennungsluftgebläselaufrad 4 gelagert. Auf der Seite des Heizluftgebläses 3 ist das Gehäuse 1 durch die mit Luftdurchtrittsöffnungen 1 b versehene Haube 1 a abgeschlossen. An den Elektromotor 2 schließt sich das Brennergehäuse 5 an, das durch die Schottwand 6 in den Gebläseraum 5 a und die Brennkammer 5 b unterteilt ist. An diese schließt sich koaxial die durch die Schottwand 7 abgetrennte Nachverbrennungskammer 5 c an. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Brennergehäuse 5 ist ein Ringraum für den Durchtritt der vom Heizluftgebläse 3 geförderten Frischluft gebildet.
Der Luftzuführungsstutzen 9 verbindet den Gebläseraum 5 a mit dem frischluftführenden Ringraum B. Die vom Verbrennungsluftgebläse 4 geförderte Verbrennungsluft wird durch die zwischen der zylindrischen Trommel 4 a und dem umbördelten Rand der Schottwandöffnung 6 a gebildeten Luftdüse 5 ä in die Brennkammer 5 b eingeblasen. Am vorderen Ende weist die Trommel 4 a eine zahnartig verformte Zerstäubungsfläche 4 b auf. Hier wird der in einem feinen Strahl durch die Düse 10 zugeführte Brennstoff zerstäubt und dann mit der Verbrennungsluft vermischt und das Gemisch durch die Zündkerze 11 gezündet.
Gemäß der Erfindung ist das Auspuffrohr 12 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges zunächst in die Auffangdüse13 eingeführt. Diese umgibt das Auspuffrohr 12 mit der ringförmigen Erweiterung 13 a. Das Auspuffrohr 12 wirkt in Verbindung mit der Auffangdüse 13 als Inje-ktor. Dieser saugt bei Durchtritt der Abgase durch die Öffnung 13 b Luft an. Das die Injektoreinrichtung umhüllende Gehäuse 14 ist ebenfalls mit einer COffnung 14a versehen. Durch das Gehäuse 14 soll eine Abstrahlung der durch die Abgase transportierten Schallschwingungen verhindert werden. Die Injektorvorrichtung kann unmittelbar an den nicht dargestellten Abgasschalldämpfer der Brennkraftmaschine angeschlossen werden. Die an die Auffangdüse 13 anschließende Fortsetzung 13 der Auspuffrohrleitung 13 ist durch den an den Brenner 5 angeschlossenen Abgasstutzen 15 in den konzentrisch in der Nachbrennkammer 5c angeordneten Verdrängungskörper 16 tangential eingeführt. Durch die tangentiale Einführung werden die Abgase in der durch den Pfeil b kenntlich gemachten Weise zyklonartig verwirbelt. Etwa an der tiefsten Stelle des Verdrängungskörpers 16 ist ein von außen mit Hilfe des Schraubverschlusses 17a abgeschlossenen Entleerungsstutzen 17 für die sich im Verdrängungskörper 1.6 ansammelnden festen Abgasbestandteile vorgesehen. Fluchtend zur Achse des Verdrängungskörpers 16 ist der Austrittsstutzen 18 durch die Schottwand 19 nach außen geführt.
Die Wirkungsweise in bezug auf die Erfindung ist folgende: Mit Hilfe des Membrandruckreglers 20 und dem nicht dargestellten Widerstand zur Drehzahländerung des Elektromotors 2 kann die Leistung des Heizgerätes stufenlos zwischen zwei Grenzwerten geregelt werden. Während des Sommerbetriebes wird man selbstverständlich den Minimalgrenzwert so einstellen, daß der Verdrängungskörper 16 durch den mit c angedeuteten Flammenhohlkegel zumindest an der angeblasenen Seite glühend wird. Die in der Injektorvorrichtung 13 mit Luft vermischten Abgase kommen durch die beschriebene Einführung mit der glühenden Wandung des Verdrängungskörpers 16 in Berührung und entzünden sich, wobei die Restgase verbrennen. Die gereinigten Abgase treten durch den Austrittsstutzen 19 entweder direkt ins Freie oder werden in eine weitere Entgiftungsvorrichtung, z. B. in einen Katalysator, eingeführt. Beim Heizbetrieb wird der in den Heizraum 8 geführten Heizluft zusätzlich zu der vom Brenner 5 entwickelten Wärmeenergie auch die durch die Nachverbrennung der Abgase im Verdrängungskörper freiwerdende Wärmeenergie zugeführt. Selbstverständlich kann die Glühstrecke auch aus einem in vielen Windungen durch den Brenner geführten Rohrstück bestehen.
Eine andere abgewandelte Ausführung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, den Frischluftansaugeejektor 12, 13 im Ringraum 8 oder dessen Ausgang 8 a anzuordnen. Im ersteren Falle wirkt das Heizgerätegehäuse 1 als Schalldämpfer. Auch wird durch die unter Druck stehende Frischluft in beiden Fällen die Ejektorwirkung vergleichmäßigt; vor allem aber wird eine Abkühlung der in den Glühkörper 16 eingeführten Abgase durch die vorerwärmte Verbrennungsluft vermieden. Es ist natürlich auch eine Ausführung denkbar, bei welcher der Glühabschnitt des Abgasrohres 13 im Brenner als Heizschlange ausgeführt ist. Alle diese Variationen sind ohne weiteres verständlich. Die Darstellung in der Zeichnung ist daher entbehrlich.

Claims

Patentansprüche: 1. Abgasentgiftungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, für Kesselheizungen u. dgl., mit durch Erhitzung des Abgasstroms in einem Abschnitt des Auspuffrohrs oder in einer Zyklon- bzw. Wirbelkammer eingeleiteter Nachverbennung der unverbrannten Abgasbestandteile, wobei Luft z. B. mittels einer Abgas-Injektorvorrichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die z. B. in eine Zyklon- bzw. Wirbelkammer erweiterte Abgasleitung ohne Unterbrechung durch den Flammenbereich der Brennkammer eines vom Abgassystem unabhängigen Heizgeräts geführt ist. 2. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung innerhalb der Brennkammer als konzentrisch angeordneter Verdrängungskörper ausgebildet ist. 3. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung in an sich bekannter Weise tangential in den Verdrängungskörper eingeführt ist. 4. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper in an sich bekannter Weise in Hauptströmungsrichtung zyklonartig erweitert ist. 5. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß etwa an der tiefstgelegenen Stelle des Verdrängungskörpers ein nach außen führender, am Ende mit einem Schraubverschluß abgeschlossener Rohrleitungsstutzen vorgesehen ist. 6. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Verdrängungskörper weiterführende Abgasleitung in dessen Achse liegt. 7. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeabstrahlende Oberfläche des Verdrängungskörpers durch balgartige Faltung vergrößert ist. B. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper in an sich bekannter Weise aus Schalenhälften zusammengesetzt ist, die z. B. aus Preßteilen mit umgebördeltem Rand bestehen. 9. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenhälften-Trennlinie mit der Borde in der Verdrängungskörperachse gesehen schraubenlinienförmig verläuft und die Borde somit eine drallerzeugende Führung für die Heizgase darstellt. 10. Abgasentgiftungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorvorrichtung für die Luftzufuhr im Wärmetauscherraum innerhalb des Heizgerätegehäuses vorgesehen ist und die Ansaugöffnung mit diesem in Verbindung steht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 580 807; britische Patentschrift Nr. 262181; Zeitschrift »Krafthand«, Heft 16, 4. August 1960, S.586.