DE1235667B

DE1235667B - Vorrichtung zur Nachverbrennung brennbarer Bestandteile im Abgas einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1235667B
Application number: DET17306A
Authority: DE
Inventors: Stuart Longfellow Ridgway
Original assignee: Thompson Ramo Wooldridge Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1958-10-08
Filing date: 1959-10-08
Publication date: 1967-03-02

Description

Vorrichtung zur Nachverbrennung brennbarer Bestandteile im Abgas einer Brennkraftmaschine Es ist eine Voriichtung zur Nachverbrennung brennbarer Bestandteile im Abgas einer Brennkraftmaschine bekannt, die an die Auspuffleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, in der eine Vorwärmung der unverbrannten Abgase durch Wärmeaustausch mit den verbrannten Abgasen erfolgt und die eine Nachvefbrennungskammer mit einer Zündeinrichtung aufweist.
Diese Wärineaustauscheinrichtung arbeitet mit getrennten Strömungswegen. für die unverbrannten und die verbrannten Abgase. Bei einer solchen getrennten Strömungsführung der unverbrannten und der verbrannten Abgase ist der Wärmeaustausch und damit die Vorwärmung der unverbrannten Abgase nur unzureichend.
Dieser Nachteil kann erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, daß das jeweils eine Ende von wenigstens zwei Wärmespeichern an die Nachverbrennungskammer und das jeweils andere Ende an ein Mehrwegeventil angeschlossen ist, das seinerseits sowohl mit der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine als auch mit der Außenluft verbunden ist, wobei das Mehrwegeven-til selbsttätig so umsehaltbar ist, daß einmal die Auspuffleitung mit dem (bzw. den) einen Wärmespeicher(n) und einmal mit dem (bzw. den) anderen Wärinespeicher(n) verbunden ist, während der (bzw. die) jeweils andere(n) Wärmespeicher mit der Außenluft verbunden ist (bzw. sind). -- Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat de - n Vorteil, daß die, Nachverbrennung der unverbrannten Abgase unter alleiniger Ausnutzung der thermischen und chemischen Energie der Abgase erfolgen kann. Wenn der Nachverbrennungsvorgang einmal eingeleitet ist, wird er mit Sicherheit aufrechterhalten und vermeidet, daß unverbrannte Abgasbestandteile in die Atmosphäre gelangen.
Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es folgt nun eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand von Zeichnungen. F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachverbrennung brennbarer Bestandteile im Abgas ein-er Brennkraftmaschine; F i g. 2 zeigt einen längs der Linie 2-2 der F i g. 1 gelegten Schnitt.; F i g. 3 zeigt einen Drehschieber zur Einführung eines Frischluftstromes in den unverbrannten Abgasstrom; F i g. 4 a und 4 b zeigen ein als umschaltbare Klappe ausgebildetes Mehrwegeventil zum Umschalter der Strömungsrichtung durch die Vorrichtung; F i g. 5 zeigt eine schaubildliche, teilweise geschnittene Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; F i g. 6 a, 6 b und 6 c veranschaulichen die Arbeitsweise der in F i g. 9 gezeigten Ausführungsform der. gsgemäßen Vorrichtung; erfindung F i g. 7 a, 7 b und 7 c veranschaulichen die verschiedenen Arbeitsstellungen des als Drehschieber ausgestalteten Mehrwegeventils für die in F i g. 9 gezeigte Vorrichtung; F i g. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der er# findungsgemäßen Vorrichtung mit nebeneinander angeordneten Wärmespeichern, und F i g. 9 zeigt schematisch eine bei der Vorrichtung nach F i g. 8 als Mehrwegeventil dienende Tellerventilanordnung.
Es wird nun zunächst auf das in den F i g. 1 bis 4 b beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug genommen: Eine vom Motor herkommende Auspuffleitung 14 mündet in ein Ventilgehäuse 19 und fließt von dort je nach der Stellung einer als Mehrwegeventil dienenden drehbaren Klappe 40 in der Richtung des Pfeiles A oder in der Richtung des. Pfeiles B. Die Gase gelangen dann in eine im Querschnitt runde Trommel, in der sie zunächst einen Wärmespeicher 15 durchströmen, dann in eine Nachverbrennungskammer 16 eintreten, diese durch einen Wärmespeicher 17 verlassen und alsdann zurück ins, Ventilgehäuse 19 fließen, um dieses durch eine Leitung 18 zu verlassen, die ins Freie mündet. Die Wärmespeicher 15 und 17 bestehen am besten aus zwei hintereinandergeschalteten Stapeln dünner keramischer Rohre, wie man sie zum Isolieren der Drähte von Thermoelementen verwendet.
In der Brennkammer befinden sich als Zündeinrichtung Zündkerzen oder Glühkerzen 35, 36. Die Klappe 40 wird periodisch umgeschaltet, worauf der zuvor aufgeheizte Speicher seine Wärme an die einströmenden Auspuffgase abgibt.
Um zu hohe Temperaturen zu vermeiden, kann der jeweils die Gase vor Eintritt in die Nachverbrennkammer auffieizende Speicher kurzgeschlossen werden. Diesem Zweck dient die Kurzschlußleitung 48, an deren Eingang zwei Regelklappen 79, 81 vorgesehen sind, deren eine die Mündung der Kurzschlußleitung und deren andere den zum Ventilgehäuse 19 verlaufenden Strom steuert. Auch kann der jeweils der Brennkammer nachgeschaltete Wärme#peicher kurzgeschlossen werden. Zu diesem Zweck führt von der Brennkammer eine Kurzschlußleitung 49 unmittelbar ins Freie. Diese Kurzschlußleitung hat eine Regelklappe 77.
Die Regelklappen können in hier nicht näher zu beschreibender Weise durch einen Temperaturfühler gesteuert werden.
Die periodische Umschaltung der Ventilklappe 40, die auf einer Welle 41 befestigt ist, kann gemäß den F i g. 4 a und 4 b durch einen Federschnappschalter erfolgen. Zu diesem Zweck wird ein auf der Welle 41 außerhalb des Ventilgehäuses befestigter Arm 60 durch eine Feder 61 mit einem Pendelarm 59 verbunden, der durch einen Kurbeltrieb zwischen den Stellungen der F i g. 4 a und 4 b hin und her geschwenkt wird und dabei in bekannter Weise durch Vermittlung der Feder 61 jeweils den Arm 60 in die andere Lage schnappen läßt. Das ist erwünscht, damit die Ventilklappe 40 möglichst schnell ihre Mittellage durchläuft, in der Zu- und Abfluß des Ventilgehäuses 19 kurzgeschlossen sind.
Der den Arm 59 hin und her schwingende Kurbeltrieb, bestehend aus einer Kurbelscheibe 57 und einer Pleuelstange 58, kann über ein Ritzel 56 vom Motor aus über eine biegsame Welle 55 (F i g. 1) angetrieben werden.
Ein Gehäuse 42, in das das Auspuffrohr 14 mündet, ist über einen Drehschieber 85 mit dem Freien verbunden. Die Einstellung dieses Drehschiebers erfolgt durch ein Ritzel 87. Auf diese Weise kann den Auspuffgasen zur Erleichterung der Verbrennung Frischluft beigemischt werden. Das Ritzel 87 steht zweckmäßig mit dem Gashebel in Verbindung.
Bei der Ausführungsform nach den F i g. 5 bis 7 c sind vier übereinander befindliche Gruppen von dicht nehoneinanderstehenden Wärmespeicherplatten aus keramischem Werkstoff in einem stehenden Kessel 90 aus wärmedämmendera Stoff angeordnet. Drei radiale Wände 123 teilen die Wärmespeichermasse in drei Wärme,spe,icher 94, 96, 98, die in den F i g. 6 a bis 7 c mit 1, 2 und 3 numeriert sind. Oben in dem Kessel 90 befindet sich als Mehrwegeventil ein intermittierend in ein und derselben Richtung umlaufender Drehschieber 110, an dem an zwei um 120' versetzten Stellen eine Frischluftleitung 106 und die Auspuffleitung 99 münden. An einer dritten um 120" versetzten Stelle mündet eine Auslaßleitung 109. Der Drehschieber 110 schließt die Unterseite eines jeden der drei Wärmespeicher 94, 96 und 98 mittels der Leitungen 102, 108 und einer in der Zeichnung verdeckten Leitung jeweils erst an die durch die Leitung 99 zuströmenden Auspuffgase, dann an die Frischluftleitung 106 und schließlich an die Auslaßleitung 109 an. In der Brennkammer 104 mischen sich die durch zwei verschiedene Kammern eingeströmten Auspuffgase und die Luft und verbrennen dort. Danach fließen sie dann durch den dritten der drei Wärmespeicher abwärts, um schließlich über die Leitung 109 und den Drehschieber ins Freie zu gelangen. Dabei treten die Wärmespeicher durch die Trennwände 123 hindurch unmittelbar in Wärmeaustausch.
Auch hier ermöglichen Kurzschlußleitungen 124, 126 ein Kurzschließen der Wärmespeicher unter Steuerung durch einen Temperaturfühler 122.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 8 und 9 gezeigt. Dabei sind die beiden Wärmespeicher nebeneinander in Kammern A und B untergebracht, über denen sich die Nachverbrennungskammer 136 befindet. Zu- und Abfluß erfolgen durch Rohre 130, 142, von denen jedes abwedhseInd durch Tellerventile 132, 140, 144 und 146 mit den Kammern A und B verbunden wird.
Die Brenntemperatur beläuft sich auf etwa 760' C. Sie liegt also erheblich höher als die gewöhnlichen Abgastemperaturen von 260 bis 5401 C. Damit diese Temperatur bei Inbetriebsetzung der Brennkraftmaschine auch sicher erreicht werden kann, kann es sich empfehlen, der Brennkraftmaschine anfangs ein besonders fettes Gemisch zuzuführen. Hierzu können Steuereinrichtungen verwendet werden, die durch Temperaturfühler gesteuert werden und beispielsweise auf die Anlaßklappe des Vergasers wirk-en.
Statt durch Glüh- oder Zündkerzen kann die Zündung auch durch einen Oxydationskatalysator in der Brennkammer herbeigeführt werden, der zweckmäßig nach erfolgter Zündung durch einen Temperaturfühler, z. B. einen Bimetallstreifen, oder durch einen thermostatisch gesteuerten Elektromagneten aus der Brennkammer zurückgezogen wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Nachverbrennung brennbarer Bestandteile im Abgas einer Brennkraftmaschine, die an die Auspuffleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, in der eine Vorwärmung der unverbrannten Abgase durch Wärmeaustausch mit den verbrannten Abgasen erfolgt und die eine Nachverbrennungskammer mit einer Zündeinrichtung aufweist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das jeweils eine Ende von wenigstens zwei Wärmespeichern (15, 17 bzw. 94, 96, 98 bzw. 134, 138) an die Nachverbrennungskammer (16 bzw. 104 bzw. 136) und das jeweils andere Ende an ein Mehrwegeventil (40 bzw. 110 bzw. 132,140,144,146) angeschlossen ist, das seinerseits sowohl mit der Auspuffleitung (14 bzw. 99 bzw. 130) der Brennkraftmaschine als auch mit der Außenluft (18 bzw. 109 bzw. 142) verbunden ist, wobei das Mehrwegeventil selbsttätig so umschaltbar ist, daß einmal die Auspuffleitung mit dem (bzw. den) einen Wärmespeicher(n) und einmal mit dem (bzw. den) anderen Wärmespeicher(n) verbunden ist, während der (bzw. die) jeweils andere(n) Wärmespeicher mit der Außenluft verbunden ist (bzw. sind).
2. Vorrichtunz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in an sich bekannter Weise mit einer Frischluftleitung (85 bzw. 106) zur Beimischung von Frischluft zu den unverbrannten Abgasen ausgerüstet ist. 3. Vorrichtung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wännespeicher (15 und 17), die in einer Trommel angeordnet sind, zwischen sich die Verbrennungskammer (16) umgrenzen und mit ihren voneinander abgekehrten Enden getrennt an das als umschaltbare Klappe (40) ausgebildete Mehrwegeventil angeschlossen sind. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch drei Wärmespeicher (94, 96, 98), deren eine Enden jeweils gemeinsam in der Nachverbrennungskammer (104) münden, während die anderen Enden mittels des als Drehschieber (110) ausgebildeten Mehrwegeventils fortlaufend zyklisch an die Auspuffleitung (99), die Frischluftleitung (106) und die Auslaßleitung (109) anschließbar sind. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekenn eichnet durch die Wärmespeicher umgehende Kurzschlußleitungen (48 und 49 bzw. 124, 126) zwischen der Auspuffleitung (14 bzw. 99) und der Nachverbrennungskammer (16 bzw. 104) sowie zwischen der Nachverbrennungskammer (16 bzw. 104) und der freien Atmosphäre. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn eichnet, daß zwei Wärmespeicher (134, 138) nebeneinander angeordnet sind und mit ihren einen Enden gemeinsam in der Nachverbrennungskammer (136) münden, während ihre anderen Enden mittels einer das Mehrwegeventil bildenden Tellerventilanordnung (132, 140, 144, 146) abwechselnd an die Auspuffleitung (130) und die Auslaßleitung (142) anschließbar sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 563 757, 662 284, 630 414,470 389.