DE1293793B

DE1293793B - Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrennung des mit Luft gemischten Abgases von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1293793B
Application number: DEB75712A
Authority: DE
Inventors: Kretschmer Alfred
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1964-03-04
Filing date: 1964-03-04
Publication date: 1969-04-30
Also published as: DE1294396B; AT256560B; NL6502710A; GB1071984A; BE660627A; SE310289B; CH440845A; US3445195A; FR1434438A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kataly- niedrigen CO-Angebots zu begrenzen, während die tischen Nachverbrennung des mit Luft gemischten Steuereinrichtungen in der Luftzufuhr- und/oder Abgases von Brennkraftmaschinen, mit einer einen Abgasleitung zur Begrenzung der Wirkung eines zu Katalysator enthaltenden, vom Gasgemisch durch- großen CO-Angebots, das die Zerstörung des Kataströmten Kammer und einer Glüh- oder Zündein- 5 lyten zur Folge hätte, dienen, richtung in einer vom Gasgemisch nicht oder nur Ein sehr wesentlicher Gedanke der Erfindung beschwach durchströmten Zone. steht darin, daß im kreisförmigen Zuströmquerschnitt Derartige Vorrichtungen sind an sich bekannt. der Katalysatorkammer zentrisch eine Scheibe ange-Ihr wesentlicher Nachteil besteht darin, daß die ordnet ist, in deren Strömungsschatten die Spirale Zündquelle nicht im Katalytraum, sondern etwas zu- io der Glüh- oder Zündeinrichtung liegt. Wird beispielsrückgesetzt oder abgeschirmt in einer Zone außerhalb weise ein Katalysator bei Verhältnissen verwendet, der Zuführung des Gas-Luft-Gemisches liegt. Damit bei denen das maximale CO-Angebot keine Zerist nicht sichergestellt, daß der Katalyt ständig eine störung des Katalyten hervorrufen wird, so kann die Keimzelle aufweist, die ihn in einem solchen Wärme- Maßnahme der Anordnung einer Scheibe im Zubereich hält, daß seine Reaktionstemperatur immer 15 Strömquerschnitt der Katalysatorkammer, in deren vorhanden ist. Der Katalytraum ist bei diesen Vor- Strömungsschatten die Spirale der Glüh- oder Zündrichtungen völlig getrennt von der Zuordnung der einrichtung liegt, für sich allein stehen. Zündkerze selbst. Sinkt dabei das CO-Angebot, das In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der sich bei der Zuführung der Abgase ergibt, auf ein Erfindung dargestellt. Es zeigt: Minimum, so ist kein Mittel vorhanden, das den ao F i g. 1 die Vorrichtung in der Draufsicht, Katalyten reaktionsfähig erhalten kann. F i g. 2 die Vorrichtung im Schnitt, Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, bei denen F i g. 3 eine Einzelheit im Schnitt, eine Vorwärmung des Abgas-Luft-Gemisches erfolgt, Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur katalytijedoch hat diese Vorwärmung keine genügende Wir- sehen Nachverbrennung der Abgase von Brennkraftkung, wenn der Katalyt bereits wesentlich unter sei- as maschinen besteht zunächst aus einem Abgas- und ner Reaktionstemperatur liegt, so daß zumindest ein Luftzufuhrkanal 1 und einem Abgasabfuhrkanal 2 Großteil des Abgas-Luft-Gemisches zunächst durch sowie einem mit einem Katalyten gefüllten und durch den Katalyten hindurchströmen muß, ohne daß es zu die Abgase durchströmten Brennraum, einer Reaktion desselben und damit zu einer Ver- Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der brennung kommt. 30 Fig. 1 ist eine ineinandergreifende, doppelspiralige Ferner sind Schalldämpfer bekannt, bei denen ein Kanalführung gewählt, so daß die eigentliche Verdurch die Abgase zum Glühen erhitzter Stift die brennungsvorrichtung als kompaktes Ganzes erbrennbaren Verunreinigungen der Abgase zur Ver- scheint. Die vom Motor kommenden Abgase werden brennung bringen sollen. Bei diesen Vorrichtungen zunächst in an sich bekannter Weise durch ein Abist aber kein Katalytraum vorhanden, so daß eine 35 gasrohr, das nicht dargestellt ist, zu einem Teil des wirkliche Beseitigung der CO-Anteile des Abgas- Fahrzeugs geleitet, wo sich das Abgasverbrennungs-Luft-Gemisches nicht erfolgen kann. Die Zündvor- gerät konstruktiv gut unterbringen läßt. Dabei muß richtung soll bei diesen Vorrichtungen durch die der Nachteil in Kauf genommen werden, daß durch heißen Abgase die zündende Wirkung erhalten, d. h. die Expansion und Abkühlung der Motorabgase in die Zündvorrichtung licht passiv im Abgasstrom und 40 der Abgasleitung sowie durch die Zufuhr der für die erhält durch das Umströmen mit Abgasen ihre Zünd- katalytische Nachverbrennung erforderlichen kühlewirkung. Diese kann tatsächlich nur zur Wirkung ren Frischluft Wärmeverluste auftreten, die gedeckt kommen, wenn relativ starke CO-Anteile im Abgas- werden müssen. Zu diesem Zweck sind die Kanäle 1 angebot vorhanden sind. und 2 ineinandergreifend doppelspiralig geführt, um Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im 45 die zu verbrennenden Abgase in einem Temperatur-Katalytraum selbst eine Zone zu schaffen, die nicht bereich zu halten, der etwa der Reaktionstemperatur von dem Hauptstrom des Abgases durchflossen wird des Katalyten entspricht.

und damit keinen merklichen Wärmeentzug erleidet, Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung ist in ihrer so daß hier die Temperaturen so hoch bleiben, daß Formgebung als kompaktes Ganzes ausgebildet, so sie im Reaktionsbereich des Katalyten liegen, so daß 50 daß das eigentliche Gerät in seinem Gehäuse 4 topfim Zusammenhang mit der Glüh- oder Zündeinrich- artig erscheint. Die vom Motor kommenden Abgase tung immer eine Keimzelle für die Einleitung der treten in den Eingangsstutzen 5 ein, der mit einem katalytischen Reaktion vorhanden bleibt. Diese Flansch 6 versehen sein kann. Der Weg des Gas-Keimzelle dient zur Begrenzung der Wirkung eines Luft-Gemisches ist mit gestrichelten Pfeilen in der zu niedrigen CO-Angebots, während gleichzeitig zur 55 Figur eingezeichnet. In spiraliger Führung gelangt Begrenzung eines zu großen CO-Angebots Mittel das Gemisch in das Innere des Gehäuses 4, durchvorgesehen sind, die die Zerstörung des Katalyten quert den für den Katalyten vorgesehenen Raum 3, verhindern. in dem auch nach Zündung die Verbrennung statt-Die Erfindung besteht darin, daß diese schwach findet, und durchläuft die zweite spiralige Kanaldurchströmte Zone direkt in der Katalysatorkammer, 60 führung 2. Der Weg für den Austritt ist mit ausge- und zwar auf deren Eintrittsseite liegt, und daß in an zogenen Pfeilen bezeichnet. Die Kanäle sind lediglich sich bekannter Weise Steuereinrichtungen in der durch Wände 7 voneinander getrennt. Hier findet ein Luftzufuhr- und/oder Abgasleitung vorgesehen sind. Wärmeaustausch statt. Auf diesem Weg gelangt das Somit ist der wesentliche Vorteil erzielt, daß die nur Abgas in den Ausgangsstutzen 8. schwach durchströmte Zone im Katalytraum selbst «5 Zur Vermeidung eines Wärmestaus und einer Abmit der Glüh- oder Zündeinrichtung zusammen im- strahlung zur Karosserie hin ist das gesamte Gemer eine Keimzelle für die Einleitung der katalyti- häuse 4 beim dargestellten Ausführungsbeispiel noch sehen Reaktion bildet, um die Wirkung eines zu mit einer Glocke 9 versehen, die das Gehäuse nicht

Claims

3 4

nur außenmantelseitig abdeckt, sondern, wie in Ein wesentlicher Erfindungsgedanke besteht dar-

F i g. 2 ersichtlich, auf einen Teil der Stirnseite über- in, die Vorgänge im Katalyten derart zu steuern, daß

greift. sie sich zwischen zwei Polen bewegen; denn ein über-

Das spiralig in den Kanälen 1 zufließende Abgas höhter CO-Gehalt kann durch den damit verbunde-

gelangt in den Mittelraum 10, in den ein topfartiges 5 nen Wärmeanfall zur Zerstörung des Katalyten füh-

Gehäuse 11 in einer Halterung 12 eingesetzt ist. In ren. Begrenzt nun die Scheibe 16 die Vorgänge bei

dieses Gehäuse 11 ist ein Behälter 13 eingesetzt, der geringem CO-Gehalt, also im unteren Bereich, so

stirnseitige Siebboden 13' und 13" aufweist, minde- müssen Vorrichtungen und Maßnahmen vorhanden

stens aber an einer Stirnseite 13', nämlich am Boden, sein, um bei der erwähnten Gefahr der Zerstörung

eine siebartige Ausbildung aufweist. Somit können io des Katalyten im oberen Bereich des CO-Angebots

die Abgase vom Boden her in den Brenn- und Kata- oder gleichwertigem Angebot brennbarer Abgasbe-

lytraum 3 eintreten. standteile in Aktion zu treten.

Die Halterung 12 umgreift das Gehäuse 11 derart, Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß

daß die Abgase nur von unten her in den Brenn- in an sich bekannter Weise Steuereinrichtungen in

oder Katalytraum3 eintreten können. Während die 15 der Luftzufuhr- und/oder Abgasleitung vorgesehen

ankommenden und abströmenden Abgase spiralför- sind.

mig um einen zentralen Punkt geführt sind, werden So zeigt die F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel, und

sie somit abgelenkt und zu einem Wandern in axialer zwar eine Bimetallfeder 18, die im Gasabfuhrkanal 2

Richtung gezwungen. angeordnet ist, die bei Wärmeanstieg über einen ge-

Eine Glüh- oder Zündeinrichtung 14, vorzugsweise »0 wissen Punkt eine Klappe 19 in einer der Wände 7 eine Zündkerze, die eine Glühspirale 15 aufweist, ist öffnet, so daß eine Direktverbindung Zwischen Abvorzugsweise zentrisch im Katalyt- oder Brenn- gas- und Luftzufuhrkanal 1 und Abgasabfuhrkanal 2 raum 3, und zwar in diesen eingreifend, angeordnet. besteht und die ankommenden Abgase überhaupt Die Ausbildung der Glüh- und Zündeinrichtung nicht oder nur zum Teil in den Brennraum 3 gelankann unbeachtet bleiben, es spielt dabei lediglich as gen, sondern direkt über den Ausgangsstutzen 8 abeine Rolle, daß für den Zündvorgang eine Wärme- geleitet werden, wie es die Pfeile 20 andeuten. Die quelle vorhanden ist. Um diese Glüh- und Zündein- Klappe 19 ist hier mit einem doppelarmigen Hebel 21 richtung 14 herum, auf jeden Fall aber die Glüh- verbunden, in dessen kürzeren Hebelarm die Bimespirale 15 vom Hauptstrom der Abgase abdeckend, tallfeder 18 eingreift. Bei ihrer Bewegung in Pfeilist eine Stau- oder Ablenkscheibe 16 vorgesehen, die 3° richtung 22 schließt sie einen Kontakt 23, der mit bewirkt, daß im Katalytraum eine nur schwach oder einer Warnleuchte elektrisch verbunden werden kann, gar nicht vom Abgas durchströmte Zone vorhanden Statt durch das Kurzschließen der Abgaskanäle die ist, in der die Wärmequelle, in diesem Fall also die Gefahr einer Überhitzung im Katalytraum und da-Glühspirale 15, angeordnet ist, so daß hier nicht nur mit eine Zerstörung des Katalyten zu verhindern, eine Keimzelle für die Einleitung der katalytischen 35 kann man auch eine Anordnung vorsehen, welche Reaktion vorhanden ist, sondern daß hinter der Stau- die Luftzufuhr im zuführenden Abgaskanal im ent- und Ablenkscheibe praktisch immer ein Glühkegel scheidenden Moment drosselt bzw. schließt. Auch bleibt, der nicht vom Hauptstrom der Abgase durch- können beide Möglichkeiten vorgesehen werden. Ein flössen wird und damit keinen merklichen Wärme- wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbilentzug erleidet. Damit bleibt in diesem Bereich die 40 dung besteht noch darin, daß die Katalysatorkam-Temperatur immer so hoch, daß sie im Reaktions- mer 3 in an sich bekannter Weise in einem auswechbereich des Katalyten liegt und eine Wärmekeimzelle seibaren, an den Stirnseiten Siebboden 13', 13" bildet. aufweisenden, axial durchströmten Behälter 13 von

Wie in F i g. 3 deutlich ersichtlich, kann die Stau- kreisförmigem Querschnitt derart untergebracht ist, scheibe 16 örtlich begrenzte Durchbrüche wie Boh- 45 daß dieser an seinem Umfang dichtend im Gerungen 17 od. dgl. aufweisen. häuse 11 liegt und durch dessen Verschlußdeckel 43

Es können genauso gut schlitzförmige Durch- mittels eines sternförmigen Bügels 42 gehalten ist. brüche vorgesehen sein. Dadurch wird im Strömungs- Damit ist der Katalyt mit seinem Behälter 13 oder schatten der Abgase, in dem auch die Glühspirale 15 auch ohne den Behälter, wenn er so als kompakte der Glüh- oder Zündeinrichtung 14 liegt, ein Neben- 50 Masse angeliefert wird, auswechselbar, wie es in strom der Abgase erzielt. Bei mehreren Durchbrü- F i g. 3 dargestellt ist.
chen 17 sind selbstverständlich mehrere Nebenströme _p .. ,
vorhanden, durch die ein geringer Teil des motor- f atentansprucne:
seitigen Abgases zufließt, dessen CO-Anteil ver- 1. Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrannt wird und somit Wärme erzeugt, die zur Dek- 55 brennung des mit Luft gemischten Abgases von kung des Wärmeabflusses zum umliegenden Kata- Brennkraftmaschinen mit einer einen Katalysator lyten ausreicht. Sinkt nun der CO-Anteil der zu enthaltenden, vom Gasgemisch durchströmten verbrennenden Abgase sehr stark, bleibt im Strö- Kammer und einer Glüh- und Zündeinrichtung mungsschatten der Stau- oder Ablenkscheibe 16 eine in einer vom Gasgemisch nicht oder nur schwach reaktionsfähige Zone, die sofort bei Veränderung, 60 durchströmten Zone, dadurch gekennnämlich bei steigendem Angebot, das durch den zeichnet, daß diese Zone direkt in der Kata-Wechsel des Fahrzustands des Fahrzeugs verursacht lysatorkammer (3), und zwar auf deren Eintrittswird, eine sich ausbreitende Zone bildet, und zwar seite liegt, und daß in an sich bekannter Weise beim dargestellten Ausführungsbeispiel vom Zentrum Steuereinrichtungen in der Luftzufuhr- und/oder her, so daß sich ein vom Fahrzustand abhängiger 65 Abgasleitung vorgesehen sind.
Wärmebereich im Katalyten selbständig einstellt, der 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gebei ausreichendem CO-Angebot, z. B. bei Stadtfahrkennzeichnet, daß im kreisförmigen Zuströmungsten, den gesamten Katalytbereich überdeckt. querschnitt der Katalysatorkammer (3) zentrisch

eine Scheibe (16) angeordnet ist, in deren Strömungsschatten die Spirale (15) der Glüh- oder Zündeinrichtung (14) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (16) in einer zentrischen Bohrung die Glüh- oder Zündeinrichtung (14) trägt und radial außerhalb dazu Durchtrittsöffnungen (17) für das Gasgemisch aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorkammer (3) in an sich bekannter Weise in einem auswechselbaren, an den Stirnseiten Siebboden (13', 13") aufweisenden, axial durchströmten Behälter (13) von kreisförmigem Querschnitt untergebracht ist,' daß dieser an seinem Umfang dichtend in einem Gehäuse (11) angeordnet und durch dessen Verschlußdeckel (43) mittels eines sternförmigen Bügels (42) gehalten ist, münden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen