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V E li F A 11 R E N U N D E I N U I C
H T U N G
ZUR AB GASREIN IGUNG D U H 0 H N A C
H V E H B R E N N U N G U N D Z U H S C H
A L L DÄMPFUNG 9 INSBESONDERE PÜR B R E N N K R
A F T M A S C H I N E N .
Es ist bekannt, bei
Verbrennungsmotoren in der Nähe der Abgasauslaßorgane Luft einzufähren, womit erreicht
werden soll, dass die Verbrennung der austretenden heissen Abgase verbessert wird.
Die zugeführte luft ergibt jedoch eine Abkühlung, so daß dieser Zweck nicht
erreicht wird. Ausserdem wird der aus dem Verbrennungsmotor austretende Abgas -strom
hierbei nur ungleichmässig mit Luft vermischt, so daß auch aus diesem Grunde die
angestrebte Wirkung nicht erreicht werden kann.
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DerartigEnAusfUhrungsarten können ferner katalytisch wirkende Nachbrenn-Elemente
nicht angeschlossr,#n werden, da wegen der hohen Abgastemperatur die Katalysatoren
in kurzer Zeit vernichtet werden würden.
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Die Erfindung bezieht sicti auf ein Verfahren zur Abgas-
reinigung
durch lfdchverbrennung und zur Schalldämpfung, insbesondere für Brennkr"iftmaschinen,
wobei durch Wärmetausch zwischen dem nachverbrannten Abgas und im Gegens-trom zugeführter
Luft letztere erhitzt und dann dem noch unvollständig verbrannten ilbgas zwecks
Nachverbrennung zu"-,reMlirt wird.
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Die Abgase werden durch Kanäle geführtg welche sowohl im Innern Luftleitungen
besitzen, wie auch aussen von Luft -kanälen umgeben eind, wobei die Luftströmung
in den inneren
| Kanälen in Richtung der Abgasströmung und in den ;.*tusseren |
| U |
| Kanälen entgegengesetzt zu der AbgasströmungsrichLung ver- |
| läuft. |
| Die Abgaskanäle und die in deren Innerem lierpenden Luft- |
| C.Z) |
| kanäle sind an ihren Mündungen -iitj-ek-tordüseiiförini,-"
ausgebildet. |
| Hinter der Auslaßmündung der Abgaskanäle und der Auslaß- |
| mündung der in deren Innerem befindlichen -Luftkartille sind |
| init einem Zwischetiraum Katuiys,--itoren anüreordnet. |
| Die Kat-ilysatoren besitzen Loch- oder. Siebwandungen, sind |
| mit einem freien Durchlaß versehen, und liegen der Innen- |
| seite der Abgaskanalwandungen an. |
| .Die die Katalysatoren durchziehenden Abgaskanz*:t*le mUnden |
| in Kammern, die durofl. i.-anälc- verbunden s-ind und a#,
diie eine |
| Ab.asauslaßleitun. anschliesst. |
| Die die Abgask#tri'-'ilc,# ausseti -Luil#,eben(ien- Lufticanäle
gehen |
| z# |
| von einer neben den Abgaskammer.n liugenden LufthauptkümmE#r |
| aus, welche vorzugsweise mit einer Wärmeisollerschicht wii- |
| mantelt ist. |
| Die Luftkanäle, stehen durch Öffnungen mit einer Kammer |
| in V r')indung, die durch ein Veritil mit der Ausseriluft vor- |
| e ci |
| bunden werden kann und durch eine Wand von einer durch ein |
| Ventil mit ihr verbindbaren Kammer #,etrünnt ist, in welche |
| iiiL-btels Zw.-I.felif-,riwandutigen in den Luftkanälen gebildete
Kam- |
| mern münden, die durch weitere Luf Lzwischenkanüle mit den |
| im Inneren der Abgaskanäle liegenden Liiftkan,#il.en in Ver- |
| bindung stehen. |
Die im Inneren der Abgaskanäle liegenden Luftkanäle können unter
Wegfall der sie mit den äusseren luftkanälen verbindenden ZuftzwischenkanäleiK und
deren Öffnungen, sowie der Zwischenwandungen in den äusseren luftkanälen und der
Verbindungsöffnungen zwischen den dadurch gebildeten Luftkammern und der darüber
liegenden luftkammer an ihrem oberen Ende unmittelbar in letztere münden.
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Die an die Katalysatoren anschliessenden Kammern enth,#-.lten gasdurchlässiges
Filtergut zur Absorption von Nitrose-Abgasanteilen und schwefligen Abgasanteilen.
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Die Zufthauptkammer besitzt eine Einlaßleitung mit Mehrwegventil.
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Die Filterkammern siiA von der Lufthauptkammer durch eine mit Rippen
versehene oder gewä-lt oder gefaltet ausgeführte Wand getrennt.
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e Die eine Seitenwand des Geräts ist als Deckel mit Verschraukungen
oder Spannschlössern samt Dichtung abnehmbar ausgebildet.
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Die durch sämtliche Innenteile des Geräts gebildete Zelle ist mit
dessen Aussenwandungen durch Verschraubungen ausbaubar verbunden.
Die
Abbildungen zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und bedeuten:
Yigur 1: Die Einrichtung von oben gesehen, teilweise im Schnitt.
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Figur 2: Einen Querschnitt I - I der Einrichtung nach Figur
1.
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Figur 3, Ein hinzelteil bei verschiedener Betriebszu 4 und
5:
ständen in vergrösserter Darstellung.
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An den Verbrennungsmotor 1 ist das Gerät 2 zur Abgasentgiftung
und Schalldämpfung so angeschlossen, dass die Motorabgasauslaßöffnungen
3 in das Gerät münden. Die Ab-
gase gelangen unmittelbar in eine kleine
Kammer 4 und von dort direkt in Kanäle 5, und weiter zu körnerförmigen Katalysatoren
6, welche von Sieb#-oder lochwänden 7 umgeben sind. Diese durchlässigen
Wandungen 7 bilden Kanäle 8, welche die durch Zwischenräume unterbrochene
Fortsetzung der vorhergehenden Abgaskanäle 5 ergeben, die durch die Wandungen
9 gebildet werden. Die Wandungen 7
und 9 sind ebene Flächen,-welche
diesen Kanälen die Form dünner breiter Bänder geben. An ihrer Auslaßmündung
10 verengen
sich die Kanäle 5, wie Figur
1 zeigt injektordüsenförmig. Im Innern der Abgaskanäle 5 befinden
sich gleichachsig angeordnete Zuftkanäle 119 die durch ebenfalls ebene Wandungen
12 gebildet werden, und an ihrer Auslaßmündung 13
den injektordüsenförmigen
Abgasauslaßmündungen 10 entsprechend ebenfalls düsenförmig verengt sind,
so daß die Düsen gegenseitig eine Saugwirkung entsprechend der jeweils höheren Austritbgeschwindigkeit
ausüben können. Die Größe der Räume zwischen den Auslaßmündungen 10 des Abgases
und 13 der Luft und den Katalysatoren 6 richtet sich nach der durchatrömenden
Abgaemenge und der Abgaspulaation.
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Die Wendungen
9 bilden zwischen sich sowie den seitlichen Aussenwänden
14 Kanäle
15, welche ebenfalls die Form dUnner breiter Bänder haben. An ihrem
einen Ende gehen diese Kanäle von einer Kammer
16 aus, an welche ein Rohr
17 mit Mehrwegventil
18 anschliesst. Die Kammer
16 ist durch
Wandungen 20 von den Abgasführenden Kammern
19 getrennt,
| f, (a t st |
| Welche.&3a&eh-Ii-eae-En-,d in( die Katalysatoren
6 i-und von diesen |
durch Loch- oder Siebwandungen 21 am Ende der Kanäle
8 getrennt sind. Die
Kammern
19 stehen gegenseitig durch Kanäle 22 in Verbindung, welche die Kanäle
15 durchqueren.
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Die Kanäle
15 sind an ihrem dem Verbrennungsmotor zugekehrten
Ende gegenüber der Abgaseinlaßkammer 4 durch die zuaammenlaufenden Wendungen
9 abgeschlossen. Gemeinsam mit den Wendungen
9 werden durch weitere
in den Kanälen
15
| wi |
| angeordhats/#wzydungen 23 Kammern 24 gebildetl die unter |
| sich und mit den Kanälen 11 mittels die Kanäle
5 durch- |
| Zwischen/ |
| querenden/Unälen 25 in Verbindung stehen. Über den Kanälen |
25 erstreckt sich über die ganze Länge des Geräts eine Wandung
26, die zusammen mit der Wand
279 die die Fortsetzung der Wände
23 nach oben bildet, der Wand
28 und den Aussenwandungen des Geräts
die beiden Kammern
29 und
30 bildet. In der Wand
26 münden
die Kanäle
15 zwischen den Wandungen
27 und
28 an ihrem oberen
Ende in der Kammer
29 . Dadurch werden in der Wand
26 der Kammer
29 Öffnungen
31 von der Breite der Kanäle
15 und dem Abstand
der Wandungen
27 und
28 als Länge gebildet. Die Kammern 24 münden
an ihrem oberen Ende in der Kammer
30. -
Die Kammern 29 und 30 können durch ein an der Oberseite
des Geräts angeordnetes Ventil 32 miteinander verbunden werden.
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Ferner können die Kanäle 15 und damit die Kammer
16
durch ein Ventil 33 über die Kammer 29 mit der Aussenluft
oder Ableitungen verbunden werden.
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Die vom Verbrennungsmotor
1 kommenden Abgase treten. nach Durchströmen
der unmittelbar anschliessenden Kammer 4
| und der Kanäle 5 an deren Mündung 10 aus. Durch
die Lei- |
| Luf thaupt/ |
| tung 17 kann in Pfeilrichtung 34 Druckluft in die/Nammer
IE) |
des Geräts eingeleitet werdeng von wo aus bei geöffnetem Ventil
32 und geschlossenem
Ventil
33 über die Kanäle l#, die Kammern
29 und
30, ferner
die Kammern 24 und die Kanäle
25 gleichmäaeig verteilt in die Kanäle
11 geführt wird
und an deren Mündung
13 austritt.
so daß dort Luft und ILbgas an den injektordüsenförmigen Mündungen10 und
13 gemeinsam austreten und die Abgase eine Nachverbrennung erfahren. Die
nachverbrannten Abgase werden in den Kanälen
8 zwischen den Katalysatoren
6 hindurchgeführt, wo sie eine weitere abschliessende Nachverbrennung noch
nicht vollständig verbrannter Restteile erfahren.
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In den Kanälen
15 strömt die zugeführte Nachverbrennungsluft
in entgegengesetzter Richtung zu dem in den Kanälen
5 und
8 strömenden
Abgas, so daß ein3 starke Aufheizung der Luft erfolgt, und dadurch eine intensive
Nachverbrennung
| der Abgase an den KanalMun |
| " dungen 109 13 ermöglicht wird. |
Die an die Katalysatoren
6 nnschliessenden Kammern
19 enthalten Filtergut,
das diejenigen Abgasbestandteile, welche bei der NacliverbrennL,-#.ig ihre Giftigkeit
behalten oder dadurch noch giftiger werden, wie beispielsweise Nitrosegase, absorbieren.
Auf gleiche Weise können in den Kammern
19 durch entsprechende Füllung Gasanteile,
die ihre Lästigkeit und Reizwirkung auch bei Nachverbrennung beibehalten', beispielsweise
schweflige Anteile,aufgenommen werden. Die Katalysatoren mit ihren freien Durchlaßkanälen
8 bilden zugleich bei pulsierenden Gasen-Absorptionsdämpfer für den Abgasschall,
da der poröse Katalysationsstoff eine Dämpfung durch Schallschluckwirkung ausübt.
Von den durch die Kanäle 22 verbundenen Kammern
19 werden die gereinigten,
entgifte--#en und schallgedämpften Gase durch ein Rohr 29 abgeführtg
das
auf der einen Seite des Geräts an die äusserste der Kammern
19 anschliesst.
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Die Kanäle 11 können auch an ihrem oberen Ende durch Öffnungen
in der Wand 26 mit der Kammer 30 verbunden sein. Bei dieser Ausführung
enißllen die Kanäle 25 und deren zugehörige Öffnungen in den Wandungen
9 und .-12 , ferner die ZwischenWandungen 23 und die Verbindungsöffnungen
zwischen den Kammern 24 und der Kammerie 30. Die in den Kanälen
15 im Gegenstrom vom nachverbrannten Abgas stark erwärmte Nachverbrennungsluft
strömt dann von der Kammer 29 über die, Kammer 30 zu den Kanälen
11.
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Durch die im Gegenstrom zu dem Abgas der Kanäle 5 und
8
strömende Luft der Kanäle 15 werden durch Kühlung die Katalysatoren
6 und Füllungen der Filter 19 vor Überhöhung der Betriebstemperatur
geschützt.
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Die von der Leitung 17 über das Mehrwegventil 18 in
die lufthäupt,Zammer 16 eingeführte Nachverbrennungsluft wird durch Wärmetausch
von der Wand 20, die mit einer Verrippung 35,
Wellung oder Faltung versehen
ist, schon vor Eintritt in die Kanäle 15 in beträchtlichem Maß vorgewärmt,
und -L11aMit die gesamte Vorwärmung zusammen mit der letzteren noch erlieblich gesteigert.
Um Wärmeableitung nach aussen zu vermeiden, ist das Gerät mit einer Isolationsschicht
36 ganz oder teilweise ummantelt.
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Wenn für die Nachverbrennung Aussenluft von Atmosphärendruck verwendet
werden soll, so wird das Mehrwegventil 18
in die aus Figur
4 ersichtliche Stellung gebracht. Durch die Saugwirkung der Abgas-Injektordüsen
10 wird dann durch das Plehrwegventil 18 in Pfeilrichtung
37 Luft angesaugt, die über die Kammer 16 und die Kanäle 15.und zu
den Kammern 29 und 30, und weiter zu den Kanälen 25 und
11 und deren Auslaßmündungen 13-.gelangt, um dort die Nachverbrennung hervorzurufen.
Auf gleiche Weise können statt atmosphärischer Luft oder Druckluft auch andere Gase
oder Gasgemische, sowie pulverfÖrmige Stoffe zwecks Bewirkung oder Erhöhung der
Nachverbrennung zugeführt werden. ..Auch Fahrtwind oder Gebläseluft kann auf die
beschriebene Weise eingeleitet werden. Wenn dLe eingeführte Luft nur zur KÜhlung
der nachverbrannten Lbgase und der Katalysatoren 6 verwendet werden soll,
jedoch für die Nachverbrennung selbst nicht Arforderlich ist, wird das Ventil
32 geschlossen und d,#iiiiit die Verbiridi,inf-, zwischen der, K#-irfiijic#i#n
29 und 30 unterbrochen. Die
eingeführte, durch den Wärmetausch
erhitzte Luft -tritt dann nach Ausübung ihrer Kühlwirkung durch das geöffnete Ventil
33 von der Kammer 29 aus. Bringt man das Mehrwegvontil 18 in die aus
Figur 5 ersichtliche Stellung,so ist die Verbindung sowohl mit der Aussenluft
wie auch mit der Zuleitung 17 geschlossen. Die Vorgänge im Innern des Geräts
erfolgen daher ohne Kühlung
der Abgase, der Katalysatoren, der
Filter in den Kammern 19 und der anderen Innenteile der Einrichtung, was
beispielsweise beim Anlaufen bis zur Erreichung eiii(,#r gewissen Betriebstemperatur
erforderlich sein kann. Die Kammern und Verbindungskanäle des Geräts sind in bekannter
Weise so bemessen, dass sie zusammen ein durch Reflexion wirkendes Schalldämpfungssystem
bilden , dessen Wirkung zu der Schallabsorption der Katalysatoren
6 hinzukommt.
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Die in dem Gerät befindlichen Kammern können entsprechend den räumlichen
und baulichen Verhältnissen an beliebigen Stellen des Geräts,auch ausserhalb, angeordnet
werdene Die beschriebene Einrichtung ermöglicht eine Abgasnachverbrennung und zugleich
Abgasschalldämpfung, wobei die eingeführte Nachverbrennungsluft zugleich die Nachverbrennungs-Elemente
und Filter kühlt und dadurch vor zu starker thermischer Beanspruchung schütztg die
sich aus der Nachverbrennung ergebende Wärmeenergie wird also zur Vorwärmung der
eingeführten.Nachverbrennungsluft wieder verwendet und ermöglicht damit selbst eine
intensive Nachverbrennung. Die Führung der Abgas- und Luftströmung wird dabei jeweils
durch*eine und dieselbe Wandung bewirkt, so daß sich vorteilhafterweise eine einfache
bauliche Anordnung ergibt.
1,ieben der Verwendung der eingeführten
Luft zur Nachverbrennung ist , wie beschrieben, durch einfache Umstellun'g
der Ventile 32 und 33 auch nur die erwähnte Kühlwirkung allein ermöglicht,
was beispielsweise dann erfordeiUich ist, wenn die noch unvollständig verbrannten
Abgase schon genügend überschüssigen Sauerstoff für die Nachverbrennung enthalten.
Die bei dem beschriebenen Beispiel parallel und konzentrisch angeordneten Abgaskanäle
5 und luftkanäle 15 und 11 können naturgemäß auch in von den
Abgasauslaßöffnungen 3 aus sternförmig abstrahlender Anordnung ausgeführt
werden, wobei für,jedes einzelne Abgasauslaßorgan die Einrichtung getrennt oder,
wie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, in einem einzigen zusammengefaßt
ausgeführt werden kann. Der Anschluss an die Seitenwand des Verbrennungsmotors und
an dessen Abgasauslaßöffnungen kann in bekannter Weise mittels Verschraubungen erfolgen,
so daß das ganze Gerät abnehmbar ist, man kann jedoch das Gerät auch mit dem Motorgehäuse
fest und untrennbar verbindeng so daß beides ein einziges Teil bildet. Um die Innenteile
ausbaubar zu machen, ist es lediglich erforderlich, die Seitenwand 38 als
abnehmbaren Deckel mit Spannschlössern oder Verschraubungen und Dichtung auszubilden,
und die Innenteile ebenfalls mit lösbaren Verschraubungen 39 in der Gehäusewand
zu befestigen. Die
Abgasauslaßleitung 29 kann dabei durch
eine rasch lösbare Schraubkupplung mit der nächstgelegenen Kammer 19 im Innern
des Geräts verbunden werden.