DE2851675A1

DE2851675A1 - Nachverbrennungsvorrichtung fuer die abgase von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2851675A1
Application number: DE19782851675
Authority: DE
Inventors: Paul Dr August
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-29
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1980-06-12

Description

Nachverbrennungsvorrichtung für die Abgase von Brennkraft-
maschinen Nachbrennvorrichtungen zur Oxydation von CO und HC sind bekannt und werden infolge der Verschärfung der Abgasvorschriften für Automobile immer mehr notwendig.
Da die Abgasteste mit kalt gestartetem Motor anlaufen, ist es wichtig, dass der Nachbrenner schnell anspringt. Dies wird mittels Katalysatoren erreicht, die für die CO-Nachbrennung bei etwa 1500 C und für HC bei etwa 3500 mit der Verbrennung beginnen.
Dieses katalytische Material wird als kleinkörniges Schüttgut von 2 - 2,5 mm Grösse in Kammern eingebracht, durch welche das Abgas strömen muss. Da es zwecks guter Wirkungsweise sehr dicht liegt, bietet es dem Gasstrom Widerstand, der immer grösser wird, je mehr Gas durchströmen muss. Dieser Widerstand bringt einen Leistungsverlust des Motors und eine Verbrauchserhöhung um etwa 10 %.
Durch die Erfindung sollen diese Nachteile behoben werden, ohne dass die Wirkungsweise in der Nachverbrennung verschlechtert wird.
Verschiedene Patente zeigen bereits eine Unterteilung der Nachverbrennung in einen katalytischen Teil für Kaltstart, Warmlauf und unterem Teillastbereich des Motors kombiniert mit einem Wärmereaktor zusätzlich für den mittleren bis oberen Teillastbereich des Motors.
Im DE-PS 22 11 775, dem englischen Patent 1.307.684, der US-PS 3.744.249 und anderen mehr werden Vorrichtungen beschrieben, die im Mittelkanal eine Drosselklappe enthalten und bei denen aussen um den Kanal herum katalytische Ringkammern angeordnet sind.
Im Teillastbereich gehen die Abgase durch öffnungen vor der Drosselklappe in die Ringkammern, durchströmen dort das katalytische Material und kommen nachverbrannt mit sehr geringen CO und HC in den Auspuff. Bei mittlerer Belastung bis Vollast öffnet sich die Drosselklappe im Mittelkanal und gibt dem Hauptanteil der Gase den Durchgang frei. Diese sollen beim Durchströmen über Wärme reaktion eine Nachverbrennung erhalten, wobei Gemischbilder und Wärmeleiter diesen Vorgang fördern sollen.
Es hat sih jedoch gezeigt, dass eine Oxydation dieser Gase so gut wie nicht stattfindet. Der ERfolg ist sehr gering.
Nach der Erfindung soll auch dieser Mangel behoben werden.
Es wird weiter berücksichtigt, dass moderne Motoren der nächsten Jahre bereits mit wenig CO und HC im Abgas fahren und auch einen hohen Sauerstoffgehalt von 3 - 6 % im Abgas enthalten, wodurch zusätzliche Luftzuführung in die Nachverbrennung entfällt.
Der in der Zeichnung im Schnitt dargestellte Nachbrenner wird vorzugsweise mit dem Flansch 18 direkt am Auspuffkrümmer des Motors angeschraubt, von dem aus die Abgase durch den Eingang 2 in die Nachbrennvorrichtung 1 einströmen. Im mittleren Gaskanal 3 befindet sich eine Drosselklappe 4 drehbar angebracht auf der Welle 5. Um den mittleren Kanal 3 herum ist ein Ringkanal 9 mit Vorkammer 8 und öffnungen 7 angeordnet.
Stromab des Mittel- und Ringkanals ist eine Zwischenkammer 12 über die gesamte Breite angeordnet Danach folgt eine zweite katalytische Kammer 13, die oben und unten mit Lochblechen 15 und 14 abgeschlossen ist. Die Ringkammer 9 ist oben und unten mit Lochblechen 10 und 11 abgeschlossen.
Nach der katalytischen Kammer 13 folgt ein sich konisch verengender Raum 16, dem das Ausgangsrohr 17 angeschlossen ist.
Es hat sich gezeigt, dass der Durchströmungsweg der Abgase durch das katalytische Material nicht mehr als 40 mm betragen soll. Da für einen Motor von 75 PS für die Nachoxydation ca. 1,5 Liter Katalysator benötigt wird, würde die katalytische Durchströmungskammer sehr breit werden oder wird~ sie anders gelegt sehr lang werden, wofür in den meisten Fällen direkt nach dem Abgaskrümmer kein Platz im- Motorraum vorhanden ist. Der Nachbrenner muss jedoch nahe am Motor angebracht sein, damit er mit heissen Abgasen schnell anspringt. Auch diese Möglichkeit wird durch die Erfindung gewährleistet, da- der Nachbrenner klein wird.
Die Arbeitsweise ist folgende: Bei Leerlauf und Teillast bis etwa 80 km/h - das sind 11 bis 15 PS - ist die Drosselklappe 4 geschlossen, und alk Abgase durchströmen die Öffnungen 7 in die Vorkammer 8. Von dort gehen sie durch das katalytische Material der Ringkammer 9 und treten in die Zwischenkammer 12 aus. Sie durchströmen weiter die zweite katalytische Kammer 13 und kommen dann über den Raum 16 in das Ausgangsrohr 17.
Da für 15 PS Motorleistung nur 0,3 Liter Katalysator benötigt wird, kommt dieses in der Ringkammer 9 gut unter. Man könnte dort auch noch mit weniger Material auskommen, da eine weitere Nachverbrennung in der zweiten katalytischen Kammer 13 erfolgt.
Ab etwa 80 km/h wird die Drosselklappe 4 geöffnet, und die Abgase durchströmen nun zum grösseren Teil nur den mittleren Kanal 3, die Zwischenkammer 12 und die zweite katalytische Kammer 13 zum Ausgangsrohr 17.
Da die Abgase bei betriebswarmem Motor moderner Bauart sehr wenig CO (ca. 0,1 - 0,2 %) und wenig HC (ca. 50 - 100 ppm) im Bereich von 50 km/h bis nahe an Vollast haben, is-t nur noch wenig katalytisches Material und eine geringere Verweilzeit beim Durchströmen notwendig. Während die Höhe der ersten Katalysator-Kammer 40 mm beträgt, ist sie bei der zweiten Katalysator-Kammer nur 25 mm. Es wird vorzugsweise dort auch groberes katalytisches Material genommen, wodurch mehr freier Durchströmraum entsteht. Diese Kammer enthält nur etwa 0,25 Liter Kat.-Material.
Da diese Kammer zuerst nach dem Start und im unteren Lastbereich bereits oxydiertes Gas erhält, was sehr heiss ist, wird sie selbst aufgeheizt, ehe nicht oxydiertes Gas aus dem Mittelkanal 3 sie durchströmt. Dieses ist ebenfalls heiss, da sich der Motor im betriebswarmen Zustand und im Bereich von Mittel- bis Vollast befindet.
Zusätzlich kommt ein Teilgas bereits oxydiert und heiss aus dem ersten Katalysator 9.
So wird es ausreichen, die weite Kammer 13 mit gut wärmeleitendem Metallmaterial zu füllen, um eine thermische Oxydation zu erreichen. In diesem Fall wird die Durchströmhöhe der Kammer 13 etwas grösser ausgeführt.
Die Umschaltung der Klappe kann geschwindigkeitsabhängig oder drehzahlabhängig auf eine elektrische Schubeinrichtung, die den Hebel der Welle 5 bewegt, vorgenommen werden.
Prüfungen haben ergeben, dass mit der in der Erfindung beschriebenen Anordnung der Katalysatoren und dieser Steuerung des Gasdurchgangs bei Warmlauf, Teillast und übrigen Lastbereich man mit 0,55 Liter katalytischem Material auskommt und trotzdem die Abgasentgiftung komplett ist.
Da Edelmetall für Katalysatoren knapp und damit teurer werden wird, ist es wichtig, mit weniger auszukommen.
Trotz dieses kleinen Nachbrenners entsteht kein Leistungsverlust und kein Verbrauchsanstieg.
Er kann infolge seines geringen Durchmessers und seiner Kürze in fast allen Fällen direkt am Auspuffkrümmer im Motorraum untergebracht werden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Nachbrennen von Abgasen bei Brennkraftmaschinen mit einem Katalysator für die Oxydation von CO und HC, bei dem im oberen Lastbereich ein Teil des Abgases unter Umgehung eines Katalysators durch einen Gaskanal geleitet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass dem Katalysator und dem Gaskanal ein zweiter Katalysator nachgeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der erste Katalysator als Ringkammer (9) um den mittleren Gaskanal (3) angeordnet ist, während der zweite Katalysator (13) nach einem Zwischenraum (12) über die gesamte Breite des Nachbrenners (1) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Durchströmweg durch den ersten Katalysator (9) grösser ist als der durch den zweiten Katalysator.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Durchströmweg (Höhe) des ersten Katalysators etwa 40 mm und der des zweiten Katalysators (13) ca. 25 mm beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im ersten Katalysator (9) feinkörniges Material und im zweiten Katalysator (13) grobkörniges Material enthalten ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der zweiten Kammer (13) nicht katalytisches Material enthalten ist, sondern nur gut wärmeleitende Metalle zur thermischen Oxydation eingefüllt werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Klappe (4) drehzahl-oder geschwindigkeitsabhängig mittels einer elektrischen Schubeinrichtung so gesteuert wird, dass sie im Leerlauf sowie unteren Teillastbereich geschlossen ist und bei mittleren bis oberen Lastbereich geöffnet wird.