DE1273261B - Einrichtung zur katalytischen Nachverbrennung brennbarer Bestandteile in den Abgasen von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

FOIn

Deutsche Kl.: 46 c6-6/01

Nummer: 1 273 261

Aktenzeichen: P 12 73 261.5-13 (B 61157)

Anmeldetag: 7. Februar 1961

Auslegetag: 18. Juli 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine vorzugsweise mit einem Schalldämpfer kombinierte Einrichtung zur katalytischen Nachverbrennung brennbarer Bestandteile in den Abgasen von Brennkraftmaschinen.

Es sind Einrichtungen der genannten Art bekannt, bei denen die Katalysatormasse in einem Raum untergebracht ist, der von zwei perforierten Längswänden begrenzt wird, und bei denen Zu- und Abführung der Abgase durch die beiden beiderseits der perforierten Längswände angeordneten Räume eines flachliegenden, etwa ovalen Gehäuses erfolgt. Zur Zu- und Abführung dienen gelochte Rohre, die die beiden seitlichen Räume in Längsrichtung frei durchsetzen. Diese Bauart hat jedoch den Nachteil, daß bei einem Absinken des Spiegels der Katalysatormasse, wie dieses beim Verbrauch der Katalysatormasse regelmäßig stattfindet, im oberen Teil des die Masse aufnehmenden mittleren Raumes sich ein leerer Raum bildet, der die beiden seitlichen Räume unmittelbar verbindet und dadurch den Abgasen einen unmittelbaren Weg vom Eintritts- zum Austrittsrohr unter Umgehung der Katalysatormasse bietet. Auch ist der räumliche Aufwand mit Rücksicht auf die beiden seitlichen Räume verhältnismäßig groß.

Bei weiteren bekannten Einrichtungen durchströmen die Abgase einen mit Katalysatormasse gefüllten Ringraum radial von innen nach außen bzw. von außen nach innen. Die einzelnen Raumsektoren werden hierbei in den radial inneren Teilen pro cm³ von größeren Gasmengen als die radial äußeren Raumteile durchströmt. Das Durchströmen der Gase durch die Katalysatormasse verteilt sich also ungleichmäßig auf diese.

Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, die Nachteile und Schwierigkeiten der bisherigen Einrichtungen zu vermeiden. Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung vor allem darin, eine wirtschaftliche Ausnutzung der Katalysatormasse bei möglichst gleichmäßiger Erfassung derselben durch die Abgase und hoher Wirksamkeit während einer möglichst langen Lebensdauer der Masse zu ermöglichen. Gleichzeitig wird eine Bauart mit einfacher Konstruktion bei einer einfachen Zusammenbaumöglichkeit angestrebt, die gleichzeitig auch den hohen Temperaturen, die im Extremfall über 1000⁰C betragen können, Rechnung trägt.

Die Erfindung besteht demgemäß im wesentlichen in der Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) die mit Durchbrüchen versehenen Abgaseintritts- und -austrittsrohre sind in einem rohr-Einrichtung zur katalytischen Nachverbrennung
brennbarer Bestandteile in den Abgasen von
Brennkraftmaschinen

Anmelder:

Friedrich Boysen,

7000 Stuttgart-Heumaden, Am Sonnenweg 29

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Karl Horstmann,

Andres Santiago-Fernandez, 7272 Altensteig;

Friedrich Boysen, 7000 Stuttgart-Heumaden

förmigen Gehäuse etwa parallel im Abstand von dessen Wand und voneinander angeordnet; b) die Eintritts- und Austrittsrohre sind in der vom Gehäuse umschlossenen Katalysatormasse eingebettet, so daß diese auf ihrer gesamten Länge in geradem Strom quer von den Abgasen durchdrungen werden kann.

Eine solche Einrichtung weist folgende Vorteile auf: Die Abgase durchströmen die Katalysatormasse über die gesamte Länge derselben in praktisch gleich langen Strömungswegen, so daß eine gleichmäßige Belastung und Ausnutzung der Masse bei gleicher erforderlicher Verweilzeit der Abgase in derselben gewährleistet ist. Durch das Einbetten des Abgaseintritts- und -austrittsrohres in die Katalysatormasse kann die Anordnung ohne weiteres derart getroffen werden, daß auch bei einem Zusammensacken der Masse die Möglichkeit eines Kurzschlußweges der Abgase unter Umgehung der Masse ausgeschlossen wird. Die Verwendung von die Katalysatormasse durchsetzenden Rohren ermöglicht eine einfache Aufnahme von Wärmedehnungen und einen verhältnismäßig einfachen Austausch der durch die Rohre gebildeten inneren Einbauten.

Vorzugsweise sind die Abgaseintritts- und -austrittsrohre in an sich bekannter Weise nur an einer Stelle, z. B. in ihrer Mitte oder in einer Stirnwand der Katalysatorkammer, fest, an den übrigen Stellen aber gleitbar gelagert. Ein besonders einfacher Einbau ergibt sich, wenn die Stirnwände zusammen mit den Eintritts- und Austrittsrohren in Längsrichtung in das Gehäuse einschiebbar sind.

Das die Katalysatorkammer und die Abgaseintritts- und -austrittsrohre umfassende Gehäuse weist zur räumlich günstigen Unterbringung in einem Kraftfahrzeug zweckmäßig abgeflachten Querschnitt

809 570/450

3 4

mit geringerer Höhe als Breite auf, wobei die Ein- stutzen 4 in offener Verbindung steht. Die als Abtritts- und Austrittsrohre in verschiedenen Ebenen gaseintrittsrohre dienenden Rohre 7 der oberen übereinander angeordnet sind. Sind jedoch die Rohre Rohrgruppe sind auf der Gaseintrittsseite bei 13 α derart angeordnet, daß die Katalysatormasse horizon- offen und mit der Trennwand 6 α fest verbunden. An tal durchströmt wird, wird ein Kurzschlußstrom bei 5 ihrem anderen Ende sind die Rohre je in einer gegen absinkendem Spiegel der Katalysatormasse in ein- die Kammer 12 abgeschlossenen kappenartigen Hülse fachster Weise dadurch verhindert, daß in die 14 α gleitend gelagert. Die aus der Kammer 11 in die Katalysatormasse eintauchende Längswände vorge- Rohre 7 einströmenden Abgase können infolgesehen werden. dessen nur durch die Löcher 7 α der Rohre in die Der Erfindungsgegenstand ist grundsätzlich bei io Kammer 5 und damit in die Katalysatormasse überallen Brennkraftmaschinen, ζ. B. sowohl bei Benzin- treten. Zusätzlich können ein oder mehrere fest mit als auch bei Dieselmaschinen, bei Zweitakt- oder der Gehäusewand verbundene Gleitlager, z.B. 15, Viertaktmaschinen od. dgl., verwendbar. Wenn auch zwischen den Lagerstellen in den Stirnwänden 6 a die Kombination einer Einrichtung zur katalytischen und 6 b vorgesehen sein.

Nachverbrennung mit einer schalldämpfenden Ein- 15 In entsprechender, jedoch umgekehrter Anordrichtung zu einer Einheit besonders vorteilhaft ist, nung sind die mit den Löchern 8 α versehenen, als ist auch eine Trennung der Nachverbrennungs- Abgasaustrittsrohre dienenden Rohre 8 der (in der

einrichtung vom Schalldämpfer möglich. Zeichnung unteren) Rohrgruppe gelagert, indem die

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Rohre bei 13 b in der Stirnwand 6 b fest angeordnet,

Erfindung dargestellt. Hierbei zeigt 20 jedoch nach der Kammer 12 geöffnet sind, während

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Schall- sie in der Stirnwand 6 α in geschlossenen Kappen

dämpfer mit eingebauter Katalysatorkammer nach 14 b gleitend gelagert sind.

Linie I-I der F i g. 2, Die von einem oder mehreren Zylindern des

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Schall- Motors kommenden Abgase strömen direkt oder gedämpfer nach Linie ΙΙ-Π der Fig. 1, 25 gebenenfalls nach Durchströmen von weiteren Fig. 3 einen Schnitt nach Linie ΠΙ-ΙΙΙ der Fig. 1, Schalldämpfereinrichtungen durch den Eintritts-F i g. 4 bis 6 drei andere Ausführungsbeispiele der stutzen 3 in die Eintrittskammer 11 und von dort in erfindungsgemäßen Einrichtung je in einem Quer- die Abgaseintrittsrohre 7. Von dort gelangen die Abschnitt entsprechend der F i g. 3, gase, möglichst gleichmäßig verteilt, durch die OfE-F i g. 7 einen Schnitt durch einen Schalldämpfer 30 nungen der Rohre in die in der Katalysatorkammer S mit eingebauter Katalysatorkammer in einer abge- befindliche Katalysatormasse, wobei durch Bewandelten Ausführungsform, rührung mit derselben die noch brennbaren Bestand-Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der teile der Abgase nachverbrannt werden. Die hierauf F i g. 7 und in die Abgasaustrittsrohre 8 übertretenden Gase Fig.9 bis 11 je eine vergrößerte Darstellung 35 strömen alsdann über die Austrittskammer 12 und durch eine Ausführungsform ähnlich derjenigen in den Ableitungsstutzen 4 der Einrichtung unmittelbar F i g. 7, und zwar an den durch die Kreise TK, X ins Freie oder über weitere Rohrleitungen bzw. zu- und XI bezeichneten Stellen. sätzliche Schalldämpfervorrichtungen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 ist, Fig. 3 zeigt besonders deutlich die in lotrechter

wie bereits erwähnt, ein Schalldämpfer und eine Ein- 40 Richtung einander gegenüberliegende Unterbringung richtung zur katalytischen Nachverbrennung zu einer der Eintrittsrohrgruppe 7 einerseits und der AusEinheit vereinigt. Das Gehäuse dieser Einheit be- trittsrohrgruppe 8 andererseits, indem die Rohre der steht aus einem durchgehenden Gehäusemantel 1, beiden Gruppen entlang den langen horizontalen z. B. von etwa rechteckigem, abgerundetem Quer- Flächen der Boden- bzw. Deckwandung des Schallschnitt, sowie aus den Abschlußwänden 2 α und 2 b, 45 dämpfergehäuses 1 verteilt sind, in die der Zuleitungsstutzen 3 und der Ableitungs- Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 sind die

stutzen 4 für die Abgase eingesetzt sind. einzelnen Abgaseintrittsrohre 7 bzw. die einzelnen

Innerhalb dieses geschlossenen Gehäuses ist eine Abgasaustrittsrohre 8 je zu einem einzigen aus Kammer 5 gebildet, die durch Trennwände 6 α und mehreren Teilen zusammengesetzten Rohr 17 bzw. 6 b begrenzt wird. Die Kammer 5 wird in dem Aus- 50 18 mit flachem Rohrquerschnitt zusammengefaßt, führungsbeispiel, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ein

durch je vier aus gelochtem Blech bestehende Ab- einzelnes, im Querschnitt etwa ovales mittleres Abgaseintrittsrohre 7 bzw. Abgasaustrittsrohre 8 durch- gaseintrittsrohr 17 α vorgesehen, welches sich mit setzt, derart, daß zwischen den beiden Rohr- seiner großen Querschnittsachse vertikal erstreckt, gruppen 7 und 8 ein Abstand 9 besteht. Die 55 während zwei ähnlich ausgebildete, z. B. kleiner beKammer 5 dient zur Aufnahme der Katalysator- messene Abgasaustrittsrohre 18 α und 18 & in den masse, die den gesamten Hohlraum der Kammer seitlichen Endteilen des Gehäuses untergebracht sind, füllt und aus einem bekannten katalytisch wirkenden Die Abgase strömen infolgedessen von der Mitte Material bestehen kann. Zum Einbringen der Masse her nach entgegengesetzten horizontalen Richtungen dient eine Öffnung 10, die durch einen Flansch 10 a 60 durch die in der Kammer 5 untergebrachte Katalysaeingefaßt und durch einen Deckel 10 & nach außen tormasse zu den Augaseaustrittsrohrenl8a undl8&. abgeschlossen wird. Da nach längerer Betriebsdauer die Katalysator-

Beiderseits der Stirnwände 6 a, 6 b, welche die masse die Neigung hat, sich etwas nach unten zu Katalysatorkammer 5 an ihren beiden Enden be- setzen und zu verdichten, besteht bei der horizongrenzen, werden Kammern 11 bzw. 12 gebildet, von 65 talen Durchströmung der Katalysatormasse die Gedenen die Kammer 11 als Abgasemtrittskammer mit fahr, daß die Abgase über die Katalysatormasse hindern Abgaseintrittsstutzen 3 und die Kammer 12 als weg im Kurzschluß von dem oder den Abgaseintritts-Abgasaustrittskammer mit dem Abgasaustritts- rohren zu dem oder den Abgasaustrittsrohren über-

strömen, wodurch eine ordnungsmäßige Nachverbrennung nicht mehr gewährleistet wäre. Um einen solchen kurzschließenden Abgasstrom zu verhindern, sind Längswände 19 vorgesehen, welche mit dem Gehäusemantel 1 verbunden sind und von oben her in den Raum der Kammer 5 hineinragen, so daß sie in jedem Falle einen Kurzschlußstrom oberhalb der Katalysatormasse verhindern.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 3 im wesentliehen nur dadurch, daß eine ungleiche Anzahl von Abgaseintritts- und -austrittsrohren 7 bzw. 8 einander gegenüberliegen. Zweckmäßig haben hierbei die Rohre der Gruppe mit der geringeren Rohrzahl einen entsprechend größeren Querschnitt als die Rohre der anderen Rohrgruppe.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen die F i g. 7 und 8 bzw. — mit geringer Abwandlung — die Fig. 9 bis 11. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind bei diesem Ein- und Austrittsstutzen auf der gleichen Stirnseite der Einrichtung angeordnet. Die vom Motor kommenden ungereinigten Abgase treten durch den Rohrstutzen 20 in die Eintrittskammer 21 ein und werden mittels der gelochten Rohre 22, von denen gemäß F i g. 8 z. B. drei vorgesehen sind, der Katalysatorkammer 23 mit der diese ausfüllenden Katalysatormasse zugeleitet. Die Abgaseintrittsrohre

22 sind im Ausführungsbeispiel bei 24 mit dem Schalldämpfergehäuse fest und bei 25 a und 25 b gleitend gelagert. Das Abgasaustrittsrohr 26 wird, wie insbesondere aus Fig. 8 hervorgeht, aus einer mit Löchern versehenen Halbschale 27 gebildet. Es ist in gleicher Weise wie die Abgaseintrittsrohre 22 im mittleren Teil bei 29 fest und bei 30 und 31 gleitend gelagert. Zusätzlich sind Gleitschienen 32 α und 32 b vorgesehen, die fest mit dem Gehäusemantel 28 verbunden sind und die abgewinkelten Schenkel 33 α und 33 b der Halbschale 27 umgreifen. Die Abführung der gereinigten Gase erfolgt über die Austrittskammer 34, welche mit dem Inneren des Abgasaustrittsrohres 26 in offener Verbindung steht, und über den Rohrstutzen 35 bzw. über eine an diesen angeschlossene Leitung.

Wie die F i g. 8 des weiteren zeigt, weist der Gehäusemantel 28 im Bereiche der Katalysatorkammer

23 eine Einfüllöffnung 36 auf, die durch einen Ring 37 eingefaßt und durch einen Deckel 38 abgeschlossen ist.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen im einzelnen die Lagerung eines der Rohre 22 bei 24, 25 a und 25 b. In die Stirnwand 39 ist eine rohrartige Hülse 41 fest eingesetzt, desgleichen in die Stirnwand 43 eine kappenförmige Hülse 42. Das gelochte Rohr 22, das bei 24 in einer Rohrhülse 44 fest eingesetzt ist, die ihrerseits mit der Gehäusewand der Katalysatorkammer fest verbunden ist, greift mit seinen Enden 40, die massiv, also ohne Löcher, ausgebildet sein können, in die Rohrhülsen 41 bzw. 42 ein.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur katalytischen Nachverbrennung brennbarer Bestandteile in den Abgasen von Brennkraftmaschinen, vorzugsweise mit einem Schalldämpfer kombiniert, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) die mit Durchbrüchen (7 a bzw. 8«) versehenen Abgaseintritts- und -austrittsrohre (7, 22 bzw. 8, 27) sind in einem rohrförmigen Gehäuse (1, 28) etwa parallel im Abstand von dessen Wand und voneinander angeordnet;

b) die Eintritts- und Austrittsrohre sind in der vom Gehäuse umschlossenen Katalysatormasse (Kammer 5 bzw. 23) eingebettet, so daß diese auf ihrer gesamten Länge in geradem Strom quer von den Abgasen durchdrungen werden kann.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaseintritts- und -austrittsrohre (7, 22 bzw. 8, 27) in an sich bekannter Weise nur an einer Stelle, z. B. in ihrer Mitte (bei 15, 24, 29) oder in einer Stirnwand (6 a, 6 b) der Katalysatorkammer (5) fest, an den übrigen Stellen aber gleitbar gelagert sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände (6 a, 6 b bzw. 39, 43) zusammen mit den Eintritts- und Austrittsrohren (7, 8; 17, 18; 17a, 18a, 18 b; 22, 27) in Längsrichtung in das Gehäuse (1; 28) einschiebbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) abgeflachten Querschnitt mit geringerer Höhe als Breite aufweist und die Abgaseintritts- und -austrittsrohre in verschiedenen Ebenen übereinander angeordnet sind (Fig. 3, 4, 6).

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur horizontalen, paarweise entgegengesetzten Durchströmung der Katalysatormasse die Eintrittsrohre (17 a) im mittleren Bereich und die Austrittsrohre (18 a, 18 b) in den Seitenbereichen des Gehäusequerschnitts angeordnet sind (F i g. 5).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung eines Kurzschlußstroms bei Absinken des Spiegels der Katalysatormasse in diese eintauchende Längswände (19) vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaseintritts- und/oder -austrittsrohre in an sich bekannter Weise teilweise durch die Wand des Gehäuses gebildet werden (Fig. 7, 8).

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am gleichen Ende des Gehäuses durch eine Längswand voneinander getrennt eine Eintritts- und eine Austrittskammer (21 bzw. 34) angeordnet ist (F i g. 7).

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaseintritts-, bzw. -austrittsrohre (17, 18; 17 a, 18 a, 18 b) in an sich bekannter Weise flachen Querschnitt aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 1019 511, 675 355, 630414;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 049 637; USA.-Patentschriften Nr. 2 937490, 2 867497, 674521, 1766 945;

Zeitschrift »Ingenieur«, 27. 5. 1960, S. 892.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809 570/450 7. 68 © Bundesdruckerei Berlin