DE1751799B2 - Abgaseinrichtung an Brennkraftmaschi nen - Google Patents

Abgaseinrichtung an Brennkraftmaschi nen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgaseinrichtung an Brennkraftmaschinen, bei denen dem Abgas im Bereich des Auslaßkanals der Brennkraftmaschine Frischluft zugeführt wird, mit. einem an die Brennkraftmaschine angeschlossenen zylindrischen Gehäuse als Übertemperaturschutz für den in einem Nachbrenntopf befindlichen Katalysator und mit einem dem Nachbrenntopf nachgeschalteten Rückstauventil.
Bei bekannten Abgasnachverbrennungseinrichtungen dieser Art (britische Patentschrift 1063 091, USA.-Patentschrift 3 247 666) wirü der Übertemperaturschutz für den Katalysator durch verhältnismäßig große Volumina in der Abgasleitung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Nachbrenntopf erreicht. In einem dieser Fälle (USA.-Patentschrift 3 247 666) weist auch die Abgasverteilerleitung der Brennkraftmaschine selbst ein zylindrisches Gehäuse mit größerem Volumen auf als es für die Gasabfuhr nötig und üblich ist. Der zugeführten Frischluft und dem Abgas soll dadurch hinreichend Zeit für eine Mischung und Oxidation wenigstens eines Teiles der noch brennbaren Bestandteile gegeben werden, so daß das Abgas mit einem geringeren Anteil an brennbaren Bestandteilen und mit einer geringeren Temperatur dem Nachbrenner zuströmt. Diese bekannte Art des Übertemperaturschutzes bereitet jedoch Schwierigkeiten bei der Bemessung der Volumina, weil mit großem Volumen zwar ein wirksamer Übertemperaturschutz erreicht werden kann, die Anwärmzeit des Katalysatormaterials vom kalten Zustand (Anlassen, Leerlauf usw.) auf die nötige Beniob^ÜH-nc und folglich der Ausstoß von Schadstoffe η u'icr u:n so langer dauert, je größer das dem V.cnbronntonf \orgeschaltete Leitungsvoiumen ist WiM man dagegen "die Anwärmzeit verringern, so ta'iin dies nur nuf Kosten der Funktionsfähigiceit des KauJ'-aror.riaterials geschehen, weil eine zu hohe Temperatur im Nachbrenntopf den Katalysator un- <virk -I'm rpachen würde.
ic- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zuorimde, zwischen"diesen beiden sich widerstrebenden Richtlinien für die Gestaltung einer Nachbrennungseinrichtuna ia vermitteln und unter Beibehaltung eines opiiitialen übertemperaturschutzes für den Ka-
tal>satcir eine kürzere Anwärmperiode zu erreichen.
Eri'indungsgeniiiß wird dies dadurch erreicht, daß sich durch das zylindrische Gehäuse koaxial ein den «teichen Querschnitt wie das Gasauslaßrohr des Gehäuses aufweisendes, die Fortsetzung des Gascinlaß-
reines des Gehäuses bildendes inneres Rohr erstreckt, das zusammen mit dem Gehäuse eine Ringkarnmer bildet, und daß das innere Rohr in der Nähe und stromaufwärts der Auslaßöffnung des Gehäuses mündet, vor seiner Mündung ein im Querschnitt ab-
rupt wesentlich reduziertes Endstück aufweist und auf seiner ganze,- Länge bis zu der Querschnittsverennung mit Perforationen versehen ist.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Abgaseinrichtung ermöglicht die direkte Strömung der Abgase
von dem Einlaß in den Auslaß, solange die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase relativ niedrig ist. Demzufolge wird eine rasche Erwärmung des in dem Nachbrenntopf vorhandenen Katalysatormaterials auf die notwendige Arbeitstemperatur gewährleistet.
Sobald die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase zunimmt, bewirkt das reduzierte Endstück, daß ein Teil der Abgase in den um das perforierte Rohr vorhandenen Ringraum strömt, wodurch eine zusätzliche Mischung der Gase mit der Zusatzluft und Verbren-
nung von Abgasbestandteilen stattfindet, so daß weniger heiße Abgase in den Nachbrenntopf gelangen. Dieser Übertemperaturschutztopf verbessert somit die Wirksamkeit des Nachbrenntopfes, in dem bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten eine rasche
Erwärmung des Katalysatormaterials auf Betriebstemperatur erreicht wird, während bei hohen Abgasmengen eine Überhitzung des Katalysatormaterials verhindert wird.
Im allgemeinen erweist es sich als zweckmäßig,
daß das zwischen der Auslaßöffnung der Maschine und der Auslaßöffnung des zylindrischen Gehäuses sich ergebende Volumen 2,0 bis 3,4 mal größer ist als der Motorhubraum.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine, welche mit einer erfindungsgemäßen Abgaseinrichtung versehen ist und F i g. 2 eine Längsansicht — teilweise im Schnitt — des im Rahmen der Erfindung verwendeten Übertemperaturschutztopfes.
An der Abgassammelleitung 11 der Brennkraftmaschine 10 ist eine Abgaseinrichtung angeschlossen, welche aus einem neuartigen Übertemperaturschutztopf 12 und einem einen Katalysator enthaltenden Nachbrenntopf 12 α besteht. Auf der Auslaßseite des Nachbrenntopfes 12 α ist ein Rückstauventil 13 vor-
gesehen, welches zur Regulierung des Rückstaudrukkes dient. Eine von dem Motor 10 angetriebene Luftpumpe 14 fördert Zusatzluft, welche durch Zuführrolire 14' der Sammelleitung 11 des Motors 10 zugeführt wird.
Das Einführen von zusätzlicher Luft im Bereich der Sammelleitung 11 des Motors 10 bewirkt die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids und erhöht die Temperatur in dieser Zone über die normalen Werte hinaus. Diese höheren Temperaturen bewirken eine vollkommenere und bessere Verbrennung der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxid=, in der Sammelleitung 11 und dem daran angeschlossenen Rohr. Durch die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids im Bereich der Sammelleitung 11 ergibt sich eine Verminderung der Belastung des Katalysators im Nachbrenntopf 12 a. Mit Hilfe des Rückstauventils 13 wird auf der anderen Seite der Rückstaudruck der durch den Nachbrenntopf 12// strömenden Abgase gesteuert. Der Nachbrenntopf 12 a ist mit der Sammelleitung 11 durch ein Rohr genügend großen Durchmessers und optimaler Länge verbunden.
Die gewählte Rohrlänge muß dabei kurz genug sein, damit selbst nach Kaltstarts, während des Leerlaufs und bei Bremsverzögerungen die Abgase heiß genug sind, um eine rasche Erwärmung des Katalysators im Nachbrenntopf zu erwirken.
Der Obertemperaturschutztopf 12 weist einen äußeren zylindrischen Mantel 20 mit Endstücken 21 a und 21 b auf, in welchen Einlaß- und Auslaßöffnungen 22, 23 angeordnet sind. Sowohl Einlaß- wie auch Auslaßöffnungen 22, 23 weisen denselben Durchmesser wie das von der Sammelleitung 11 zu der Einlaßöffnung 22 führende Auspuffrohr 22 α und das von der Auslaßöffnung 23 des Temperaturschutztopfes 12 zu dem Nachbrenntopf 12 a führende Auspuffrohr 23 α auf.
Innerhalb des äußeren Mantels 20 ist ein inneres zylindrisches Rohr 24 angeordnet, wodurch innerhalb des durch den äußeren Mantel 20 gebildeten Gehäuses eine im wesentlichen ringförmige Kammer 20 α gebildet ist. Dieses bei der Einlaßöffnung 22 mit dem äußeren Teil verbundene innere Rohr 24 enthält entlang seiner ganzen Länge innerhalb des Gehäuses Perforationen 25 und weist denselben Durchmesser wie die Auspuffrohre 22 a, 23 α auf. Das innere Rohr 24 geht in ein reduziertes Endstück 26 über, dessen öffnung 27 einen geringeren Querschnitt als die Summe der Querschnitte der Perforationen 25 aufweist. Das reduzierte Endstück 26 endet in der Nähe der Auslaßöffnung 23 und weist einen kleineren
Durchmesser als dieselbe auf, so daß sich eine ringförmige Einengung ergibt.
Die Abgase gelangen durch die Einlaßöffnung 22 in den Überiemperaturschutztopf 12, streichen durch die Perforationen 25 in die Ringkammer 20 a, wobei
ίο eine weitere Reaktion bei der Mischung der Zusatzluft und der Abgase eintritt. Die Abgase strömen ebenfalls durch das reduzierte Endstück 26 und gelangen so zu der Auslaßöffnung 23.
Wenn die genauen physikalischen und chemischen
Phänomene, welche innerhalb eines derartigen Obertemperaturschutztopfes 12 stattfinden, auch noch nicht genau untersucht werden konnten, so kann doch angenommen werden, daß sich eine zusätzliche Mischung und Reaktion der Luft-Abgas-Mischung
innerhalb der Ringkamr <_r 20 α ergibt und daß sich auf Grund der auftreten 3en Turbulenzen beim Durchstreichen des Gemisches durch die Perforationen 25 und die abrupte Querschnittsverengung an dem reduzierten Endstück 26 eine weitere Reaktion der noch verbleibenden brennbaren Bestandteile — insbesondere Kohlenmonoxid — ergibt. Demzufolge vermindert sich die Menge der reaktionsfähigen Bestandteile, noch bevor die Abgase den Nachbrenntopf 12 α erreichen.
Die Verwendung derartiger Übertemperaturschutztöpfe 12 ist auch in jenen Fällen gerechtfertigt, in welchen die Straßenbedingungen eine hohe Motorbelastung mit einem reichen Gemisch erfordern. Zur Erzielung eines geeigneten Übertemperaturschutzes
für den Katalysator im Nachbrenntopf 12 α sollte in. diesem Fall das Verhältnis des Volumens zwischen den Auslaßventilen in geschlossener Position bis zum Nachbrenntopf 12 α zum Motorhubraum in der Größenordnung von 2,0 bis 3,4 liegen.
Mit Hilfe des beschriebenen Übertemperaturschutztopfes 12 kann das Katalysatormaterial eines Nachbrenntopfes 12 a während des Betriebes gegen hohe Temperaturen geschützt werden. Zum Betrieb einer derartigen Abgaseinrichtung ist ferner keine
Aufwärmperiode notwendig, weil die Abgase den Katalysator im Nachbrenntopf 12 α unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine mit genügend hoher Temperatur erreichen.
Hierzu 1 P.iatt Zeichnungen

Claims (2)

I 75! 799 Patentansprüche:
1. Abgaseinrichtung an Brennkraftmaschinen, bei denen dem Abgas im Bereich des Auslaßkanals der Brennkraftmaschine Frischluft zugeführt wird, mit einem an die Brennkraftmaschine angeschlossenen zylindrischen Gehäuse als Übertemperaturschutz für den in einem Nachbrenntupf befindlichen Katalysator und mit einem dem Nachbrenntopf nachgeschalteten Rückstauventil, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch das zylindrische Gehäuse (20, 21a, 21 b) koaxial ein den gleichen Querschnitt wie das Gasauslaßrohr (23 α) des Gehäuses aufweisendes, die Fortsetzung des Gaseinlaßrohres (22 a) des Gehäuses bildendes inneres Rohr (24) erstreckt, das zusammen mit dem Gehäuse eine Ringkammer (20 λ1* bildet, und daß das innere Rohr (24j in der Nahe und stromaufwärts der Ausiaßöffnung (23) des Gehäuses mündet, vor seiner Mündung ein im Querschnitt abrupt wesentlich reduziertes Endstück (26) aufweist und auf seiner ganzen Länge bis zu der Querschnittsverengung mit Perforationen (25) versehen ist.
2. Abgaseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen der Auslaßöffnung (15') der Maschine (10) und der Auslaßöffnung (23) des zylindrischen Gehäuses (20, 21 α, 21 b) sich ergebende Volumen 2,0 bis 3,4 mal größer ist als der Motorhubraum.
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