DE2259946A1 - Nachbrennvorrichtung zur beseitigung der giftigen anteile in den abgasen von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

DR.-ING. G. RIEBLING Main Zeichen ,

A 791-lo/Le

Bitte in d»r Antwort wiederholen

899 Lindau (Bodensee)

Ihr· Nachricht vom Rennerte 10 · Postfach 3160

3o.November 1972

Dr.h.c.Dipl.-Ing.Paul August, C./Capellades, Barcelona / Spanien

Nachbrennvorrichtung zur Beseitigung der giftigen Anteile in den Abgasen von Brennkraftmaschinen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachbrennvorrichtung zur Beseitigung der giftigen Anteile in den Abgasen von Brennkraftmaschinen, gebildet von Katalysatoren und Wärmereaktoren durch die die Abgase geleitet werden.

Zweck der Erfindung ist es, die Katalysatoren und Wärmereaktoren so auszubilden, und so in den Zug des Abgasstromes

-2-

409826/0U7

Fernschreiber: Sprechzeit: Bankkonten! Postscheckkonto:

054374 nach Vereinbarung Bayer. Staatsbank Lindau (B) Nr. 1562 München 27535

Bayer. Hypotheken- u. Wechsel-Bank Lindau (B) Nr. 278920

zu schalten, daß praktisch eine vollkommene Entfernung der giftigen CH- und CO-Anteile durch Verbrennung mit Sauerstoff erfolgt.

Es ist bekannt Katalysatoren und/oder Wärmereaktoren zur Entgiftung der Abgase zu verwenden. Die Abgasentgiftung ist durch behördliche Vorschriften geregelt. Diese verlangen, daß bei Kaltstart und Warmlauf des Motors sowie bei niedrigen Geschwindigkeiten eine weitgehende Entfernung der CH und CO -Anteile erfolgen muß. Für diese Entgiftung wären Katalysatoren am geeignetsten. Bei einem großen CH und CO-Anteil im Abgas heizen sie sehr rasch auf, d.h. sie verbrennen diese giftigen Bestandteile, haben aber dann den Nachteil, daß durch die starke Erhitzung die Lebensdauer des katalytischen Materials stark begrenzt ist. Will man eine Lebensdauer für eine 80.000 km Fahrleistung erreichen, dann ist es nicht möglich, mit katalytischem Material axlein die Abgasentgiftung durchzuführen, weil dieses Material sehr viel eher unbrauchbar ist.

Verwendet man Wärmereaktoren, dann halten diese zwar lange Zeit hohe Temperaturen aus, sie können aber dafür nicht in dem wichtigsten Bereich, nämlich Kaltstart und Warmlauf und bei niedrigen Geschwindigkeiten, z.B. bis 60 km/h ausreichend entgiften, weil sie hier noch nicht genügend aufgeheizt sind.

409826/0447

Es ist bekannt, daß man Katalysatoren mit Wärmereaktoren kombiniert. BeJ. einer Ausführung wird dann, wenn der Katalysator Temperaturen erreicht, die seiner Lebensdauer gefährlich werden, der Abgasstrom umgeleitet und durch die Wärmereaktoren geführt. Diese Maßnahme ist aufgrund behördlicher Bestimmungen nicht erlaubt, weil dann für den ganzen Fahrbereich niemals eine einwandfreie Entgiftung gewährleistet ist.

Nach einem älteren Vorschlag benutzt man die Reaktionswärme des Katalysators, um damit noch den Wärmereaktor aufzuheizen, so daß beim Übergang von dem Bereich der geringen Geschwindigkeit, bzw. Kaltstart und Warmlauf der Brennkraftmaschine zxi dem oberen Bereich schon der Wärmereaktor vorgeheizt ist und dann wirksam wird. Es· hat sich gezeigt, daß mit diesen Maßnahmen es immer noch nicht möglich ist, auch geringe Anteile von CH und CN, die sich noch in den Abgasen befinden, zu verbrennen bzw. aus dem Abgas zu.entfernen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Kombinationen zwischen Katalysatoren und Wärmereaktoren durch entsprechende Ausbildung der Katalysatoren bzw. Wärmereaktoren und entsprechender Schaltung des Abgases dafür zu sorgen, daß auch im ganzen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine jetzt praktisch auf Null die CH und CO-Anteile gesenkt werden.

409826/0U7

Die Lösung der Aufgabe nach der Erfindung besteht darin, daß für den Kaltstart und Warmlauf des Motors sowie bei niedrigen Geschwindigkeiten, z.B. bis 60 km/h praktisch die gesamten Abgase durch den Katalysator geführt werden und im übrigen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine der größere Anteil der Abgase durch einen Wärmereaktor geleitet werden.

Bei dieser Ausführung werden also dem Wirkungsbereich von Katalysator und Wärmereaktor Prozentzahlen der Abgase zugeordnet. Die bei Kaltstart und Warmlauf vorhandenen Abgase der Brennkraftmaschine besitzen hohe CH und CO-Anteile. Die Abgase in diesem Bereich und bei niedrigen Geschwindigkeiten haben nicht eine so hohe Temperatur, daß dadurch die Lebensdauer des Katalysators merklich herabgesetzt würde. Je nach der Beschaffenheit der Brennkraftmaschine bzw. der Anteile der giftigen Bestandteile im Abgas wird dann nach Warmlauf des Motors beim Übergang von dem niedrigen Geschwindigkeits? bereich zum mittleren und oberen Geschwindigkeits- bzw. Lastbereich der Abgasstrom geteilt, indem z.B. 2o bis 5o % der Abgase nur noch durch den Katalysator geführt werden und der andere Abgasanteil durch den Wärmereaktor. Der Anteil der durch den Katalysator noch geführt wird, hängt jetzt davon ab, wieweit diese giftigen Bestandteile den Katalysator noch aufheizen und der Anteil wird dadurch begrenzt, daß man z.B. dem

409826/04 47-■

katalytischen Material eine bestimmte Betriebstemperatur zuordnet, die ihm eine lange Lebensdauer gewährleistet und der andere Anteil jetzt durch, den Wärmereaktor geht. Der Katalysator soll immer noch, aufgeheizt werden, damit er seine Wärme an den Wärmereaktor abgeben kann, weil dieser umso besser entgiftet _T je heißer er ist.

Nach, einem älteren Vorschlag ist zwar diese Aufteilung des Abgasstromes, zwischen Katalysator und Wärmereaktor schon angegeben, die Große der Anteile ist aber bei der Erfindung wesentlich..

Es ist demnach ein Erfindungsmerkmal, daß der Katalysator mit dem Wärmereaktor wärmeleitend z.B. durch seine Gehch?£.*-:·- wandung verbunden ist.

Durch, die &b&n genannte Maßnahme 1st eine vollständige Entgiftung noch nicht möglich..

Mach, einem weiteren Erfindungsmerkmal wird deshalb vorgeschlagen, daß die gesamten Abgase des gesamten Betriebs-. bereich.es der Brennkraftmaschine nach Austritt aus dem Katalysator, bzw. dem ersten Wärmereaktor einen weiteren., nachgesciiaiteten zweiten Wärmereaktor durchströmen, der Misch.vorrich.tungen aufweist, welche der Zusammenführung der CO bzw. CH-Anteile mit Sauerstoff dienen.

4-0 9 8 2*7 04 47

— fc> —

Nach diesem Erfindungsmerkmal ist also ein zweiter Wärmereaktor noch vorhanden, wobei als erster Wärmereaktor derjenige bezeichnet wird, der in Strömungsrichtung der Abgase zuerst von den Abgasen durchströmt wird.

sekr

Der zweite Wärmereaktor, der die nochVgeringen Volumenanteile an giftigen Abgasen beseitigen soll, muß Mischvorrichtungen aufweisen, die eine Vermischung der CO bzw. CH-Anteile mit Sauerstoff bewirken, damit hier die für die Entgiftung notwendige Verbrennung erfolgen kann. Bisher hat man überhaupt nicht Mischvorrichtungen in Katalysatoren oder Wärmereaktoren benutzt, man hat es nur dem Zufall überlassen wie und wo sich der Sauerstoff der zur Verbrennung erforderlich ist, mit den giftigen Bestandteilen mischt. Dabei mußte man entweder viel zuviel Sauerstoff <§*»«xführen und konnte trotzdem keine vollständige Entgiftung erreichen. Für diese Sauerstoffzufuhr wurden kostspielige Aggregate, wie Pumpen und ähnliches verwandt oder aber, man mußte die Reaktionsstrecken so lang machen, daß der Strömungswiderstand merklich vergrößert wurde. Ein Leistungsabfall der Brennkraftmaschine war dann die Folge. Durch Mischvorrichtungen, die gezielt an bestimmten Stellen eingesetzt werden, erreicht man, daß jetzt vollkommen entgiftet wird ohne zusätzliche Kostspielige Brennluftzuführvorrichtunfen und ohne teure Nachbrenner mit langen Reaktionsstrecken und großen Strömungswiderständen, welche einen Leistungsabfall

409826

bewirken.

Als eine bevorzugte Ausführung einer Mischvorriciitung hat sich, erwiesen, daß die Mischvorrichtung hoch warmfeste Stahlspäne, z.B. aus V2A-Stahl bestehend, ausgebildet werden. Die Stahlspäne, die dem durchströmenden Gas sehr viele Wege und sehr viele Reaktionsflächen bieten, haben im Verhältnis einen geringen Strömungswiderstand, sie haben eine große Lebensdauer wenn sie hoch warmfest sind und es ist nur ein geringer Raumbedarf erforderlich und der Wärmereaktor läßt sich billig herstellen.

Es ist weiterhin zweckmäßig, daß die Stahlspäne paketartig zusammengefasst sind und die einzelnen Pakete im >ibstand voneinander im zweiten Wärmereaktor angeordnet sind.

Durch die paketartige Zusammenfassung von Stahlspänen erreicht man, das für die· Entgiftung so notwendige Merkmal, daß nämlich für die Vermischung und Verbrennung eine gewisse Mindestzeit für die Reaktion zur Verfügung gestellt werden muß und demzufolge auch ein gewisser Weg vorhanden sein muß, auf dem die Reaktion stattfindet. Es ist nicht möglich, etwa in einem Reaktor, oder Katalysator denselben Effekt zu erreichen, als wenn man einen oder mehrere Katalysatoren oder Wärmereaktoren durchströmen läßt, bzw. hintereinandergeschaltet Stahlspäne-Pakfete anordnet, und zwischen diesen

-8-

4 0 9 8 2 6 / 0 4 A 7 "

" ⁸" 22599A6

einzelnen Reaktionsstellen immer noch gewisse Wegstrecken vorhanden hat, wobei entlang diesen Wegstrecken eine Möglichkeit besteht, vor Eintritt in den nächsten Wärmereaktor, daß die Sauerstoffmoleküle wieder in die Nähe bzw. in Verbindung mit den CH- und CO-Molekülen treten können.

Eine Verbesserung der Entgiftung wird dadurch erreicht, daß der erste Wärmereaktor mit den gleichen oder ähnlichen Mischvorrichtungen wie der zweite Wärmereaktor versehen ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht noch&arin, daß im zweiten Wärmereaktor im Bereich der Mischvorrichtungen, welche gleichzeitig die Wärmereaktion bewirken, ein Anteil katalytisches Material vorhanden ist.

Diesen Anteil von katalytischem Material wird man so hoch wählen, daß die Reaktionstemperatur den umgebenden Wärmereaktor mit aufheizt, bzw. auf Temperautr hält, die Temperatur aber nicht so hoch ist, daß das handelsübliche katalytische Material dadurch rasch zerstört wird.

Wesentlich ist ferner, daß der zweite Wärmereaktor unmittelbar hinter dem ersten Wärmereaktor angeordnet ist.

409826/0447

3 2259948

Diese Maßnahme ist erforderlich, um ein Abkühlen der Abgase zu vermeiden, dehn nur bei einer bestimmten Temperatur der Abgase läßt sich die Verbrennung der giftigen Bestandteile mit Sauerstoff einwandfrei bzw. besser durchführen.

Es ist auch möglich und zweckmäßig, daß der zweite Wärmereaktor mit dem ersten Wärmereaktor und dem Katalysator wärmeleitend, z.B. durch Gehäusewandungen verbunden ist.

Derartige Wärmeleitungen sind z.B. dadurch möglich, daß der Katalysator dem ersten Wärmereaktor Wärmeabgebend umgibt.

Bei dieser Ausführung ist also das Temperaturgefälle von innen nach außen. Nachdem zuerst der Katalysator aufgeheizt wird, gibt er die Temperatur nach innen nach dem Wärmereaktor ab, der jetzt ebenfalls rasch aufgeheizt wird.

Eine weitere erfindungsmäßige Möglichkeit besteht darin, daß der erste Wärmereaktor den Katalysator wärmeaufnehmend umgibt. Hier ist also thermisch der umgekehrte Vorgang vorhanden und j.e nach der Beschaffenheit der Brennkraftmaschine bzw. der Anteile der giftigen' Bestandteile in den Abgasen wird man die eine oder andere Bauform wählen.

■lo-

409826/0447

- Io -

Eine weitere Möglichkeit konstruktiver Art besteht darin, daß der Katalysator zwischen dem ersten und zweiten Wärmereaktor angeordnet ist.

Bei dieser Ausführung ist also ein Gehäuse für die ganze Einheit von Katalysator und ersten und zweiten Wärmereaktor vorhanden.

Selbstverständlich wird man je nach den räumlichen Verhältnissen wohl meistens die Form wählen, daß länger und schlanker gebaut wird, d.h. daß der zweite Wärmereaktor sich an die Kombination von Katalysator und ersten Wärmereaktor anschließt.

Wesentlich ist ferner, daß eine Entnahmevorrichtung für eine Teilabgasrückführung zum Brennstoffluftgemisch nach dem zweiten Wärmereaktor angeordnet ist. Diese Maßnahme, die an sich bekannt ist und zur Herabsetzung der NO-Anteile dient, ist hier besonders zweckmäßig, weil jetzt ein weitgehend entgifteter, sauberer und rückstandsloser Abgasanteil dem Brennstoff-Luftgemisch zugeführt wird, um zu bewirken, daß bei der Verbrennung im Motor bedeutend weniger NO-Anteile anfallen.

Eine weitere mögliche Abgasentgiftung, die unabhängig von der Aufteilung des Abgasstromes zwischen Katalysator und

- 11 -

409826/044

Wärmereaktor ist, besteht darin, daß zwei Wärmereaktoren mit Mischvorrichtungen zur Zusammenführung der CH und CO-Anteile mit Sauerstoff hintereinander geschaltet sind und der erste Wärmereaktor einen geringeren Anteil an katalytischem Material aufweist als der zweite.

Bei dieser Maßnahme wird zwar von dem allgemeinen Erfindungsgedanken Gebrauch gemacht, daß katalytisches Material gleichzeitig den Wärmereaktor aufheizt und dadurch bezogen auf die verschiedenen Betriebsbereiche eine Abgasentgiftung stattfindet. Es wird aber nicht der Abgasstrom in Anteile aufgeteilt. Der Anteil des katalytischen Materials im ersten Wärmereaktor wird also wieder so bemessen sein, daß bezogen auf den hohen Anteil an CH und CO verhältnismäßig viel katalytisches Material so in wärmeaufnehmendem Material des Wärmereaktors untergebracht ist, daß zwar eine weitgehende Entgiftung stattfindet, eine überhitzung des katalytischen Materials aber durch die ständige Wärmeabgabe an den Wärmereaktor verhindert wird. Der dahinter geschaltete Wärmereaktor oder ggfs. noch weitere muß aber ebenfalls noch katalytisches Material enthalten, weil die Entgiftung im ersten Nachbrenner bzw. Wärmereaktor nicht so vollständig durchführbar ist, ohne das katalytische Material zu gefährden, wie bei der Teilung der Abgasströme.

-12-

409826/0447

Wesentlich ist ferner, daß die Zuführung von Brennluft für den Nachbrenner vor dem Nachbrenner erfolgt.

Man will den Sauerstoffanteil der der Verbrennung dient selbstverständlich schon vor dem Nachbrenner dfuhren. Dabei ist unter Sauerstoffzufuhr aber alles zu verstehen, z.B. eine besondere Ausbildung der Mischvorrichtungen des Vergasers, wenn man dadurch ebenfalls erreicht, daß hohe Anteile an Sauerstoff im Abgas vorhanden -tsrtr: ii nd ,

Als bevorzugte Stelle für die Zufuhr von Brennluft hat sich ergeben, daß die Zuführung von Brennluft in der Nähe der Auslaßventile der Brennkraftmaschine erfolgt.

Durch diese Maßnahme wird, wenn man kalte Brennluft zuführt, dort in diesem hoch temperierten Bereich sofort der Brennluftanteil so erhitzt, daß er anschließend sofort im Katalysator bzw. Wärmereaktor mit CH bzw. CO reagiert.

Wesentlich bei diesen ganzen Maßnahmen ist, daß der Abgasstrom in die Mischvorrichtungen, die gleichzeitig als Katalysatoren und/oder Wärmereaktoren ausgebildet sind, über Strömungsverteilende Vorrichtungen, z.B. Lochblenden zu-oder abgeführt wird.

-13-

409826/0447'

Hier wird von der wichtigen Erkenntnis nach, der Erfindung Gebrauch, gemacht, daß alle Vorrichtungen, die der Verwirbelung des Abgases mit Sauerstoffanteilen dienen, zweckentsprechend vor den Reaktionsstufen eingesetzt werden, um die Wirksamkeit der Reaktionsstufen herauf zu setzen, bzw. diese so ausbilden zu können, daß sie einen geringen Strömungswiderstand aufweisen und billig herstellbar sind.

Die Angabe von Lochblerifen als Mxschvorrxchtungen ist selbstverständlich nur beispielsweise. Als Mxschvorrxchtungen können auch alle aus der Vergasertechnik bekannten Anordnungen verwandt werden, z.B. Lavaldüsen oder Venturi-Rohrähnliche Ausbildungen. Es kann auch weiter für die Mischung die Vibration der Abgase durch das Arbeiten der Auslaßventile benutzt werden, indem den Stahlpaketen eine gewisse Beweglichkeit aufgrund der Druckänderungen zugeordnet wird. Insbesondere sind also alle Maßnahmen aus der Strömungstechnik anzuwenden, die dazu dienen, die zugeführte Brennluft vor dem Nachbrenner bzw. die hier nur interessierenden Sauerstoffanteile innig mit dem Abgas zu vermischen, um eine vollständige Verbrennung der CO und CH-Anteile zu erreichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, dabei gehen aus der Zeichnung und der Beschreibung hierfür weitere Erfxndungsmerkmale hervor.

-14-

409826/0447

- 1 1 -

22599A6

Ficj. 1 zeigt eine Nachbrennerausf ühruruj mit Katalys^ιtor , erstem und zweitem Wärmereaktor, wobei die Wärmereaktoren hintereinander angeordnet sind,

Fig. 2 zeigt einen ersten und zweiten iJärmereaktor mit dem Katalysator, die nebeneinander angeordnet sind,

Fig. 3 und 3a zeigen eine mögliche Anordnung einer Mischvorrichtung mit paketartig ausgebildetem Wärmereaktor, in dem katalytisches Material eingelagert ist, in zwei Ansichten,

Fig. 4 zeigt eine konstruktiv andere Ausbildung. Hier ist der Katalysator vom Wärmereaktor umgeben,

Fig.5 zeigt schematisch die Führung der Abgase und der Brennluft durch Katalysator, Wärmereaktoren Rückführung eines Abgasanteiles zur Brennkraftmaschine,

Fig. 5a zeigt die Entnahmevorrichtung für die Rückführung,

Fig. 6 zeigt eine unabhängigevon den Fig.l und 2 zu verwendende Anordnung der Abgasentgiftung.

In der Fig. 1 wird dem Nachbrenner 1 in Pfeilrichtung 2 das Abgas der Brennkraftmaschine zugeführt. Bei Start, Warmlauf und einem Betriebsbereich, z.B. von o-6o km/h ist die Drosselklappe 4 geschlossen. Die Stellung der

-15-

409826/0447

22599A6

Drosselklappe 4 ist dabei abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Sie kann dabei in an sich bekannter Weise drehzahlabhängig gesteuert werden und/oder temperaturabhängig. In der Fig. 1 umgibt der Katalysator 5 den ersten Wärmereaktor 6. Bei geschlossener Drosselklappe geht also der Abgasstrom 3 wie die ausgezogen gezeichnete Linie zeigt, durch den Katalysator 5 und gelangt dann in den zweiten Wärmereaktor 7, den er dann in Pfeilrichtung 8 verläßt. Befindet sich dei Drosselklappe 4 in der gestrichelten gezeichneten Stellung 9, dann sind die Strömungswiderstände im Wärmereaktor 6 und im Katalysator 5 so gemessen, z.B. durch entsprechende Größe von Eintrittsöffnungen Io in den Katalysator, daß ein wählbarer Anteil 11 , wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, durch den Katalysator strömt der größte Anteil 12 gelangt aber jetzt durch den Wärme reaktor 6 und die beiden Anteile 11 und 12 gehen dann gemeinsam durch den zweiten Wärmereaktor 7. Im Wärmereaktor 6 und 7 sind im Ausführungsbeispiel paketartig zusammengefasste Stahlspäne 13 vorhanden. Der glänze Nachbrenner besitzt eine gemeinsame, wärmeisolierende Umhüllung 14 und durch die Gehäusewandung 15 des Wärmereaktors ist'dieser wärmeleitend mit dem Katalysator 5 verbunden. Besonders vorteilhaft ist es noch, daß die Pakete von Stahlspänen schallschluckende Wirkung haben. Da der ganze Nachbrenner außerdem nach außen wärmeisoliert ist, wirkt dieser Nachbrenner als Schalldämpfer und ersetzt zumindestens den ersten Schalldämpfer

In der Fig. 2 bezeichnen die gleichen Zahlen-die gleichen Teile. Bei dieser Ausführung ist der erste Wärmereaktor 6 zentral angeordnet, wie bei Fig. 1, er- wird ebenfalls vom

409826/CK 47

BAD ORIGINAL

Katalysator 5 umgeben. Der Katalysator wird aber dann vom zweiten Wärmereaktor 7 umgeben und die Gehäusewandungen 15 zwischen ersten Wärmereaktor und Katalysator und Gehäusewandung 16 zwischen Katalysator und zweiten Wärmereaktor 7 sind alle wärmeleitend ausgeführt.

Fig. 3 zeigt eine mögliche Anordnung der Stahlspäne in den Wärmereaktoren. Hierbei sind die Stahlspäne zu einem Paket 17 zusammengefasst. Dieses Paket 17 kann oben und unten mit Strömungsleitenden Vorrichtungen 18 versehen sein. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um Lochblenden. Diese strömungsleitenden Vorrichtungen, die gleichzeitig das Paket zusammenhalten, sorgen dafür, daß der Abgasstrom in Teilströme 19 aufgeteilt wird, so daß eine gleichmäßige Beaufschlagung des Wärmereaktors möglich ist. In der Fig.3 ist noch schematisch dargestellt, daß zwischen die den Wärmereaktor bildenden Stahlspäne 2o katalytisches Material 21 eingelagert ist. Der Anteil dieser Einlagerung hängt davon ab, mit welchem Prozentsatz an CH und CO-Anteilen zu rechnen ist.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung, bei welchem der Katalysator innren und der Wärmereaktor außen ist. Auch in der Fig.4 bezeichnen die gleichen Zahlen die gleichen Teile und es sind genau die Abgasströme eingezeichnet.

-17-

409826/0U7

Fig.5 zeigt schematisch die Anordnung des Nachbrenners in den Abgasstrom. Von der Brennkraftmaschine 22 wird der Abgasstrom 3 nach dem Nachbrenner geleitet. In der Nähe der Auslaßventile der Brennkraftmaschine ist eine Brennluftzuführung 23 vorgesehen. Diese Zuführung kann z.B. durch Sogwirkung in Verbindung mit einer Laval-Düse erreicht werden, oder aber, es können billige Zuführpumpen verwandt werden, weil durch die erfindungsgemäße Anordnung von Katalysator, Wärmereaktor und Mischvorrichtungen nur ein verhältnismäßig geringer Sauerstoffanteil zugeführt werdne muß, weil durch die innige Vermischung eine rasche Reaktion auftritt und es nicht notwendig ist, mit viel Sauerstoff-Überschuß zu arbeiten, der bei bekannten Anordnungen dann noch nach Verlaßen des Nachbrenners vorhanden ist.

Dieses Brennluftabgasgemisch tritt dann in Pfeilrichtung in eine Kombination Katalysator-Wärmereaktor, wie in Fig.l Fig.2,Fig.4 oder Fig.6 angegeben. Durch den Katalysator 5 treten bei Start und Warmlauf und im unteren Geschwindigkeitsbereich in Pfeilrichtung 3 alle Abgase,in den anderen Bereichen tritt nur ein Teil Abgasstrom 11, durch den Katalysator 5 der Hauptabgasstrom I2i"durch den ersten Wärmereaktor 6. In Pfeilrichtung 8 verlassen die vereinigten Abgasströme aus Katalysator und ersten Wärmereaktor diese Anordnung und treten dann ein in den zweiten Wärmereaktor 7. In Pfeilrichtung 24 wird dann der gereinigte Abgasstrom in.die

-18-

4 09826/0 44 7

Atmosphäre geführt. Eine Entnahmevorrichtung 25, die schematisch in Fig. 5a dargestellt ist, ist im gereinigten

Abgasstrom angeordnet. Bei ihr ist die Zuführöffnung 26 größer als die im Zug des Abgasstromes 8 liegende Auslassöffnung 27. Es soll dadurch verhindert werden, daß Rußteilchen in den der Brennluft der Brennkraftmaschine zuzuführenden Anteil des Abgases gelangen. Schematisch ist angedeutet, daß dieser in Pfeilrichtung 28 entnommene Teilabgasstrom zusammen mit der Brennluft 29 und der Gaszuführung der Brennkraftmaschine im Ansaugstutzen 34 des Vergasers zugeführt werden, während die Brennluft 23 für den Nachbrenner im Bereich der Auslassventile der Brennkraftmaschine 22 zugeführt wird.

In der Fig. 6 sind zwei Nachbrenner 31, 32 hintereinandergeschaltet. Jeder dieser Nachbrenner ist so ausgebildet, wie in Fig. 3 dargestellt, d.h. kombiniert als Katalysator und Wärmereaktor zusammen mit Mischvorrichtungen. Das ganze Abgas wird hier in Pfeilrichtung 2 zugeführt und geht dann in Pfeilrichtung 24 zum Auspuffrohr. Die Brennluftzuführung 23 ist beispielsweise in Fig.5 dargestellt.

Als Anwendung der Erfindung sind alle Möglichkeiten zu bezeichnen, um eine vollkommene Abgasentgiftung mit einer Kombination von Katalysator und Wärmereaktor unter Verwendung von Mischvorrichtungen zu erreichen.

Patentansprüche

409826/0U7

- 19 -

Claims (17)

1. P atentan.Sprüche

   ¹ Nachbrennvorrichtung zur Beseitigung der giftigen Anteile in den Abgasen von Brennkraftmaschinen gebildet von Katalysatoren und Wärmereaktoren, durch die die Abgase geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kaltstart und Warmlauf des Motors sowie bei niedrigen Geschwindigkeiten, z.B. bis 60 km/h praktisch die gesamten Abgase durch den Katalysator geführt werden und im übrigen Bereich der Brennkraftmaschine der größere Anteil der Abgase durch einen Warmereäktor geleitet werden.
2. 2. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator mit dem Wärmereaktor wärmeleitend z.B. durch äeine Gehäusewandungen, verbunden ist.
3. 3. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch !,dadurch

   g ekenn ζ e i chne t, daß die gesamten Abgase des gesamten Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine nach Austritt aus dem Katalysator bzw. dem Wärmereaktor einen weiteren nachgeschalteten zweiten Wärmereaktor durchströmen, der Mischvorrichtungen aufweist, welche der Zusammenführung der CG bzw. CH-Anteile mit Sauerstoff dienen .

   -2o-

   4098267 0 A4 7

   -2ο-
4. 4. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtungen hochfes te Stahlspäne, z.B. aus V2A-Stahl bestehen,
5. 5. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlspäne paketartig zusammengefasst sind und die einzelnen Pakete im Abstand voneinander im zweiten Wärmereaktor angeordnet sind.
6. 6. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1, d a d ure h g e k e η η ze i c h η e t, daß der erste Wärmereaktor mit den gleichen oder ähnlichen Mischvorrichtungen wie der zweite Wärmereaktor versehen ist.
7. 7. Nachbrsnnvo!"richtung nach Anspruch 1,3,4 und 5, dadurch gekenn ze lehnet, daß im zweiten Wärmereaktor im Bereich der Mischvorrichtungen, welche gleichzeitig die Wärmereaktion bewirken, ein Anteil katalytisches Material vorhanden ist.
8. 8. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1-7, d a du r c h gek. ennzei chnet, daß der zweite Wärmereaktor unmittelbar hinter den ersten Wärmereaktor angeordnet ist.

   -21-

   403826/0447
9. 9. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch ge kennzeichnet, daß der zweite Wärmereaktor mit dem ersten Wärmereaktor und dem Katalysator wärmeleitend, z.B. durch Gehäusewandungen verbunden ist.
10. 10. Nachbrennvorrichtungen nach Anspruch 1, dadur ch gekennzeichnet, daß der Katalysator den ersten Wärmereaktor wärmeabgebend umgibt.
11. 11. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.der erste Wärmereaktor den Katalysator wärmeaufnehmend umgibt.
12. 12. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zwischen dem ersten und zweiten Wärmereaktor angeordnet sit.
13. 13. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

    q. e k e η η ζ ei chnet, daß eine Entnahmevorrichtung für eine Teilabgasrückführung zum Brennstoffluftgemisch nach dem zweiten Wärmereaktor angeordnet ist.
14. 14. Nachbrennvorrichtung zur Beseitigung der giftigen Anteile in den Abgasen von Brennkraftmaschinen, gebildet von Katalysatoren und Wärmereaktoren, durch die die Abgase geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei

    -22-

    40982 6./0447

    Wärmereaktoren mit Mischvorrichtungen zur Zusammenführung der CH und CO-Anteile mit Sauerstoff hintereinander geschaltet sind und der erste Wärmereaktor einen geringeren Anteil an katalytischem Material aufweist als der zweite.
15. 15. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung von Brennluft für den Nachbrenner vor dem Nachbrenner erfolgt.
16. 16. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch 1-15 dadurchgekennzeichnet, daß die Zuführung von Brennluft in der Nähe der Auslassventile der Brennkraftmaschine erfolgt.
17. 17. Nachbrennvorrichtung nach Anspruch1-16 dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom in die Mischvorrichtungen, die gleichzeitig als Katalysatoren und/oder Wär:nereaktoren ausgebildet sind, über strömungsverrollende Vorrichtungen, z.B. Lochblenden zu- und/oder abgeführt wird.

    409826/0U7

    Le