DE1253955B - Vorrichtung zum Entgiften von Abgasen, insbesondere aus Verbrennungsmotoren - Google Patents

Vorrichtung zum Entgiften von Abgasen, insbesondere aus Verbrennungsmotoren

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DE1253955B DEF46155A DEF0046155A DE1253955B DE 1253955 B DE1253955 B DE 1253955B DE F46155 A DEF46155 A DE F46155A DE F0046155 A DEF0046155 A DE F0046155A DE 1253955 B DE1253955 B DE 1253955B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
FOIn
Deutsche KL: 46 c6-6/01
F 461551 a/46 c6
26. Mai 1965
9. November 1967
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entgiften von Abgasen, die insbesondere aus Verbrennungsmotoren stammen und die durch Nachverbrennung und/oder durch Katalysatoren oxydiert werden.
Bekanntlich enthalten die aus Verbrennungsmotoren stammenden Abgase eine Reihe von Kohlenwasserstoffen und vor allem Kohlenoxyd, wobei die genannten Stoffe auf den Menschen eine toxische Wirkung ausüben. Um diese Wirkung auszuschalten, ist es erforderlich, die Abgase einem Entgiftungs-Vorgang zu unterwerfen, wobei die genannten Stoffe entweder ausgeschieden, absorbiert oder oxydiert werden.
Gleichzeitig ist es aber erforderlich, die beim Austreten der Verbrennungsabgase auftretenden Gerausche und Schwingungen in einem Schalldämpfer auf ein erträgliches Maß zu verringern. Dabei ist es weiterhin erwünscht, daß durch die genannten Maßnahmen kein nennenswerter Abfall der Motorleistung
Vorrichtung zum Entgiften von Abgasen,
insbesondere aus Verbrennungsmotoren
Anmelder:
Arno Fitterer & Sohn,
Baden-Baden, Lichtentaler Str. 77
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Ludwig Lang, Darmstadt
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bezieht sich demgegenüber auf das Entgiften von Abgasen, die insbesondere aus Verbrennungsmotoren stammen,
hervorgerufen wird. Beim Aufbau einer Entgiftungs- 20 durch Nachverbrennen und/oder katalytische Oxyyorrichtung ist es also erforderlich, diese nach Mög- dation, wobei unter Ausnutzung der exothermen lichkeit mit einem Schalldämpfer zu kombinieren,
d. h., die Richtlinien, die für den Bau von Schalldämpfern maßgebend sind, müssen auch für die Gestaltung einer Entgiftungsvorrichtung in der Abgas- 25
leitung bestimmend sein.
Die Dämpfung der aus dem Motor mit hoher Energie ausströmenden Gase kann grundsätzlich in an sich bekannter Weise durch Energieentzug erfol-
Wärmebildung und der dadurch bedingten Volumenzunahme mittels Beschleunigungsvorrichtungen die Motorleistung nicht nachteilig beeinflußt wird.
Zu diesem Zweck werden in einer Abgasleitung im Anschluß an eine Frischluftansaug- und Abgas-Frischluft-Mischeinheit hintereinander eine Einheit mit einer Mischvorrichtung und/oder eine Einheit mit einem Katalysator nachgeschaltet, die jeweils
gen, wobei Vorrichtungen zur Wirbelung, Absorp- 30 eine Strömungsbeschleunigungsvorrichtung enthalten, tion, Interferenz und Reflexion vorgesehen sein Diese Beschleunigungsvorrichtungen werden durch können. Diese Vorrichtungen sind an sich bekannt je einen trichterförmig erweiterten Eintrittsabschnitt und stellen daher für sich allein genommen nicht den der Kammern mit einem öffnungswinkel von 50°, Gegenstand der Erfindung dar. vorzugsweise 57°, gebildet. Um insbesondere bei
Es sind ferner katalytische Abgasreiniger für 35 niedrigen Außentemperaturen den Katalysator, ins-Brennkraftmaschinen bekanntgeworden. Gemäß den besondere auch bei kaltem Motor, schnellstens wirkvorbekannten Vorschlägen sollen die Abgase über sam werden zu lassen, kann die Frischluftansaugeine Leitung, die eine Venturidüse und eine durch und Abgas-Frischluft-Mischeinheit heizbar auseine veränderliche Drosselklappe regelbare Luftein- gebildet sein, und zwar vorzugsweise dadurch, daß lassung enthält, einer Kammer zugeführt werden, die 40 sie wenigstens zum Teil von einem ringförmigen Keeinen Oxydationskatalysator enthält. Die Venturidüse ramikkörper umhüllt ist, in dessen kreisförmig verhat dabei die Aufgabe, die zur Oxydation erforder- laufenden Bohrungen Heizspiralen angeordnet sind, liehe Luft aus dem Freien anzusaugen, wobei die Um den thermischen Wirkungsgrad hierbei zu erSteuerung der Zufuhr der Luft über eine veränder- höhen, können die heizbaren Keramikkörper von liehe Drosselklappe erfolgt, die von einem Druck- 45 einer Wärmeisolation umgeben sein,
kolben in der Katalysatorkammer gesteuert wird. Da eine Intensivmischung zwischen Abgas und
Es sind ferner Vorrichtungen und Verfahren zur zugeführter Frischluft eine wesentliche Vorauskatalytischen Oxydation von Auspuffgasen bekannt- setzung für einen hohen Wirkungsgrad des Katalysageworden, bei welchem die verschiedensten chemi- tors bildet, werden in der Kammer der zweiten Einschen Verbindungen und Zusammensetzungen als 50 heit wirbelverursachende Einbauteile, vorzugsweise Katalysatoren für die Oxydation der verschiedenen in Form von Sieben, Stegen, Lochblechen od. dgl. Stoffe der Abgase verwendet werden. vorgesehen.
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Diese zweite Einheit besteht aus einer die Mischvorrichtung enthaltenden Kammer mit anschließender Venturidüse. Auch diese Venturidüse kann aus keramischem Material bestehen und zweckmäßigerweise formgleich mit der Venturidüse der Frischluftansaugvorrichtung sein, wobei durch ein Rohrstück, in das die Düse eingebettet ist, die Ansaugöffnung außer Funktion gesetzt ist. Die dritte Einheit besteht ebenfalls aus einer Kammer, die vorzugsweise inhaltsgleich mit der vorgeschalteten Kammer ist, und enthält den Katalysatorkörper. Die drei Einheiten können z. B. durch Führungsstangen, gegebenenfalls mit Vorspannung, z. B. zusammengeschraubt sein. Dies ist insofern wichtig, als insbesondere bei längerer Betriebszeit eine absolute Dichtheit und ein fester Zusammenhalt gewährleistet sein müssen. Durch die vorverspannte Schraubbauweise ist auch ein Nachstellen jederzeit möglich.
Die Anordnung der beiden hintereinanderliegenden Kammern stellen zwei Helmholtzsche Resonatoren ao dar, wobei durch den Einbau der Mischvorrichtung in der zweiten Kammer und insbesondere durch Einbau des Katalysators in der dritten Kammer als Absorptionsdämpfer wirkend eine Schalldämpfung über den Frequenzbereich der üblichen Hoch- und Tiefpaßschalldämpfer bewirkt wird.
Die Ausbildung von Schalldämpfern in der Abgasleitung ist an sich bekannt, so daß hierauf kein Elementenschutz beansprucht wird.
An Hand der Zeichnungen soll am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung gemäß der Erfindung näher erläutert werden.
Fig. 1 stellt eine Seitenansicht mit teilweisem Längsschnitt und
F i g. 2 eine Draufsicht mit Teilschnitten dar.
Die F i g. 3 und 4 zeigen im Längsschnitt zwei Ausführungsmöglichkeiten von Düsen gemäß der Erfindung.
In einer Abgasleitung 1, die von den Abgasen in Richtung des Pfeils 2 durchströmt wird, sind drei Einheiten mit der allgemeinen Bezeichnung A, B und C nacheinander eingesetzt. A ist eine Frischluftansaug- und Abgas-Frischluft-Mischeinheit und B und C je eine Beschleunigungs- und Nachverbrennungs- bzw. Katalysator-Entgiftungseinheit.
In ein Rohrstück 3 ist eine Frischluftansaugdüse 4 eingesetzt. An der Unterdruckzone dieser Düse 4 sind Öffnungen 5 vorgesehen, die über eine Ringkammer 6 mit der Außenluft in Verbindung stehen. Die Ringkammer 6 weist ein Gitternetz 7 auf, das größere Schmutzteile abfangen soll. Die gesamte Anordnung ist zum Schutz noch von einem Gehäuse 8 umgeben, das am Rohrstück 3 und an der Rohrleitung 1 mittels eines Verbindungsstücks 9 befestigt ist. An der Öffnung 5 der Düse 4 hat die Gasströmung zur Außenluft Unterdruck, so daß die Frischluft in Abhängigkeit vom örtlichen Unterdruck bzw. der Durchflußgeschwindigkeit des Gases dosiert zufließt. Im Auslauf der Düse können gegebenenfalls noch Leitflächen vorgesehen sein, die der Mischgasströmung einen Drall verleihen, um die Vermischung zu intensivieren.
Die Düse 4 besteht zweckmäßigerweise aus einem Material mit hoher Wärmekapazität, damit sie einen guten Wärmespeicher bildet. Zusätzlich kann ein wärmeisolierender Schutzmantel 30 vorgesehen sein, der die Wirkung der Düse erhöht. Ferner ist am Ausgang der Düse ein heizbarer Keramikkörper 31 in Ringform vorgesehen, dessen Heizspirale an eine.geeignete elektrische Spannungsquelle, beispielsweise die Lichtmaschine des Verbrennungsmotors, angeschlossen ist. Dieser Heizkörper kann auch vor und/ oder nach der Düse vorgesehen sein. Es ist selbstverständlich auch möglich, wie weiter unten noch gezeigt wird, die Düse selbst heizbar auszubilden. Ferner kann, um große Wärmeverluste zu vermeiden, die Verbrennungsluft über das Kurbelgehäuse oder sonstige Teile des erwärmten Motors zugeführt werden. Weiterhin kann die gesamte Anordnung in unmittelbarer Nähe des Motorblocks, d. h. unmittelbar beim Austritt der Abgasleitung aus dem Motor, angeordnet werden, um möglichst wenig Wärmeverluste hervorzurufen.
Über das Rohrverbindungsstück 10 strömt das Luft-Gas-Gemisch der Einheit B zu, die aus einer Kammer 11 gebildet wird, in deren Innern eine Mischvorrichtung 12 angeordnet ist, die aus Sieben, Stegen oder wirbelverursachenden Einbauteilen, z. B. Blechen mit Öffnungen 13, besteht, die zusätzlich die Eigenschaft haben, den Schall zu absorbieren, und die infolge der ihnen innewohnenden Eigenschaft sowie ihrer Formgebung eine bessere Nachverbrennung bewirken.
In dieser Einheit B befindet sich ebenfalls in einem Rohrstück 14 eine weitere Düse 15, die in gleicher Weise wie die Düse 4 ausgebildet sein kann. Da hier jedoch keine Luftzumischung mehr stattfindet, ist das Rohrstück 14 am Umfang geschlossen. Das Rohrstück 14 ist ferner von einer Wärmeisolation 32 umgeben. Ferner ist hinter der Düse 15 ein weiterer ringförmiger, heizbarer Keramikkörper 33 angeordnet, der die Wirkung der Düse erhöht. Dieser" Heizkörper kann auch vor der Düse unmittelbar an ihrem Eingang angeordnet werden. Da diese Düse unabhängig von der Querschnittsform ist, kann sie in an sich bekannter Weise auch flach ausgebildet werden, was sich besonders vorteilhaft bei der Anwendung in Personenkraftwagen auswirkt, wo die Bodenfreiheit verhältnismäßig gering ist.
Das Rohrstück 14 ist ferner über ein Verbindungsstück 16 mit der Einheit C verbunden, die eine Katalysator-Entgiftungsvorrichtung enthält. Dieses besteht aus einer Kammer 17, die an beiden Enden mit je einem Rohrstück verbunden ist. Im Innern der Kammer 17 ist ein Katalysatorkörper angeordnet. Dieser hat die Aufgabe, die genannten giftigen Stoffe, die in der Nachverbrennungskammer noch nicht erfaßt wurden, durch das Katalysatormaterial auf dem Weg der katalytischen Oxydation zu entfernen. Da es bereits Katalysatorwerkstoffe gibt, die frei von Platin sind und trotzdem eine verhältnismäßig große Aktivitätszeit haben, ist die Ausbildung der Katalysator-Entgiftungsvorrichtung wirtschaftlich ohne weiteres möglich.
Über eine Verbindungsmuffe 19 ist schließlich die Einheit C mit dem ins Freie reichenden Auspuffrohr 20 verbunden.
Wie sich aus F i g. 2 ergibt, sind die einzelnen Einheiten A, B und C durch die Führungsstangen 21, 22 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt. Die Führungsstange 21 weist seitliche Laschen 23 und 24 auf, an welchen die Einheiten B und C mit entsprechenden Flanschen 25 und 26 zusätzlich befestigt sind. Um einen guten Zusammenhalt der einzelnen Teile zu gewährleisten, sind ferner Verbindungsstege 27, 28 und 29 zwischen den Stangen 21 und 22 und den
dazwischenliegenden Rohrstücken vorgesehen. Es ist zweckmäßig, die gesamte Anordnung mit einer Vorspannung zu versehen, so daß sie eine schwingungssteife Vorrichtung bildet, um die schwingungsdämpfende Eigenschaft noch zu erhöhen.
Wie F i g. 3 zeigt, ist die Düse 15 von einem wärmeisolierenden Mantel 30 umgeben. Die Düse 15 ist in die beiden Rohrstücke 34 und 35 eingesetzt. Die Düse selbst besteht aus einem Material von hoher Wärmekapazität. Vor und hinter der Düse 15 sind xo Keramikheizkörper 31 und 31' angeordnet, die ringförmig ausgebildet sind und die Rohrstücke 34 und 35 umgeben. Diese heizbaren Keramikkörper weisen ebenfalls Wärmeisolierungen 36 und 37 auf, die an sich bekannt sind, so daß hierauf kein Elementenschutz beansprucht wird. Die heizbaren Keramikkörper sind mit kreisförmigen Bohrungen 38 versehen, durch welche eine Heizspirale gelegt ist. Diese wird an eine geeignete elektrische Stromquelle, beispielsweise die Lichtmaschine des Verbrennungs- so motors, angeschlossen.
In F i g. 4 ist eine andere Ausbildung der Düse dargestellt. Die Düse 15 besteht im dargestellten Beispiel aus einem hochschmelzbaren keramischen Material, welches von kreisrunden Bohrungen 38 durchzogen wird. In diesen Bohrungen befinden sich ebenfalls Heizspiralen, um die Düse vollständig zu erwärmen. Um eine gute Isolation nach außen zu erhalten, ist die gesamte Düse ferner von einem Wärmeisolationsmantel 39 umgeben. Diese Düse kann auch nicht dargestellte Luftansaugöffnungen aufweisen, um sie beispielsweise in der Einheit/! verwenden zu können. In den F i g. 1 und 2 im dargestellten Beispiel sind die Einheiten A,B und C hintereinandergeschaltet, um eine Entgiftungsvorrichtung zu schaffen, die sich auch für große Motorleistung eignet. Für kleinere Motorleistung kann, je nach Kraftstoffart, an die Abgas-Frischluft-Mischdüseneinheit A entweder nur die Einheit B mit der Nachverbrennungskammer oder nur die Einheit C mit Katalysator-Entgiftungsvorrichtung nachgeschaltet werden.

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Entgiften von Abgasen, insbesondere aus Verbrennungsmotoren, durch Nachverbrennung und/oder katalytische Oxydation, wobei den Abgasen auf dem Weg zu einer Oxydationskatalysatoren enthaltenden Kammer, vorzugsweise über eine Venturidüse, Umgebungsluft zugeführt wird, dadurchgekennzeich- net, daß in einer Abgasleitung (3, 20) einer Einheit (A), die in einem Schutzgehäuse (8) eine Frischluftansaug- und Abgas-Frischluft-Mischdüse enthält, hintereinander eine Einheit (B) mit einer Mischvorrichtung (12) und/oder eine Einheit (C) mit einem Katalysatorkörper (18) nachgeschaltet sind, die jeweils eine Strömungsbeschleunigungsvorrichtung enthalten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsvorrichtungen in den Kammern (11,17) der beiden nachgeschalteten Einheiten (B, C) durch je einen trichterförmig erweiterten Eintrittsabschnitt mit einem öffnungswinkel (al, α 2) von mindestens 50°, vorzugsweise 57°, gebildet werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einheit (A) heizbar ausgebildet ist, und zwar vorzugsweise dadurch, daß sie wenigstens zum Teil von einem ringförmigen Keramikkörper umhüllt ist, in dessen kreisförmig verlaufenden Bohrungen (38) Heizspiralen angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluftdüse (4) und/ oder die heizbaren ringförmigen Keramikkörper (31) von einer Wärmeisolation (30, 36) umgeben sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung (12) in der zweiten Einheit (B) aus in der Kammer (11) angeordneten Sieben, Stegen oder wirbelverursachenden Einbauteilen besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einheit (B) eine Austrittsventuridüse (15) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturidüse (15) in einem Rohransatzstück der Kammer (11) eingebettet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturidüse (15) heizbar ausgebildet ist, und zwar vorzugsweise dadurch, daß sie von einem Keramikkörper (...) umhüllt ist, in dessen kreisförmig verlaufenden Bohrungen (38) Heizspiralen angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturidüse (15) und/oder heizbare, den Strömungskanal ringförmig umhüllende Keramikkörper (33) von einer Wärmeisolation (39, 36) umgeben sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Einheiten (A, B, C), z. B. durch Führungsstangen (21, 22), gegebenenfalls mit Vorspannung, verbunden, z. B. zusammengeschraubt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (B und/ oder C) in Verbindung mit dem in der Einheit (C) eingebauten Katalysator (18) als Schalldämpfer ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschalteten Einheiten (B, C) flach ausgebildet sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 687/346 10. 67 ® Bundesdruckerei Berlin
DEF46155A 1965-05-26 1965-05-26 Vorrichtung zum Entgiften von Abgasen, insbesondere aus Verbrennungsmotoren Pending DE1253955B (de)

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