DE2428966A1

DE2428966A1 - Abgasreaktor, insbesondere fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2428966A1
Application number: DE2428966A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Linder; Helmut Maurer; Guenter Dipl Ing Dr Woessner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-06-15
Filing date: 1974-06-15
Publication date: 1976-01-02

Description

Anlage zur Patent- und Gebr'auchsmusterhilfsanmeldung Abgasreaktor, insbesondere für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Abgasreaktor, insbesondere für Brennkraftmaschinen, im wesentlichen bestehend aus einem rohrförmigen, vorzugsweise wärmeisolierten, mindestens einen Katalysator und/oder Thermoreaktoreinsatz aufnehmenden Gehäuse und einem Übergangsstutzen zum im Durchmesser kleineren Abgaszuführrohr.
Bei den zunehmend strengen Forderungen an Gift freiheit der Abgase spielt die gleichmäßige Durchströmung des Katalysators eine große Rolle. Es ist nicht nur die Qualität der Entgiftung gleichmäßiger und leichter berechenbar, sondern es wird auch die Lebensdauer des Katalysators wesentlich verlängert. Normalerweise wird bei den Katalysatoren,die nicht gleichmäßig durchströmt werden, der in der Strömungsachse gelegene am stärksten durchströmte Teil zuerst verbrannt, während die Randbereiche noch voll funktionsfähig sind. Der in der Mitte des Katalysators unnötig hoch gehaltene Energieverlust wirkt sich in erhöhtem Kraftstoffverbrauch aus, einem Nachteil, der in Zukunft an Bedeutung noch zunimmt. Außerdem springt der Katalysator über seiten Querschnitt betrachtet im Warmlauf unterschiedlich schnell an, da die Wärmeübertragung im Bereich der höheren Geschwindigkeit bzw. des größeren Druckverlustes besser ist als in den Randbereichen.
Der Erfi:ndung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgasreaktor eingangs genannter Art zu entwickeln, bei dem der Reaktoreinsatz, der ein Katalysator bzw. ein Thermoreaktor sein kann, möglichst gleichmäßig durchströmt wird, d.h.
daß in-etwa die gleiche Abgasmenge pro Querschnittseinheit über dem ganzen Reaktorquerschnitt gesehen herrscht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Übergangsstutzen als Stromliniendiffusor auszebildet ist dessen Wandverlauf der Funktion genügt, wobei bedeutet: = Geschwindigkeit im Abgasrohr = Druckverlust im Katalysator, = Dichte des Abgases x = Koordinate silber Diffusorlänge (x=O: am aufgeweiteten Ende,d.h. am Eintritt in den Katalysator) = Geschwindigkeit am Ende des übergangsstützens vor Katalysator - 1/2 Durchmesser d.Stromliniendiffusors an der Stelle x = 1/2 des Abgasrohres 2 1 1/2 des Katalysators entnehmbar dem Tabellenwerk für Stromfunktion und Geschwindigkeitskomponenten von Quellring und Wirbelring.
Jahrbuch 1940 der deutschen Luftfahrtforschung I 547 (D. Kuchemann).
Nur mit einem Stromliniendiffusor kann ohne weitere Hilfsmittel die Strömung gleichmäßig auf die Katalysatorstirnfläche die der Strömung entgegenragt, verteilt werden. Durch Anordnung eines derartigen Diffusors an der Reaktorausgangsseite kann auch der Stau in ähnlicher Weise gleichmäßig auf den Katalysator verteilt werden.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Diffusor 1 im Querschnitt, der mit seiner Stirnseite 2 an das nicht dargestellte Abgasrohrangeschlossen ist und mit seiner Seite 3 an das Gehäuse 4 des Abgasreaktors angeschlossen ist, dessen Einsatz 5 mit seiner Stirnseite 6 den Diffusor begrenzt. Durch die Erfiildang wird angestrebt, daß diese'Stirnfläche 6 des Einsatzes 5 gleichmäßig durch die Abgasströmung,deren Richtung durch enen Pfeil dargestellt ist, beaufschlagt wird. Während v die Geschwindigkeit bei Eintritt ir, den Diffusor ist, ist mit Vk die Geschwindigkeit am Ende des Diffusors bezeichnet, also der Geschwindigkeit, mit der die Abgase auf den Katalysatoreinsatz 5 treffen. rZ wiederum ist der halbe Durchmesser am Diffusoreingang,rk der halbe Durchmesser am Diffusorausgang.
Der Luftdurcnsatzbeiwert errechnet sich aus vk : v 2 2 und ist gleich dem Parameter rS : rk , Wenn also der Durchmesser des Abgasrohres mit 2 rXund der Durchmesser des Katalysators mit 2 rk bekannt ist, läßt sich aufgrund der Stromlinienfunktion die Randstromlinie + (x), d.h. die Kont-ur des Diffusors über der Abszisse x und damit die Länge des Diffusors bestimmen. Hierbei werden die mit bezeichneten Funktionen dem Tabellenwerk für Stromfunktionen Jahrbuch 1940 (s. oben) entnommen, während die Integrale numerisch ausgewertet werden. Die physikalische Blockkonstante Ck, der Beiwert des Druckabfalls im Katalysatoreinsatz, errechnet sich gemäß der Formel wobei p der Druckverlust im Reaktoreinsatz ist und f die Gasdichte des Abgases. Hieraus wiederum läßt sich das vor dem Integral stehende c' errechnen.
Die Randst.romlinien in dimensionsloser Darstellung als Auswertung der obigen Gleichung zeigt Figur 2. Dort ist über für den Parameter aufgetragen (aus Weber: Der Einbau von Kühlern. IV Teilbericht: Mehrdimensionale Theorie der Kühlerströmung. Deuts-he Luftfahrtforschung. Untersuchungen und Mitteilungen Nr. 3020 (1943). Aerodynamische Versuchsan stalt Göttingen e.V., S. 36).

Claims

Anspruch

Abgasreaktor, insbesondere für Brennkraftmaschinen, im wesentlichen bestehend aus einem rohrförmigen, vorzugsweise wärmeisolierten mindestens einen Katalysator und/oder Thermoreaktoreinsatz aufnehmenden Gehäuse und einem Ubergangsstutzen zum im Durchmesser kleineren Abgaszuführrohr, dadurch gekennzeichnet daß der Übergangsstutzen als Stromliniendiffusor ausgebildet ist, dessen Wandverlauf der Funktion genügt, wobei bedeutet: = Geschwindigkeit im Abgasrohr = Drucl:verlust im Katalysator, = Dichte des Abgases Koordinate über Diffusorlänge (x:0: am aufgeweiteten Ende, d.h. am Eintritt iii den Katalysator) Geschwindigkeit am Ende des Übergangsstutzens vor Katalysator = 1/2 # des Abgasrohres = 1/2 # des Katalysators = 1/2 # des Stromliniendiffusors an der Stelle x entnehmbar dem Tabellenwerk für Stromfunktionen..

Jahrbuch 1940 der deutschen Luftfahrtforschung I 547 (Kuchemann), L e e r s e i t e