DE2129023A1 - Anordnung zur Abgasreinigung - Google Patents

Anordnung zur Abgasreinigung

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DE2129023A1 DE19712129023 DE2129023A DE2129023A1 DE 2129023 A1 DE2129023 A1 DE 2129023A1 DE 19712129023 DE19712129023 DE 19712129023 DE 2129023 A DE2129023 A DE 2129023A DE 2129023 A1 DE2129023 A1 DE 2129023A1
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Description

EKVIiRK Aktiengesellschaft
Wolf
Unser Zeichen; K 1112
9704-Hu/Sa
Anordnung zur Abgasreinigung
Die Erfindung betrifft eine insbesondere für Kraftfahrzeuge vorgesehene Anordnung Kur Abgasreinigung mit einem vorzugsweise beheizten thermischen Reaktor zur Oxydation und einem in Strömungsrichtung der Abgase vor diesem liegenden ersten Katalysator zur Reduktion von Abgasbestandteilen. Derartige Anordnungen sind, wie beispielsweise die Offenlegungsschrift 1 921 024, I4 k - 3/H, zeigt, bekannt.
mit
Eine Schwierigkeit bei/derartigen Katalysatoren ausgestatteten •Abgasreinigungseinrichtungen besteht darin, daß die Katalysatoren ■erst bei einer bestimmten Mindest temperatur ihre volle Virkung entfalten, d. tu gerade während der kritischen Kalt start phase &«r Brennkraftmaschine, deren Abgase sie reinigen sollen, nur mehr oäfcir weniger beschränkt wirksam sind. Man kann sagen, daß die Emission?©*! von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd beim Kaltstart bis zu 80 $ derjenigen Geöamtemissionen, ausmachen, die bei gesetzlich vorige schriebenen festverfahren gerade noch zulässig sind. Hieraus folgt ohne weiteres, daß den thermischen Verhältnissen in derartigen Anordnungen insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine "besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muß.
Me erfindungsgemäße Anordnung trägt diesem Gesichtspunkt dadurch Rechnung, daQ der erste Katalysator als den thermischen Reaktor umgebender Ringkörper ausgebildet ist, der mit einem Gehäuse eine ihn Eingebende Ringkamaer bildet, in die zumindest eine Zuführungsleitung für die Abgase einmündet.
Dadurch, daß der erste Katalysator als den thermischen Reaktor umgebender Ringkörper ausgebildet ist, bewirkt er einerseits eine gu-1 te thermische Isolierung des thermischen Reaktors, der auf Tempefc rataren oberhalb von 800 C aufgeheizt wird, und erfährt andererseits eine schnelle Aufheizung auf seine Betriebstemperatur durch den thermisehen Reaktor. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, -daß unter einem als Ringkörper ausgebildeten ersten Katalysator nicht nur ein im Querschnitt durch kreisförmige Kanten begrenzter Körper zu verstehen ist, sondern schlechthin ein Körper, der einen Hohlraum zur Aufnahme des thermischen Reaktors aufweist. Im Querschnitt kann dieser Körper also beispielsweise auch ein Polygon, insbesondere ein Viereck, bilden.
Venn auch während des Kaltstarts zunächst nur geringe Stickoxyd-Anteile im Abgas vorhanden sind und demgemäß der erste Katalysator seine reduzierende Wirkung noch nicht voll zu entfalten braucht, " ist eine Aufheizung des Katalysators jedoch deshalb von Vorteil, weil er, soweit im Abgas noch Sauerstoff vorhanden Ist, zugleich bei höheren Temperaturen eine Oxydation der Kchlenmonoxyd- und der Kohlenwasserstoff-Anteil* im Abgas vornimmt.
Man wird den thermischen Reaktor mit einer eine Kraft stoff zuführung, eine Sekundärluft zuführung und eine Glüh- oder Zündkerze enthaltenden Heizung versehen und zusammen mit dem ersten Katalysator in einem auch die Ringkammer bildenden Gehäuse anordnen, in dessen eine Stirnseite die Zuführungen einmünden, während von ihrer anderen Stirnseite eine Abgasausleitung ausgeht. Die Glüh- odor Zündkerze
OBIQJNAt
wird man so mit der elektrischen Anlage der Brennkraftmaschine verbinden, daß im Augenblick des Starts derselben sofort eine Zündung des der Heizung zugeführten Kraftstoff zusammen mit der ebenfalls zugeführten Sekundärluft erfolgt. Beispielsweise kann die Kerze mit dem elektrischen Stromkreis der Zündkerzen der Maschine in Verbindung stehen. Bie Sekundärluftzuführung ist so bemessen, daß sie nicht nur die zur Verbrennung des dem thermiDchen Reaktor zugeführten Kraftstoffs erforderliche Luftmenge liefert, sondern zugleich auch diejenige Luftmenge, die zur Durchführung der die Abgasbestandteile oxydierenden Reaktion im Reaktor erforderlich ist.
/ser
Die'thermische Reaktor erfordert für seinen Betrieb also die dauernde Energiezufuhr, und zwar in Form von Kraftstoff und als elektriache Energie zum Betätigen der Glüh- oder Zündkerze. Es ist daher zweckmäßig, in die Abgasausleitung einen zweiten Katalysator zur Oxydation von Abgasbestandteilen einzufügen. Dieser Katalysator virc! erst dann voll wirksam, wenn er durch die heißen Abgase auf seine Betriebstemperatur erwärmt ist. Der thermische Heaktor bietet demgegenüber die Möglichkeit der Oxydation von Abga«bestandteilen in dem Zeitraum zwischen dem Starten der Brennkraftmaschine einerseits und dem Aufheizen des zweiten Katalysators auf seine Betriebstemperatur andererseits. Eb int jedoch auch möglich, den theraischen Reaktor dauernd eingeschaltet zu lassen, da er eine Vorreinigung der Abgase bezüglich ihrer oxydierbaren Bestandteile vornimmt, also der zweite Katalysator nur noch für eine Nachreinigung dimensioniert zu sein braucht.
Auch die erfindungsgomäße iuetildung den ersten Katalysators.ale Ringkörper, dem vom Umfang her das Abgas zugeführt wird, hat nicht nur Vorteile bezüglich der thermischen Verhältnisse in der Anordnung, sondern auch bezüglich der Verteilung der Al>ga:-'<nengen aui* die verschiedenen Bereiche des ersten K'atalyr-tatoru. En ist daher möglich, entweder eine kleinere KatalyBatormenge vorzugehen oder
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aber mit derselben Katalysatonnenge eine längere Betriebszeit xn e3:zielen.
Die Temperatur der in der Abgasausleitung befindlichen Abgase ist nicht nur durch die fühlbare Wärme der Abgase nach dem Austritt aus der Brennkraftmaschine bestimmt, sondern auch durch die Wärmetönung der Reaktionen in den Katalysatoren und im thermischen Reaktor. Aus diesem Grunde ist es besonders wirkungsvoll, wenn gemäß einer Wei-λ terbildung der Erfindung die Abgasausleitung einsi die Sekundärluftzuführung aufheizend verlaufenden Bereich besitzt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand des in einem Querschnitt figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Einen wesentlichen Bestandteil der erfindungsgemäßen Anordnung bilden der in diesem Ausführungsbeispiel als Ringkörper mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildete erste Katalysator 1 und der von ihm umgebene thermische Reaktor 2; diese beiden Elemente der Anordnung sind in dem gemeinsamen Gehäuse 3 angeordnet, das zusammen mit der äußeren Mantelfläche des ringkörperförmigen Reaktors 1 die Ringkammer 4 für die Führung des durch die Zuleitung 5 zugeführten Abgases ψ bildet. Der erste Katalysator 1 besteht in an sich bekannter Weise aus einem Material, das eine Reduktion der Stickoxydanteile in den Abgasen vornimmt, jedoch bei höheren Temperaturen auch eine Oxydation der Kohlenmonoxid- und der Kohlenwasserstoff-Anteile bewirkt. Beispielsweise kann dieser erste Katalysator aus in Lochblechen gelagertem Granulat, einem mit katalytisch wirksamer Substanz beschichteten Drahtgeflecht oder einem katalytisch aktivierten, keramischen Körper hergestellt sein. D.ie Heranführung· der Abgase an den ersten Katalysator 1 durch die Ringkammer 4 sichert eine gleichmäßige Beaufschlagung der verschiedenen Bereiche des
ersten Katalysators.
Der thermische Reaktor 2 ist mit einer Heiivu-niy verschon, die die
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Kraftstof-CxiUführurig 6 mit ihrer Einspritzdüse 7» die Sekundärluft-· Zuführung D and die Glüh- oder Zündkerze 9 enthält. Die Kerze int in den elektrischen Stromkreis der.· Kerzen der nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingeschleift, so daß sie in einer bestimmten zeitlichen Relation, "beispielsweise gleichzeitig, bezüglich der Zündung der Kerzen der Haschine ebenfalls zündet. Bereits durch die dann infolge Verbrennens des durch die Kraftstoffzuführung 6 zugeführten Kraftstoffs zusammen mit der Sekundärluft entstehende Flamme erfolgt noch bei kaltem thermischen Reaktor und in kaltem ersten Katalysator bereits eine Oxydation der Abgasbestandteile. Im übrigen geht die Aufheizung sowohl des thermischen Reaktors 2 als auch des^ersten Katalysators 1 bei der erfindungsgemäßen Konstruktion sehr schnell vonstatten, da einerseits der Katalysator 1 als Wärmeisolation wirkend den thermischen Reaktor 2 umgibt und andererseits infolge dieses Umgebens selber durch den thermischen Reaktor schnell aufgeheizt wird.
Die Sekundärluftzuführung 8, in der, wie bei 10 angedeutet, Drallbleche vorgesehen sein können, wird man so dimensionieren, daß sie außer der Verbrennungsluft für den durch die Düse 7 zugeführten Kraftstoff auch die zur Durchführung der verschiedenen Reaktionen, denen das Abgas in den Katalysatoren und dem thermischen Reaktor unterliegt, erforderliche Luftmenge liefert.
In dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel münden die Zuführungen 6 und 8 in die in der Figur rechte Stirnwand des Gehäuses 5 ein, während von der in der Figur linken Stirnwand dieses Gehäuses die Abgasausleitung 11 ausgeht. In sie ist der zweite Katalysator 12 eingefügt, der eine die Kohlenmonoxyd- und die Kohlenwasserstoff-Bestandteile der Abgabt; reinigende Wirkung besitzt. Er wird ο cab dann voll wirksam, wenn er durch die heißen Abgase auf fjei.no Betriebstemporatuc aufgeheizt ist. Man kann daher einen Wechselbe trieb zwischen dcMti thermi. sehen Reaktor2 einerseits und dem
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zweiten Katalyßator 12 andererseits sicherstellen, und zwar dergestalt, ,daß während der Startphase der Maschine und "bei dorng-e- s maß noch kaltem zweiten Katalysator 12 der thermische" Reaktor die Oxydation "bewirkt, während anschließend der denn warmo aweite Katalysator 12 allein die Oxydation sicherstellt. Dies ist aus energetischen Gründen zweckmäßig-, wenn dem thermischen Reaktor ständig Energie zugeführt werden muß. Man kann aber den thermischen Reaktor auch dauernd eingeschaltet lassen, so daß dem zweiten Katalysator 12 vorgereinigte Abgase zugeführt werden.
In dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abgasausleitung 11 hinter dem zweiten Katalysator 12 so geführt, daß sie bei 1J-einen die Sekundärluftzuführung 8 wärmeleitend umgebenden Bereich besitzt. Diese Torheizung der Sekundärluft unterstützt die Aufheizung des thermischen Reaktors einschließlich des ersten Katalysators 1, so daß dieser bereits nach sehr kurzer Zeit seine Betriebstemperatur erreicht. Verständlicherweise wiakt sich dies über die Aufheizung der Abgase auch auf das Erreichen der Betriebstemperatur des zweiten Katalysators 12 günstig aus. Dieser zweite Katalysator 12 bietet übrigens auch den Torteil, daß er eine Nachverbrennung des von der Heizeinrichtung des thermischen Reaktors emittierten Kraftstoffes sicherstellt» soweit er noch nicht, verbraucht ist.
Bei einem Tierzylinder-Boxermotor wird man zwei derartige Reinigungsanordnungen vorsehen, und zwar für jedes Zylinderpaar eine Anordnung. Analog zur Zündfolge der Maschine emittieren die beiden Zylinder jeder Motorseite unmittelbar aufeinanderfolgend Abgase, die bei genügend großer Auslegung des thermischen Reaktors lange Zeit, nämlich während 56O KW, im thermischen Reaktor verweilen, so daß auch bei niedrigen Ro ak bot* tempera türen, d. h. während de ν StartphfUio, durch eine lange Verweilaoit der Abgase im thermischen Reaktor der Ablauf der Ro inigungsreaktionen gesichert ist.
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BAD ORIGINAL

Claims (1)

  1. — { —
    .ANSPRÜCHE
    Anordnung zur Abgasreinigung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem thermischen Reaktor zur Oxydation und einem in StrÖ-mongsrichtung der Abgase vor diesen liegenden ersten Katalysator zur Reduktion von Abgaobestandteilen, dadurch, gekennzeichnet» daß der erste Katalysator (1) als den thermischen Reaktor (2) »gebender Ringkörper ausgebildet ist, der mit einem Gehäuse (5) eine ihn umgebende Ringkammer (4) bildet, in die zumindest eine Zuführungsleitung (5) für die Abgase einmündet.
    2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Reaktor (2) mit einer eine Kraftstoffzuführung (6), eine Sekundärluftzuführung (θ) und eine Glüh- oder Zündkerze (9) enthaltenden Heizung versehen und zusammen mit dem ersten Katalysator (1) in einem auch die Ringkammer (4) bildenden Gehäuee (3) angeordnet int, in dessen eine Stirnseite die Zuführungen (6f &) einmünde«, während Ton ihrer anderen Stirnseite eine Abgasaueleitung (11) ausgeht.
    5. Anordnung nach Anspruch 2» dadurch gekannzeichnet, daß in die Abgasableitung (11) ein zweiter Katalysator (12) zur Oxydation von Abgaebeatandteilen eingefügt iot.
    4· Anordnung nach Anspruch 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß dl· Abgasableitung (11) einen dl« Sekundärluftzuführung· (β) aufheizend /erlaufenden Bereich (13) -'"sitzt.
    [U Anordnung nach einem d«jr Anepi^iche 1 biß 4, de durch gokerncsichnst, daß die Anordnung mit den Anleitungen Λ«τ Zylinder' einer Seite oircr Viertrht-ßoxernaoühine verbu»«3en ist..
    BAO
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