DE2716458A1

DE2716458A1 - Vehicle engine silencer exhaust gas cooler - has integrated gas conversion unit esp. thermal reactor

Info

Publication number: DE2716458A1
Application number: DE19772716458
Authority: DE
Inventors: Hans Karl Dr Leistritz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-14
Filing date: 1977-04-14
Publication date: 1978-10-19

Abstract

The cylinder exhaust pipes (9) of a combustion engine lead to an expansion area (10). From this area it flows directly into a silencer, alternatively, it flows into a silencer after flowing through an intermediate space which is mounted in the silencer. The gas flow pipes in which the cooled exhaust flows, leads the gas to a gas converter esp. a thermal reactor. The first expansion area from which untreated gas is fed to the cooling unit has a heat exchanger wall common with the hottest area of the after burner chamber.

Description

Zusatzpatentanmeldung zu P 23 51 669.0Additional patent application for P 23 51 669.0

Bezeichnung : Abgaskühler bei Schalldämpfern mit integrierter Abgasumwandlung.Designation: Exhaust gas cooler for silencers with integrated exhaust gas conversion.

Beschreibung In der Hauptanmeldung P 23 51 669.0 ist ein Abgaskühler beschrieben worden, der das Abgas aus den ersten Entspannungsraum, der einer rohrartigen Zuführungsleitung, die an den Motorauslass angeschlossen ist, folgt, entimmt und mit einer oder mehreren Leitungen einem Gassammelraum zuführt. Aus letzterem erfolgt der Rückweg in die Gasführungsanlage, und zwar in eine der Kammern, welche dem ersten Entspannungsraum folgen, wiederum mit einer oder mehreren Rohrleituneen. Das Atgaskühlsystem liegt ausserhalb der Baueinheit, mit welcher es durch Zu- und Ablaufrohre verbunden ist. Es ist die Aufgabe dieser Zusatzanmeldung , die ausserordenteichen Vorteile, welche durch eine äusserste Hersbkühlung des Abpases nutzbar sind, auch fur jene Konstruktionszusammenhange zu Gewinnen, bei denen Abgasumwandlungsprozesse nicht direkt an Motorauslass angeordnet sind, sondern aus verschiedenen Gründen erst nach jenen Bauelenenten, welche für die Anstimmung der Motorleistung aus den Erfahrungen des Schalldänpferbaus notwendig sind. Jene 3auelemente sind die an den Xotorauslass angeschlossene Rohrleitung, der Entspannungsraum, in den sie führt, und die Rohrleituno, die aus diesem Entspannungsraum herausführt. Das foleende Schema zeigt, in welcher Weise die Abkühlung unbehandelten Abgases mit einen Kühlsystem, das der Hauptanmeldung gleicht, eeeipnet ist, die thermische Be@@-stung der Gesamtanlage durch eine Abgasumwandlungsreinrichtung zu beheben und inner halb welchen Gesamtkonzeptes dies sinnvoll ist. Description In the main application P 23 51 669.0 there is an exhaust gas cooler has been described of the exhaust gas from the first expansion space, which is a pipe-like Feed line, which is connected to the engine outlet, follows, withdraws and feeds with one or more lines to a gas collecting space. From the latter takes place the way back into the gas routing system, namely into one of the chambers, which is the first Follow the relaxation room, again with one or more pipeline tunnels. The atomic gas cooling system lies outside the structural unit, with which it is connected by inlet and outlet pipes is. It is the task of this additional registration to discover the extraordinary advantages, which can be used by extreme cooling of the exhaust gas, also for those Design relationships to gain where exhaust gas conversion processes are not are arranged directly at the engine outlet, but for various reasons only after those components that are used to tune the engine performance from experience of the silencer construction are necessary. Those 3 components are those at the xotor outlet connected pipeline, the relaxation room into which it leads and the pipeline unit, which leads out of this relaxation space. The following scheme shows in which Way the cooling of untreated exhaust gas with a cooling system, that of the main application equals, eeeipnet is, the thermal loading of the entire system through an exhaust gas conversion device to be remedied and within which overall concept this makes sense.

Das Schema zeigt mit Ziffer 1 das thermische Niveau des Abgases im Augenblick der Primäverbrennung im Motorbrannraum eines Ottomotors (ca. 2000° C). Die sich anschliessende Gasführungsanlage, bestehend in beschriebener Weise aus einem (oder beim Mehrzylindenmotor mehreren) Rohr (3)und dem Entspannungsraum (4), in welchen es mündet. Auf diesem Wege ist bereits eine thermische Absenkung um mehr als 1300° zu verzeichnen, wobei z.B. durch die Leerhübe eines Viertaktmctors bsrcits am Auslassenventil nur noch ca. 850° C gemessen werden. Im Entspannungsraum sind meist zwischen 400 und 600° C zu messen, wobei die Spanne durchdie Abhängigkeit vom Betriebszustand des Rotors gegeben ist. illit einer Kühlstrecke 5 ist je nach Auslegung ihrer Abstrahlflächen praktisch jede thermische Absenkung in Annäherung an die Temperatur der freien Atmosphäre erreichbar. Der erste und als Merkmal definierbare Gesichtspunkt fur die konstruktive Zuordnung dieses Ergebnisses zur Lösung von thermischen Problemen einer Abgasumwandlungsanlage besteht darin, dass erstens unmittelbar hinter der in der Hauptanmeldung beschriebenen Kühlstrecke jener Gasführungsabschnitt beeinnt, welcher die Zulaufstrecke zu einer Abgasumwandlungsanlarge darstellt, und (gleichzeitig damit) zweitene, dass diese Zulaufstrecke, im Schema mit Ziffer 6 an ihrem Beginn bezeichnet, eine gemeinsame Wärmetauschwandung mit einer de Abgasumwandler nachgeordneten Folgestrecke (12) aufweist, welche möglichst weit stromabwarts, d.h. in Nähe des Austritts in die freie Atmosphäre ihre Position hat.- Als Beispiel ist im Schema eine Abgasumwandlungsanlage in der Form der direkten thermischen Nachverbrennung vorausgesetzt, bei welcher im Nachbrenraum Temperaturen um die 1000° C auftreten. in dem mit Ziffer 12 bezeichneten stromabwärtigen Gasführungsabschnitt werden infolgedessen Temperaturen um die 400° C vorausgesetzt.The diagram shows with number 1 the thermal level of the exhaust gas at the moment of primary combustion in the engine combustion chamber of a gasoline engine (approx. 2000 ° C). The adjoining gas routing system, consisting in the manner described of one (or, in the case of a multi-cylinder engine, several) pipe (3) and the expansion space (4) into which it opens. In this way, a thermal lowering of more than 1300 ° can already be recorded, whereby, for example, only approx. 850 ° C are measured at the exhaust valve due to the idle strokes of a four-stroke engine bsrcits. In the relaxation room, between 400 and 600 ° C are usually measured, the range being given by the dependence on the operating state of the rotor. With a cooling section 5, depending on the design of its radiating surfaces, practically any thermal lowering that approximates the temperature of the free atmosphere can be achieved. The first aspect, which can be defined as a feature, for the structural assignment of this result to the solution of thermal problems of an exhaust gas conversion system is that, firstly, immediately after the cooling section described in the main application, that gas routing section affects the inlet section to an exhaust gas conversion extension, and (at the same time) second, that this inlet section, designated in the scheme with number 6 at its beginning, has a common heat exchange wall with a downstream section (12) downstream of the exhaust gas converter, which has its position as far downstream as possible, ie in the vicinity of the outlet into the free atmosphere. As an example, the scheme assumes an exhaust gas conversion system in the form of direct thermal afterburning, in which temperatures around 1000 ° C occur in the afterburning chamber. As a result, temperatures of around 400 ° C. are assumed in the downstream gas guide section designated by the number 12.

An der Wandung erfolgt dies- und jenseitig die Beaufschlagung der an ihr entlangströmenden Medien im gegenstrom, sodass die Auslegungsaufgabe darin besteht, sofern Wärmetauschgewinn von ca. 100°C beabsichtigt ist, dem stromabwärts in den Raumteil 13 weiterfliessenden Nachbrennerabgas eine Absenkung auf ca. 300°C zu erteilen und dem aus Raumteil 6 in Raumteil 7 weiterlaufenden unbehandelten Abgas eine etwa ähnliche Temperaturehöhung zu vermitteln. in gleicher Weise erfolgen temperatursenkung und -erhöhung im Wärmetauschprozess zwischen dem Raumteil 11 und dem Raumteil 7.On the wall there is the impingement on one side and the other media flowing along it in countercurrent, so that the design task therein there is, if heat exchange gain of approx. 100 ° C is intended, the downstream Afterburner exhaust gas continuing to flow into the space part 13 is reduced to approx. 300 ° C to be granted and the untreated exhaust gas continuing from room part 6 into room part 7 to convey an approximately similar increase in temperature. the temperature is lowered in the same way and increase in the heat exchange process between the space part 11 and the space part 7.

Der durch Pfeil in Schema bezeichnete Wärmetausch von Nachbrennraum 9 auf die Zulaufstrecke (von Abgas und Zusatzluft) 8 erribt sich nur noch zum Teil über Wärmetauschwandungen, weil dort die direkte Wärmestrahlung aus Nachbrennerzonen in Beschickunesstrecken eine grosse Rolle spielt. Das aber sind im übrigen Probleme der konstruktiven Auslegung und vor allem des Konzeptes, das dem Abgasumwandler vom System her zugrundeliert.The heat exchange from the afterburning chamber indicated by the arrow in the diagram 9 on the inlet section (of exhaust gas and additional air) 8 is only partially lost via heat exchange walls, because this is where the direct heat radiation from afterburner zones plays a major role in loading lines. But these are other problems the structural design and, above all, the concept behind the exhaust gas converter based on the system.

Es ist aber aus dem Schema noch ein zweiter Gesichtspunkt erkennbar, der als konstniktiver Vorteil aus der Zueinanderordnung einer Kühleinrichtung unbehandelten Motorabgases mit einer Abgasumwandlungsanlage gewinnbar ist. Die Voraussetzung hierfur ist der Umstand, dass der Entspannungsraun (Ziffer 3 der Figuren 1 und 2 der Hauptarmelduno), aus welchen die Xhleinrichtuno abzweigt (Rohre 4 der Figuren 1 und 2 der Hauptanmeldung), durch die hierdurch herbeigeführte Wärmeabführung nur geringe Wärmeakkumulationswirkungen aufweist : es werden sich Temperaturhöhen von etwa 4000 zwar schnell aufbauen, ihrer Steigerung sind aber durch den ständigen Gasabfluss in Zonen, die ausserhalb des Bauteils gelegen sind, deutliche Begrenzungen auferlegt. Wird nunmehr eine Wärmetauschwandung zwischen dem durch eine solche Kühleinrichtung gefolgten Entspannungsraum (Ziffer 4 des Schemas)und einem Nachbrernerraum (9) oder seinem Foleeraum (10) vorgesehen, so wird sich dies in der Phase des Kaltstarts infolge des schnelleren Wärmeaufbaus im Entspannungsraum positiv für den Nachbrennerstart auswirken und nach Erreichen des thermischen Beharrungszustandes in Nachbrenraum mit einer Wärmeflussumkehr vom Nachbrenner in den Entspannungsraum (4) äussern. Gerade letzteres ist von grösster Bedeutung, weil durch eine dies berücksichtigende Auslegung der wärmeabführenden Kühlstrecke (5) infolge des an der Wärmetauschwandung herrschenden Temperaturgefälles um die 400° eine äusserst wirksame thermische Enbegrenzung des Temperaturanstiegs innerhalb des Nachbrennraums erzielbar ist.But a second point of view can be recognized from the scheme, the one that is untreated as a constituent advantage from the correlation of a cooling device Engine exhaust gas can be obtained with an exhaust gas conversion system. The prerequisite for this is the fact that the relaxation room (number 3 of Figures 1 and 2 of the main armelduno), from which the Xhleinrichtuno branches off (pipes 4 of Figures 1 and 2 of the main application), only minor heat accumulation effects due to the heat dissipation brought about by this has: temperature heights of about 4000 will build up quickly, theirs However, increases are due to the constant flow of gas in zones that are outside the Components are located, significant limitations are imposed. Now becomes a heat exchange wall between the relaxation space followed by such a cooling device (item 4 of the scheme) and a secondary burner room (9) or its Foleeraum (10) provided, so this will be in the cold start phase due to the faster heat build-up in the relaxation room have a positive effect on the afterburner start and after reaching of the thermal steady state in the afterburning chamber with a heat flow reversal from Put the afterburner in the relaxation room (4). The latter in particular is the greatest Significance because of a design that takes this into account in the heat-dissipating Cooling section (5) as a result of the temperature gradient prevailing on the heat exchange wall around 400 ° an extremely effective thermal end limitation of the temperature rise can be achieved within the afterburning chamber.

Die beiliegende Figur 1 zeigt das Zusamenwirken der oben beschriebenen beiden Wärmetauschmassnahmen an einer schall dämpfenden und abgasreinigenden Anlaee eines zun Kraftwarenantrieb benutzten Ottomotors mit vier Zlrlinderausschüben, deren relativ kurze Auslassrohre 9 auf kurzem Weg in einen Entspannunesraum 10 münden.The accompanying Figure 1 shows the interaction of the above-described both heat exchange measures on a sound-absorbing and exhaust-gas-cleaning system of a petrol engine used for power goods drive with four cylinder thrusts, their Relatively short outlet pipes 9 open into a relaxation space 10 on a short path.

Letzterer ist im Sinne der Hauptanmeldung P 23 51 669.0 mit einem Abeaskühler 11 versehen.Auf diese ieise geschieht aus dem Enstapnnungsraum 10, der mit seinen Wärmetauschwandungen 25 aus dem atromabwärtigen Teil der Nachbrennkammer (3), in welcher bis zu 1000° C messbar sind, eine.ständige Wärmeaufnahme vollzieht, in die Kühleinrichtung eine intensive Wärmeabgrade, durch deren Auslegung fast beliebig zu steigern, ohne dass es unbedingt aufwendiger Gebläse und sonstiger Kühlhilfsmittel bedarf. Das so gekühlte und vom Abgasumwandler noch unbehandelte Abgas pelanrt, was als solches durch die Offenlepun,sschrift P 25 09 708.9 des Anmelders bekannt ist, in gegenstromanordnung in den Kühlabschnitt des Nachbrennerkörpers, um in dieser Zulaufstrecke zur Nachbrennkammer erneut Wärme aufzunehmen. Bei Krafwagentriebweren mit ottomotoren grossen Gasanfalls ist diese Konstruktion des Wärmeentzuges dadurch das beherrschende Mittel, insbesondere thermische Nachbrenner mit einer thermischen Endbegrenzung zu versehen, welche Thermoreaktoren realisierbar macht, dass nicht nur kühies und unbehandeltes Motorabgas im Gegenstrom zu abfliessendem Nachbrennerabgas dieses in Richtung Gerätaustritt abkühlt, sondern dass bereits an den Nachbrennerwandungen (25 in Figur 1) eine direkte Wärmeabnahme die thermische Belastung des nachverbrannten Abgases vom Gerätinneren her in Grenzen hält L e e r s e i t eThe latter is within the meaning of the main application P 23 51 669.0 with a Abeas cooler 11 In this way happens from the enstapment room 10, with its heat exchange walls 25 from the downstream part of the afterburning chamber (3), in which up to 1000 ° C can be measured, carries out constant heat absorption, Intensive heat degradation in the cooling device, which is almost arbitrary due to its design without the need for expensive fans and other cooling aids requirement. The exhaust gas cooled in this way and still untreated by the exhaust gas converter pelanrt, what is known as such by the Offenlepun, sschrift P 25 09 708.9 of the applicant is, in countercurrent arrangement in the cooling section of the afterburner body in order to be in this Inlet section to the afterburning chamber to absorb heat again. With motor vehicles This construction of heat extraction is a result of this with gasoline engines the dominant agent, especially thermal afterburner with a thermal End limitation to provide which thermoreactors makes that not feasible only cool and untreated engine exhaust in countercurrent to the outflowing afterburner exhaust this cools down in the direction of the device outlet, but that already on the afterburner walls (25 in Figure 1) a direct heat decrease the thermal load of the post-burned Keeps exhaust gas from inside the device within limits L e r s e i t e

Claims

Claim 1. Agbas cooler radiating into the free atmosphere for silencers according to main application P 23 51 669.0 claim 1, which consists in that directly from the first Sntspannungsraus of a sound-absorbing unit or indirectly after passing through an intermediate volume that is within this structural unit is located, a pipe-like line or several lead to a gas collection room, which is located outside this first structural unit and from which the exhaust gas with one or more pipelines is transferred into one of the chambers, which the first relaxation room or designated intermediate volume in the structural unit, characterized in that the chamber or the Casfünrinpsabschnitt in which the Cooled down exhaust gas is transferred within the structural unit to the Abeas inlet section an exhaust unrandom device, in particular a thermal reactor, and that the first relaxation space (10), from which the outside of the structural unit Relarerte cooling device (11) was fed with still untreated exhaust gas, heat exchange wall to the hottest zone of the exhaust gas conversion device, especially a thermal one Afterburning chamber (1, 3).