DE2128989C3 - Abgasreinigungsanlage für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Abgasreinigungsanlage für BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmte Abgasreinigungsanlage nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Anläge ist beispielsweise durch die DE-OS 19 21 024 bekannt
Da thermische Reaktoren zur Oxydation von Abgasbestandteilen, also insbesondere von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen, für einen wirksamen
Betrieb bei niedrigen Abgastemperaturen eine Zündvorrichtung sowie ggf. eine zusätzliche Kraftstoff-Einspeisung, also allgemein eine Fremdenergie-Zufuhr,
erfordern, andererseits eine ständige Fremdenergie-Zufuhr unerwünscht ist, ist man daran interessiert, auch für
die Oxydation von Abgasbestandteilen Katalysatoren zu verwenden. Dies bereitet jedoch insofern Schwierigkeiten, als die hierfür besonders geeigneten Katalysatormaterialien ihre volle Wirkung erst bei höheren
Temperaturen zeigen, die beispielsweise beim Start der
das Abgas erzeugenden Maschine oder bei kleiner Belastung der Maschine, noch nicht vorliegen.
Die Zeitschrift »Erdöl und Kohle, Erdgas, Petroche-
mie«, Dezember 1965, S.971/97i beschreibt eine
Abgasreinigungsanlage für Brennkraftmaschinen mit einem einen klappengesteuerten Bypass aufweisenden
Katalysator zur Oxydation von Abgasbestandteilen. Dem Katalysator ist eine sogenannte Man-Air-Ox
Zusatzluft-Einspeisung vorgeschaltet, d.h. vor dem
Katalysator ist eine ohne Fremdenergie-Zufuhr betriebene thermische Nachverbrennung, somit eire Oxydation der Abgase, vorgesehen. Dem Katalysator und dem
Bypass ist außerdem ein Reaktor ohne Fremdenergie-
Zufuhr zur Oxydation von Abgasbestandteilen nachge
schaltet, der erst nach Erwärmung voll wirksam wird
und mit einem Temperaturfühler zur Steuerung der Bypass-Klappe versehen ist Insgesamt fehlt jedoch ein
zur Beseitigung der Stickoxyde erforderlicher reduzie
render Katalysator; außerdem erfolgt die wahlweise
Einschaltung von Katalysator und Bypass mittels einer Klappe, die in der heißen Abgasströmung korrosionsgefährdet ist
*> eine Abgasleitung und eine Zusatzluft-Einspeisung in
eine erste Vorkammer (gebildet durch eine Leitungsverzweigung) bezüglich der Abgasströmung vor einem
Reaktor in solcher Anordnung ein, daß die Zusatzluft-Einspeisung ventilartig wirkend das zugeführte Abgas
J5 während ihrer Einschaltung zum Reaktor lenkt,
dagegen während ihrer Abschaltung überwiegend am Reaktor vorbei in einen Bypass gelangen läßt. Dabei ist
aber der Reaktor die einzige vorhandene Einrichtung zur Beseitigung schädlicher Abgasbestandteile. Die Ein-
*o und Abschaltung des Zusatzluftstrahls erfolgt in
Abhängigkeit vom Saugrohrdruck so, daß der Reaktor bei Betriebsweisen der Maschine abgeschaltet ist, bei
denen unverbrannte Abgasbestandteile nur in geringem Maß auftreten. Im Hinblick auf den Umweltschutz ist
aber auch dann eine Abgasreinigung erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h.
eine solche, die sowohl eine Oxydation als auch eine Reduktion vornimmt, zu schaffen, die bei geringem
Aufwand an Platz und Fremdenergie sowie unter Vermeidung zusätzlicher Klappen od. dgl. im heißen
Abgasstrom bei allen Abgastemperaturen die Beseitigung der jeweils anfallenden schädlichen Abgasbestandteile sicherstellt
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Starten def Brennkraftmaschine öder beim Betrieb der
Maschine bei kleiner Last im Abgas nur wenig Stickoxydanteile enthalten sind. Es ist also zulässig, bei
diesen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine das Abgas unter Umgehung des ersten Katalysators durch
den thermischen Reaktor zu leiten, der eine Oxydation der insbesondere in der Startphase hohen Anteile an
Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen im Abgas vornimmt. Dieser thermische Reaktor ist jedoch nur
2i 28
während derjenigen Zeit in Tätigkeit, die zur Erwärmung des zweiten Katalysators auf seine volle
Betriebstemperatur erforderlich ist. Sobald dieser zweite Katalysator, der ebenfalls zur Oxydation der
Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds im Abgas dient, seine Betriebstemperatur erreicht hat,
erfolgt durch Umschalturrg der Zusatzluft-Einspeisung von der ersten auf die zweite Einspeisung die
Abschaltung des thermischen Reaktors und die Einschaltung des ersten Katalysators, so daß jetzt auf
katalytischem Wege sowohl eine Reduktion als auch eine Oxydation der verschiedenen Abgasbestandteile
erfolgt
Für die Heranziehung der ersten Zusatzluft-Einspeisung als Umschaltventil gibt es verständlicherweise eine
Vielzahl konstruktiver Ausführungsmöglichkeiten. Man kann hier irgendein Fluidik-Prinzip heranziehen.
In der Figur ist ein Ausfühningsbeispiel der
erfindungsgemäßen Anlage im Querschnitt wiedergegeben.
Die bei 1 angedeutete Brennkraftmaschine, deren Abgas zu reinigen ist, arbeitet über die Abgaszuführungsleitung
2 auf die allgemein mit 3 bezeichnete Anlage zur Abgasreinigung. Dabei gelangt das Abgas
zunächst in die erste Vorkammer 4, die in Strömungsrichtung des Abgases vor dem thermischen Reaktor 5
und dem ersten Katalysator 6 angeordnet ist. Der thermische Reaktor dient zur Oxydation, der erste
Katalysator zur Reduktion von Bestandteilen des Abgases. Ausgangsseitig folgt auf den thermischen J0
Reaktor und den ersten Katalysator die zweite Vorkammer 7, die ihrerseits dem zweiten Katalysator 8
vorgeschaltet ist, der ebenfalls zur Oxydation von Bestandteilen des Abgases dient. Dieser zweite
Katalysator 8 hat die Eigenschaft, daß er seine volle J5
oxydierende Wirkung erst bei höheren Temperuiuren
entfaltet, d. h. nicht in der Startphase oder bei geringen Belastungen der Brennkraftmaschine 1. Die gereinigten
Abgase verlassen die Anordnung schließlich durch das Rohr 9.
Da gerade in der Startphase der Brennkraftmaschine 1 erfahrungsgemäß die Abgase eine hohe Konzentration
an Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen aufweisen, müssen die Abgase während dieses Betriebszustandes
sowie bei kleinen Belastungen der Brennkraftmaschine 1 durch den thermischen Reaktor 5
oxydiert werden. Andererseits können während dieser Betriebszustände der Brennkraftmaschine die Abgase
den ersten Katalysator 6 umgehen, da dann nur in geringem Maße Stickoxyde in den Abgasen vorhanden
sind. Erfindungsgemäß werden die erste Zusatzluft-Einspeisung
10 und die zweite Zusatzluft-Einspeisung U dazu herangezogen, in Abhängigkeit von der Temperatur
des zweiten Katalysators 8 die durch die Leitung 2 zugeführten Abgase wahlweise durch den thermischen
Reaktor 5 unter Umgehung des ersten Katalysators 6 oder durch den ersten Katalysator 6 unter Umgehung
des thermischen Reaktors 5 zu leiten. Die beiden Zusatzluft-Einspeisungen 10 und 11 werden durch ein in
diesem Ausführungsbeispiel als Klappe 12 ausgebildetes tso Umschaltventil wechselweise eingeschaltet. Dieses
Umschaltventil, dessen Betätigungsvorrichtung mit 13 bezeichnet ist, wird in Abhängigkeit von der mittels des
Temperaturfühlers 14 im zweiten Katalysator 8 ermittelten Temperatur betätigt In der gezeichneten
Lage der Klappe 12 ist angenommen, daß die Brennkraftmaschine 1 gerade gestartet wird und
demgemäß die Temperatur des zweiten Katalysators 8 unter der Betriebstemperatur desselben liegt. Dann ist
es erforderlich, daß die Abgase den thermischen Reaktor 5 durchströmen. Bei der erfindungs.gemäßen
Anordnung sind zur Lenkung des Abgasstromes keine der Korrosion unterworfenen mechanischen Ventile
erforderlich, vielmehr geschieht diese Lenkung durch die die erste Einspeisung 10 durchsetzende Zusatzluftströmung
selbst Zu diesem Zweck ist der erste Katalysator 6 fluchtend bezüglich der Abgaszuleitung 2
angeordnet, dagegen der thermische Reaktor 5 gegen die Abgaszuleitung 2 versetzt. Die erste Zusatzluft-Einspeisung
10 ist bezüglich der verscK^denen, an die erste Vorkammer 4 angrenzenden Teile so angeordnet, daß
sie bei ihrer Einschaltung über den Zusatzluftstrom das durch die Leitung 2 einströmende Abgas auf den
Eingang des thermischen Reaktors 5 lenkt Damit ist sichergestellt, daß während der Startphase der Brennkraftmaschine
1 oder allgemein: bei niedrigen Temperaturen des zweiten Katalysators 8, das an Kohlenmonoxyd
und Kohlenwasserstoffen reiche Abgas den thermischen Reaktor 5 durchströmt
Sobald jedoch der zweite Katalysator 8 durch das ihn durchströmende heiße Abgas auf seine Betriebstemperatur
gebracht ist, gibt der Temperaturfühler 14 auf die Betätigungseinrichtung 13 ein Signal zum Umlegen der
Klappe 12 in ihre nicht gezeichnete Stellung, in der sie die erste Zusatzluft-Einspeisung 10 abschaltet, dagegen
die zweite Zusatzluft-Einspeisung 11 einschaltet. Das hat zur Folge, daß das die Leitung 2 durchsetzende
Abgas nicht abgelenkt wird und daher in den ersten Katalysator 6 gelangt. Zur Unterstützung der Abgasströmung
in dieser Richtung ist die zweite Zusatzluft-Einströmung, wie bei 11a angedeutet, in Richtung der
Abgasströmung abgebogen, so daß dieser winkelrohrförmige
Bereich der Einströmung Il eine Ejektorwirkung bezüglich des den ersten Katalysator 6 durchströmenden
Abgases ausübt.
Es sei bemerkt, daß an sich die Ausbildung von thermischen Reaktoren und Katalysatoren sowie von
Temperaturfühlern zum Stande der Technik gehört, so daß auf ihre Darstellung im einzelnen hier verzichtet
werden kann.
Die gesamte Anlage 3 zur Abgasreinigung ist in einem gemeinsamen Goliäuse 15 angeordnet und bildet
daher ciine kompakte Einheit. Der thermische Reaktor
und der erste Katalysator 6 sind einander unmittelbar benachbart, so daß der erste Katalysator ΰ einerseits
eine Wärmeisolation für den thermischen Reaktor 5 bildet, andererseits durch diesen aber sehr schnell
aufgeheizt wird, so daß er ebenfalls schnell seine Betriebstemperatur annimmt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Abgasreinigungsanlage für Brennkraftmaschinen, mit einem mit einer ersten Zusatzluft-Einspeisung versehenen, mit Fremdenergie-Zufuhr betriebenen thermischen Reaktor zur Oxydation und
einem ersten Katalysator zur Reduktion von Abgasbestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Reaktor (5) und der erste
Katalysator (6) bezüglich der Abgasströmung parallel angeordnet sind und ausgangsseitig mit
einem mit einen zweiten Zusatzluft-Einspeisung (11) versehenen zweiten Katalysator (8) zur Oxydation
von Abgasbestandteilen in Verbindung stehen, der erst nach Erwärmung voll wirksam wird und mit
einem Temperaturfühler (14) zur Abschaltung der ersten Zusatzluft-Einspeisung (10) und Einschaltung
der zweiten Zusatzluft-Einspeisung (11) nach der Erwärmung; versehen ist, und daß eine Abgaszuführunesleitung (2) und die erste Zusatzluft-Einspeisung
(10) in eine erste Vorkammer (4) stromaufwärts von thermischem Reaktor (5) und erstem Katalysator (6)
in solcher Anordnung einmünden, daß die erste Zusatzluft-Einspeisung (10) ventilartig wirkend das
zugeführte Abgas während ihrer Einschaltung zum thermischen Reaktor (5) lerrict, dagegen während
ihrer Abschaltung zum ersten Katalysator (6) gelangen läßt.
2. Anlage nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaszuführungsleitung (2) zum ersten
Katalysator (6) fluchtend, dagegen zum thermischen Reaktor (5) versetzt, ferner &£ erste Zusatzluft-Einspeisung (10) in Richtur-.g dieser Versetzung weisend
in die erste Vorkammer(4) eim dnden.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zusatzluft-Einspeisung (II) eine Ejektorwirkung hinsichtlich des den
ersten Katalysator (6) durchströmenden Abgases ausübend hinter diesem angeordnet und ausgebildet
ist.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zusatzluft-Einspeisung (ti) in
eine zweite Vorkammer (7) als in Richtung der Abgasströmung weisendes Rohr (11 a) hineinragt
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Rohres (Wa) mit dem
Ausgang des ersten Katalysators (6) fluchtet
6. Anlage nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß erste Vorkammer (4),
thermischer Reaktor (5), erster (6) und zweiter (8) Katalysator sowie Verbindungen (zweite Vorkammer 7) zwischen diesen in einem gemeinsamen
Gehäuse (15) angeordnet sind.
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OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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