DE3444167A1 - Thermal-oxidising afterburner - Google Patents

Thermal-oxidising afterburner

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DE3444167A1 DE19843444167 DE3444167A DE3444167A1 DE 3444167 A1 DE3444167 A1 DE 3444167A1 DE 19843444167 DE19843444167 DE 19843444167 DE 3444167 A DE3444167 A DE 3444167A DE 3444167 A1 DE3444167 A1 DE 3444167A1
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Abstract

In order to reduce the combustion residues, such as unburnt hydrocarbons, carbon monoxide and soot, occurring in all current combustion engines, such a temperature is created in the afterburner whilst increasing the pressure by means of a retaining plate and limiting a passage that these substances can be afterburnt. Constant combustion conditions are thereby produced despite the variable engine speed and hence variable exhaust gas volumes and temperatures. At low exhaust gas temperatures an electrically operated exhaust heating is also switched on, which prevents any accumulation of solid combustion residues. A reactor part contained in the afterburner, through which a plurality of tubes passes, acts as an energy reservoir and is thus capable of imparting energy to contacting exhaust gas molecules.

Description

"-^ Thermischey-oxidatorischer Nachbrenner •<f Die Erfindung wird auf dem Gebiet der Abgasreinigung von Verbrennungsmotoren angewandt wobei insbesondere auf die kohlenstoffhaltigen Bestandteile der Abgase Einfluß genommen wird."- ^ Thermal-oxidizing afterburner • <f The invention is in the field of exhaust gas purification applied by internal combustion engines, with particular emphasis on the carbonaceous constituents the exhaust gases influence.

Gemäß den auch in Zukunft immer geringer werdenden Emmissionsgrenzwerten für Verbrennungsmotoren wird hier eine Erfindung beschrieben, die einen drehzahlunabhängigen Reinigungseffekt erzielt.According to the emission limit values for internal combustion engines, which will continue to decrease in the future an invention described here, which is a speed-independent Cleaning effect achieved.

Gegenwärtig werden Abgasreiniger auf katalytischer Ebene im praktischen Einsatz verwendet, daneben speziell für Dieselmotoren Abgasfilter. Nun weisen neueste Untersuchungen über den Abgaskatalysator auch für diesen umweitschädigende Emmissionen aus (Institut für angewande Physik,Bern) Daneben ist die beschränkte Lebensdauer des Katalysators ein Kritikpunkt. Was den Abgasfilter betrifft, so beschränkt sich derzeit seine Funktionsfähigkeit auf Bereiche mittlerer und hoher Dreh- zahlen, wie durch Mitteilung von VW-Wolfsburg bestätigt. Meines Wissens ist auch der Entwicklungsstand von Mercedes-Benz im Vergleich dazu nicht wesentlich verschieden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die uniwelt schädigenden Ermiss ionen von kohlenstoffhaltigen Verbrennungsrückständen zu mindern, wobei dies insbesondere bei allen Betriebszuständen des Motores erreicht wird. Im Verbund mit der Abgasrückführung ist auch eine Senkung der NO3.- Emmissionswerte erreichbar. Im besonderen wird durch dieses Verfahren beim Verbund mit der Abgasrückführung die dabei ansteigende Konzentration an kohlenstoffhaltigen Verbrennungsrückstände gemindert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöstAt the moment, exhaust gas cleaners are used on a catalytic level in practical use, as well as exhaust gas filters especially for diesel engines. The latest studies on the catalytic converter show that emissions are harmful to the environment (Institute for Applied Physics, Bern). In addition, the limited service life of the catalytic converter is a point of criticism. As far as the exhaust filter is concerned, its functionality is currently limited to areas of medium and high engine speeds, as confirmed by a communication from VW-Wolfsburg. As far as I know, the level of development at Mercedes-Benz is not significantly different in comparison.
The invention is based on the object of reducing the environmentally damaging emissions of carbon-containing combustion residues, this being achieved in particular in all operating states of the engine. In conjunction with the exhaust gas recirculation, a reduction in the NO 3 emission values can also be achieved. In particular, when combined with exhaust gas recirculation, this process reduces the increasing concentration of carbon-containing combustion residues. This object is achieved according to the invention

daß die zur Nachverbrennung der Verbrennungsrückstände erforderlichen thermischen Bedingungen dadurch hergestellt· werden, daß ein den Durchlaß' vonthat the thermal conditions required for afterburning the combustion residues thereby · be established that a 'the passage of

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

^4" Abgasen begrenzendes Staublech Fig.3 hinter einem ^j. aus Keramik bestehenden,, mit Röhren durchsetzten Reaktorteil Fig.1?2 so angebracht ist, daß sich die Durchtrittsmenge an Abgasen in Abhängigkeit von der vorherrschenden Temperatur der Abgase so lange vermindert bzw. vergrößert, bis der zur Temperatursteigerung nötige Druck aufgebaut ist. Diesem Verfahren liegt polytrope Temperatursteigerung durch Drucksteigerung zugrunde.^ 4 "Exhaust gas limiting baffle Fig.3 behind a ^ j. Consisting of ceramic, with tubes interspersed reactor part Fig.1 ? Increased until the pressure necessary to increase the temperature has been built up. This process is based on a polytropic increase in temperature through an increase in pressure.

Zusätzlich ist auf der dem Motorauslaß zugewandten Seite des Reaktorteiles Fig.1,2 eine auf elektrischer Basis betriebene Abgasheizung angebracht, deren Wied-srstandsdrähte jeden Röhrendurchmesser einmal durchläuft und dadurch einem Akkumulieren von festen Verbrennungsrückständen (Ruß) vorbeugt, Fig.2,F und Fig.2,G-. Die Heizung Fig.1,3 wird thermosensorisch gesteuert, um so bei Lastwechseln der natürlichen Trägheit des Durehlaßbegrenzungssystemes entgegenzuwirken.In addition, on the side of the reactor part Fig.1,2 facing the engine outlet, there is a electric base operated exhaust gas heater attached, whose resistance wires each tube diameter runs through once and thereby an accumulation of solid combustion residues (soot) prevents, Fig.2, F and Fig.2, G-. The heater Fig.1,3 is controlled by thermosensors, so in the event of load changes the natural inertia of the drainage limitation system to counteract.

Der gesamte Nachbrenner ist, um Temperaturverluste zu vermeiden in einem doppelwandigen, mit wärmedämmendem Material gefülltem Torus untergebracht Fig. 1,1. Auslaßseitig des fviotores ist vor dem Torus zur besseren Kachverbrennung eine Prischluftzufuhr angebracht. Die \inbedingte Notwendigkeit dieser Frischluftzuführung wäre, da auch in den Abgasen noch Restsauerstoff enthalten ist, im praktischen Versuch zu überprüfen. Die Funktionsweise des Staubleches wird dadurch gewährleistet, daß mittels einer, an mindestens drei Federelementen Fig.2,B aufgehängten, zur Reaktoranstrittseite hin arbeitenden Durchlaßbegrenzung die austretende Abgasmenge jeweils so begrenzt wird, daß sich in allen Drehzahlbereichen im Verbund mit der Durchlaßbegrenzung · durch Vari-The entire afterburner is in order to avoid temperature losses to avoid housed in a double-walled torus filled with heat-insulating material Fig. 1.1. The outlet side of the fviotor is in front of the torus A prischluftzufuhr attached for better coffin combustion. The necessity of this Fresh air would be supplied, as would also be in the exhaust gases there is still residual oxygen to be checked in a practical experiment. The functioning of the baffle is thereby ensures that by means of a, at least three spring elements Fig.2, B suspended, to the reactor inlet side working towards the passage restriction, the amount of exhaust gas is limited in each case so that it is in all speed ranges in connection with the passage limitation by means of

BAD ORIGiNALORIGINAL BATHROOM

♦( co Klaus Jürgen Nord-·- - · -;-- "--I» 3444I67.O ^r 4 '♦ ( co Klaus Jürgen Nord- · - - · - ; - "--I» 3444I67.O ^ r 4 '

^ ation der freien Durchtrittsfläche der beiden CO (Basisblech Fig.3 fest5 darüber drehbar gelagertes Variationsblech Fig.3*9) Bleche ? ein^ ation of the free passage area of the two CO (base plate Fig. 3 fixed 5 above rotatably mounted variation plate Fig. 3 * 9) Sheets ? a

) von der Abgasmenge und deren Temperatur bstimm—) depends on the amount of exhaust gas and its temperature

S c ter Druck aufbaut.S c ter pressure builds up.

Die elektrisch.·betriebene Abgasheizung findetThe electrically operated exhaust gas heater takes place

' Anwendung bei Betriebazuständen mit niederen'' Use in operating conditions with low

; Abgastemperaturen, da bei diesen Betriebszustän-; Exhaust gas temperatures, since in these operating states

den zu hohe Drücke erzeugt werden müßten und da-Iq durch z.Bsp. in der Phase nach Kaltstart dietoo high pressures would have to be generated and da-Iq by e.g. in the phase after a cold start the

Drehfreudigkeit des Motores zu stark beeinträchtigt würde.
"■" Die Federelemente Fig.2,B , deren Aufgabe es ist,The engine's ability to revolve would be impaired too much.
"■" The spring elements Fig.2, B, the task of which is to

erst bei entsprechendem Druck den Auslaß zu er-■te weitern, können Federn sein, die auf Druck vonto dig the outlet only when the pressure is appropriate furthermore, feathers can be that on pressure from

seiten der Abgase reagieren, oder Bimetallelemente, die auf deren Temperatur reagieren. Die Größe und Anzahl der Röhren Fig.2>,J richtet * sich nach dem Hubraum des betreffenden Motores, daside of the exhaust gases react, or bimetal elements that react to their temperature. The size and number of the tubes Fig. 2>, J depends on the displacement of the relevant engine, since

2Q bei hohen Drehzahlen nur geringe Drücke benötigt werden, und der Durchtritt der Abgase durch die Röhren bei diesen Betriebszuständen relativ frei erfolgen sollte.2Q only requires low pressures at high speeds and the passage of the exhaust gases through the tubes is relatively free in these operating states should be done.

Bezüglich des variablen Auslaßes durch Veränder- ^. 25 UX1S äer Durchtrittsfläche ist gemäß Fig. 3 das Staublech derart ausgeführt, daß mittels zweier oder mehrerer, auf der Basis der Gasausdehnung arbeitender Druckgeberelemente Fig.3,7 auf das obere von zwed teilausgesparten, über eine ge-•30 meinsame Achse miteinander verbundene Bleche, das im Gegensatz zum unteren der beiden Bleche drehbar gelagert ist Fig.3»9? "bei Temperaturanstieg der Abgase über einen am oberen Blech angebrachten Hebel Fig.3,8 Kraft ausgeübt wird und durch •,κ Drehen die Durchtrittsfläche vergrößert wird.Regarding the variable outlet by changing ^. 25 UX1 S OCE passage area is shown in FIG. Executed 3, the baffle plate in such a way that, by means of two or more, operating on the basis of the gas expansion thruster elements Fig.3,7 on the upper part recessed from zwed, an overall • 3 0 my same axis with each other connected sheets, which, in contrast to the lower of the two sheets, is rotatably mounted Fig.3 »9? "When the temperature of the exhaust gases rises, a force is exerted via a lever Fig.3,8 attached to the upper sheet metal and the passage area is increased by turning •, κ.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

r- 5r- 5

^ Die Druckgeber elemente Fig.3^7 sind entweder mit
"^ Gas oder Flüssigkeiten Fig.3', 6 gefüllt und üben . *· mittels eines Kolbens Fig., 3? 10 Kraft auf den Hebel Fig.3»8 aus. Die Länge des Gasraumes Fig.3,6 steht im Zusammen mit dem Grad der Aussparung des oberen Bleches ( hier 4 )» da der maximale Kolbenweg
derart sein muß, daß ein zur maximalen Durchtrittsvergrößerung notwendiger Weg vom Kolben zurückgelegt werden kann.^ The pressure transducer elements Fig. 3 ^ 7 are either with
"^ Gas or liquids Fig.3 ', 6 filled and exercise. * · By means of a piston Fig. 3? 10 force on the lever Fig.3» 8. The length of the gas space Fig. 3, 6 is related to the degree of recess in the upper plate (here 4) »as the maximum piston travel
must be such that a path necessary for the maximum enlargement of the passage can be covered by the piston.

Die Widerstandsdrähte der Abgasheizung Fig.2,F und Fig.2,G-, die ein Akkumulieren fester Verbrennungsrückstände verhindert, können entweder um den Radius der betreffenden Rohre herumgeführt werden,Fig.2,G, oder längs des Durchmessers der Röhre in gezackter Fig,2jP Form angebracht werden,In beiden Fällen jedoch
kann die Heizung so angebracht werden, daß sie
nicht mit dem Reaktorteil Fig,1,2 kontaktiert.
Die Ausführung gemäß Fig.2,F hat gegenüber Ausführung gemäß Fig.2',G eine erhebliche Einsparung anThe resistance wires of the exhaust gas heater Fig. 2, F and Fig. 2, G-, which prevent solid combustion residues from accumulating, can either be routed around the radius of the pipes in question, Fig. 2, G, or along the diameter of the pipe in the jagged Fig , 2 j P shape can be attached, in both cases however
the heater can be installed so that it
not contacted with the reactor part Fig, 1,2.
The embodiment according to FIG. 2, F has a considerable saving compared to the embodiment according to FIG. 2 ', G

Drahtlänge zur Folge.Wire length result.

Durch die Reaktion der Rußpartikel, unverbrannter Kohlenwasserstoffe sowie Kohlenmonoxid werden
diese in erheblichem Maße zu letztlich GO2 oxidiert und damit die Emmission betreffs dieserThrough the reaction of the soot particles, unburned hydrocarbons and carbon monoxide become
this is oxidized to a considerable extent to ultimately GO 2 and thus the emission in relation to this

Stoffe entsprechend reduziert.Substances reduced accordingly.

Sin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
■Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
3Ό Es zeigen:Sin embodiment of the invention is in
■ The drawing is shown and is described in more detail below.
3Ό It show:

Fig.1: Sine Gesamtansicht des Haehbrenners mit Anschlußstücken ventil-und ablaßseitig, Reaktorteil 2, Anschluß der elektrischen Abgasheizung 3, Staublech 4, Federelemente 5»
und das doppelwandige Gehäuse 1 ·Fig. 1: Overall view of the haehburner with connection pieces on the valve and outlet side, reactor part 2, connection of the electrical exhaust gas heater 3, baffle plate 4, spring elements 5 »
and the double-walled housing 1

Fig.2: Reaktorteil A, Staublech in Seitenansicht C, gegenüber Fig.1 vergrößert dargestellt, zur besseren Kenntlichrnachung, Federelemente B, Druckgeberelemente D, Variationsblech E, Röhre mit Widerstandsdraht in gezackter Form F und H, Röhre mit Widerstandsdraht in runder Form I und G, Röhre mit konischem Einlaß J.Fig.2: Reactor part A, baffle in side view C, shown enlarged compared to Fig.1, for better identification, spring elements B, pressure transducer elements D, variation plate E, Tube with resistance wire in serrated form F and H, tube with resistance wire in round shape Form I and G, tube with conical inlet J.

Fig.3: Staublech gemäß Fig.2 G in rückwärtiger Ansicht, Federelemente 5, Füllstoff der Druckgeberelemente 6, Druckgeberelemente 7, Kraftübertragungshebel δ, Variationsblech ausgespart 9, Kolben und Kolbenstange des Druckgeberelementes 10.Fig. 3: The baffle according to Fig. 2 G in a rear view, Spring elements 5, filler of the pressure transducer elements 6, pressure transducer elements 7, force transmission lever δ, variation sheet cut out 9, piston and piston rod of the pressure transducer element 10.

Claims (4)

NACH3£r;-„. --y--1 AFTER 3 £ r; - ". --y - 1 Klaus Jürgen Nord .:'. :..~ ' -" " : : ρ 3444167.0' " "^Klaus Jürgen Nord .: '. : .. ~ ' - "":: ρ 3444167.0'"" ^ Pat ent anspräche:Patent applications: ( 1.JNachbrenner auf thermooxidatorischer Basis, wobei die zur Verbrennung benötigten Temperaturen über ein gekoppeltes System von Druckerhöhung und elektrischer Abgasheizung erzielt werden. Der kennzeichnende Teil des Nachbrenners setzt sich zusammen aus: Staublech gemäß Fig. 1,4 dessen besondere Aufhängung und Ausführung den Druckaufbau leistet, der elektrisch betriebenen Abgasheizung gemäß Fig. 1,3 , die wegen des sonst zu hohen Leistungsverlustes nur periodisch arbeitet, und dem von Röhren durchsetzten Keraraikteil Fig. 1,2 . Der Einbau dieser Teile erfolgt in ein doppelwandiges, wärmeisοIierendes Gehäuse Fig. 1,1 .(1st afterburner on a thermo-oxidative basis, whereby the temperatures required for combustion via a coupled system of pressure increase and electrical exhaust gas heating can be achieved. The distinctive part of the afterburner is setting made up of: baffle plate according to Fig. 1.4, the special suspension and design of which the pressure build-up makes the electrically operated exhaust gas heater according to Fig. 1.3, which because of the otherwise too high Power loss only works periodically, and the Keraraikteil Fig. 1,2, penetrated by tubes. These parts are installed in a double-walled, heat-insulating housing Fig. 1,1. 2. Staublech nach Anspruch 1, wobei das Staublech Fig. 1,4 dadurch gekennzeichnet ist, daß mittels der Aufhängung an Federelementen Fig; 1,5 und der speziellen Durchlaßbegrenzung durch temperaturabhängige Druckgeberelemente Fig. 3,7 und Fig. 3,9 die jeweils benötigten Drücke aufgebaut werden.2. baffle according to claim 1, wherein the baffle Fig. 1,4 is characterized in that by means of the suspension on spring elements Fig; 1.5 and the special passage limitation through temperature-dependent Pressure transducer elements Fig. 3, 7 and Fig. 3,9 the pressures required in each case can be built up. 3. Elektrische Abgasheizung Fig. 2,F und Fig. 2,G" nach Anspruch 1, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie temperaturabhängig arbeitet um Leistungsver-. luste im Dauerbetrieb zu vermeiden.3. Electrical exhaust gas heating Fig. 2, F and Fig. 2, G "according to Claim 1, which is characterized in that it works as a function of temperature to power consumption. to avoid losses in continuous operation. 4. Temperaturabhängiger Staublechdurchlaßmechanismus Fig. 3 nach Anspruch 2, der dadurch gekennzeichnet ist., daß mittels zweier koaxialer teilausgesparter Bleche, wovon eines drehbar gelagert ist Fig.3,9 der Durchlaß an Abgasvolumina über Druckgeberelemente Fig.3,7 temperaturabhängig variiert wird. Druckgeberelement kann auf der Basis von Gasausdehnung zeichnerisch dargestellt Fig.3,6-7 ,oder auf der Basis der Bimetalcharakteristik arbeiten.4. Temperature-dependent baffle passage mechanism Fig. 3 according to claim 2, characterized in that by means of two coaxial partially recessed Sheets, one of which is rotatably mounted Fig. 3,9 the passage of exhaust gas volumes via pressure transducer elements Fig.3,7 is varied depending on the temperature. Pressure transmitter element can be based on gas expansion graphically shown Fig.3,6-7, or on the base the bimetal characteristic work. BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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