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"Vorrichtung zur katalytischen Reaktion an Brennkraftmaschinen" Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalytischen Reaktion schädlicher Bestandteile
in den Abgasen von Brennkraftmaschinen, bei der die Abgase innerhalb eines mit Katalysatormasse
gefüllten Gehäuses von einem oder mehreren mit Durchbrechungen versehenen Zuleitungsrohren
zu einem oder mehreren hierzu etwa parallelen, mit Durchbrechungen versehenen Ableitungsrohren
überströmen und Maßnahmen zur Verhinderung von Kurzschlußströmen zwischen den zuführenden
und ableitenden Rohren bei einem Zusammensacken der Katalysatormasse vorgesehen
sind. Außer zur Nachverbrennung unverbrannter Bestandteile ist die Erfindung z.
B. auch für die Reduktion von Stickoxyden oder für andere Reaktionen in den Abgasen
anwendbar.
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Um einen Kurzschlußstrom zu verhindern, hat man schon von oben her
in die Katalysatormasse eintauchende Längswände zwischen Zuleitungs- und Ableitungsrohr
vorgesehen. Solche Längswände erschweren jedoch die gleichmäßige Verteilung des
die Katalysatormasse
bildenden Granulates bei der Füllung und im
Betrieb, was zu einer Beeinträchtigung der gleichmäßigen Wirkung der Katalysatormasse
führen kann. Auch ist das Anbringen der Wände innerhalb des die Katalysatormasse
aufnehmenden Gehäuses und der Zusammenbau der Vorrichtung verhältnismäßig umständlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, bei Verhinderung eines Kurzschlußstromes
infolge Zusammensackens der Katalysatormasse ein gleichmäßiges, funktionsoptimales
Wirken derselben sicherzustellen und einen einfachen Zusammenbau zu ermöglichen.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß mindestens eines der Rohre, also
entweder das bzw. die Zuleitungsrohre oder das bzw.
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die Ableitungsrohre, auf seiner Oberseite zur Verhinderung eines Gasaustrittes
bzw. -eintritts im oberen Bereich über das Katalysatorbett hinweg abgeschirmt ist.
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Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile: Das Granulat der Katalysatormasse
läßt sich einfach und gleichmäßiger einfüllen, da es sich unbehindert Über den ganzen
Querschnitt des die Katalysatormasse aufnehmenden Raumes verteilen kann. Durch diese
gleichmäßige Verteilung ergibt sich auch eine bessere Wirkung und eine wirtschaftlichere
Ausnutzung der Katalysatormasse. Diese gleichmäßigere Verteilung wird auch während
des Betriebes gewährleistet, wenn das Granulat unter der Einwirkung der Abgase durch
Schwingungsbeanspruchung,
verbunden mit hoher Temperaturbelastung,
sein Gesamtvolumen verringert. Die Betriebszeit des Katalysators bis zur Notwendigkeit
einer Nachfüllung oder eines Austausches kann gleichzeitig verlängert werden.
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Da die Rohrabdeckung schon vor dem Einbau der Rohre an diesen angebracht
werden kann, vereinfacht sich der Zusammenbau der Vorrichtung, da es nicht erforderlich
ist, auf der Innenseite des Gehäuses Wandungen zur Verhinderung eines Kurzschlußstromes
mit den damit verbundenen Fertigungsschwierigkeiten anzubringen.
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Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung bei einer Vorrichtung,
bei der ein mittleres Zu- oder Ableitungsrohr und beiderseits desselben je ein Ab-
oder Zuleitungsrohr angeordnet sind und das mittlere Rohr mit einer oberen Abschirmung
versehen ist. Es läßt sich hierdurch eine hohe Leistung in der Reaktion schädlicher
Abgasbestandteile mit einer besonders einfachen Abschirmung gegen Kurzschlußströme
erreichen. Auch läßt sich eine solche Einrichtung bei flacher Bauart besonders vorteilhaft
in die räumlichen Verhältnisse eines Kraftfahrzeuges einordnen.
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Gegebenenfalls können auch sowohl Zuleitungsrohr als auch Ableitungsrohr
oder jeweils deren mehrere gleichzeitig mit einer entsprechenden Abschirmung versehen
sein.
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Zur Abschirmung dient beispielsweise ein der oberen Umfangsfläche
des Rohres angepaßtes und auf einer bzw. auf beiden Seiten über das Rohr hinausragendes
Blech, das die Ausströmrichtung zusätzlich beeinflußt. U. U. genügt es jedoch, wenn
das im übrigen gelochte Rohr auf seiner Oberseite ungelocht ist und dadurch die
Abschirmung nach oben bewirkt wird. Hierdurch läßt sich eine besonders einfache
Konstruktion erreichen.
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Um die Wirkung des Katalysators, also z.B. der Katalysatormasse auf
die Abgase der Brennkraftmaschine, noch gleichmäßiger zu gestalten und eine möglichst
gleichmäßige und vollständige Ausnutzung der Katalysatormasse zu erreichen, sind
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das oder die sich in Längsrichtung des
Gehäuses durch dasselbe erstreckenden Zuleitungsrohre mit einer oder mehreren den
Durchgangs querschnitt zweckmäßig stufenförmig verengenden Blenden versehen. Die
mit relativ hoher Geschwindigkeit zuströmenden Abgase werden dadurch daran gehindert,
in ihrer Gesamtheit vorwiegend erst am Ende des Zuleitungsrohres auszuströmen und
damit die in diesem Bereich befindliche Katalysatormasse u. U.
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wesentlich höher zu belasten als die im Bereiche der Eingagsseite
befindliche Katal ysatorma ss e.
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Zur Erhöhung der neaktionsleistung weist ferner das Zuleitungsrohr
nnerhaib des mit der Katalysatormasse geffillten Gehäuses einen gegentiber dezl
zuleitenden Singangsrollr außerhalb des Gehäuses
vergrößerten Querschnitt
auf. Entsprechend der Durchmesservergrößerung vergrößert sich auch die Oberfläche
des mit Durchtrittsöffnungen versehenen Zuleitungsrohres, so daß der Durchströmwiderstand
herabgesetzt wird.
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Mit Rücksicht auf die hohen thermischen Beanspruchungen, denen die
Zu- oder Ableitungsrohre unterliegen, werden diese vorteilhaft in zwei Rohrteile
geteilt, die an ihren einander entgegengesetzten Enden mit den Endwandungen des
Gehäuses fest verbunden und an ihren einander benachbarten Enden in einer mittleren
Lagerhülse schiebbar gelagert sind. Die beiden Rohrteile können sich daher unter
der Wirkung der hohen Temperaturen frei gegeneinander ausdehnen, wobei eine gemeinsame
Lagerhülse für die zuverlässige Führung und Abdichtung der beiden Rohrteile sorgt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles zu entnehmen. Hierbei zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie
2-2 der Fig. 1 in etwas größerem Maßstab0 Das Katalysatorgehäuse 10 weist eine aus
zwei Schalen lla und 111 zusammengesetzte Außenwand 11 und eine Innenwand 12 auf,
wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Wandungen durch eine wärmeisolierende,
gegebenenfalls
auch schallschluckende Masse 13 angefüllt ist. Ebenso können die doppelwandigen
Stirnwände 14 und 15 zwischen den~Wandungen 14a, 14b bzw. lSa, 15b Hohlräume einschliessen,
die mit einer wärmeisolierenden bzw. schallschluckenden Masse 16 bzw. 17 ausgefüllt
sind.
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Das Gehäuse 10 weist flachen elliptischen Querschnitt auf, der sich
mit seiner großen Achse horizontal erstreckt, und wird durch ein zweiteiliges Zuleitungsrohr
18 und durch zwei beiderseits desselben in etwa gleicher Höhe angeordnete, ebenfalls
zweiteilige Ableitungsrohre 19 und 20 der Länge nach durchsetzt. Das Zuleitungsrohr
18 ist an eine vom Motor bzw. einem vorgeschalteten Sclilldämpfer kommende zuleitende
Eingangsleitung 21 angeschlcssen, welche die Stirnwand 14 durchsetzt. Gegenüber
dem zuleitenden Eingangsrohr 21 mit einem Durchmesser dl ist das Zuleitungsrohr
18 auf einen grösseren Durchmesser d2 unter Überbrückung durch einen konischen Rohrteil
22 im Bereich der Stirnwand 14 abgesetzt. Die Rohrteile 18a und 18b des Zuleitungsrohres
18 sind je als durchlochte Rohre ausgebildet. Das Rohrteil 18a ist mit dem Eingangsrohr
21 bzw. mit der Stirnwand 14 des Gehäuses fest verbunden, während das Rohrteil 181)
mit der Innenwandung 15a der Stirnwand 15 fest verbunden ist, indem sie in einer
mit der Innenwandung 15a verschweißten Rollriiülse 23 eingesetzt und mit dieser
verschweißt ist. An ihren gegcllcillandergerichteten Enden 24 und 25, die bei normaler
Außentelllperatur eillell Spalt 26 von z.E3. 6 bis 10 mm freilassen, sind die Rohrteile
18a uiid 18b
in eine Lagerhülse 27 gleitend eingesetzt, die in eine
mit dem Gehäuse fest verbundene Zwischenwand 28 eingeschweißt ist.
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In ähnlicher Weise wie das Zuleitungsrohr 18 sind die beiden Ableitungsrohre
19 und 20 je in die Rohrteile 19a, l9b bzw. 20a, 20b unterteilt. Die äußeren Enden
der Rohrteile 19a, 20a im Bereiche der Stirnwand 14 sind in mit der Innenwandung
14a der Stirnwand fest verbundene hülsenförmige Ansätze 30 bzw. 31 eingeschweißt,
während die äußeren Enden der Rohrteile 19b, 20b mit der Innenwandung 15a der Stirnwand
15 bzw. mit den die Stirnwand 15 durch setzenden Ausgangsrohren 32 und 33 verschweißt
sind. Die einander zugekehrten Enden 35 und 36 bzw. 37 und 38 der Rohrteile, die
einen Spalt 39 bzw. 40 - entsprechend dem Spalt 26 - zwischen sich freilassen, sind
in Lagerhülsen 31 bzw. 42 schiebbar gelagert, die ebenso wie die Lagerhülse 27 in
die Zwischenwand 28 desGehäuses eingeschweißt sind. Die Rohrteile 19a, 19b bzw.
20a, 20b können sich daher ohne Verspannung in den Grenzen der Spalte 26 bzw. 39,
40 frei ausdehnen.
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In das Zuleitungsrohr 18 sind ferner Blenden 43 bzw. 44 eingesetzt,
welelle mit den durchlochten Rohren verschweißt sind. Die in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden
Blenden weisen r htrittsöffnungen 45 bzw. 46 mit gegenüber dem Rohrdurchmesser d2
kleineren l)urchmessern auf, die in Strömungsrichtung x der Abgase abnehmend alvgestllft
sind, derart,daß die Öffnung 46 kleiner als die (5ffnung
45 ist.
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Wie des weiteren aus Fig. 2 hervorgeht, ist das aus den beiden gelochten
Rohrteilen 18a und 18b bestehende Zuleitungsrohr 18 auf seiner Oberseite mit einer
Abschirmung 47 versehen, deren Mittelteil 47a der Umrißform des Rohres 18 angepaßt
ist und deren beide Enden 47b angenähert waagerecht in den Innenraum 48 des Gehäuses
vom Rohr 18 abragen. Ein oder mehrere Stopfen 49 in den Stirnwänden 14 bzw. 15 dienen
zum Einfüllen der in Fig. 2 angedeuteten Katalysatormasse 50 in den Innenraum 48
des Gehäuses.-Die Gase strömen, vom Motor bzw. einem Schalldämpfer kommend, in Pfeilrichtung
x in das Zuleitungsrohr 18 ein und durchqueren in Pfeilrichtung xl,x2, x3 die Katalysatormasse
im Raum 48, indem sie quer oder schräg zur Längsrichtung des Gehäuses aus dem durch
lochten Zuleitungsrohr 18 in die durchlochten Ableitungsrohre 19 bzw. 20 übertreten.
Die mit ihren Öffnungen 45 und 46 entsprechend abgestuften Blenden 43 und 44 bewirken
hierbei, daß die Abgase in den von den Blenden getrennten Abschnitten A, 13 und
C des Zuleitungsrohres 18 mögliciist gleichmäßig üi>er die ganze Länge des Zuleitungsrohres
verteilt, die Katalysatormasse iui Raum 48 durchqueren. Aus den Ableitungsrohren
19 bzw. 20 werden die Abgase alsdann lacll hinten in Pfeilrichtung X4 bei 34 Ilis
Ii,eie geleitet d ieJi einem nachgeschalieten Dämpfer od. dgl. zugeführt.
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Durch die Impulse und Schwingungen der Abgase, die die Vorrichtung
durchströmen, wird das die Katalysatormasse bildende Granulat bei längerem Betrieb
allmählich verdichtet, so daß über der Katalysatormasse 50 ein Hohlraum 51 entsteht,
wie dieses in Fig. 2 angedeutet ist. Durch die Abschirmung 47 des Zuleitungsrohres
18 wird jedoch verhindert, daß Gase in Pfeilrichtung y im Kurzschluß aus dem Zuleitungsrohr
18 in die Ableitungsrohre 19 und 20 überströmen können, was andernfalls zur Folge
hätte, daß der Strom der Abgase durch die Katalysatormasse sich allmählich verringern
und bei entsprechendem Anwachsen des Hohlraumes 51 unter Umständen nahezu ganz aufhören
würde.
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Zum Einfüllen der Katalysatormasse 50 wird zweckmäßig das Gehäuse
10 aufrecht gestellt, so daß seine Längsachse etwa lotrecht verläuft. Die durch
den oder die Stopfen 49 eingebrachte Masse in Form eines Granulates kann sich hierbei
auf das gesamte Innere des Gehäuses verteilen, ohne durch die sich in Längsrichtung
erstreckenden, die Abschirmung 47 bildenden Blechteile behindert zu werden. Denn
es ist eine Voraussetzung für das einwandfreie langfristige Funktionieren des Katalysators,
daß das Granulat bei der Füllung des Gehäuses sehr gleichmäßig und ohne jede Ilohlraumbildung
eingebracht werden kann.