DE2311064B2

DE2311064B2 - Anordnung zur schnellen und unabhängigen Vorwärmung von vorzugsweise den Abgasen von Brennkraftmaschinen beizumischender Luft

Info

Publication number: DE2311064B2
Application number: DE2311064A
Authority: DE
Inventors: Hans 7061 Baltmansweiler Hintennach; Erich 7300 Esslingen Kenner
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1973-03-06
Filing date: 1973-03-06
Publication date: 1975-07-10
Also published as: FR2220671A1; SE396634B; US3930789A; DE2311064A1; FR2220671B3; GB1463989A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur schnellen und unabhängigen Vorwärmung von beizumischender Luft, vorzugsweise von Zusatzluft für eine katalytische Abgasumwandlungsvorrichtung an Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer als Rotationskammer ausgebildeten Brennkammer, mit einem tangential einmündenden als Vorkammer ausgebildeten Mischhals, der Einrichtungen zur Brennstoff-, Brennluft- und Zusatzluftzufuhr und zur Zündung des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches vorgeschaltet sind und mit je einer die aufzuheizende Luft bzw. die Abgase mittig und axial zu- und abführenden Rohrleitung.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet für die Anordnung gemäß der Erfindung ist die Reinigung von Abgasen durch Katalyse. Ein weiteres Anwendungsgebiet bildet die Vorwärmung der Ansaugluft von Dieselmotoren. Schließlich kann die Erfindung auch bei stationären Verbrennungsanlagen mit Erfolg angewandt wer- SS den, z. B. bei Müllverbrennungsanlagen oder Anlagen der Petrolchemie und sogar bei Hausheizungen.

Die Verwendung von Katalysatoren zur Abgasentgiftung ist bereits seit langem bekannt. Ebenso bekannt ist es, daß die Katalysatoren eine bestimmte Betriebstemperatur von vorzugsweise bei 400 bis 600° C benötigen.

Gerade beim Anfahrvorgang erfolgt aber eine besonders starke Emission toxischer Stoffe. Dieser besonders ungünstige Vorgang dauert bei den heute bekannten Anordnungen etwa 60Sek., d.h. während dieser Zeit mit erheblichem Auswurf von Giftstoffen findet keine Entgiftung statt.

Um die Ansprechzeit des Katalysators zu verkürzen, ist es bekannt, ihn möglichst nahe am Motor anzuordnen, so daß der Katalysator von den heißen Abgasen aufgeheizt wird.

Dem steht jedoch der erhebliche Nachteil gegenüber, daß während des weiteren Betriebs durch die Beaufschlagung mit etwa 1000° C heißen Abgasen der Katalysator durch Überhitzung unwirksam wird. Die Lebensdauer derartiger Anordnungen ist derart niedrig, daß ein Einbau z. B. in Kraftfahrzeuge nicht ratsam ist. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, dem Katalysator eine zusätzliche Brennkammer zuzuordnen und damit diesen auf Betriebstemperatur zu bringen. Jedoch kann auch hierbei eine Überhitzung des Katalysators auftreten.

Um die katalyiische Oxydation der toxischen Stoffe der Abgase zu verbessern, ist es weiterhin bekannt, dem Kataiysator Zusatzluft zuzuführen. Hierbei wird z. B. eine mit Keilriemen vom Motor angetriebene Pumpe verwendet.

Bekan.it war ferner eine Nachbrenneinrichtung für Auspuffgase, bei welcher eine Zufuhreinrichtung für flüssigen Brennstoff und eine Zündeinrichtung vorgesehen ist und bei welcher der als Treibdüse ausgebildete Auspuffsfitzen und die ringförmige Austrittsdüse einer den Auspuffstutzen umhüllenden Luftkammer in die Brennkammer münden und die Luftzufuhrleitung tangential in die Kammer mündet und die Brennstoffzufuhreinrichtung auch die Zündeinrichtung aufweist (DT-PS 12 38 273). Diese bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil einer schlechteren Durchmischung von Brennstoff und Brennluft und der Gefahr einer Überhitzung der Brennkammerwand und damit geringer Lebensdauer; ferner ist die Flamme nicht ausreichend gehalten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs angeführten Art zur schnellen und unabhängigen Vorwärmung von beizumischender Luft vorzugsweise von Zusatzluft für eine katalytische Abgasumwandlungsvorrichtung an Brennkraftmaschinen zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Längsachse des Mischhalses eine Mischdüse und zwischen der die Brennkammer durchdringenden Luft- bzw. Abgaseintrittsleitung und dem Brennkammermantel auf der Austrittsseite der Brennkammer eine einen 60 bis 120°-Sektor abdeckende zungenförmige Stirnwand angeordnet ist. Hierdurch wird ereicht, daß der Katalysator an optimaler Stelle, vor Überhitzung durch das heiße Abgas des Motors geschützt angeordnet werden kann und trotzdem kurzzeitig nach Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine des Fahrzeuges die Reinigung des Abgases erfolgt.

Ferner wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht, daß die Flamme in der Brennkammer stabilisiert wird und infolge der Rotation nicht in das Abgasrohr hineingetragen wird und sich somit eine Verweilzeit mit guter Verwirbelung des Gemisches ergibt.

Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch die Brennkammer mit den abgasführenden Leitungen,

F i g. 2 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig.3 eine Ansicht der Brennkammer mit dem Mischhals und eine Schnittansicht des Anschlußteiles für die Brennstoff- und Brennluftzufuhr und

F i g. 4 einen Halbschnitt durch die Mischdüse.

Die Abgase oder die vorzuwärmende Luft werden der erfindungsgemäßer Anordnung an der Stelle A in

F i g. 1 zugeführt, die aufgeheizten Abgase bzw. die vorgewärmte Luft verlassen die Anordnung an der Stelle B. Im folgenden wird als Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur Aufheizung der Abgase einer Brennkraftmaschine für die katalytische Umwandlung beschrieben. Wie in F i g. 1 gezeigt, wird das Abgas über die abgasführende Leitung 2 der Brennkammer 1 zugeführt Diese Brennkammer 1 ist als Ringsum und dadurch als Rotationskammer ausgebildet und weist im Bereich des Mischhalses 3 (F i g. 1 und 3) eine einen Ringsektor abdeckende zungenfönnige Stirnwand 7 zwischen der Abgasleitung 2 und dem Brennkammermantel 8 auf. Diese Zunge 7 soll bewirken, daß die Flamme in der Brennkammer I rotiert und nicht direkt in das Abgasrohr 6 getragen wird.

Die Abgase sollen erst nach Aufheizung über die Abgasleitung 6 dem an optimaler Stelle in der Motor-Abgasanlage angeordneten Katalysator zugeführt werden. Den Übergang von der Brennkammer 1 mit dem Mantel 8 zum Abgasrohr 6 bildet eine kegelförmige Ein- jo schnürung 15. Durch die in der Brennkammer 1 herrschende Temperatur wird der in diese Brennkammer 1 hineinragende Teil des Abgaszuführungsrohrs 2 glühend, so daß das Abgas beim Durchströmen des Brennkammerbereichs um einige hundert Grad angeheizt wird.

Wie die F i g. 2 und 3 zeigen, ist an die Brennkammer 1 der als Vorkammer wirkende Mischhals 3 tangential angeschlossen und an diesen wiederum, ebenfalls mit tangentialem Eintritt, die Leitung 4 für die Zusatzluft, jo Durch diese Tangential-Zuführung der Zusatzluft bildet sich ein Kühlschleier im Mischhals 3, d.h., daß diese Kammer weitgehend kalt bleibt, so daß keine schädliche Abstrahlung auftritt. Gleichzeitig ergibt sich durch die auftretende Rotation im Mischhals 3 (Vorkammer) eine lange Verweilzeit für den zugeführten Brennstoff und die Brennluft, so daß eine optimale Verwirbelung des Gemisches erreicht wird. Die Zusatzluft kann entweder durch einen kleinen vorhandenen Kompressor eingespeist oder einem Druckluftbordnetz entnommen werden. Am Mischhals 3 ist ferner ein Stutzen 9 für die Zündeinrichtung, z. B. eine Zündkerze vorgesehen.

In Achsrichtung des Mischhalses 3 ist hinter einer zusätzlichen Mischstrecke 13 ein die Mischdüse 5 enthaltendes Anschlußteil 12 angeordnet, und an diesem Teil 12 wiederum die Anschlüsse 14 für die Brennluft 10 für eine zusätzliche Steuerleitung und 11 für den Brennstoff. Die Mischdüse 5 ist in F i g. 4 gesondert dargestellt, in dieser Mischdüse 5 bildet sich durch Luftzerstäubung des Brennstoffs ein fettes, sehr zündwilliges Gemisch, daß mittels der im Stutzen 9 am Mischhals 3 angeordneten Zündeinrichtung gezündet wird. Die Mischdüse 5 besteht aus dem Einsatz 17 zur Brennluftzufuhr und dem diesen Einsatz konzentrisch und mit Abstand umgebenden Einsatz 16 zur Brennstoffzufuhr. Im Einsatz 16 ist ein Zerstäuberring 18 für den Brennstoff angeordnet. Das sich im Bereich des Zerstäuberrings 18 bildende zündfähige Gemisch vermischt sich weiter noch in der zusätzlichen Mischstrecke 13 und gelangt sodann in den Mischhals 3.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur schnellen und unabhängigen Vorwärmung von beizumischender Luft, Vorzugsweise von Zusatzluft für eine katalytische Abgarumwandlungsvorrichtung an Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer als Rotationskammer ausgebildeten Brennkammer mit einem tangential einmündenden, als Vorkammer ausgebildeten Mischhals, der Einrichtungen zur Brennstoff-, Brennluft- und Zusatzluftzufuhr und zur Zündung des .zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches vorgeschaltet sind und mit je einer die aufzuheizende Luft bzw. die Abgase mittig und axial zu- und abführenden Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Längsachse des Mischhalses (3) eine Mischdüse (5) und zwischen der die Brennkammer (1) durchdringenden Luft- bzw. Abgaseintrittsleitung (2) und dem Brennkammermantel (8) auf der Austrittsseite der Brennkammer (1) eine einen 60 bis 120°-Sektor abdeckende zungenförmige Stirnwand (7) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Mischhals (3) einen Anschlußstutzen (9) für die Zündeinrichtung aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Mischdüse (5) ein die Anschlüsse (10 bzw. 11) für Brennstoff bzw. Brennluft enthaltendes Anschlußteil (12) und zwischen dieser Mischdüse (5) und dem Mischhals (3) eine weitere Mischstrecke geringeren Durchmessers (13) angeordnet ist.