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Reaktionsvergaser für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf einen Reaktionsvergaser für Brennkraftmaschinen zur katalytischen Umwandlung
von fliiesigem Brennstoff in gasförmigen Brennstoff mit einem Katalysatoren aufnehmenden
Gehäuse, das zumindest teilweise von einem von Verbrennungsabgasen durchströmten
Gehäusemantel umgeben ist.
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Eine bekannte Möglichkeit zur Verringerung der Schadstoffemission
in den Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren, besteht
darin, den zur Verbrennung benötigten Brennstoff in Gasform (Brenngas) zu zuführen.
Gegenüber den mit flüssigem oder verdampftem Brennstoff betriebenen Brennkraftmaschinen
ergibt sich dann eine bessere Verbrennung des mit einem entsprechenden Anteil von
Luft versehenen Gasgemisches, da unabhängig von der Art des Betriebszustandes der
Brennkraftmaschine
eine vollständige Verbrennung erreicht werden
kann. Dies ist besonders darauf zurückzuführen, daß der gasförmige Brennstoff auch
bei niedrigen Temperaturen in dem gasförmigen Aggregatzustand verbleibt, also auch
beim Kaltstart der Brennkraftmaschine eine Kondensation der Brennstofrpartikel an
den kalten Zylindervänden, wie dies bei den mit flüssigem oder verdampfte Brennstoff
arbeitenden Brennkraftmaschinen festzustellen ist, nicht auftreten kann. Da aber
die IZitführung von Brenngasen, auch in verflüssigter Form, in Kraftfahrzeugen einigen
Aufwand erfordert und gewissen Schwierigkeiten begegnet, ist es bereits bekannt,
die zur Verbrennung benötigten Brenngase in eine der Brennkraftmaschine vorgeschalteten
Reaktionsvergaser durch katalytische und thermische Reaktion aus dem üblicherweise
in den Brennkraftmaschinen mitgeführten flüssigen Brennstoff herzustellen. Dabei
durchströmt ein Gemisch aus Luft und flüssigem Brennstoff oder aus Luft, Abgas und
flüssigem Brennstoff einen oder mehrere hintereinander geschaltete Katalysatoren,
in denen bei höheren Temperaturen, die sich Je nach Katalysatorart zwischen 200
und 10000 C bewegen, der flüssige bzw. verdampfte Brennstoff durch eine partielle
Verbrennung unter Luftmangel in gasförmigen Brennstoff umgewandelt wird.
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Da derartige Reaktionsvergaser nur innerhalb eines bestinten, auf
höherer'l9iveau liegenden Temperaturbereiches günstige Arbeitsergebnisee zeigen,
müssen besondere MaBnahmen getroffen werden, die Reaktionsvergaser möglichst schnell
nach dem Start auf solche Temperaturen zu bringen und während des Betriebes der
Brenrkraftmaschine in dem vorgegebenen Temperaturbereich zu halten. Bei einer bekannten
Ausführungsform eines derartigen Reaktionsvergasers (DOS 2 103 008 - Deutsche Klasse
46 c, 27/02) wurde die zur Ijivandlung des Brennstoffes am Katalysator erforderliche
Temperatur durch Ausnutzung des Warnegehaltes der Abgase aufgebracht, indem die
den Katalysator aufnehmende
Katalysatorkammer mit einem von Abgasen
durchströmten mantel umgeben ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun darin gesehen,
diese bekannte Reaktionsvergaserausführung weiter zu verbessern und eine insbesondere
hinsichtlich des Temperaturverhaltens des Reaktionsvergasers günstige Konstruktion
zu schaffen.
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Ausgehend von einem Reaktionsvergaser für Brennkraftmaschinen zur
katalytischen Umwandlung von flüssigem Brennstoff in gasförmigen Brennstoff mit
einem Katalysatoren aufnehmenden Gehäuse, das zumindest teilweise von einem von
Verbrennungsabgasen durchströmten Gehäusemantel umgeben ist, besteht die Lösung
der obengenannten Aufgabe gemäß der Erfindung darin, daß ein äußerer, von FrischluRft
durchströmter und mit der Zuströmseite des Katalysatorgehäuses in Verbindung stehender
Gehäusemantel vorgesehen ist, der das Katalysatorgehäuse und den abgasführenden
Gehäusemantel unter Bildung von Wärmeaustauschflächen umgibt. Durch diese erfindungsgemäße
Ausgestaltung des Reaktionsvergasers wird nun eine weitere thermische Isolierung
des den oder die Katalysatoren enthaltenden Gehäuses erreicht. Neben der thermischen
Isolierung des Katalysatorgehäuses, die eine schnelle Erwärmung des Reaktionsvergasers
beim Start der Brennkraftmaschine durch die verhältnismäßig warmen Abgase sowie
eine vorteilhafte Temperaturhaltung über den gesamten Betriebsbereich sicherstellt,
wird gleichzeitig auch eine Vorwärmung der dem Reaktionsvergaser zuzuführenden Frischluft
erzielt. Insgesamt gesehen bietet die erfindungsgemäße Ausbildung des Reaktionsvergasers
also die besten Voraussetzungen für eine günstige und wirkungavolle Durchführung
des in dem Reaktionsvergaser ablaufenden -?ndlungsverfahrens.
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Gemäß einer Weiterbildung zur Erfindung soll der das Abgas führende
Gehäusemantel eine steuerbare Austrittsöffnung zur Zumischung von Abgas in den frischluftführenden
äußeren Gehäusemantel aufweisen. Die Gehäuseausbildung gemäß der Erfindung ermöglicht
also auch eine zweckmäßige Anordnung einer Zuführeinrichtung für das dem Reaktionsvergaser
zuzuführende Abgas in Form einer an dem inneren Gehäusemantel angeordneten Austrittsöffnung.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll die Austrittsöffnung durch ein Ventil
verschließbar sein, dessen den Ventilteller betätigende Ventilstange durch den frischluftführenden
Gehäusemantel reicht und von einem axialbeweglichen Dichtelement umgeben ist. Dabei
kann das Dichtelement durch ein koaxial zu der Ventilstange angeordnetes Wellrohr
gebildet sein, daß mit der einen Stirnseite an dem Ventilteller und mit der anderen
Stirnseite an dem äußeren Gehäusemantel gasdicht befestigt ist. Dieses aus beispielsweise
hochtemperaturfestem Stahl bestehende Wellrchr dichtet dabei die Ventilstangendurchführung
gegen das aus der Austrittsöffnung austretende heiße Abgas ab und gewährleistet
gleichzeitig eine axiale Bewegung des Ventiltellere.
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Um eine bessere Verdampfung des in dem dem Reaktionsvergaser zuzuführenden
Gemisch enthaltenen Brennstoffes und dadurch eine bessere Gemischaufbereitung zu
gewährleisten, wird von der Erfindung weiter vorgeschlagen, daß eine den Brennstoff
führende Brennstoffleitung in Wärmeaustauschkontakt mit warmen Gehäusemantelflächen
geführt ist, wobei die Brennstoffleitung zweckmäßigerweise am äußeren Umfang des
abgasführenden Gehäusemantels verlegt ist. Die dadurch erreichte Aufwärmung des
Brennstoffes ermöglicht eine leichtere Verdampfung und dadurch eine bessere Gemischaufbereitung
vor dem Reaktionsvergaser.
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Schließlich besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
darin, daß der Reaktionsvergaser in den Auspufftopf
der Brennkraftmaschine
integriert ist.
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Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind
in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung dargestellte
Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen in scheatisoher
Darstellungsweise Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindunsgeiäßen Reakticnsvergaser
und Figur 2 einen Querschnitt gemäß den Schnittlinien II-II nach Figur 1.
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In der Zeichnung ist mit 1 der Reaktionsvergaser bezeichnet, der im
wesentlichen ein Katalysatoren 3 aufnehsendes, beispielsweise zylindrisches Gehäuse
2 aufweist, das von kreieringförmigen Gehäusemänteln 8 für das Abgas und 11 für
die Frischluft umgeben ist. Am Eintritt 4 des Katalysatorgehäuses 2 ist eine Brennstoffzuführeinrichtung
6, beispielsweise eine Brennstoffdüse, angeordnet, die mit einem hier nicht dargestellten
Brennstofftank über eine Brennstoffleitung 7 verbunden ist, die an den warmen Gehäusewänden
des Reaktionsvergasers 1, insbesondere an der Außenwand des das Abgas fahrenden
Gehäusemantels 8 entlanggeführt ist. Am Ausgang des Reaktionsvergasers 1 führt eine
Leitung 5 über eine hier nicht dargestellte Mischvorrichtung zur Zumischung von
für die Verbrennung erforderlicher Luft zu der ebenfalls nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine.
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Der kreisringförmige Gehäusemantel 8 ist über eine AbgassufUhrung
9 mit der Abgassammelleitung der Brennkraftmaschine verbunden und weist mit 10 einen
ins Freie oder in eine nachgeschaltete Auspuffanlage führende Auslaßleitung auf.
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Die FrischluftiatLihrung zu des äußeren Gehäusemantel 11 erfolgt über
eine Zuftihrung.leitung 12, die gegebenenfalls eine Drosselklappe zur Regulierung
aufweisen kann. Die Eintrittsöffncing 4 des Katalysatorgehäuses ist zu dem frischluftftihrenden
äußeren Gehäusemantel hin geöffnet, eo daß beim Start der Brennkraftmaschine frischluft
durch den Gehäusemantel 11 und die Zuführleitung 12 angesaugt wird.
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Die dosierte Zuilsohung einer bestiegen Nenge von Abgas in diesen
Frischluftstrom erfolgt alt Hilfe einer Ventilanordnung 13, die eine an den abgasführenden
Gehäusemantel 8 angeordnete Austrittsöffnung 14 in den frischluftführerden Gehäusemantel
11 steuert. Diese Ventilanordnung 13 weist einen die iutrittsöffnung 14 versohließenden,
kegelförmigen Ventilteller 15, eine in einem Lagergehäuse 17 geführte Ventilstange
16 sowie einen Stellantrieb 19 auf. Die Ventilstange 16 ist von einem Wellrohr 18
umgeben, das mit einer Stirnseite an da Ventil teller 15 und mit der anderen Stirnseite
an den an den äußeren Gehäueaantel 11 ausgebildeten Lagergehäase 17 gasdicht befestigt
ist. Das Wellrohr 18 besteht aus eine temperaturbeständigen Stahl und dient dazu,
die Ventilstange 16, sowie deren Durchführung durch das Lager 17 gegen die heißen,
aus der Austrittsöffnung 14 zuströmenden Abgase abdichten und dabei gleichzeitig
eine axiale Verschiebbarkeit des Ventil tellers 15 zu gewährleisten. Die Stellvorrichtung
19, beispielsweise ein hydraulischer oder elektrischer Stellmotor, betätigt den
Ventilteller 15 über die Ventilstange 16 und ermöglicht so eine Steuerung der durch
die Austrittsöffnung 14 in den Frischluftstrom austretenden Abgasmenge.
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Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird durch den in dem Saugkanal
entstehenden Unterdruck über den Reaktionsvergaser ein Gasgemisch angesaugt, das
sich aus Frischluft, Abgas und verdampftem
Brennstoff in bestimmten
Verhältnissen zusanensetzt. In den Katalysatoren 3, die aus mehreren Schichten oder
Scheiben bestehen können, wird dieses Gemisch bei höheren Temperaturen in der Größenordnung
von 200 bis 10000 C je nach Katalysatorart, in Brenngas ungewandelt, das nach Zumischung
von weiterer Frischluft in einer besonderen, hier nicht dargestellten Mischkarmaer
den Zylindern der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt wird. Ein schnelles
Aufheizen der Katalysatoren auf die für günstige Arbeitsergebnisse erforderlichen
Betriebstemperaturen erfolgt durch das aus der Brennkraftmaschine austretende Verbrennungsabgas,
das durch den das Katalysatorgenäuse 2 umgebenden Gehäusemantel 8 geleitet wird
und dabei einen Teil seiner Wärme abgibt. Diese Abgaswärme wird teils zur Aufwärmung
und Temperaturhaltung der Katalysatoren 3, teils zur Vorwärmung des durch die Brennstoffleitung
7 zugeführten Brennstoffes und zu einem weiteren Teil zur Vorvar ung der durch den
äußeren Gehäusemantel 11 hindurchgeleiteten Frischluft verwendet. Dadurch wird ein
Teil der sonst verlorenen Abgaswärme in wirkungsvoller Weise nutzbar gemacht. Besondere
Vorteile ergeben sich besonders dann, wenn der Reaktionsvergas er 1 in den Auspufftopf
der Brennkraftmaschine integriert wird.
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Schließlich läßt sic4 durch das Ineinanderschachteln der das Katalysatorgehäuse
2 uegebenden, von Abgas bzw. Frischluft durchströmten Gehäusenäntel 8 und 11 eine
hinachtlich ihrer Wirkungsweise und konstruktiven Ausführung einfache und günstige
Abgaszumischung in den Frischluftstrom durch eine oder gegebenenfalls auch mehrere,
gleichmNBig über den Umfang der Gehäusemantel verteilte Ventilanordnungen verwirklichen.
Selbstverständlich können das Katalysatorgehäuse und entsprechend auch die Gehäusemantel
außer in der schon angegebenen Kreisform auch in anderen, beispielsweise ovalen,
vier- oder mehreckigen querschnittsfor men ausgeführt sein.