DE4104124C1

DE4104124C1 - Exhaust gas cleaner for IC engine - has afterburner in-front of carrier of catalytic layers

Info

Publication number: DE4104124C1
Application number: DE19914104124
Authority: DE
Inventors: Josef Dr. 8056 Neufahrn De Mallog
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1991-02-12
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1992-07-30
Anticipated expiration: 2011-02-13

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Nachbrenner, der eine Flammhaltevorrichtung sowie eine Zündvorrichtung auf weist. Eine derartige, bspw. aus der US-PS 30 19 780 bekannte Abgasreinigungsvorrichtung dient u. a. dazu, den Anteil schädlicher Be standteile der Brennkraftmaschinen-Abgase durch nochma lige Verbrennung zu verringern. Dabei entstehen jedoch abermals Abgase, die zu verringern sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt hat.

Erfindungsgemäß weist somit die Flammhaltevorrichtung mehrere in Abgasströmungsrichtung orientierte Kanäle auf, die katalytisch beschichtet sind. Die im wesentlichen in Abgasströmungsrichtung orientierten Kanäle beruhigen den an sich pulsierenden Abgasstrom der Brennkraftmaschine und lösen insbesondere an der der Brennkraftmaschine ab gewandten Seite der Flammhaltevorrichtung Mikroturbulen zen aus, die eine einmal entzündete Flamme im Nachbrenner wirkungsvoll stabilisieren. Die zusätzliche katalytische Beschichtung verursacht in den Kanälen zusätzlich eine flammlose Verbrennung der Brennkraftmaschinen-Abgase und reduziert somit die Emission unverbrannter Abgas schadstoffe weiter. Gute Ergebnisse wurden dabei mit einer Flammhaltevorrichtung erzielt, die im wesentlichen aus einer Scheibe eines an sich bekannten Trägerkörpers eines üblichen Abgaskatalysators aufgebaut wurde. Bei diesem Trägerkörper kann es sich dabei um die bekannten Keramikmonolithen oder um metallische, beispielsweise ge wickelte Trägerkörper handeln, der bevorzugt eine geringe Wärmekapazität besitzt.

In einer zuverlässigen Ausführungsform ist die Zündvor richtung als Zündkerze ausgebildet, die in Abhängigkeit von der Gestalt der Flammhaltevorrichtung oder von der Gestalt der Abgasreinigungsvorrichtung in ihrer Gesamt heit, d. h. dem Gehäuse sowie den durch die Gehäuseform bestimmten Strömungsverhältnissen, in Strömungsrichtung betrachtet, der Flammhaltevorrichtung vor- oder nachge schaltet sein kann. Vorgesehen sein kann ferner ein Zu fuhrkanal, über den Verbrennungsluft oder Verbrennungsgas - in Abgasströmungsrichtung gesehen - vor die Flammhalte vorrichtung gebracht wird, um eine sichere Verbrennung im Nachbrenner zu ermöglichen. Findet sich im Abgas der Brennkraftmaschine ein relativ hoher noch unverbrannter Brennstoffanteil, so ist die Zufuhr von Verbrennungsluft ausreichend, bei nahezu vollständig verbranntem Brenn stoff hingegen kann die Zufuhr von Verbrennungsgas oder extern erzeugtem Heißgas erforderlich sein. In diesem Zu sammenhang kann der Nachbrenner auch dazu genutzt werden, einen dem Nachbrenner nachgeschalteten üblichen Abgaska talysator schneller auf seine Betriebstemperatur zu brin gen. In einem im wesentlichen gemeinsamen Gehäuse ist dann stromab der Flammhaltevorrichtung zumindest ein wei terer Trägerkörper mit einer Vielzahl von katalytisch be schichteten Abgaskanälen angeordnet, wobei der Nachbren ner mit einer erfindungsgemäßen Flammhaltevorrichtung be vorzugt nach einem Start der Brennkraftmaschine in Be trieb genommen wird und dabei zwei Funktionen ausübt. Zum ersten werden die Abgasschadstoffe während des Zeitrau mes, in dem der übliche 3-Wege-Katalysator seine Be triebstemperatur noch nicht erreicht hat, reduziert, zum anderen wird durch die zusätzliche Verbrennung im Nach brenner dieser 3-Wege-Katalysator schneller auf seine Be triebstemperatur gebracht. Hierbei wirkt abermals die ka talytische Beschichtung der Flammhaltevorrichtung för dernd. Bevorzugt befindet sich jedoch zwischen der Flamm haltevorrichtung sowie dem weiteren Katalysator-Träger körper ein ausreichender Freiraum für ein erfolgreiches Nachbrennen bzw. eine Reaktion der noch unverbrannten Kraftstoffbestandteile.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In einem Teil schnitt gezeigt ist eine Prinzipdarstellung einer erfin dungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung.

Diese besteht im einzelnen aus einem Gehäuse 1 mit einem Einlaufstutzen 1a und einem Einlaufdiffusor 1b, aus einem Nachbrenner 2 mit einer Flammhaltevorrichtung 2a und ei ner Zündvorrichtung 2b, sowie weiteren Trägerkörpern 3 mit einer Vielzahl von katalytisch beschichteten Ab gaskanälen, von denen lediglich einer vergrößert unter der Bezugsziffer 3a dargestellt ist. Ferner mündet im Einlaufstutzen 1a ein Zufuhrkanal 4 für Verbrennungsluft oder Verbrennungsgas.

Analog den Trägerkörpern 3 weist auch die Flammhaltevor richtung 2a eine Vielzahl von im wesentlichen in Abgas strömungsrichtung (Pfeilrichtung 5) orientierten Kanälen 2c auf, die katalytisch beschichtet sind. Im einfachsten Falle stellt die Flammhaltevorrichtung 2a eine Scheibe eines üblichen Trägerkörpers 3 mit geringer Wärmekapazi tät dar. Nach Zündung durch eine als Zündkerze ausgebil dete Zündvorrichtung 2b - den jeweiligen Erfordernissen entsprechend kann diese Zündvorrichtung 2b der Flammhal tevorrichtung 2a vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein - kann sich an der solchermaßen gestalteten Flammhaltevor richtung 2a eine kontinuierliche Verbrennung einstellen. Die Kanäle 2c beruhigen den an sich pulsierenden Abgas strom der weit stromauf des Einlaufdiffusors 1b angeord neten Brennkraftmaschine, während sich mit den Mikrotur bulenzen, die sich auf der dem Einlaufstutzen 1a abge wandten Seite der Flammhaltevorrichtung 2a einstellen, eine stabile Verbrennung ergibt.

Um im Bereich der Flammhaltevorrichtung 2a ein brennbares Gemisch zu haben, kann über den Zufuhrkanal 4 Verbren nungsluft (Sekundärluft) zugeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, über den Zufuhrkanal ein Verbrennungsgas einzuleiten, insbesondere wenn der Nachbrenner 2 dazu ge nutzt werden soll, nach einem Start der Brennkraftma schine den dem Nachbrenner 2 nachgeschalteten katalytisch beschichteten Trägerkörper 3 schneller auf seine Be triebstemperatur zu bringen. Hierzu kann im Zufuhrkanal 4 auch ein Gebläse sowie eine einfache Gemischaufberei tungsanlage mit einem Ansaugkanal für Luft und einem An saugkanal für Brennstoff vorgesehen sein.

Indem die Flammhaltevorrichtung 2a selbst katalytisch be schichtet ist, erfolgt hierbei zusätzlich zur Flamm-Ver brennung eine flammlose Verbrennung, die die Abgas schadstoffe der Brennkraftmaschine weiter reduziert, be reits bevor die dem Nachbrenner 2 nachgeschalteten kata lytisch beschichteten Trägerkörper 3 ihre Betriebstempe ratur erreicht haben. Schließlich bewirkt ein derartig gestalteter Nachbrenner 2 eine deutlich beschleunigte Aufheizung der Trägerkörper 3 nach einem Start der Brenn kraftmaschine. Dabei können konstruktive Details auch an ders gestaltet werden, ohne den Inhalt der Patentansprü che zu verlassen.

Claims

1. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Nachbrenner (2), der eine Flammhaltevor richtung (2a) sowie eine Zündvorrichtung (2b) auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammhaltevorrich tung (2a) mehrere im wesentlichen in Abgasströmungs richtung (5) orientierte Kanäle (2c) aufweist, die katalytisch beschichtet sind.

2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammhaltevorrich tung (2a) im wesentlichen eine Scheibe eines an sich bekannten katalytisch beschichteten Trägerkörpers eines Abgaskatalysators ist.

3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammhaltevorrich tung (2a) als Zündvorrichtung (2b) eine Zündkerze vor- oder nachgeschaltet ist.

4. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich stromab der Flamm haltevorrichtung (2a) ein Volumen für die Reaktion noch unverbrannter Kraftstoffbestandteile an schließt.

5. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der Flammhalte vorrichtung (2a) in einem im wesentlichen gemeinsa men Gehäuse (1) zumindest ein weiterer Trägerkörper (3) mit einer Vielzahl von katalytisch beschichteten Abgaskanälen (3a) angeordnet ist.

6. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf der Flammhalte vorrichtung (2a) ein Zufuhrkanal (4) für Verbren nungsluft oder Verbrennungsgas mündet.