DE2303034A1 - Auspufftopf fuer einen katalytischen reaktor zur reinigung von abgasen von verbrennungsmotoren - Google Patents

Auspufftopf fuer einen katalytischen reaktor zur reinigung von abgasen von verbrennungsmotoren

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Description

Ba 2365
REGIE NATIONALE des Usines RENAULT Billancourt / Frankreich
und
AUTOMOBILES PEUGEOT Paris / Frankreich
Auspufftopf für einen katalytischen Reaktor zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft den Aufbau eines Auspufftopfes eines Verbrennungsmotors mit einem katalytischen Reaktor zur Reinigung von Abgasen, insbesondere zur Reduktion von Stickstoffoxyden.
Derartige Reaktoren müssen einander entgegengerichtete Bedingungen erfüllen, nämlich einerseits eine schnelle Temperaturerhöhung, da der Beginn der katalytischen Reaktion erst von einer bestimmten Temperatur an einsetzt, und andererseits die Aufrechterhaltung einer ausreichend niedrigen Temperatur, um die Zerstörung des Katalysators durch überhitzung zu vermeiden.
Hierzu ordnet man sie allgemein in Reihe zu dem Auslaßrohr ausreichend entfernt von dem Auslaßrohr des Motors an, um eine Überhitzung zu vermeiden, jedoch
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so nahe wie möglich/ um beim Anlassen den Temperaturanstieg auf die die katalytische Reaktion auslösende Temperatur zu beschleunigen und sie auf diesem Wert zu halten, wobei die Reduktionsreaktion endotherm ist.
Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die die Reaktortemperatur durch Regulierung ihrer Luftzufur regeln, wie z.B. aus der FR-PS 71 46 986.
Diese Lösungen sind nicht ausreichend wirksam, wobei die erste komplizierter als die zweite ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Auspufftopf für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, in den die katalytischen Reaktionselemente zur Reduktion trotz der Gefahr einer Überhitzung infolge der Nähe der Austrittsöffnungen des Motors eingebaut sind und statt dessen ein sehr schnelles Einsetzen des Reaktors und eine große Kapazität der Vorrichtung gewährleistet werden, wobei die innere Anordnung und der Aufbau der Vorrichtung es dennoch ermöglichen, eine Überhitzung der katalytischen Elemente zu vermeiden und ihre Überwachung und Auswechslung zu erleichtern.
Der Auspufftopf gemäß der Erfindung hat, wie dies bei nichtkatalytischen Nachverbrennungsreaktoren bekannt ist,ein äußeres Gehäuse, das mit Eingangsrohren, die an jede Austrittsöffnung des Motors angeschlossen sind, und einen gemeinsamen Auslaß , der an die Auslaßleitung angeschlossen ist, sowie ein inneres Gehäuse, das von dem äußeren Gehäuse umgeben wird, um eine doppelte thermisch isolierende Trennwand zu bilden. Das innere Gehäuse ist in seiner Längsrichtung mit einer mittleren Trennwand.versehen, die an einem Ende offen ist und ein Ausflußstauelement zwischen einer ersten Kammer bildet, in die die Eingangsrohre direkt münden, von denen jedes mit einem Einlaß für zusätzliche Nachverbrennungsluft
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versehen ist, und einem zweiten Gehäuse, an das das Auslaßrohr angeschlossen ist.
Gemäß der Erfindung bildet die erste innere Kammer einen Nachverbrennungsreaktor beim Anlassen durch zeitweiliges Einführen von zusätzlicher Luft in die Eingangsrohre, und die zweite innere Kammer enthält die katalytischen Reaktionselemente zur Reduktion von Gas, das auf die für den Beginn der katalytischen Reaktion durch die Nachverbrennung der ersten Kammer beim Anlassen erforderliche Temperatur gebracht wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die erste Kammer eine unregelmäßige prismatische Form hat, in die an ihrem unteren Teil gegenüber den Einlaßrohren die zweite Kammer eingesetzt ist, die die katalytischen Reaktionselemente enthält, und daß die Oberfläche der ersten Kammer und die beiden Kammern gemeinsame Trennwand eine Doppelwand mit einer verminderten Dicke einer Zwischenisolierung umfassen. Die Eingangsrohre können im wesentlichen an dem unteren Teil der ersten Kammer tangential zu der Fläche der gemeinsamen Trennwand münden.
Das äußere Gehäuse kann aus zwei Teilen bestehen, nämlich einem Körper, der die Rohre aufnimmt, und einem Deckel, der auf einer im wesentlichen mittleren Verbindungsebene der beiden inneren Kammern aufliegt, die getrennte, austauschbare Blöcke bilden, die in dem äußeren Körper angeordnet sind und durch das Schließen des Deckels gehalten werden. Obwohl die erste Kammer aus einem inneren Gehäuse, das aus einem einem einzigen Block aus Eisen, das gegen die Korrosion und die Temperatur der Abgase beständig ist,hergesstelt ist, besteht die zweite Kammer zweckmäßigerweise aus einem Eingangsgehäuse, in dessen seitliche öffnung der entsprechende Auslaß der ersten Kammer eingreift, und
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einem Ausgangsgehäuse, dessen seitliche öffnung in das Auslaßrohr des äußeren Körpers mündet, wobei diese beiden Gehäuse an beiden Seiten der katalytischen Elemente eingreifen, die den Körper der zweiten Kammer bilden.
Die Eingangsrohre sind mit einem gegen die Temperatur und Korrosion der Abgase widerstandsfähigen Blechrohr ausgekleidet, das durch einen Bund gehalten wird, der von dem Flansch zur Befestigung des äußeren Körpers an dem Motor eingeklemmt wird .
Diese Ausbildung gemäß der Erfindung ermöglicht es, einen Reaktor zu erhalten, der aus einzelnen einfachen Elementen besteht, die gesondert auswechselbar sind und durch den äußeren Körper zusammengehalten werden. Beim Anflanschen des Reaktors an den Motor und beim Schließen seines Deckels ist der Zugang sehr leicht und das öffnen des Deckels ermöglicht eine gesamte Inspektion jedes Reaktorelements. Aufgrund dieser Einfachheit der Form und der Montage ergibt sich ein niedriger Herstellungspreis.
Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es beim Anlassen durch den Luftsammelbehälter überschüssige Luft einzuführen, die das Arbeiten der ersten Kammer als Nachverbrennungsreaktor gewährleistet und den schnellen Anstieg der Temperatur des katalytischen Reaktors bewirkt, dessen gemeinsame Trennwand mit der ersten Kammer direkt von den eintretenden Flammen der Eingangsrohe durchsetzt wird. Sobald die Anfangstemperatur der katalytischen Verbrennung erreicht ist und der Motor mit einem ärmeren Gasgemisch nach der Anlaßperiode arbeitet, wird die Zufuhr von Nachverbrennungsluft unterdrückt und der katalytische Reaktor reduziert die Stickstoffoxyde.
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Dieseoxidierende Nachverbrennung ermöglicht es daher, übermäßige Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxyde infolge des mehr angereicherten Gemischs beim Anlassen zu beseitigen, wobei die Stickstoffoxyde in diesem Stadium gering bleiben, jedoch eine schnelle Temperaturerhöhung des Reduktionskatalysators gewährleistet wird, der somit für eine rasche Säuberung sorgt, sobald der Gehalt an Stickstoffoxyden zunimmt.
Die Aufrechterhaltung der Temperatur des Reaktors erfolgt durch die Abgase und die regulierende Wirkung der ersten Eingangskammer auf deren Temperatur.
Das tangentielle Einmünden der Eingangsrohre in die erste Kammer und deren asymmetrische Form begünstigen Wirbelbewegungen und damit die Homogenisierung der Abgase und deren Wärmeaustausch mit den Wänden. Die verminderte Isolierung der oberen Wände der ersten Kammer und der gemeinsamen Trennwand begünstigt die äußere Wärmeableitung der Gase in oberen Leistungsbereichen des Motors. Die zusätzliche Wärmezufuhr zum Reaktor kompensiert seine Erhöhung der Aktivität. Das Ausmaß der Isolierung der ersten Kammer ermöglicht es somit, die Arbeitstemperaturgrenzwerte der katalytischen Elemente einzustellen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Figur 1 einen Längsschnitt eines Auspufftopfes gemäß der Erfindung und
Figur 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.
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In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform eine.s Auspuff topf es gemäß der Erfindung gezeigt, der aus einem äußeren Körper 1 besteht, an dem unter Zwischenschaltung einer Dichtung 2 ein Deckel 3 mittels eingeschraubter Bolzen 4 und Muttern 5 befestigt ist. Der Körper und der Deckel bestehen insbesondere aus Spritzgußteilen.
Der Körper 1 hat Gaseingangsrohre 6, die an den Auslaßrohren eines Verbrennungsmotors befestigt sind. Die Rohre 6 sind an Anschlußorganen 7 besfestigt, in denen mittels eines bikonischen Rings 8 und einer Gewindebuchse 9 Rohre 10 eines Luftsammelbehälters 11 für zusätzliche Luft zur Nachverbrennung und Rohre 12 angeordnet and,die in Strömungsrichtung oberhalb der Rohre 6 münden. Die Eingangsrohre 6, die innen durch ein Rohr 13 aus feuerfestem, nicht oxidierbarem Blech ausgekleidet sind, münden in eine erste Kammer 14.
Ein Ende der Eingangsrohre 13 ist frei, während das andere Ende einen Bund 15 aufweist, der in der Dichtung 16 des Auspufftopfes befestigt ist. Die erste Kammer 14, in der die Nachverbrennung beim Anlaufen stattfindet, hat eine prismatische Form mit einem Querschnitt, der im wesentlichen dem eines Dreikantprismas gleich ist, dessen untere, den öffnungen 17 gegenüberliegende Spitze durch eine Wand 18 abgestumpft ist, die mit einer zweiten Kammer 19 gemeinsam ist, die zylindrische katalytische Elemente 20, 20a mit zu den Längskanten der ersten Kammer paralleler Längsachse enthält.
Die erste Kammer 14 besteht aus einem Behälter 21 aus feuerfestem, nicht oxidierbarem Blech, das mit einer Schicht 22 aus einem in bekannter Weise wärme- und schallisolierendem Material wie Glaswolle bedeckt ist. Ihre Außenform paßt genau in den oberen Teil des Körpers 1 und des Deckels 3 ebenso wie auf die zylindrische
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Oberfläche der Kammer 19 des katalytischer! Reaktors. Die erste Kammer 14 mündet an dem einen Ende in die zweite Kammer 19 über eine öffnung 23, deren Einsetzwulst 24 die Zentrierung der gemeinsamen öffnungen sichert.
Die zweite Kammer 19, die den katalytischen Reaktor bildet, besteht aus einer rohrförmigen Hülse aus Blech, die die katalytischen Elemente 20, 20a enthält und mit einer Schicht 26 eines isolierenden Materials und einem Drahtgeflecht 27 bedeckt ist, die die Erschütterungen in den Elementen 20, 20a dämpfen.
An jedem Ende der Hülse 25 ist ein Eingangsgehäuse 28, ac»o eine Nachverbrennungskammer bildet bzw. ein Ausgar.gsgehäuse 29 eingesetzt. Die Hülse hat Bünde 30, in die die Ränder 31 der Gehäuse 28, 29 eingesetzt sind.
Die so aus der zweiten Kammer 19 gebildete zylindrische Anordnung wird in dem zylindrischen Raum des äußeren Körpers 1, von dem er durch eine Glastrennwand 32 getrennt ist, durch seinen Einsatz in den entsprechenden Raum der ersten Kammer 14 in dem Körper 1 zentriert gehalten, gegen die er von dem Wulst 33 seines Drahtgeflechts 27 gehalten wird, das in die Dichtung 2 eingeklemmt ist.
Durch diese Anordnung unterliegt die zweite Kammer des katalytischen Reaktors nicht direkt den Erschütterungen des Motors, die von dem starren äußeren Körper 1 übertragen werden. Das Ausgangsgehäuse 29 der zweiten Kammer 19 weist eine Gasaustrittsöffnung 34 auf, die in ein Ausgangsrohr 35 mündet, das in dem Körper 1 vorgesehen ist.
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— O ~
Die Verbindung zwischen den verschiedenen Organen wird durch einfaches Ineinandergreifen über isolierende Schichten ohne direkte Berührung erreicht, wodurch man eine gute Schall- und Erschütterungsdämpfung und große Montagetoleranzen ebenso wie ein freies Wärmedehnungsspiel, wodurch die thermischen Verformungen der Bleche begrenzt werden, erreicht.
Beim Anlassen des Verbrennungsmotors wird überschüssige Luft durch den Sammelbehälter 11 und die Luftrohre 12 in die Rohre 6 eingeführt, so daß die erste Kammer 14 als Nachverbrennungsreaktor arbeitet und die schnelle Temperaturerhöhung der zweiten Kammer 19 des katalytischen Reaktors bewirkt, dessen gemeinsame Trennwand 18 mit der ersten Kammer 14 direkt von den eintretenden Flammen der Eingangsrohre 6 durchsetzt wird. Sobald die Zündtemperatur erreicht ist.und der Motor mit einem ärmeren Gasgemisch nach der Anlaßperiode arbeitet, wird die Nachverbrennungsluftzufuhr unterdrückt und der katalytische Reaktor reduziert die Stickstoffoxyde.
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Claims (12)

  1. Patentansprüche
    l) Auspufftopf für einen katalytischen Reaktor zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren mit einem Mußeren Gehäuse, das ein inneres Gehäuse umgibt, das durch eine Längstrennwand in eine erste und zweite Kammer unterteilt ist, von denen in die erste die Auslaßöffnungen des Motors, die mit Einlassen für zusätzliche Luft verbunden sind, münden und über eine öffnung in der Trennwand mit der zweiten Kammer verbunden sind, an die am gegenüberliegenden Ende ein Gasauslaßrohr angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste innere Kammer (14) beim Anlassen einen NachVerbrennungsreaktor durch zeitweilige Einführung zusätzlicher Luft in die Einlaßrohre (6) bildet, und die zweite innere Kammer (19) katalytische Reaktionselemente (20, 2Oa) zur Reduktion der durch die Nachverbrennung beim Anlassen der ersten Kammer (14) auf Zündtemperatur gebrachten Gase enthält.
  2. 2. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (14) eine unregelmäßige prismatische Form hat, in die an ihrem unteren Teil gegenüber den Einlaßrohren (6) die zweite Kammer (19) eingesetzt ist, die die katalytischen Reaktionselemente (20, 20a) enthält, und daß die Oberfläche der ersten Kammer (14) und die beiden Kammern gemeinsame Trennwand (18) eine Doppelwand mit einer verminderten Dicke einer Zwischenisolierung (22) umfassen.
  3. 3. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßrohre (6) im wesentlichen in den unteren Teil der ersten Kammer (14) tangential zur Oberfläche der gemeinsamen Trennwand (18) münden.
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  4. 4. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse einen Körper (1) aufweist, der die Rohre (6) und einen Deckel (3) aufnimmt, der in
    einer im wesentlichen mittleren Verbindungsebene der beiden inneren Kammern (14, 19) aufliegt.
  5. 5. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Kammern (14, 19) zwei getrennte, auswechselbare Blöcke bilden, die in dem äußeren Körper
    (1) angeordnet sind und durch den Deckel (3) beim
    Schließen gehalten werden.
  6. 6. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite innere Kammer (19) aus einer zentralen Hülse (25) besteht, die die katalytischen Elemente
    (20, 20a) enthält und in die an beiden Seiten Eingangs- und Ausgangsgehäuse (28, 29) eingesetzt sind.
  7. 7. Auspufftopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen der Eingangs- und Ausgangsgehäuse
    (28 und 29) einen Rand (31) aufweisen, der in einen
    Bund (30) an den entsprechenden öffnungen der zentralen Hülse C25) eingreift.
  8. 8. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsrohre (6) mit einem Blechrohr (13)
    verkleidet sind, dessen Bund (15) am Ende in die
    Dichtung (16) des Flansches zur Befestigung des
    äußeren Körpers am Motor eingeklemmt ist, und daß
    das gegenüberliegende Ende frei in die erste Kammer
    (14) mündet.
  9. 9. Auspufftopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtanordnung der zweiten Kammer (19) eine zylindrische Form hat.
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  10. 10. Auspufftopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (14) im wesentlichen die Form eines Dreikantprismas hat.
  11. 11. Auspufftopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet/ daß die zentrale Hülse (25J, die die katalytischen Elemente (20, 20a) enthält, mit einer Schicht (26) aus isolierendem Material und einem Drahtgewebe (27) bedeckt ist, dessen Ränder in die Dichtung zum Verschließen des äußeren Körpers (1) und des Deckels
    (2) eingeklemmt sind.
  12. 12. Auspufftopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material (22) der ersten Kammer (14) direkt auf der Innenseite des äußeren Körpers (1), der die Eingangsrohre aufnimmt, und auf der benachbarten Oberfläche des Deckels (3) aufliegt, und daß die gegenüberliegende Seite die gemeinsame Trennwand (19) bildet, in die die entsprechende Außenseite der zweiten Kammer (19) eingesetzt ist.
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