DE2114981C3 - Nachverbrennungsvorrichtung für die Abgase von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die vorzugsweise aus einem Motor mit gemischverbessernden Einrichtungen austretenden Auspuffgase treten am Eingang 1 in einen Hauptdurchgangskanal 2 ein. Dieser ist durch eire exzentrisch gelagerte Drosselklappe 3 unterteilt. Die Drosselklappe 3 wird außerhalb des Hauptduichgangskanals mittels einer Feder 4 in Richtung ihrer Schließstellung beai'Nchlagt.

Der Hauptdurchgangskanal 2 verjüngt sich an seinen: Ausgang 5 konisch zu einem engeren Querschnitt als am Eingang. Eine Wandöffnung 6 am Einzug des Hauptdurchgangskanals gibt von diesem en-en Durchgang frei in eine umhüllende Ringkami-,c:7. Diese hat an der Öffnung einen freien Kj.i'.m 8, während der übrige Raum 9 mit einem kataivüschen Material zur Reduzierung von NOx «efüllt ; i In Strömungsrichtung (Pfeile 40) am Ende des ; ;;;ms9 befindet sich wieder ein freier Raum 10; die ¹ .M-unterliegende Querwand ist mit Öffnungen H .rächen. Zwischen dem mit katalytischem Material .iiillten Raum 9 und den Räumen 8 und 10 befindet Ji als Begrenzung je ein Siebblech 41, dessen Öffnungen so klein sind, daß das katalytische Material .■■■,!: ückgehalten wird.

!n den Raum 10 führt ein Kanal 12, über den durch ^ ine Pumpe Luft eingeblasen wird. Unter der Ringkainmer 7 befindet sich eine ringförmige Leerkammer !.V Deren Wände sind mit gleichen oder ungleichen Vorsprüngen 14 versehen. Ihre untere Querwand ..•nthält außerdem in Strömungsrichtung am Ende Öffnungen 15. Unterhalb dieser Leerkammer befindet sich ein als Katalysatorkammer 16 ausgebildeter Ringraum. Dieser hat an dem Ende, das unterhalb der Öffnungen 15 liegt, noch einen weiteren Rauin 17. Die Katalysatorkammer 16 ist, wie auch der Raum 17, mit katalytischem Material für die Reduzierung VDIi CO und CH versehen.

Unter der Katalysatorkammer 16 befindet sich eine weitere ringförmige Leerkammer 18. Ein Siebblech 19 stellt an einem Teil des Umfangs eine Verbindung zwischen den Kammern 16 und 18 her. Unter der Leerkammer 18 befindet sich eine ringförmige Katalysatorkammer 20 größerer axialer Erstreckung. Ein Siebblech 21 bildet die Begrenzung zwischen diesen beiden Kammern. Die Katalysatorkammer 20 ist wieder mit katalytischem Material zur Reduzierung von CO und CH gefüllt und hat an ihrer unteren Begrenzung ein Siebblech 22. Unterhalb der Katalysatorkammer 20 befindet sich eine freie ringförmige Kammer 23, die sich nach unten stark verjüngt und an einer Einschnürung 24 einen engen venturiähniichen Querschnitt frei läßt. Unterhalb dieser Einschnürung erweitert sich dieser Raum unter Bildung einer Leerkammer 25 mit einem Ausgang 26. In der Leerkammer 25 sind ebenfalls Vorsprünge 27 an der Wand vorgesehen. Über einen umhüllenden Ringraum 28, der mit Metallwolle oder Stahlspänen gefüllt ist, besteht eine Verbindung zwischen der Atmosphäre und einer Ringkammer 29. Am gesamten Umfang verteilte Öffnungen 30 bilden einen Durchgang zwischen der Ringkammer 29 und den Ringkammern 23, 25 etwas unterhalb der engsten Stelle. Das Ende des Hauptdurchgangskanals 2 sowie der Ringkammer 25 ist so gestallet, daß durch die Gasströmung des Hauptdurchgangskanals 2 auf die Luft in der Ringkammer 25 am Ausgang 26 in den Raum 31 eine Saugwirkung ausgeübt wird.

Die Arbeitsweise dec beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Das Abgas, welches am Eingang 1 eintritt, wird im unteren Drehzahl- und Lastbereich infolge der geschlossenen Drosselklappe 3 voll durch die Öffnung 6 in den Ringkanal 7 geleitet. Don tritt dieses Gas durch das Siebblech hindurch und geht in Richtung des Pfeils 40 nach F i g. 2 durch ein katalytisches Material, welches Stickoxyde reduziert. Am Ende strömt es wieder durch -Jas Siebblech 41 in den Raum 10. Dieser Raum 10 hat Öffnungen 11 nach

ίο unten und außerdem eine Luftzuführung 12.

Nachdem das Gas von Stickoxyden befreit durch die Öffnung 11 in die Leerkammer 13 eingetreten ist und entweder im Raum 10 oder 13 über eine Pumpe Zusatzluft erhalten hat, geht es nun in der Leerkam-

mer 13 wieder seinen Weg um den Hauptkanal (siehe F: g. 3).

Diese Leerkammer 13 enthält an ihren Wänden innen und außen, eventuell auch oben und unten, gleiche oder ungleiche Vorsprünge 14. Diese Vor-

sprünge sind aus verhältnismäßig dünnem, wärmefestem Material, die jedoch an den Spitzen bei etwa 400° C zu glühen beginnen. Die Vorsprünge bewir ken, daß sich in Strömungsrichtung hinter ihnen Wirbel bilden, die zur besseren Durchmischung der Abgase mit der eingeführten Brenniuft beitragen. Außerdem entsteht in den glühenden Spitzen der Vorsprünge 14 eine Verbrennung des Abgases mit der eingeblasenen Luft.

Das so sich im Verbrennungsprozeß befindliche, nun mit SauerslofTüberschuß versehene Abgas strömt durch die Öffnungen 15 nach unten in den Raum 17, nachdem es ebenfalls einen längeren Weg und damit die notwendige Zeit in der Mischkammer 13 verbracht hat.

Der Raum 17 ist der Ringkammer 16 vorgelagert und mit dieser durch ein Siebblech solcher Größe versehen, daß das gesamte Abgas ohne starken Gegendruck in die Katalysatorkammer 16 einströmen kann. Auch hier geht das Abgas nahezu 360° um den Hauptdurchgangskanal herum und strömt wieder am Ende dieser Ringkammer nach unten durch ein Siebblech 19 in die Ringkammer 18.

Hier kann sich das Abgas gleichmäßig verteilen und strömt nun durch das Siebblech 21 in die größere und längere Katalysatorkammer 20. Auch diese ist mit katalytischem Material zur Reduzierung von CO und CH gefüllt. Am unteren Ende dieser Ringkammer strömt das Abgas durch das Siebblech 22 in die Ringkammer 23, die an der Stelle 24 eine starke

Verengung hat. An dieser Verengung entsteht eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, wodurch über die Öffnungen 30 Luft in den Abgasstrom eingesaugt wird. Die Luft wird aus der Atmosphäre über den Raum 28 in die Ringkammer 29 angesaugt. Der

Raum 28 umhüllt die Kammern 16, 18 und 20 und ist vorzugsweise mit Metallwolle oder Stahlspänen gefüllt. Dies dient zur Dämpfung des Ansauggeräusches und überträgt außerdem in hohem Maß die Temperatur, die von den katalytischen Kammern

ausgestrahlt wird, auf die angesaugte Brennluft. Gleichzeitig bildet damit die Kammer 28 auch eine Schutzisolierung nach außen.

Das Abgas, welches aus der Kammer 20 ausströmt, hat infolge katalytischer Verbrennung eine sehr hohe Temperatur und ist schon ziemlich frei von CO- und CH-Anteilen. Um jedoch diese Anteile ganz auf Null zu bringen, wird noch einmal über eine große Anzahl der kleinen Öffnungen 30 ringsherum

gleichmäßig heiße Luft in den heißem Abgasstrom eingeführt, so daß eventuell noch verbliebene CO- und CH-Bestandteile restlos nachbrennen. Diese Nachbrennung wird noch durch folgende Maßnahmen gefördert:

An den in der Leerkammer 25 angebrachten Vorsprüngen 27 entsteht wieder wie in der Kammer 13 eine zusätzliche Vermischung und ein Glühen der Spitzen, was endgültig zur restlosen Verbrennung jedes brennbaren Bestandteils im Abgas beiträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 ursachende Einbauteile angeordnet sind, die infolge Patentansprüche: ihrer Formgebung eine bessere Nachverbrennung be wirken sollen. Dort soll die Nachverbrennung der

1. Nachverbrennungsvorrichtung für die Ab- Abgase durch die Zufuhr von Zusatzluft erfolgen, die gase von Brennkraftmaschinen, in deren zylin- 5 über diese Einrichtungen mit den Abgasen intensiv drischem Gehäuse mehrere Katalysatorkammern gemischt werden sollen.

mit je einer leeren Vor- und Nachkammer an- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

geordnet sind, dadurch gekennzeich- Nachverbrennungsvorrichtung für die Abgase von η e t, daß Leerkammern (13, 18, 25), die Durch- Brennkraftmaschinen mit den eingangs genannten mischung der Abgase fördernde Wirhel erzeu- io Merkmalen vorzuschlagen, mit der — gegebenenfalls gende Einrichtungen (14) aufweisen. auch ohne die Zufuhr von Zusatzluft — eine beson-

2. Nachverbrennungsvorrichtung nach An- ders gute Nachverbrennung möglich ist.

spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Katalysa- Dies wird gemäß der Erfindung dadurch bewirkt,

torkammern (16, 20) und Leerkammern kreis- daß Leerkammern die Durchmischung der Abgase ringförmigen Querschnitt haben und daß wenig- 15 fördernde Wirbel erzeugende Einrichtungen aufweistens eine Leerkammer und/oder eine Katalysa- sen. Durch die damit erzielte verbesserte Durchmitorkammer eine den Ringquerscl.nitt in Umfangs- schung der Abgase vird die Wirksamkeit des in Strörichtung verschließende Wand aufweist, auf deren mungsrichtung nächsten Katalysators verbessert. In einen Seite der Einlaß und auf deren anderen der letzten Leerkarnmer kann auch Zusatzluft zuge- Scite der Auslaß angeordnet ist. 20 führt werden, wodurch dann gegebenenfalls eine er-

3. Nachverbrennungsvorrichtung nach An- wünschte weitere Nachverbrennung erfolgt.

spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Um die Aufenthaltsdauer der Gase in den Kataly-

wirbelerzeugcnden Einrichtungen Vorsprünge satorkammern bzw. Leerkammern möglichst zu ver-(14) an der Innen- und/oder Außenwand der größern, ohne den Strömungswiderstand in unzuläs-Leerkammem sind. ₂₅ siger Weise zu erhöhen, wird die Vorrichtung bevor-

4. Nachverbrennungsvorrichtung nach einem zugt so gestaltet, daß Katalysalorkammern und Leerder Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, kammern kieisförmigen Querschnitt haben und daß daß das zylindrische Gehäuse von einem mit Zu- wenigstens eine Leerkammer und/oder eine Katalysatzluft beschickten Ringraum (28) umhüllt ist, satorkammer eine den Ringquerschnilt in Umfangsder mit der letzten Leerkammer (25) über Wand- ₃₀ richtung verschließende Wand aufweist, auf deren öffnungen (30) in Verbindung steht. einen Seite der Einlaß und auf deren anderen Seite

5. Nachverbrennungsvorrichtung nach An- der Auslaß angeordnet ist. Durch diese Ausbildung spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ö(i- wird eine ringförmige Strömung in diesen Kammern nungen (30) an einer injektorartigen Einschnü- erreicht.

rung (24) ausgebildet sind. ₃₅ Die Wirbel erzeugenden Einrichtungen können

6. Nachverbrennungsvorrichtung nach An- Vorsprünge an der Innen- und/oder Außenwand der spruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leerkammern sein. Diese Vorsprünge erwärmen sich umhüllende Ringraum (28) mit Metallwolle oder bevorzugt im Bereich ihrer Spitzen im Betrieb der Stahlspänen gefüllt ist. Vorrichtung auf sehr hohe Temperaturen und unter-

40 stützen -dadurch zusätzlich die Nachverbrennung, wobei natürlich durch diese Vorsprünge eine inten-

sive Durchmischung erfolgt.

Falls das zylindrische Gehäuse von einem mit Zusatzluft beschickten Ririgkanai umhüllt ist, der mit

Die Erfindung betrifft eine Nachverbrennungsvor- 45 der letzten Leerkammer über Wandöfinungen in richtung für die Abgase von Brennkraftmaschinen, in Verbindung steht, wird eine kompakte Bauweise derderen zylindrischem Gehäuse mehrere Katalysator- art geschaffen, daß zur Zufuhr von Zusatzluft zu diekammern mit je einer leeren Vor- und Nachkammer ser letzten Leerkammer lediglich die zusätzliche, angeordnet sind. rohrförmige Wandung für diesen Ringkanal notwen-

Durch die deutsche Offcnlegungsschrift 1 476 627 50 dig ist, wodurch das zylindrische Gehäuse gleichzeiist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der die tig wärmeisoliert und mechanisch geschützt wird,
leeren Vor- und Nachkammern zur Schalldämpfung Die öffnungen können an einer injfektorartigen

dienen. Eine Verbesserung der Nachverbrennung der Einschnürung ausgebildet sein. Dadurch wird die ZuAbgase ist mit diesen Leerkammern nicht angestrebt. satziuft gegebenenfalls ohne Einsatz einer Luftpumpe

Durch die deutsche Patentschrift 1476 515 ist es 55 durch den dort auftretenden Venturi-Effekt eingebekannt, einem Katalysatorkörper einer Nachvcr- saugt.

brennungsvorrichtung für die Abgase von Brenn- Der Ringraum kann mit Metallwolle oder Stahlkraftmaschinen einem Katalysatorkörper gleicher spänen gefüllt sein, wodurch ohne wesentliche VerAusführung vorzuschalten. Beide Katalysatorkörper größerung des Strömungswiderstands in diesem befinden sich dabei in voneinander getrennten Kam- 60 Ringraum die Wäi.ieisolierung weiter erhöht wird,
mern. Zwischen beiden Kammern liegt eine leere Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines

Kammer, deren Strömungsquerschnitt sich düsenför- Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
mig verengt. Dadurch soll eine Beschleunigung der Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung

Strömung erzielt werden. nach der Erfindung,

Durch die deutsche Auslegeschrift 1253 955 ist 65 Fig.2 einen Schnitt längs der Linie A-B der eine ähnliche Nachverbrennungsvorrichtung bekannt, F i g. 1 und

bei dem einem Katalysp'orkörper eine Mischeinrich- F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie C-D der

tung vorgeschaltet ist, in deren Kammer Wirbel ver- Fig. 1.