DE2233907A1 - Reaktoranlage zur reinigung von aus verbrennungskraftmaschinen austretendem gas - Google Patents

Reaktoranlage zur reinigung von aus verbrennungskraftmaschinen austretendem gas

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DE2233907A1
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Description

Anmelder; Herr Mitja Victor Hinderke
Titelt Reaktoranlage.zur Reinigung von aus Verbrennungskraftmaschinen austretendem Gras
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reaktoranlage für Abgas-Systeme von Verbrennungskraftmaschinen.
Es ist bekannt, daß Abgase, die aus Verbrennungskraftmaschinen vor allem unter Leerlauf- und teilweise gedrosselten Bedingungen ausströmen, einen hohen Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und deren Derivaten wie Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Stickstoffoxyden enthalten. Kohlenmonoxyd ist, außer daß es einen schlechten Geruch hat, ein giftiges Gas, das dann, wenn es in einem geschlossenen Raum ausströmt, für das Abgas einatmende Personen tödlich sein. kann.
In verschiedenen Ländern, insbesondere in den Vereinigten Staaten von Amerika, herrscht nun ein wachsende« BtwuStstin dafür, daß dit ständig· Verunreinigung der Atmosphäre durch Abga»· von
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-2- 2233SÜ7
Motorfahrzeugen eine schädliche Auswirkung auf die Gesundheit der breiten Öffentlichkeit hat. Die Gesetzgebung ist daher bemüht, dieses Umweltproblem zu tiberwinden.
Hauptziel dieser Erfindung ist es daher, eine Reaktoranlage zu schaffen, die für alle praktischen Zwecke die unverbr*aat«n Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxyd erheblich vermindert wenn nicht sogar völlig beseitigt und die Aufspaltung der Stickstoffoxyde von Abgasen fördert, die aus Verbrennungskraftmaschinen austreten.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen Wärme- und katalytischen Reaktor zu schaffen, der sieh mit Brennstoff-Luft-Gemischen verwenden läßt, die leistungsfähiger als die für einige jetzt gängige Systeme verwendeten sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Beaktor der in dem unmittelbar folgenden Absatz beschriebenen Art zu βchaffen, der mit verhältnismäßig geringem Kostenaufwand herstellbar sowie leicht und schnell an viele bereits vorhandene Brennkraftmaschinen anschließbar ist*
Die vorliegende Erfindung besteht aus einer Reaktoranlag·, die an das Abgas-System einer Verbrennungskraftmaschine anbaubar ist und mit diesem in Verbindung steht; die Anlag· ist dadurch gekennzeichnet, daß si« ein Gehäuse aufweist, das «it einer Innenisolinrung und darin eingebracht·» f*B«rartig«n Material vereehen
ist· -3·
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielshalber erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Reaktoranlage, wobei ein Bereich entfernt ist, um das Innere
des Reaktors zu zeigen,
Fig. 2 eine Schnittansicht nach linie 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittansicht nach linie 3-3 der Fig. 1,
Fig. 4 eine der Ansicht der Fig. 3 ähnliche Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels und
Fig..5 eine ebenfalls der Ansicht der Fig. 3 ähnliche Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Verwirklicht man die Erfindung wie bei dem in den Fig. 1-3 gezeigten Ausführungsbeispiel, besteht der Reaktor aus einem äußeren metallenen Gehäuse oder einer Kammer 10, einem inneren Gehäuse oder einer Kammer 11 aus festem keramischen Werkstoff, die hinsichtlich ihrer Form mit der Innenfläche des äußeren Gehäuses 10 übereinstimmt, und einer Schicht 12 aus Fasermaterial,
die zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse angeordnet ist.
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Der Umfang des äußeren Gehäuses 10 Und der Schicht; 12 aus Faser"* material sind mit Flanschen 13 und H versehen, die eine Vielzahl von miteinander korrespondierenden öffnungen aufweisen, durch die Bolzen 15 gehen, um die !Reaktoranlage derart an einem Motorblock 16 anzubringen, daß alle Auspuffkanäle 17 des Blocks mit dem Innenraum des inneren keramischen Gehäuses 11 in Verbindung stehen.
Faserartiges Material, das Z.B* aus einer Chrom-Nickel-iegierung hergestellt sein kann, ist in zweierlei Formen in das innere Gehäuse 11 eingebracht, nämlich erstens als beliebig angeordneter Draht 18 und zweitens als eine Spiralspule 19 aus dickerem Draht, von der ^e eine im Bereich der Auspuffkanäle 17 montiert ist, um die Geschwindigkeit der Abgase an dem Auslaßkanal herabzusetzen. Im Betrieb wird infolge der Anordnung des Reaktors äö der Maschine und aufgrund der Isolierung der Innenfläche der Kammerinhalt, nämlich Gase und fäserartiges Material, auf einer hohen Temperatur gehalten, so daß die aus den Maschinen-£ylindern abgegebenen Abgase nach dem Eintritt in das keramische Gehäuse 11 weiterbrennen, wodurch der übliche Gehalt an unverbrannten Kohlenwasserstoffen oder mindestens etwas von dem Kohlenmonoxyd der Abgase beseitigt wird. Außerdem
a) wirkt das faserartige Material 18 als ein Filter, das irgendwelche Feststoffteilchen in dem Abgas auffängt, und
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b) ruft es Turbulenz hervor, die die Höchstmenge an Gas in der kürzestmöglichen Zeit mit den heißen Oberflächen des faserartigen Materials in Berührung bringt.
Um bei Kaltstart ein rasches Aufheizen des faserartigen Materials 18 und 19 sicherzustellen, ist ein Ventilglied 20 vorgesehen, das schwenkbeweglich auf einer Achse 21 montiert ist, die nahe der Auslaßseite der Reaktoranlage angeordnet ist; das metallene N Gehäuse 10 und die Schicht 12 aus Fasermaterial, die mit Flanschen 22 und 23 versehen sind (s..Fig. 3), sind mittels Bolzen 24 und Haltemuttern 25 mit dem Flansch 26 einer Abgasleitung 27 verbunden, die Bestandteil des Abgas-Systems des Fahrzeugs bildet.
Unter Kaltstart-Bedingungen wird das Ventil 20 entweder von Hand oder automatisch (im allgemeinen zwei oder drei Zyklen nach Zündbeginn) mittels einer Kette 28 geschlossen, so daß die neu gezündeten Abgase in der Kammer 11 zurückgehalten werden, um darin für einen raschen Temperaturanstieg zu sorgen, bis ein vorbestimmter Druck erreicht ist, worauf das Ventil 20 mindestens teilweise geöffnet wird. Zweckmäßigerweise kann das dadurch bewirkt werden, daß das Ventil 20 in eine geschlossene Stellung mittels einer Torsionsfeder überführt wird, die lediglich während des Kaltstartverfahrens wirksam und auf einer Achse 21 montiert ist, die diametral angeordnet ist, so daß der ansteigende Druck in der Kammer 11 ein Drehmoment auf das Ventilglied 20 ausübt, das zu öffnen beginnt, wenn das Moment die von der Feder ausgeübte Schließ-
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kraft übersteigt. Vor dem Ventilglied 20 kann ein (nicht dargestelltes) Überdruckventil in der Kammer 11 vorgesehen sein.
Daraus wird verständlich, daß die lage des Ventils an der Auslaßseite des Reaktors die Abgase in der Kammer zurückhält mit einem demzufolge raschen Anstieg der Temperatur des faserartigen Materials/ das der Reihe nach bei der fortgesetzten Verbrennung der gefangenen Gase mithilft. Berechnungen haben gezeigt, daß diese "Aufheiz"-Periode für Maschinen von Personenkraftwagen bei etwa 15 bis 30 Zyklen liegen kann.
Das in Pig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel eignet sich zum Gebrauch bei einer Hochleistungsmaschine, wo ein Höchstmaß an Isolierung nicht erwünscht und der feste Einbau des faserartigen Materials wichtig sein kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Ende der Spiralspule 29, die eine verdickte und außen mit Gewinde versehene Basis aufweist, unmittelbar in den Auspuffkanal 17 eingeschraubt, was die Wärmeableitung von den austretenden Abgasen auf den umgebenden Block 16 und die Maschinen-Kühlsysteme erhöht.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dann, wenn es für notwendig erachtet wird, die Wärmeableitung von den austretenden Abgasen auf den umgebenden Block und das Kühlsystem zu vermindern, jeder Kanal 17 mit einem Futter 30 aus keramischem Werkstoff versehen, wobei zwischen dessen Außenseite und dem Block 16 eine Schicht 31 aus Fasermaterial angeordnet ist.
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ν -■ ■ "7- ' 228 3 907
In einigen Anwendungsfällen kann dem Eeaktor ein Katalysator zugeordnet sein, um die Entfernung oder Umwandlung unerwünschter Bestandteile in den Abgasen zu fördern. Das geht zweckmäßigerweise so vor sich, daß ein Katalysator wie z.B. Platin auf mindestens einen Teil des faserartigen Materials aufgebracht wird»
Das faserartige Material kann aus warmfesten Metallegierungen wie rostfreiem Stahl, Ineonel, Keramik oder Kunststoffen (Kohlenwasserstoffen) bestehen. Einige der warmfesten Metalle wirken von Natur aus als Katalysatoren? es kann jedoch, falls erwünscht, ein separater Katalysator wie Platin auf mindestens einen Teil des faserartigen Materials aufgebracht werden.
Mit dem Ausdruck "faserartiges Material11 sind Teile von miteinander verbundenem Material gemeint, das den Durchgang der Gase erlaubt sowie Turbulenz und Durehmischung durch Wechseln der Bewegungsrichtung von Teilen des Gases relativ zueinander erzeugt* Solches Material besteht zweckmäßigerweise aus willkürlich oder regelmäßig angeordneten Fasern, litzen öder Drähten, kann jedoch auch die Gestalt von mit zahlreichen Öffnungen versehenen Blechen oder Platten, Formen und gepreßten oder gestanzten dreidimensionalen Bauteilen mit ausgedehnten Flächen annehmen*
Die Kammer besteht im wesentlichen aus einem äußeren Gefüge mit Innenisolierung, wobei diese zusammengefaßt sein können, um eine, frei stehende Trägerschale allein aus isolierendem Werkstoff wie Keramik zu bilden. Zur Förderung des Reaktionsablaufs kann in
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der Isolierung eine metallische Außenhaut 32 (s. Fig. 5) angeordnet sein. . .;..,.;;
Falls gewünscht, können Vorkehrungen für den Eintritt zusätzlicher Luft in die Jammer getroffen werden, um so den Verbrennungsprozeß zu fördern.
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Claims (19)

Patentansprüche
1.^Reaktoranlage, die an das Abgas-System einer Verbrennungskraftmaschine anbaubar ist und mit diesem in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage ein Gehäuse aufweist, das mit einer Innenisolierung und darin eingebrachtem faserartigen Material (18, 19) versehen ist*
2. Reaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Abgas-Auslaßseite der Anlage ein Ventilglied (20) angeordnet ist, das im Betrieb die Abgase im Reaktor zurückhält und so - falls gewünscht - einen raschen Temperaturanstieg des faserartigen Materials (18, 19) gewährleistet.
3· Reaktoranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einer äußeren metallenen Kammer (10) und' einer inneren Kammer (11) aus keramischemDWerkstoff besteht, die hinsichtlich ihrer Gestalt mit der Innenfläche der äußeren Kammer (10) übereinstimmt.
4. Reaktoranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der inneren (11) und der äußeren Kammer (10) eine Schicht (12) aus Fasermaterial angeordnet ist.
5. Reaktoranlage nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des faserartigen Materials an der inneren, aus
-10-
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keramischem Werkstoff bestehenden Kammer (11) befestigt ist.
6. Reaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (20) schwenkbeweglich auf einer Achse (21) montiert ist, die in bezug auf das Ventilglied (20) diametral verlagert ist, und daß das Ventilglied (20) - falls gewünscht - mittels Federelementen im Sinne einer Oberführung in eine geschlossene Stellung beaufschlagt ist.
7. Reaktoranlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktor ein Katalysator zugeordnet ist.
8. Reaktoranlage nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator auf mindestens einen Teil des faserartigen Materials (18, 19) aufgebracht ist.
9. Reaktoranlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das faserartige Material (18, 19) aus Metall gebildet ist.
10. Reaktoranlage nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Metall katalytische Eigenschaften wie z.B. rostfreier Stahl oder eine Chrom-Hickel-Iegierung besitzt.
11. Reaktoranlage nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das faserartige Material (18, 19)
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aus einem faserigen keramischen Werkstoff gebildet ist.
12. Reaktoranlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß das Gehäuse aus einer keramischen Trägerschale besteht.
13. Reaktoranlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß auf die Innenfläche der Isolierung ein Metallbelag (32) aufgebracht ist.
H.. Verbrennungskraftmaschine mit einer Reaktoranlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine Wand der Reaktoranlage bildet.
16. Yerbrennungskraftmaschine mit einer Reaktoranlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet», daß im Auspuffkanal (17) der Maschine eine Ausfütterung (30) aus keramischem Werkstoff angebracht ist.
17. Verbrennungskraftmaschine nach mindestens einem der Ansprü= ehe 14 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des faserartigen Materials (18, 19) aus einer Spirale oder Spule besteht, die nahe der Mündung jedes Auspuffkanals. (17) der Maschine angeordnet ist.
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18. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale oder Spule (29) aus faserartigern. Material an der Maschine "befestigt ist.
19. Eine Reaktoranlage im wesentlichen wie in Verbindung mit
Pig. 1 - 3 oder Mg. 1-3 gemäß Fig. 4- geändert oder Mg. 1-3 gemäß Mg. 5 der Zeichnung geändert.
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