DE2311064C3

DE2311064C3 - Arrangement for rapid and independent preheating of air, which is preferably to be admixed with the exhaust gases of internal combustion engines

Info

Publication number: DE2311064C3
Application number: DE19732311064
Authority: DE
Inventors: Erich 7300 Esslingen; Hintennach Hans 7061 Baltmansweiler Kenner
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Filing date: 1973-03-06
Publication date: 1976-03-04

Description

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.The invention relates to an arrangement for the rapid and independent preheating of admixtures Air, preferably additional air for a catalytic exhaust gas conversion device on internal combustion engines, consisting of a combustion chamber designed as a rotation chamber, with a tangentially opening Mixing neck designed as an antechamber, the devices for fuel, combustion air and additional air supply and to ignite the ignitable fuel-air mixture are connected upstream and with each a central and axial supply and discharge pipe for the air to be heated or the exhaust gases.

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 werden, /. B. bei Müllverbrennungsanlagen oder Anlagen der Petrolchemie und sogar bei Hausheizungen.The preferred field of application for the arrangement according to the invention is the cleaning of exhaust gases by catalysis. Another area of application is the preheating of the intake air of diesel engines. Finally, the invention can also be used with success in stationary incineration plants, /. B. in waste incineration plants or plants of the petroleum chemistry and even in house heating.

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. The use of catalysts for exhaust gas detoxification has been known for a long time. Also known it is that the catalysts require a certain operating temperature, preferably from 400 to 600.degree.

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.Particularly during the start-up process, however, there is a particularly strong emission of toxic substances. This one in particular Unfavorable process takes about 60 seconds with the arrangements known today, i.e. during this Detoxification does not take place during the period of significant expulsion of toxins.

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.In order to shorten the response time of the catalytic converter, it is known to arrange it as close as possible to the engine, so that the catalytic converter is heated up by the hot exhaust gases.

Dem steht jedoch der erhebliche Nacnieii 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 Katalysaic tors auftreten.However, this is offset by the considerable nacnieii that during further operation due to the impact with exhaust gases at about 1000 ° C the catalytic converter becomes ineffective due to overheating. the Life of such arrangements is so low that installation z. B. not advisable in motor vehicles is. It has also already been proposed to assign an additional combustion chamber to the catalytic converter to bring this up to operating temperature. However, overheating of the catalyst can also occur here tors occur.

Um die katalytische Oxydation der toxischen StoffeAbout the catalytic oxidation of toxic substances

der Abgase zu verbessern, ist es weiterhin bekannt,to improve the exhaust gases, it is still known

dem Katalysator Zusatzluft zuzuführen. Hierbei wirdto supply additional air to the catalytic converter. Here is

z. B. eine mit Keilriemen vom Motor angetriebenez. B. one driven by a V-belt from the engine

jo Pumpe verwendet.jo pump used.

Bekannt 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 Auspuffstutzen und die ringförmige Ausirittsdüse einer den Auspuffstutzen umhüllenden Luftkammer in die Brennkammer münden und die Luftzufuhrleitung tangential in die Kammer mündet und die Brennstoffzufuhreinrichtung auch die Zündeinrichtung aufweist jo (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 ausreijj chend gehalten.Also known was an afterburning device for exhaust gases, in which a feed device for liquid fuel and an ignition device is provided and in which the designed as a propellant nozzle Exhaust pipe and the annular Ausirittsdüse an air chamber surrounding the exhaust pipe in the Open the combustion chamber and the air supply line opens tangentially into the chamber and the fuel supply device the ignition device also has jo (DT-PS 12 38 273). However, this known device has the disadvantage of poorer mixing of fuel and combustion air and the risk of Overheating of the combustion chamber wall and thus short service life; furthermore the flame is not sufficient held accordingly.

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 Abgasuinwandlungsvorrichtung an Brennkraftmaschinen /u 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.The invention is now based on the object of providing an arrangement of the type mentioned at the outset for rapid and independent preheating of air to be admixed, preferably of additional air for a catalytic one Create exhaust gas conversion device on internal combustion engines / u. This object is achieved according to the invention solved in that a mixing nozzle in the longitudinal axis of the mixing neck and between which the combustion chamber penetrating air or exhaust gas inlet line and the combustion chamber jacket on the outlet side of the Combustion chamber is arranged a tongue-shaped end wall covering a 60 to 120 ° sector. Through this it is achieved that the catalytic converter is in the optimal position, from overheating by the hot exhaust gas of the engine Can be arranged protected and still briefly after starting the internal combustion engine of the vehicle the cleaning of the exhaust gas takes place.

Ferner wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht, daß die Flamme in der Brennkammer stabili- SS siert wird und infolge der Rotation nicht in das Abgasrohr hineingetragen wird und sich somit eine Verweilzeit mit guter Verwirbelung des Gemisches ergibt.Further, it is achieved with the inventive arrangement that the flame in the combustion chamber is stabilized SS Siert and will not be carried in by the rotation in the exhaust pipe and thus a residence with good turbulence of the mixture is obtained.

Es zeigtIt shows

F i g. 1 einen Schnitt durch die Brennkammer mit den abgasführenden Leitungen,F i g. 1 shows a section through the combustion chamber with the pipes carrying the exhaust gas,

F i g. 2 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung, F i g. 2 shows a view of the arrangement according to the invention,

F i g. 3 eine Ansicht der Brennkammer mit dem Mischhals und eine Schnittansicht des Anschlußteiles für die Brennstoff- und Brennluftzufuhr undF i g. 3 a view of the combustion chamber with the mixing neck and a sectional view of the connecting part for the fuel and combustion air supply and

F i g. 4 einen Halbschnitt durch die Mischdüse.F i g. 4 a half section through the mixing nozzle.

Die Abgase oder die vorzuwärmende Luft werden der erfindungsgemäßen Anordnung an der Stelle A inThe exhaust gases or the air to be preheated are the arrangement according to the invention at point A in

Fig.! zugeführt, die aufgeheizten Abgase bzw. die vorgewärmte Luft verlassen die Anordnung an der Stelle B. Im folgenden wird als Ausfairungsbeispiel 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 Ringraum und dadurch ali Rotationskammer ausgebildet und weist im Bereich des Mischhalses 3 (F i g. 1 und 3) eine einen Ringsektor abdeckende zungenförmige Stirnwand 7 zwischen der Abgasleitung 2 und dem Brennkammermantel 8 auf. Diese Zunge 7 soll bewirken, daß die Flamme in der Brennkammer 1 rotiert und nicht direkt in das Abgasrohr 6 getragen wird.Fig.! supplied, the heated exhaust gases or the preheated air leave the arrangement at point B. In the following, a device for heating the exhaust gases of an internal combustion engine for the catalytic conversion is described as an exemplary embodiment. As in Fig. 1, the exhaust gas is fed to the combustion chamber 1 via the exhaust gas line 2. This combustion chamber 1 is designed as an annular space and thus as a rotation chamber and has a tongue-shaped end wall 7 covering an annular sector between the exhaust pipe 2 and the combustion chamber jacket 8 in the area of the mixing neck 3 (FIGS. 1 and 3). This tongue 7 is intended to ensure that the flame rotates in the combustion chamber 1 and is not carried directly into the exhaust pipe 6.

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 Einschnürung 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.The exhaust gases should only be at the optimum point in the engine exhaust system after they have been heated via the exhaust pipe 6 arranged catalyst are supplied. The transition from the combustion chamber 1 to the jacket 8 to the exhaust pipe 6 forms a conical constriction 15 The temperature of the part of the exhaust gas supply pipe 2 protruding into this combustion chamber 1 becomes glowing, so that the exhaust gas is heated by a few hundred degrees as it flows through the combustion chamber area will.

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 F.intritt, 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 schädlich; Abstrahliing 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.As the F i g. 2 and 3 show, the mixing neck 3 acting as an antechamber is tangential to the combustion chamber 1 connected and to this in turn, also with tangential inlet, the line 4 for the additional air, jo This tangential supply of the additional air forms a cooling curtain in the mixing neck 3, i. i.e. that this Chamber remains largely cold, so that no harmful; Radiation occurs. At the same time results from the rotation occurring in the mixing neck 3 (antechamber) a long residence time for the supplied fuel and the combustion air, so that an optimal swirling of the mixture is achieved. The additional air can either fed in by a small existing compressor or taken from an on-board compressed air network will. On the mixing neck 3 is also a nozzle 9 for the ignition device, for. B. a spark plug is provided.

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 Fig.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 Zerstauberritigs 18 bildende zündfähige Gemisch vermischt sich weiter noch in der zusätzlichen Mischstrecke 13 und gelangt sodann in den Mischhals 3.In the axial direction of the mixing neck 3, a mixing nozzle 5 is located behind an additional mixing section 13 Connecting part 12 is arranged, and the connections 14 for the combustion air 10 are in turn on this part 12 for an additional control line and 11 for the fuel. The mixing nozzle 5 is shown separately in FIG. In this mixing nozzle 5 is formed by air atomization of the fuel is a rich, very flammable mixture that by means of the nozzle 9 on the mixer neck 3 arranged ignition device is ignited. The mixing nozzle 5 consists of the insert. 17 for the combustion air supply and the insert 16 surrounding this insert, concentrically and at a distance, for the fuel supply. An atomizer ring 18 for the fuel is arranged in the insert 16. That is in the area of the atomizer ritual 18 forming ignitable mixture continues to mix in the additional mixing section 13 and then enters the mixing neck 3.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

! Arrangement for quick and independent Preheating of air to be admixed, preferably of additional air for a catalytic exhaust gas conversion device on internal combustion engines, consisting of a combustion chamber designed as a rotation chamber with a tangentially opening, Mixing neck designed as an antechamber, the devices for fuel, combustion air and additional air supply and are connected upstream for igniting the ignitable fuel-air mixture and with a central and axial inlet and outlet pipe for the air to be heated or the exhaust gases, characterized in that in the longitudinal axis of the mixing neck (3) a mixing nozzle (5) and between the air or exhaust gas inlet line (2) penetrating the combustion chamber (1) and the Combustion chamber jacket (8) on the outlet side of the combustion chamber (1) a 60 to 120 ° sector covering tongue-shaped end wall (7) is arranged.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the mixing neck (3) has a connecting piece (9) for the ignition device.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in front of the mixing nozzle (5) a die Connections (10 or 11) for fuel or combustion air containing connector (12) and between this mixing nozzle (5) and the mixing neck (3) a further mixing section of smaller diameter (13) is arranged.