DE2438840A1

DE2438840A1 - Thermischer reaktor

Info

Publication number: DE2438840A1
Application number: DE2438840A
Authority: DE
Inventors: Kenji Masaki; Hatuo Nagaishi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1973-08-17
Filing date: 1974-08-13
Publication date: 1975-02-27
Also published as: GB1474956A; AU7172374A; AU460773B2; JPS5650090B2; CA1001851A; JPS5042217A; US3934412A

Description

PATENTANWÄLTE

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15. August 1974

Nissan Motor Co., Ltd.

No. 2, Takara-machi, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan

Thermischer Reaktor

Die Erfindung betrifft einen thermischen Reaktor zur Verbrennung unverbrannter Abgasbestandteile eines von einer Brennkraftmaschine mit mehreren Ausiaßkanälen ausgestoßenen Abgases vor einem Austreten in die Atmosphäre.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar zur Reinigung von Abgasen eines Kraftfahrzeugmotors, welche schädliche, unverbrannte Bestandteile, wie z.B. Kohlenmonoxyde oder Kohlenwasserstoffe enthalten, bevor diese Abgase in die Atmosphäre austreten.

Bei einem thermischen Reaktor oder einem Nachbrenner zur Nachverbrennung der aus einer Brennkraftmaschine eines

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Kraftfahrzeuges austretenden Abgase wurde bereits vorgeschlagen, den Innenraum des thermischen Reaktors mittels einer zusätzlichen Heizeinrichtung zu beheizen, damit eine für die Verbrennung der Abgase geeignete Temperatur schnell erreicht werden kann, wenn die Innentemperatur des thermischen Reaktors unter einen Wert fällt, der zu niedrig ist, um die Abgase zu verbrennen, was bei einem Motorbetrieb mit einer relativ niedrigen Last vorkommen kann. Die zusätzliche Heizeinrichtung weist im allgemeinen eine zusätzliche Kraftstoffördereinrichtung auf, wie z.B. eine Kraftstoff einspritzvorrichtung, die zusätzlichen Kraftstoff unter Druck in den Innenraum des thermischen Reaktors einspritzt, sowie eine Zündeinrichtung, wie z.B. eine Zündkerze, welche zur Entzündung des mittels der zusätzlichen Kraftstoffördervorrichtung eingespritzten zusätzlichen Kraftstoffes dient.

Jedoch verbraucht der mit der zusätzlichen Heizeinrichtung der vorgenannten Art ausgestattete thermische Reaktor eine beträchtliche Kraftstoffmenge, die ihm als zusätzlicher Kraftstoff zuzuführen ist. Außerdem ist die Konstruktion kompliziert, und die Heizeinrichtung muß eine große Wärmebeständigkeit aufweisen, weil sie den zusätzlichen Kraftstoff unter Druck in den Innenraum des thermischen Reaktors fördern muß,'der stark aufgeheizt ist und unter Druck steht.

Die Erfindung besteht darin, daß ein Außengehäuse mit einem an die Auslaßkanäle angeschlossenen Abgaseinlaß vorgesehen ist, daß in dem Außengehäuse ein Innengehäuse angeordnet ist, so daß zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse eine Außenkammer und in dem Innengehäuse eine Innenkammer gebildet wird, wobei das Innengehäuse eine Eintrittsöffnung für die Innenkammer aufweist, über welche diese mit der Außenkammer

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in Verbindung steht, sowie eine in die Atmosphäre mündende Austrittsöffnung und mehrere Löcher zur Verbindung der Innenkammer mit der Außenkammer, daß in der Innenkammer des Innengehäuses ein Oxydationskatalysator angeordnet ist, der eine Verbrennung der unverbrannten Abgasbestandteile des durch die Eintrittsöffnung des Innengehäuses zugeführten Abgases zur Erzeugung einer Reaktionswärme hervorruft, und daß in dem Innengehäuse zwischen dem Oxydationskatalysator und der Austrittsöffnung des Innengehäuses eine erste Zusatzlufteinblasdüse und in einem stromauf von dem Oxydationskatalysator befindlichen Teil eine zweite Zusatzlufteinblasdüse angeordnet sind, mittels welcher eine Einblasung von Zusatzluft in den Oxydationskatalysator erfolgt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen thermischen Reaktors;

Fig.2 eine schematische Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen thermischen .Reaktors;

Fig.3 ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen thermischen Reaktors und

Fig.4 eine schematische Darstellunq einer abgewandelten Ausführung des in der Fig.1 dargestellten thermischen Reaktors.

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In der Fig.1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen thermischen Reaktors dargestellt, der bei einer herkömmlichen Brennkraftmaschine 10 eingesetzt wird, welche mehrere Auslaßkanäle 12 aufweist, an welche eine Abgassammelleitung 14 angeschlossen ist. Die AbgasSammelleitung 14 ist ihrerseits mit einem erfindungsgemäßen thermischen Reaktor 16 verbunden. ,

Der thermische Reaktor 16, der auch unter der Bezeichnung Machbrenner bekannt ist, besitzt ein Außengehäuse 18 und ein Innengehäuse 20, die beide eine zylindrische, längliche Form aufweisen. Das Außengehäuse 18 besitzt an seinem einen Ende einen Abgaseinlaß 22 und an seinem anderen Ende einen Abgasauslaß 24. Der Abgaseinlaß 22 ist mit der AbgasSammelleitung 14 verbunden, durch welche die von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgase in den thermischen Reaktor 16 strömen, um in diesem gereinigt zu werden.

Das Innengehäuse 20 besitzt an einem Ende eine Eintrittsöffnung 26,die in Richtung des Abgaseinlasses 22 in das Außengehäuse 18 einmündet, sowie am anderen Ende eine Austrittsöffnung 28, welche in den Abgasauslaß 24 einmündet. Der äußere Rand der Austrittsöffnung 28 des Innengehäuses 20 ist gegenüber der Innenwandung des Abgasauslasses 24 des Außengehäuses 18 abgedichtet.

Zwischen dem Außengehäuse 18 und dem Innengehäuse 20 wird eine Außenkammer 30 gebildet. Eine ringförmige Trennwand teilt am stromab gelegenen Teil der Außenkammer 30 eine Zusatzluftvorwärmkanuner 34 ab. Innerhalb des Innengehäuses 20 befindet sich eine Innenkammer 36. In einem stromauf gelegenen Teil der Innenkammer 36 ist ein für die Verbrennung

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dienender Katalysator 38 befestigt. Der Katalysator 38 kann blockförmig oder wabenförmig aufgebaut sein und eins Vielzahl von frei durchgängigen Löchern aufweisen. Eine Katalysatorsubstanz, wie z.B. ein Metall der Plutoniumgruppe ist auf der Oberfläche des Katalysators angelagert. Innerhalb der Innenkammer 36 wird zwischen dem Katalysator 38 und der Austrittsöffnung 28 des Innengehäuses 20 eine Nachbrennkammer 40 gebildet. Die Nachbrennkammer ,40 steht mit der Außenkammer 30 über mehrere Löcher 42 in Verbindung, die sich in der Wandung des Innengehäuses 20 befinden.

Eine erste Zusatzlufteinblasdüse 44 erstreckt sich von der Innenfläche der Zusatzluftvorwärmkammer 34 in die Nachbrennkammer 40 und verläuft entlang der Längsachse der Innenkammer 36 in Richtung zum Katalysator 38. Die erste Zusatzlufteinblasdüse 44 besitzt mehrere Löcher 45, durch welche die Zusatzluft in die Nachbrennkammer 40 eingeblasen wird. Die erste Zusatzlufteinblasdüse 44 steht mit der Zusatzluftvorwärmkammer 34 in Verbindung, v/o die Zusatzluft vor dem Einblasen aufgewärmt wird. Die Vorwärmkammer 34 ist ihrerseits über eine Zusatzluftleitung 46 mit einer nicht dargestellten Zusatzluftquelle verbunden, wie z.B. mit einer Luftpumpe.

In der Innenkammer 36 ist stromauf des Katalysators 38 eine zweite Zusatzlufteinblasdüse 48 angeordnet, die durch das Außengehäuse hindurchgreift und in das Innengehäuse 20 einmündet. Die zweite Zusatzlufteinblasdüse 48 ist ihrerseits über eine Zusatzluftleitung 50 an die Zusatzluftleitung 46 angeschlossen. In der .Zusatzluftleitung 50 ist ein Magnetventil oder ein Strömungssteuerventil 52 angeordnet, das über eine Leitung 54 elektrisch an einen Sensor.zur Erfassung der Motorlast oder an einen auf die Motorlast ansprechenden

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Schalter 56 angeschlossen ist. Der Sensor oder Schalter 56 ist derart geschaltet, daß das Magnetventil 52 erregt wird und die Zusatzluftleitung 50 verschließt, wenn die Motorlast einen vorbestimmten Wert überschreitet, so daß die Zusatzluftströmung durch die Leitung 50 unterbrochen wird. Der auf die Motorlast ansprechende Schalter 56 kann auch an eine nicht dargestellte Drosselklappe angeschlossen sein und das Magnetventil 52 erregen, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Während des Betriebes werden die Abgase von der Brennkraftmaschine 10 durch die AbgasSammelleitung 14 in den thermischen Reaktor 16 geleitet. Wenn die Abgastemperatur z.B. während eines Betriebes mit einer kleinen Motorlast relativ niedrig ist, dann wird der Teil der Abgase, der durch die Eintrittsöffnung 26 in den stromauf gelegenen Teil der Innenkammer 36 gelangt, mit der durch die zweite Zusatzlufteinblasdüse 48 eingeblasenen Zusatzluft vermischt, da das Magnetventil 52 bei diesem Betriebszustand geöffnet ist und eine Strömung von Zusatzluft durch die Zusatzluftleitung zuläßt. Das Gemisch gelangt dann durch den Katalysator 38, damit die unverbrannten, schädlichen Bestandteile der Abgase verbrannt werden. Während dieses Verfahrensschrittes verbrennt das Kohlenmonoxyd der unverbrannten, schädlichen Bestandteile, wobei eine Reaktionswärme erzeugt wird. Die ver brannten heißen Abgase treten-aus dem Katalysator 38 aus und gelangen in die Nachbrennkammer 40. Der andere Teil der Abgase, der in den thermischen Reaktor 16 geleitet wurde, strömt in die Außenkamraer 30 und dann durch die Löcher 42 in die Nachbrennkammer 40, wobei eine Wirbelströmung entsteht. Die noch unverbrannte Bestandteile enthaltenden Abgase werden mit den verbrannten heißen Gasen des Katalysators 38 gemischt und von

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diesen aufgeheizt. Die aufgeheizten Abgase werden ferner mit Zusatzluft gemischt, die durch die in der ersten Zusatz lufteinblasdiise 44 angeordneten Löcher 45 eingeblasen wird, damit die noch verbleibenden unverbrannten Bestandteile, wie z.B. Kohlenmonoxyde' und Kohlenwasserstoffe verbrannt werden.

Zur wirksamen Ausnutzung des für die Verbrennung dienenden Katalysators 38 muß die Temperatur der durch den Katalysator hindurchströmenden Abgase mindestens 40O⁰C betragen oder die Temperatur muß so hoch sein, daß der Katalysator 38 aktiviert wird, und die Abgase müssen genügend Sauerstoff aufweisen, damit eine katalytische Oxydation stattfindet. Infolge der Einblasung von Zusatzluft in den Abgasstrom stromauf des Katalysators 38 erfolgt bei dem erfindungsgemäßen thermischen Reaktor eine Verbrennung und ein Ansteigen der Temperatur der Abgase auf einen genügend hohen Wert, so daß der Katalysator 38 aktiviert wird. Der aktivierte Katalysator nutzt dann den verbleibenden Sauerstoff für die anschließende Verbrennung aus, bei welcher die Wärme erzeugt'wird. Der Katalysator 38 kann deshalb selbst dann aktiviert werden, um die ihm zugedachte Funktion auszuführen, wenn die Temperatur der von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgase nicht hoch genug ist, um den Katalysator 38 zu aktivieren, v/as z.B. während eines Motorbetriebes mit geringer Last vorkommen kann. Vorzugsweise beträgt das Querschnittsverhältnis der Eintrittsöffnung 26 zu den Löchern 42 2 : 8 bis 3 : 7, so daß 20 bis 30 Volumenprozent der gesamten Abgasmenge durch die Eintrittsöffnung 26 in den Katalysator 38 gelangen, während 70 bis 80 Volumenprozent der gleichen Abgasmenge durch die in der Wandung des Innengehäuses angeordneten Löcher 42 in die Nachbrennkammer 40 eintreten. Dadurch wird

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eine gute Wirbelströmung der Abgase innerhalb der Nachbrennkammer 40 bewirkt und infolgedessen eine befriedigende Nachverbrennung der unverbrannten Bestandteile erreicht.

Wenn die Temperatur der Abgase relativ hoch ist oder während eines Betriebes der Brennkraftmaschine bei einer großen Last, dann hört die Verbrennungsreaktion innerhalb des Katalysators 38 infolge eines die Reaktion bewirkenden Mangels an Sauerstoff auf, da das Magnetventil 52 geschlossen ist und infolgedessen durch die zweite Zusatzlufteinblasdüse 48 keine Zusatzluft eingeblasen wird. Infolgedessen wird das von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßene gesamte Abgas in der Nachbrennkammer 40 nur durch eine Vermischung mit durch die erste Zusatzlufteinblasdüse 44 eingeblasene Zusatzluft verbrannt.

In der Fig'. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das dem in der Fig.1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit folgenden Ausnahmen entspricht: Ein Außengehäuse 18 des thermischen Reaktors 16 ist über mehrere Abgaseinlässe 22 unmittelbar an die entsprechenden Auslaßkanäle 12 einer Brennkraftmaschine 10 eines Kraftfahrzeuges angeschlossen. In jeden Auslaßkanal 12 münden zweite Zusatzlufteinblasdüsen 48 ein. Innerhalb des Außengehäuses 18 sind ein erstes und ein zweites Innengehäuse 20a und 20b symmetrisch angeordnet, in denen sich ein erster und ein zweiter für die Verbrennung dienender Katalysator 38a bzw. 38b befinden. Das erste und das zweite Innengehäuse 20a und 20b münden jeweils mit ihren Austrittsöffnungen 28a und 28b in eine Kammer 60 ein, die zwischen den Austrittsöffriungen 28a und 28b von einem ringförmigen Verbindungsflansch 62 mit einem U-förmigen Querschnitt gebildet wird. Der Abgasauslaß 24 greift durch das Außengehäuse 18 hindurch und ist an den ringförmigen Verbindungsflansch 62 angeschlossen. Durch die Katalysatoren

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38a und 38b erstrecken sich eine erste Zusatzlufteinblasdüse 44a und eine zweite Zusatzlufteinblasdüse 44b symmetrisch von den beiden Enden des Außengehäuses 18 durch die jeweilige Eintrittsöffnung 26a und 26b und den katalysator 38a und 38b jeweils in eine entsprechende Nachbrennkammer 40a bzw. 40b. Ein Paar dritter Zusatzlufteinblasdüsen 64a und 64b sind in den entsprechenden Eintrittsöffnungen 26a und 26b eines jeden Innengehäuses 20a und 20b angeordnet und umgreifen die ersten Zusatzlufteinblasdüsen 44a bzw. 44b.,.

Wenn die Temperatur der Abgase während des Betriebes relativ niedrig ist oder wenn die Brennkraftmaschine unter niedriger Last läuft, dann werden die von der Brennkraftmaschine 10 aüsgestoßenen Abgase zunächst mit Zusatzluft gemischt, welche durch die zweiten Zusatzlufteinblasdüsen 48 eingeblasen wird, da ein Magnetventil oder ein Strömungssteuerventil geöffnet ist und eine Zusatzluftströmung ermöglicht, und anschließend gelangt das Abgasgemisch in die Außenkammer Ein Teil der Abgase wird durch die Eintrittsöffnungen 26a und 26b in das jeweilige Innengehäuse 20a und 20b geleitet. Dieser Abgasteil wird dann mit der durch die dritten Zusatzlufteinblasdüsen 64a und 64b eingeblasenen Zusatzluft gemischt und anschließend für eine Verbrennung in die Katalysatoren 38a und 38b geleitet. Wie bereits beschrieben, wird dieser Abgasanteil durch eine vor dem Eintritt in den Katalysator stattfindende Verbrennung und durch die Reaktion in den Katalysatoren 38a und 38b aufgeheizt und gelangt dann in die Nachbrennkammern 40a und 40b, während der andere Teil der Abgase durch öffnungen 68a und 68b, die sich in einem Paar ringförmiger Trennwände 66a und 66b befinden, und durch mehrere in den Innengehäusen 20a und 20b befindliche Löcher 42 oder

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direkt durch die Löcher 42 in die Nachbrennkammern 40a und 40b zugeführt.

In den Nachbrennkammern 40a und 40b wird der andere Teil der Abgase durch die aus den Katalysatoren 38a und 38b austretenden verbrannten Gase aufgeheizt und werden dann durch eine Mischung mit Zusatzluft verbrannt, die durch die ersten Zusatzlufteinblasdüsen 44a und 44b eingeblasen wird. Die auf diese Weise verbrannten und gereinigten Abgase der Brennkraftmaschine 10 strömen dann durch die jeweilige Austrittsöffnung 28a und 28b in die Kammer 60 ein und treten anschließend durch den Abgasauslaß 24 in die freie Atmosphäre aus. Bei diesem Ausführungsbeispiel kommt die gesamte Zusatzluftmenge, die durch die ersten, zweiten und dritten Zusatzlufteinblasdüsen zugeführt wird, von einer nicht dargestellten Zusatzluftquelle und wird aus einer Zusatzluftvorwärmkaramer 34 entnommen, die den Abgasauslaß 24 umgibt.

Wenn die Abgastemperatur relativ hoch ist oder wenn die Brennkraftmaschine mit großer Last betrieben wird, dann wird die Einblasung der Zusatzluft durch die Zusatzluftdüsen 48 unterbrochen, da das Magnetventil 52 geschlossen ist und den Zusatz luftstrom durch die Zusatzluftleitung 50 unterbricht.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die zweiten Zusatzlufteinblasdüsen 48 lediglich in den beiden Auslaßkanälen 12 angeordnet sein, die sich am weitesten links und am weitesten rechts befinden. Die Nachbrennkammern 40a und 40b werden während des Motorbetriebes immer aufgeheizt, da durch die dritten Zusatzlufteinblasdüsen 64a und 64b immer eine für die Oxydationsreaktion in den Katalysatoren 38a und 38b ausreichende Zusatzluftmenge eingeblasen wird. Die öffnungen 68a und 68b, die in den entsprechenden Trennwänden 66a und

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66b angeordnet sind, bieten insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit wenigen Brennkammern einen Vorteil, da sie die in die Katalysatoren 38a und.38b eintretende Abgasmenge steuern.

In der Fig.3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen thermischen Reaktors dargestellt, dessen Anordnung so gewählt ist, daß das von den linken drei Zylindern der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßene Abgas durch einen ersten Abgasnebeneinlaß 22a in einen für eine Verbrennung dienenden Katalysator 38 eintritt, während das von den rechten drei Zylindern ausgestoßene Abgas durch wenigstens einen zweiten Abgasnebeneinlaß 22b in eine Nachbrennkammer 4O eintritt. Die Abgastrennung erfolgt mittels einer ringförmigen Trennwand 76 oder eines in der Außenkammer 30 angeordneten Teilers. Die Außenkammer 30 ist daher in einen ersten und einen zweiten Außenkammerteil 30a bzw. 30b unterteilt.

Wenn die Abgastemperatur relativ niedrig ist oder die Brennkraftmaschine unter höher Last läuft, dann gelangen die Abgase der linken drei Zylinder der Brennkraftmaschine 10 durch den ersten Abgasnebeneinlaß 22a in den ersten Außenkammerteil 30a des thermischen Reaktors 16, nachdem sie vorher mit Zusatzluft vermischt wurden, die durch die Zusatzlufteinblasdüsen 48 eingeblasen wird. Die Abgase werden ferner mit Zusatzluft gemischt, die durch die' dritte Zusatzlufteinblasdüse 64 für eine Verbrennung in den Katalysator 38 eingeleitet wird. Wie bereits ausgeführt, werden die Abgase durch eine Vorverbrennung und durch eine anschließende Reaktion im Katalysator 38 aufgeheizt und gelangen dann in die Nachbrennkammer 40. Während der größere Abgasanteil von den rechten drei Zylindern der Brennkraftmaschine 10 von dem zweiten Abgasnebeneinlaß 22b

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durch relativ große, sich in dem Innengehäuse 20 befindliche Löcher 42a eingeführt wird, strömt der kleinere Teil der gleichen Abgase durch die relativ kleinen Weher 42b, nachdem dieser Anteil mittels eines zylinderförmigen Ablenkbleches 78 umgelenkt worden ist. Die auf diese Weise eingeleiteten Abgase werden durch eine -Vermischung mit vorgewärmten Abgasen, die aus dem Katalysator 38 austreten, aufgewärmt und anschlieBend durch eine Vermischung mit Zusatzluft verbrannt, die durch in der ZusatzlufteinblasdUse 44 angeordnete Löcher 45 eintritt, wobei die ZusatzlufteinblasdUse 44 Über eine Zusatzluftvorwärrakammer 34 mit einer nicht dargestellten Zusatzluftquelle verbunden ist.

Wenn die Temperatur der Abgase relativ hoch ist oder wenn die Brennkraftmaschine mit hoher Last läuft, dann wird die Einblasung von Zusatzluft durch die Zusatzlufteinblasdüsen 48 unterbrochen, da ein Hagnetventil oder ein Strömungssteuerventil 52 von einem auf die Motorlast ansprechenden Sensor oder Schalter 56 geschlossen wird, so daß die Zusatzluftströmung durch die Zusatzluftleitung 50 unterbrochen ist.

Wenn die Abgastemperatur ansteigt und einen vorbestimmten Wert Oberschreitet, dann öffnet ein auf die Temperatur ansprechendes Ventil 80, wie z.B. ein von einem Bimetall gesteuertes Ventil und leitet das Gas von dem ersten AbgasncbeneinlaB 22a durch einen Kanal 82 zum zweiten Außenkiimmerteil 30b. Obwohl dauernd durch die dritte ZusatzlufteinblasdUse 64 Zusatzluft in den Katalysator 38 gelangt, wird dadurch die in dem Katalysator 38 erzeugte Reaktionswärme gesteuert, so daß eine thermische Beschädigung des Katalysators 38 verhindert wird.

Weil bei dienern AusfUhrungsbeispiel die Nnchbrennkammer 40

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relativ lang ist, erfolgt eine zufriedenstellend« Verbrennung der Abgase. Da außerdem ein verhältnismäßig großer Abgasanteil während eines niedrigen I.astzustandes des Motors mit der Zusatzluft in den Katalysator 38 gelangt, erfolgt eine schnellt Aufwärmung des thermischen Reaktors 16.

In der Fig.4 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der in der ?ig.1 dargestellten Ausführung gezeigt, bei welchem eine Eintrittsöffnung 26 eines Innengehäuses 20 eines thermischen Reaktors 16 an eine Bypass-Leitung 90 angeschlossen ist, in welche eine zweite Zusatzlufteinblasdüse 48 einmündet. Außerdem ist in dem Abgaseinlaß 22 des thermischen Reaktors 16 ein Abgase tellerventil 92 drehbar angeordnet. Das Abgas-Bteuerventil 92 kann mechanisch mit dem nicht dargestellten Gaspedal verbunden und so angeordnet sein, daß es im wesentlichen proportional zur Motorlast oder zum Niedertreten des Gaspedals öffnet.

Wenn die Temperatur der von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßenen Abgase bei dor in der F«.g.4 dargestellten Konstruktion des thermischen Reaktors relativ niedrig ist oder wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf läuft, dann wird fast das ganze von der Brennkraftmaschine 1O ausgestoßene Abgas durch die Bypass-Leitung 90 zur Eintrittsöffnung 26 des Innengehäuses 20 geleitet, da das Abgas !Steuerventil 92 geschlossen ist. In der Bypass-Leitung 90 werden die Abgase mit der durch die zweite Zusiatr.lufteinblasdllse 48 eingeblasenen Zusatzluft gemischt. Die Abgase werden durch einen Oxvdationskatalysator 38 geleitet, wo die Kohlenmonoxyde verbrannt werden, und treten anschließend in die Nachbrennkammer 40 ein. Die anderen unverbrannten Abgasbestandteile werden nach einer Vermischung mit Zusatzluft verbrannt,

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welche durch die erste ZusatzlufteinblasdUse 44 eingeblasen wird.

Wenn das Gaspedal niedergetreten wird und die Temperatur der von der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßenen Abgase angehoben ist, dann ist c*-J Abgassteuerventil 92 geöffnet, und der größere Abgasanteil der Brennkraftmaschine 10 wird durch den Abgaseinlaß 22 in die Außenkammer 30 des thermischen Reaktors 16 geleitet. Die Abgase gelangen durch Löcher 42 des Innengehäuses 20 in die Nachbrennkammer 40. Der kleinere Abgasanteil der Brennkraftmaschine 10 strömt durch die Bypass-Leitung 90 in den Katalysator 38. Die in dem Katalysator 38 oxydierten Abgase strömen in die Nachbrennkammer 40 und vermischen sich mit denjenigen Abgasen, die durch die Löcher 42 einströmen. Das Abgasgemisch wird anschließend durch eine weitere Vermischung mit der Zusatzluft verbrannt, die durch die erste ZusatzlufteinblasdUse 44 eingeblaser. wird. Das auf diese Weise verbrannte und gereinigte Abgas tritt durch den Abgasauslaß 24 in die freie Atmosphäre aus.

Bei den in den Fig.1 bis 4 dargestellten AusfUhrungsbeispielen können Zündeinrichtungen, wie z.B. nicht dargestellte zündkerzen, in einem Teil der Innenkammer 36 stromab der für die Verbrennung dienenden Katalysatoren 38 angeordnet sein, welche die Abgase während des anfänglichen Motorbetriebes entzünden.

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Claims

Patentansprüche

Thermischer Reaktor zur Verbrennung unverbrannter Abgasbestandteile eines von einer Brennkraftmaschine¹ »it mehreren Auslaskanälen ausgestoßenen Abgases vor einem Austreten in die Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet , daß ein Außengehäuse (18) sit einen an die Auslaßkanäle (12) angeschlossenen Abgaseinlafi (22) vorgesehen ist, daß in dem Auflengehause ein Innengehäuse (20) angeordnet ist, so daß zwischen dem AuBengehluse und dem InnengehMuse eine Außenkammer (30) und in dem Innengehäuse eine Innenkammer (36) gebildet wird, wobei das InnengehMuse eine Eintrittsöffnung (26) für die Innenkammer aufweist, über welche diese mit der AuBenkamner in Verbindung steht, sowie eine in die Atmosphäre mündende Austrittsöffnung (28) und mehrere Löcher (42) zur Verbindung der Innenkammer mit der Außenkammer, daß In der Innenkammer des Xnnengehäunes ein Oxydationskatalysator (38) angeordnet ist, der eine Verbrennung der unverbrannten Abgasbestandteile des durch die Eintritteöffnung des Innengehäuses zugeführten Abgases zur Erzeugung einer Reaktionswärme hervorruft, und daß in dem Innergehäuse zwischen dem Oxydationskatalysator und der Auatrittsöffnung des Innengehäuses eine erste Zusatzlufteinblasdtlse (44) und in einem stromauf von dem Oxydationskatalysator befindlichen Teil eine zweite ZusatzluftoinblasdUse (48) angeordnet sind, mittels welcher eine Einblasung von Zusatzluft in den Oxydationakatalysator erfolgt.

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2. ' Thermischer Reaktor nach Anspruch 1 _f dadurch gekennzeichnet , daß ein Strömungssteuerventil (52) vorgesehen ist, welches an die zweite Zusatz lufteinblasdüse (48) angeschlossen ist und den Zusatz luftstrom zu der zweiten Zusatzlufteihblasdüse unterbricht, wenn die gemessene Motorlast einen vorbestimmten Wert übersteigt.
3. Thermischer Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Strömungssteuerventil ein Magnetventil (52) ist, das elektrisch an einen die Motorlast messenden Sensor (56) angeschlossen ist, und daß das Magnetventil schließt und den Zusatzluftstrom unterbricht, wenn der Sensor eine den vorbestimmten Wert übersteigende Motorlast mißt.
4. Thermischer Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Querschnittsverhältnis der Eintrittsöffnung (26) zu den Löchern des Innengehäuses (20)2 : 8 bis 3 : 7 beträgt.
5. Thermischer Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Zusatzlufteinblasdüse (48) in einem stromauf des Oxydatiom katalysators (38) gelegenen Teil der Innenkammer (20) angeordnet ist.
6. Thermischer Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere zweite Zusatz]ufteinblasdüsen (48) vorgesehen sind, von denen jeweils eine Zusatzlufteinblnsdüse in jedem Auslaßkanal (12) eingeordnet ist (Fig.2).

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7. Thermischer Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß in der Eintrittsöffnung (26) der Innenkammer (36) eine dritte Susatzlufteinblasdüse (64) angeordnet ist, welche dem Oxydationskatalysator (38) Zusatzluft zuleitet.
8. Thermischer Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein StrömungsSteuerventil (52) vorgesehen ist, welches an die zweiten Zusatzlufteinblasdusen (48) angeschlossen ist, um den Zusatzluftstrom von einer Zusatzluftquelle zu den zweiten Zusatzlufteinblasdusen zu unterbrechen, wenn die gemessene Motorlast einen vorbestimmten Wert überschreitet (Fig.2).
9. Thermischer Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenkammer (30) mittels einer-Trennwand (76) in einen ersten und einen zweiten Außenkammerteil (30a,30b) unterteilt ist, und daß der erste Außenkammerteil mit einem stromauf des Katalysators (38) gelegenen Teil der Innenkammer (36) und der zweite Außenkammerteil mit einem stromab des Katalysators gelegenen Teil der Innenkammer in Verbindung steht (Fig.3).
10. Thermischer Reaktor nach-einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Abgaseinlaß (22) einen ersten Abgasnebeneinlaß (22a) aufweist, der den ersten Außenkammerteil (30a) mit einem Teil der Auslaßkanäle (12) verbindet, sowie wenigstens einen zweiten Abgasnebeneinlaß (22b), der den zweiten Außenkammerteil (30b) mit dem entsprechenden anderen . Teil der Auslaßkanäle verbindet.

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11. Thermischer Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß ein auf die Temperatur ansprechendes Ventil (80) vorgesehen ist, welches eine Strömung der durch den ersten Abgasnebeneinlaß zugeführten Abgase in den zweiten Außenkammerteil (30b) ermöglicht, wenn die Abgastemperatur einen vorbestimmten Viert übersteigt,
12. Thermischer Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß eine Bypass-Leitung (9O) vorgesehen ist, welche die Eintrittsöffnung (26) des Innengehäuses (20) mit den Auslaßkanälen (12) der Brennkraftmaschine (10) verbindet, und daß im Abgaseinlaß (22) ein Abgasströmungssteuerventil (92) angeordnet ist, welches die mittels der Bypass-Leitung an dem Abgaseinlaß (22) vorbeigeleitete Abgasmenge in Abhängigkeit von der Motorlast steuert.
11. Thermischer Reaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Zusatzlufteinblasedüse (48) in der Bypass-Leitung (90) angeordnet ist.
14. Thermischer Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die das Abgasströmungsventil (92) im v/esentlichen proportional zur Motor last öffnet.

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