DE2755303A1

DE2755303A1 - Abgasreinigungsvorrichtung fuer eine verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2755303A1
Application number: DE19772755303
Authority: DE
Inventors: Hiroo Oya; Masakazu Tatejima
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1976-12-13
Filing date: 1977-12-12
Publication date: 1978-06-22
Also published as: FR2373674A1; JPS5374616A; US4192846A; FR2373674B1; GB1589630A; JPS564731B2

Description

AbgasreinifTuncsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmrjschine

Priorität: I3. Dezember 1976 Japan 51-14-9622

Zusammenfassung

Die AbgasreinigungGvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine enthält einen thermischen Reaktor, der in die Abgasleitung eingesetzt ist. Der thermische Reaktor enthält ein wärmeisoliertes inneres Gehäuse, das eine Reaktionskammer bildet, und ein Kerngehäuse, das in dem inneren Gehäuse im Abstand davon angeordnet ist, wobei ein Zwischenraum zwischen beiden Gehäusen vorhanden ist. Zwei Abgasrohre, die mit den Abgasventilen der Maschine in Verbindung stehen, sind in das Kerngehäuse über eine öffnung des Kerngehäuses eingesetzt, so daß eine zusammenfließende und konstante Wirbelung der Abgase in dem Kerngehäuse erzeugt wird, wobei eine Zone hoher Temperatur in der Mitte der Wirbelung entsteht. Die öffnung des Kerngehäuses ist verengt, um zu verhindern, daß die Zone hoher Temperatur die Reaktionskammer verläßt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, und insbesondere auf einen thermischen Reaktor, der in der Mitte einer Abgasleitung zum Oxydieren schädlicher Bestandteile in den Abgasen, wie KC und CO, vorgesehen ist.

Um die Reaktionsfähigkeit des thermischen Reaktors zu vergrößern, ist es notwendig, den thermischen Reaktor so auszubilden, daß er eine lange Verweilzeit der Abgase für eine ausreichende Diffusion und Mischung der G3se hat. Des weiteren ist es notwendig, daß der thermische Reaktor eine kontinuierliche Reaktionsfähigkeit unter verschiedenen Arbeitsbedingungen der Maschine hat. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist bisher ein großer thermischer Reaktor mit einem großen Volumen der Reaktionskammer verwendet worden.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen thermischen Reaktor zu schaffen, der ein geringes Volumen hat und der in der Lage ist, eine wirksame Oxydation der schädlichen Bestandteile der Abgase auszuführen. Zur Lösung dieser Aufgäbe hat der thermische Reaktor ein äußeres Gehäuse und ein inneres Gehäuse zum Bilden einer Reaktionskammer und ist mit einer Wärmeisolation versehen, die in dem Raum zwischen dem äußeren Gehäuse und dem inneren Gehäuse vorgesehen ist. Des weiteren ist ein Kerngehäuse in der Reaktionskammer vorgesehen, das im Abstand von dem inneren Gehäuse angeordnet ist. Zwei erste Abgasrohre, die mit den Abgasöffnungen der Maschine in Verbindung stehen, sind in die Reaktionskammer eingeführt und des weiteren in das Kerngehäuse eingeführt, indem sie durch eine Öffnung des Kerngehäuses reichen. Ein zweites Abgasrohr steht mit der Reaktionskammer an der entgegengesetzten Seite der Öffnung des Kerngehäuses in Verbindung.

Offene Enden der ersten Abgasrohre sind so angeordnet, daß die Strömungen von beiden Rohren aufeinandertreffen, um eine zusammenfliegende Strömung zu ergeben. Die Achse jedes Rohrs schließt einen geeigneten Winkel mit der inneren Wand des Kerngehäuses ein, um eine Wirbelung der zusammenfließenden Gase zu bewirken. Die zusammenfließenden Gase stoßen aufeinander und werden gemischt, um die Oxydation zu verbessern, was insbesondere im Falle der Einführung von Sekundärluft durch Pulsation der Abgase wesentlich ist.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, wobei der Maschinenzylinderblock gezeigt ist,

Fig. 2 ein vergrößerter Längsschnitt der Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Aufsicht der Ausführungs-

form der Erfindung,
Fig. 4 ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3 und

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Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Wirbelung der Gasströmung in dem Kerngehäuse.

Genä3 Fig. 1 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Vierzylindermaschine mit gegenüberliegenden Zylindern verwendet, wobei Abgasventile 1 eines Zylinderpaars 2 mit einem gemeinsamen Auslaß 3 durch eine gegabelte öffnungsleitung verbunden sind, die mit einem Abgasrohr 5 iⁿ Verbindung steht. Die Abgasventile des anderen Zylinderpaars stehen in gleicher Weise mit einem Abgasrohr 6 in. Verbindung. Die Abgasrohre 5 und 6 sind mit einem thermischen Reaktor 7 und des weiteren mit einem Abgasrohr 8 und einem Schalldämpfer 9 verbunden. Die Abgasleitung von dem Abgasventil zu dem thermischen Reaktor 7 hat einen konstanten Querschnitt ohne einen erweiterten oder verengten Teil, wodurch die Geschwindigkeit der Abgasströmung verringert werden kann. Eine Auskleidung 10 ist an der Innenwand jeder Leitung 4 für eine Wärmeisolierung vorgesehen und Wärmeisoliermaterial 11 ist zum Umkleiden der Abgasvorrichtung vorhanden. Der thermische Reaktor 7 enthält, wie Fig. 2 bis 4 zeigen, ein äußeres Gehäuse 12, welches das Wärmeisoliermaterial 11 umkleidet, ein inneres Gehäuse 13 zum Bilden einer Reaktionskamrner 14 und ein Kerngehäuse I5» das durch einen oberen Vorsprung 16 und einen unteren Vorsprung 17 gehalten ist, die an der Außenwand des Kerngehäuses längs der Linie gebildet sind, die vertikal durch den Schwerpunkt des Kerngehäuses läuft, wobei ein Abstand 18 zwischen dem inneren Gehäuse und dem Kerngehäuse 15 gebildet ist. Die in dem Kerngehäuse vorgesehene Reaktionskammer 14 hat einen erweiterten oberen Teil und eine halbkugelförmige Rückseite 15a.

Der Rückseite 15a des Kerngehäuse 15 gegenüberliegend ist eine öffnung 19 vorgesehen, durch welche die Abgasrohre 5 und 6 in das Kerngehäuse eingeführt sind, ohne mit diesem in Berührung zu kommen. Die Öffnung 19 ist somit durch die Außenseite der Abgasrohre 5 und 6 und den Umfang der öffnung des Kerngehäuses begrenzt, wodurch ein Auslaß für die Gase

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in das Kerngehäuse gebildet wird. Die Abgasrohre 5 und 6 sind so angeordnet, daß ihre beiden Achsen einander kreuzen oder, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die innere Wand der Reaktionskammer an einem Punkt A erreichen, wodurch ein Zusammenfließen der Gasströmungen erreicht wird. Die Abgasrohre sind des weiteren derart angeordnet, daß die zusammenfließenden Gasströme an dem Punkt A zur Hinterseite der Reaktionskammer in dem Kerngehäuse reflektiert werden, um eine Wirbelung der Abgase längs der Innenwand der Kammer zu erzeugen. Andererseits ist es vorteilhaft, Sekundärluft in die Abgasleitung einzuführen, um die Oxydation der unverbrannten Bestandteile in dem thermischen Reaktor zu unterstützen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Sekundärlufteinführrohr 20 vorgesehen, um jede Öffnungsleitung 4 mit der Außenluft über ein Rückschlagventil, wie ein Reedventil 21, und einen Filter 22 zu verbinden. Die Abgasleitung von dem Abgasventil zu dem thermischen Reaktor hat ein Volumen, das gleich dem Hubvolumen der Maschine oder kleiner als das Vierfache des Hubvolumens ist, und eine Querschnittsfläche, die kleiner als das Dreifache der Öffnungsfläche der Abgasventile ist, wodurch eine Pulsation der durch die Abgasleitung strömenden Abgase für die Einführung von Sekundärluft wirksam unterstützt werden kann.

Die Sekundärlufteinführung wird durch negative Pulsationsdruckwellen bewirkt, die an dem sich in den thermischen Reaktor öffnenden Ende reflektiert werden. Es ist festgestellt worden, daß die negativen Druckwellen erzeugt werden, nachdem eine Abgasmenge durch die Abgasleitung geströmt ist. Deshalb wird die Sekundärluftmenge nach der Abgasmenge gebildet und beide Mengen strömen nacheinander durch die Abgasleitung und treten in den thermischen Reaktor ein. Da es sich um eine Mehrzylindermaschine handelt, durch welche eine Beeinflussung zwischen den Gasmenpien von jedem Behälter vermieden wird, werden die Abgasmenge und die Sekundärluftmenge von den beiden Abgasrohren 5 und 6 in unterschiedlichen Phasen abgegeben.

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Wenn die Abgasmenge von einem der Abgasrohre ausgestoßen wird, wird die Sekundärluftmenge von dem anderen Abgasrohr ausgestoßen. Diese beiden von den Abgasleitungen abgegebenen Kengen treffen in dem Kerngehäuse 15 aufeinander. Deshalb wird das Abgas mit der Sekundärluft in dem Kerngehäuse gemischt.

Da die Gasströmung in dem Kerngehäuse hinter dem Punkt A in Wirbelung versetzt wird, strömt die zusammenfließende Mischung der Abgase und der Sekundärluft in das Kerngehäuse ohne Stauung, wie es durch den Pfeil in der Figur angegeben ist, kehrt an der halbkugelförmigen Rückseite 15a der Reaktionskammer um und strömt aus der öffnung 19 aus. Die Wirbelung und die Umkehrung der Gasströmung verlängert die Verweilzeit der Gase unter Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur, wodurch die Oxydation der unverbrannten Bestandteile in der Reaktionskanmer verbessert wird. Da die Gasmischung regelmäßig im wesentlichen am selben Ort wirbelt, kann zusätzlich ein Punkt oder eine Zone stabiler hoher Temperatur in der Mitte der Wirbelung erhalten werden, wo unverbrannte Bestandteile gezündet werden. Dieser Punkt mit hoher Temperatur unterliegt einer Bewegung entsprechend dem Betriebszustand der Maschine, beispielsweise der Umdrehungsgeschwindigkeit oder der Belastung. Wenn sich der Punkt hoher Temperatur aus dem Kerngehäuse bewegt, wird die Reaktioncfähigkeit verringert.

Gemäß der Erfindung ist die Auslaßleitung durch die öffnung durch den gebogenen, vorstehenden Teil 15a verengt, um das Wirbeln der Gase zu regulieren und zu verhindern, daß sich der Punkt hoher Temperatur aus dem Kerngehäuse heraus bewegt. Nachdem die Oxydation der unverbrannten Bestandteile wirksam ausgeführt worden ist, strömen die Gase aus der öffnung aus und kehren zu dem Raum 18 zwischen dem inneren Gehäuse 13 und dem Kerngehäuse 15 um. Die durch den Raum strömenden Abgase dienen zur Wärmeisolierung, um die Reaktionskarnner in dem Kerngehäuse auf hoher Temperatur zu halten.

Die Abgase strömen somit nach dem Erzeugen einer guten Isolationswirkung auf die Reaktionskammer in das Abgasrohr 8 aus.

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Da das Kerngehäuse durch die oberen und unteren Vorsprünge 16 und 17 gestützt ist, die in der durch den Schwerpunkt des Kerngehäuses gehenden Vertikalen vorgesehen sind, und jeder Vorsprung eine relativ kleine Stützfläche aufweist, kann sich das Kerngehäuse um die Stützpunkte ausdehnen. Das Kerngehäuse reißt deshalb nicht durch thermische Beanspruchungen bei hohen Temperaturen. Da das Kerngehäuse nicht in Berührung mit den Auslaßrohren 5 und 6 steht, kann Wärme

des Kerngehäuses nicht zu den Abgasrohren abgeführt werden. Es ist deshalb des weiteren möglich, das Kerngehäuse auf einer hohen Temperatur zu halten, was die Oxydation unterstützt.

Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß bei der Erfindung Abgase aus einem Abgasrohrpaar in dem Kerngehäuse aufeinandertreffen und gemischt werden, und zwar mit einer Wirbelung ohne Stau oder Abfall der Gasströmungsgeschwindigkeit, wodurch die Oxydation verbessert wird. Gemäß der Erfindung wird somit eine Abgasreinigungsvorrichtung geschaffen, welche die schädlichen Bestandteile ohne Abfall der Maschinenleistung verringern kann. Auch kann ein stabiler Reinigungswirkungsgrad bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Maschine aufrechterhalten werden. Schließlich ist es möglich, eine kleine Reaktionskammer mit hoher Reaktionsfähigkeit herzustellen.

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AGr L e e r s e i \ e

Claims

PATENTANWÄLTE

Orthstraße 12 D-8000 München 60

FUJI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA

7-2NiShIShInJUkU, Shinjuku-ku Tokyo, Japan

Patentansprüche

;Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die wenigstens zwei Zylinder aufweist, mit einem Paar erster-Abgasrohre, von denen jedes mit einer Öffnungsleitung von einem Abgasventil der Maschine verbunden ist, mit einem thermischen Reaktor, der mit den ersten Abgasrohren verbunden ist, mit einem zweiten Abgasrohr, das den thermischen Reaktor mit der Außenluft verbindet, und mit Isoliereinrichtungen zum Halten der Abgase auf einer hohen Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Reaktor ein inneres Gehäuse zum Bilden einer Reaktionskammer, ein äußeres Gehäuse zum Umkleiden der Isoliereinrichtungen, ein in dem inneren Gehäuse in einem Abstand davon gehaltenes Kerngehäuse und einen Raum zwischen dem inneren Gehäuse und dem Kerngehäuse zur Verbindung mit dem zweiten Abgasrohr enthält, wobei das Kerngehäuse eine halbkugelförmige Rückseite und eine der Rückseite gegenüberliegende öffnung aufweist und wobei die ersten Abgasrohre in das Kerngehäuse durch diese öffnung so eingesetzt sind, daß die Abgase in dem Kerngehäuse gewirbelt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Endteile der ersten Abgasrohre so angeordnet sind, daß sich beide Achsen der Rohre in dem Kerngehäuse kreuzen und die zusammenfließenden Gasströmungen aus den beiden Rohren

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an einem Punkt an der Innenwand des Kerngehäuses nach hinten reflektiert werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Endteile der ersten Abgasrohre so angeordnet sind, daß sich beide Achsen der Rohre an einem Punkt an der Innenwand des Kerngehäuses kreuzen und daß die zusammenfließenden Gasströmungen aus beiden Bohren an dem Punkt nach hinten reflektiert werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung des Kerngehäuses verengt ist, um zu verhindern, daß sich eine Zone hoher Temperatur aus dem Kerngehäuse bewegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das Kerngehäuse durch obere und untere Vorsprünge gestützt ist, die auf einer Linie vorgesehen sind, welche durch den Schwerpunkt des Kerngehäuses geht.
6. Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die wenigstens zwei Zylinder aufweist, mit einem Paar erster Abgasrohre, von denen jedes mit einer öffnungsleitung von einem Abgasventil der Maschine verbunden ist und einen konstanten Querschnitt aufweist, mit einem thermischen Reaktor, der mit den ersten Abgasrohren in Verbindung steht, mit einem zweiten Abgasrohr, das mit dem thermischen Reaktor in Verbindung steht, mit Isoliereinrichtungen zum Halten der Abrase auf einer hohen Temperatur und mit einer Sekundärlufteinführungseinrichtung auf Grund der inlsation der Abgase, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Reaktor ein inneres Geh'iuce zum Bilden einer Reaktionskammer, ein äußeres Gehäuse zum Umkleiden der Isoliereinrichtungen, ein in dem

JO inneren Gehäuse in einem Abstand davon gestütztes Kerngehäuses und einen Raum zwischen dem inneren Gehäuse und dem Kerngehäuse 2ua Verbinden mit dem zweiten Abgasrohr enthält, wobei das Kerngehäuse eine halbkugelförmige Rückseite und eine der Rückseite gegenüberliegende öffnung aufweist und

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wobei die ersten Abgasrohre in das Kerngehäuse über die Öffnung so eingesetzt sind, daß die Abgase in dem Kerngehäuse gewirbelt werden.
7. Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die wenigstens vier Zylinder aufweist, mit einem Paar erster Abgasrohre, von denen jedes mit einer gegabelten Offnungsleitung von zwei Abgasventilen der Maschine verbunden ist, mit einem thermischen Reaktor, der mit den ersten Abgasrohren in Verbindung steht, mit einem zweiten Abgasrohr, das den thermischen Reaktor mit der Außenluft verbindet, und mit Isoliereinrichtungen zum Halten der Abgase auf einer hohen Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Reaktor ein inneres Gehäuse zum Bilden einer Reaktionskammer, ein äußeres Gehäuse für eine Umkleidung der Isoliereinrichtungen, ein in dem inneren Gehäuse in einem Abstand davon gehaltenes Kerngehäuse und einen Raum zwischen dem inneren Gehäuse und dem Kerngehäuse zum Verbinden mit dem zweiten Auslaßrohr enthält, wobei das Kerngehäuse eine halbkugelförmige Rückseite und eine dieser Rückseite gegenüberliegende Öffnung aufweist und wobei die ersten Abgasrohre in das Kerngehäuse über diese Öffnung so eingesetzt sind, daß die Abgase in dem Kerngehäuse gewirbelt werden.