DE1751985B2 - Nachbrennvorrichtung fuer abgase von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 nach Anspruch 1 und 3 des Patents 12 40 704.

Der Erfindung gemäß Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirksame Nachbrennvorrichtung dadurch zu schaffen, daß das eintretende Abgas-Luft-Gemisch, das sich nach Durchtritt durch die Mündungen der Förderpumpe bildet, durch eine bessert· Aufbereitung in einen brennfähigen Zustand gebracht wird, und zwar auch für die Fälle, in denen die Abgase nur in geringem Prozentsatz brennbare Bestandteile enthalten.

Durch die vorliegende Erfindung, welche davon ausgeht, daß die Brennkraftmaschine bzw. der Motor und die ihm nachgeschaltete Nachbrennvorrichtung eine technologische Einheit bilden, erfolgt eine sinnvolle weitere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Hauptpatent im Hinblick auf die dort gestellte Aufgabe. Gehörte es zum Grundgedanken des Hauptpatents, Abgas und Zusatzluft erst innerhalb des Brennkammerraumes miteinander in Kontakt zu bringen, um die Flammenbildung und den damit verbundenen Temperaturanstieg auf die Brennkammer zu begrenzen, so erweitert die vorliegende Konstruktion diesen Grundgedanken durch die Maßnahme, zwischen Motorauslaß und Nachverbrennungskammer eine thermisch trennende Zone dadurch zu legen, daß das Abgas nach Austritt aus dem Motor zuerst zwischengeschaltete Schalldämpfungseinheiten durchlaufen muß und keinerlei Zusatzluftzufuhr erfährt, ehe es in die Brennkammer mündet. Diese Maßnahme vermeidet thermische Rückwirkun- bS gen aus dem Nachverbrennungsvorgang auf den Motor, also eine Minderung der Motorleistung, und sie bringt zwangsläufig eine Temperatursenkung des in die Brennkammer gelangenden Abgases durch Abstrahlverluste u.a. mit sich.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist daher die ausgleichende weitere Maßnahme vorgesehen, daß die rohrförmige Brennkammer von einer nachgeschaiteten Austrittskammer mit umgekehrter Strömungsrichtung umgeben ist, wodurch nicht nur ein Gewinn an Verweilzeit für den Nachbrennvorgang erreicht wird, sondern außerdem ein verkleinerter Wärmeverlust der Brennkammer. Hinzu tritt durch die Strömungsumkehr an einer Wandung eine innige Vermischung des ausbrennenden Abgases.

'Mit dem in Gegenstromanordnung ausgelegten Nachbrenner-Austrittsraum gelingt indessen nicht nur die Bewahrung der Nachbrennerwärme aus den ersten Nachverbrennungsreaktionen nach Start, also die schnelle Aufheizung des Nachbrenners auf die notwendige Brenntemperatur über 650° C, sondern der Nachbrenner besitz· zugleich die Tendenz, diese Temperatur über das Maß hinaus zu steigern, das selbst für die Verbrennung magerer Abgase erforderlich ist und zwecks Verwendung wirtschaftlich erschwingbaren Materials eingehalten werden muß. Dieser oberen Begrenzung dient nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine bezogen auf die ansteigende Nachbrennerwärme beschickungsseitig innerhalb der Einheit Motor/Nachbrenner zunehmend vorgesehene Begrenzung der Brennenergie, mit welcher der Nachbrenner betrieben wird. Letztere erfolgt z. B. dadurch, daß im Lufteinti ittskanal der Brennkraftmaschine eine Drosselklappe angebracht ist, welche sich thermostatisch mit ansteigender Temperatur zunehmend öffnet, so daß mit höherer Nachbrennertemperatur eine den Zündgrenzen des Abgas-Brenngemisches entsprechend magerere Beschickung des Nachbrenners vor sich geht. Gerade diese Maßnahme ermöglicht nicht nur den Nachbrennerstart mit Gemischanfettung, sondern ein Erreichen der Dauerbetriebszustände von Motor und Nachbrenner, die durch Abgase mit sehr geringer Brennenergie charakterisiert sind. Mit dieser Drosselklappe, die zugleich das Kraftstoff/Luft-Verhältnis für die Primärverbrennung (im Motor) beeinflußt, lassen sich nicht nur die Kaltstartzustände von Motor und Nachbrenner, sondern auch die Warmzustände beider Brennvorgänge miteinander so integrieren, daß bei günstigem Luftverhältnis der motorischen Verbrennung, von welchem der günstige Kraftstoffverbrauch abhängig ist, trotz alsdann magerer Nachbrennerbeschickung in einer Temperaturzone über 650° C die Nachverbrennung unabhängig vom Wechsel der Betriebszustände des Motors kontinuierlich bleibt und keine Unterbrechungen erleidet. Dieses Regelorgan, das seinen Sitz im Lufteinzugskanal hat, der für die motorische Verbrennung vorgesehen ist, versorgt das in den Nachbrenner eintretende Abgas, das mit Zusatzluft noch nicht verdünnt ist, zunächst in der Kaltstartphase mit der für die hierbei vorliegenden Zündgrenzen notwendigen Anfettung und löst infolge Steuerung durch die Nachbrennertemperatur diesen Anfettungsgrad zunehmend auf.

Von den in Betracht zu ziehenden Sachverhalten kommt dem Anmeldungsgegenstand am nächsten das durch das Hauptpatent gebildetete ältere Recht. Die US-PS 18 48 990 zeigt zwar eine die Brennkammer umhüllende Vorwärmkammer für die Zusatzluft. Die ebenfalls vorhandene Zusatzluft-Abgas-Strahlpumpe ist jedoch nicht in mehrere Abgasstrahlen aufgeteilt und es fehlen Abgaszuführungs-Rohrkanäle, die durch die Vorwärmkammer hindurchführen. Sofern die Räume 40

und die im Abgasstrom aufwärts davon angeordneten Kanalabschnitte als Schalldämpfungseinheiten auffaßbar wären, fehlt jedenfalls das Merkmal, daß die Zusatzluft erst in der Brennkammer (Raum innerhalb der Teile 56, 44, 48) zugeführt wird. Durch die US-PS s 22 03 554 ist das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 und des Anspruches 2 für sich bekannt. Bei dieser Konstruktion fehlt jedoch die Aufteilung des zur Förderung der Zusatzluft vorgesehenen Abgas-Treibstrahls in mehrere Abgasstrahlen und damit von vornherein deren eng aneinanderliegende Anordnung bei den Mündungen für die Zusatzluft. Auch, fehlt das Merkmal, daß die Förderpumpe für die Zusatzluft überhaupt unmittelbar in die Brennkammer mündet — wie dies nach der Erfindung vorgesehen ist —, weil bei der bekannten Konstruktion das stromaufwärtige Ende der Brennkammer ungefähr bei der Zündkerze 26 liegt, während die Zusatzluftzufuhr erheblich stromaufwärts davon, mit dazwischenliegenden Einbauten, angeordnet ist.

Die Zeichnung zeigt eine serienmäßige Ausführung als Ausführungsbeispiel. Das beim Abgaseinlaufkanal 27 eintretende Abgas gelangt in eine Entspannungskammer 28, welche ebenso wie die aus ihr herausführenden Rohre 29 von dem Brennkammerauslaßraum 15/17 bzw. von der Brennkammer 2b ummantelt ist. Die Abgaskammer 30, welche ebenso wie die folgenden Kammern 35 und 41 einschließlich des Rohres 39 zugleich ein akustisches Element darstellt, hat ebenso wie die Kammern 35 und 41 teilweise gemeinsame Wandflächen mit der Brennkammer. Durch die Abgaszuführungs-Rohrkanäle 20 tritt das Abgas in die bei den Abgasmündungen 6 beginnende Brennkammer 2a, welche die räumliche Fortsetzung einer Lufteinzugskammer if ist, die einen Konus mit etwa 5° Steigungswinkel besitzt. Erst nach Erreichen eines Querschnittes, welcher etwa dem Querschnitt der die Brennkammer 2a/2b teilenden Drosselstelle 7 gleicht, erweitert sich der Steigungswinkel auf etwa 15°. Beim Ende der Mantelwandung 31 endet die Brennkammer 2a/2b und geht dann in den querschnittsgrößeren Brennkammerauslaßraum 15/17 über, der durch den Außenmantel 47, der teilweise mit Lochblech und Asbest gefüttert ist, begrenzt wird. Das Lufteinzugssystem entspricht dem Anspruch 1. Die Zusatzluft strömt durch öffnungen 24 in die Vorwärmkammer 16 und von dort durch Mündungen 22 in die Brennkammer. Zusätzlich kann durch ein zentrales Loch 23 eine geringe Zusatzluftmenge in die Brennkammer eingebracht werden. Bei 25 ist eine Zündkerze angedeutet.

Hierzu *|Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur nichtkatalytischen Nachverbrennung der Abgase von Brennkraftmaschinen mit einer Brennkammer, an deren Eintrittsseite eine von Abgasstrahlen betriebene Förderpumpe für Zusatzluft angeordnet ist, deren Mündungen für Abgas und deren Mündungen für Zusatzluft in der Brennkammerwand eng aneinanderliegend ausgebildet sind, wobei eine die Brennkammer wenigstens teilweise umhüllende Vorwärmkammer für die Zusatzluft vorgesehen ist, durch die ein Bündel von Abgaszuführungs-Rohrkanälen zu den Mündungen für das Abgas hindurchführt, nach Patent 12 40 704, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Abgases von der Brennkraftmaschine in die Brennkammer (2a) zwischengeschaltete Schalldämpfungseinheiten (z. B. 30,35,41) aufweist, jedoch keinerlei Zusatzluftzufuhr enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmig ausgebildete Brennkammer (2b) von einer nachgeschalteten Austrittskammer (17) mit umgekehrter Strömungsrichtung umgeben ist.

3. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Startphase der Brennkraftmaschine der Vergaser ein angereichertes Gemisch liefert, welches mit steigender Brennkammertemperatur abgemagert wird.