DE7308471U - Anordnung zur schnellen, vom motor unabhaengigen vorwaermung von luft oder abgas, vorzugsweise bei brennkraftmaschinen - Google Patents

Anordnung zur schnellen, vom motor unabhaengigen vorwaermung von luft oder abgas, vorzugsweise bei brennkraftmaschinen

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Description

: i 1181 D
J. Eberspächer 73 Eselinnen/N., den 28. Febr. 1973 Eberspicherstraße 24
Anordnung zur schnellen, vom Motor unabhängigen Vorwärmung von Luft oder Abgas, vorzugsweise bei Brennkraftmaschinen.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur schnellen, vom Motor unabhängigen Vorwärmung von Luft oder Abgas, vorzugsweise für den Betrieb eines Katalysators fur die katalytisch« Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer Brennkammer, einem als Vorkammer ausgebildeten Mischhaie sowie Mitteln zur Brennstoff-Verbrennungsluft und Sekundärluftzuführung sowie Mitteln zur Zündung des zündfähigen Brennstoff-Luftgemisches.
Das bevorzugte Anwendungsgebiet für die Anordnung gemäß der Erfindung ist die Reinigung von Abgasen durch Katalyse. EIa weiteres Aawenduagsgebiet bildet die Vorwärmung der Verbrennungsluft im Saugrohr von Dieselmotoren. Auch bei diesem Gebiet steht die Verbesserung der Verbrennung und damit die Verringerung des Anteile von toxischen Stoffen im fi bgas im Vordergrund. Schließlich hat sich gezeigt, daß der Gegenstand der Erfindung auch bei stationären Anlagen, in denen Verbrennungen stattfinden, mit Erfolg angewandt werden kann, so z. B. bei Müllverbrennungsanlagen oder Anlagen der Petrolchemie und sogar bei Hausheizungen, bei denen ebenfalls eine Reinigung von Abgasen durch Katalyse durchgeführt werden kamt, um den Auslaß toxischer Stoffe zumindest zu reduzieren.
Die Verwendung von Katalysatoren zur Abgasentgiftung ist bereits seit langem bekannt. Ebenso bekannt ist es, daß die Katalysatoren eine bestimmte Betriebstemperatur benötigen. Diese liegt vorzugsweise bei 400° bis 600°C. Erst wenn sich diese Temperatur eingestellt hat, kann die Entgiftung erfolgen.
Ebenso ist es bekannt, daß gerade beim Anfahrvorgang eine besonders starke Emission toxischer Stoffe erfolgt. Dieser besondere ungünstige Vorgang dauert bei den heute bekannten Anordnungen, die für den Betrieb des Katalysators nötig ist, etwa 60 sek., d. h. während dieser Zeit findet 28 02 73 - 2 -
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nicht nur keine Entgiftung statt, sondern sogar ein erheblicher Auswurf an Giftstoffen. Es wurde daher gefordert (Kalifornia Test), daß das Abgas von Anfang an "sauber" sein muß.
(Tm die Ansprechzeit des Katalysators zu verkürzen, ist es bekannt, ihn möglichst nahe bei dem Motor anzuordnen. Diese Anordnung, bei welcher der Katalysator wie bei den meisten bekannten Anordnungen von dem heißen Abgas aufgeheizt wird, hat den Vorteil früheren Ansprechens. Dem steht jedoch der erhebliche Nachteil gegenüber, daß während des weiteren Betriebes durch die Beaufschlagung mit ca. 1000° C heißem Abgas der Katalysator "verbrennt", d. h. völlig unwirksam wird. Die Lebensdauer derartiger Anordnungen ist derart niedrig, daß ein Einbau z. B. in Kraftfahrzeuge nicht empfohlen werden kann.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, dem Katalysator eine zusätzliche Brennkammer zuzuordnen und damit diesen auf Betriebstemperatur zu bringen. Jedoch tritt auch hierbei eine "Verbrennung" des Katalysators auf.
Um die katalytische Oxydation der toxischen Stoffe des Abgases zu verbessern, ist es weiterhin bekannt, dem Katalysator Sekundärluft zuzuführen. Hierzu wird eine mit Keilriemenantrieb versehene und von dem Verbrennungsmotor angeriebene Saginaw-Pumpe verwendet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur schnellen, von der Motorleistung unabhängigen Vorwärmung von Luft oder Abgas vorzugsweise für den Betrieb eines Katalysators zu schaffen, die es ermöglicht, den Katalysstor an optimaler Stelle, also dort, wo er vor Überhitzung oder Verbrennung durch das heiße Abgas des Motors geschützt ist, anzuordnen und bei der dieser Katalysator doch schnell· in ca. 1-2 sek., nach Inbetriebnahme des Motors voll wirksam ist, d. h., eine wirkungsvolle Entgiftung durchführt.
Ausgehend von der Erkenntnis, daß dem Katalysator zum Betrieb Frischluft und Wärme zugeführt werden muß, um das Abgas reinigen zu können, wird diese Aufgabe erflndungsgemäß dadurch gelöst, daß die für die Aufheizung des Abgases zur Übertragung der Wärme auf den Katalysator so daß dieser seine Betriebstemperatur erreicht - erforderliche Brennkammer als Rotationskammer ausgebildet ist und daß in diese Brennkammer die das
Abgas führende Rohrleitung axial hineinragt, daß ferner ein als Vorkammer 73 03 01 - 3 -
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ausgebildeter Mischhals tangential in die Brennkammer eintretend eingeordnet ist, ferner, daß in dem Mischhals tangential die Leitung für die Sekundärluft mündet und daß die Zufuhr des Brennstoffes und der Verhennungsluft Ober eine in der Längsachse des Mischhalses angeordnete Miachdüse und die Weiterleitung des - aufgeheizten - Abgases fiber eine Abgasleitung (Eintritt) gegenüber angeordnete Leitung erfolgt.
Es hat eich gezeigt, daß mit der Anordnung gemäß der Erfindung praktisch unmittelbar nach Anlassen des Motors bereite der Katalysator auf seine Betriebstemperatur gebracht werden kann. Im Normalfall läuft der Vorgang so ab, daß mit der Betätigung der Zündung des (Fahrzeug-)Motors auch unmittelbar die Brennkammer der erfindungsgemäßen Anordnung gezündet wird. Nach ca. 1-2 sek. ist der Brenner auf Betriebstemperatur und heizt das anströmende Abgas auf, dieses überträgt die Wärme auf den Katalysator, der sich ebenfalls auf seine Betriebstemperatur erhitzt. Verstärkt wird dieser Vorgang noch durch die von der Saginaw- Pumpe oder einem kleinen Kompressor in die Brennkammer geförderte und schnell erhitzte Sekundärluft. Bei diesem Normalfall tritt ein Ausstoß von noch nicht entgiftetem Abgas in den ersten 1-2 sek auf. Dort wo auc dieces noch vermieden werden muß, wird die erfindungsgemäße Anordnung in folgender Weise betrieben:
Zwischen der Zündung des Motors und der Zündung der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein bekanntes Zeitverzögerungsglied vorgesehen. Dieses bewirkt, daß die erfindungsgemäße Anordnung sofort gezündet wird, während der Motor erst kurze Zeit, z. B. 2 sek. später gezündet wird. Während dieser Verzögerungszeit muß die Saginaw-Pumpe entweder von der Batterie betrieben oder durch ein Druckluftbordnetz, wie z. B. bei Dieselmotoren, ersetzt werden. Bei diesem Vorgang wird erreicht, daß das Abgas sofort aufgeheizt und der Katalysator sofort wirksam wird.
Um die Verbrennung in der erfindungsgemäßen Anordnung durch Stabilisieren der Flamme zu bessern, ist in einer Weiterführung der Erfindung in der Brennkammer, im Bereich des Anschlußes dee Mischhalses eine einen 60 · 120 -Sektor abdeckende Zunge zwischen der Abgaseintrittleitung und dem Brennkammer mantel parallel zur Brennkammerstirnseite angeordnet. Damit wiird bewirkt, dafi die Flamme rotiert und nicht ia das Abgasrohr hineingetragen wird. Durch die starke Rotation in der Vorkammer 73 03 01 - 4 -
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ergibt sich eine lange Verweilzeit mit optimaler Verwübelung des Gemisches (der Flamme). Bei der erfindungs gemäßen Anordnung ist an dem Mischhaie ein Anschlußstutzen Hr eine Zündeinrichtung angeordnet.; Hier wird In bekannter Weise die Zündung des zündfähigen Gemisches bewirkt. Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, daß vor der Mischdüee ein die Anschlüsse für Brennstoff .und verbrennungsluft enthaltende* Aaschlußventil und zwischen der Mischdüse und dem Mischhals eine weitere, im Durchmesser geringere Mische trecke angeordnet ist. Damit kann in besonders günstiger Weise die Zuführung von Brennstoff und der zur Verbrennung erforderlichen Verbrennungsluft erfolgen, wobei in der Mischdüse die Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemengebildung erfolgt und in der erfindungsgemäß angeordneten weiteren Miechstrecke eine noch bessere Gemengeaufbereitung erzielt wird. Ferner ist erfindungsgemäß an dem Anschlußteil - mit der Mischdüse, den Anschlüssen für Brennstoff- und Verbrennungsluft und der zusätzlichen Mischstrecke - noch ein zusätzlichem Anschluß für eine Steaerleitung angeordnet. Hier kann z. B. eine Steuerleitung für eine iStermost&tregelung angeschlossen werden, so daß die Zündung abgeschaltet werden kann, bzw. sich selbst abschaltet, sobald die nötigen Temperaturen erreicht sind. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer aus einem zylindrischen Teil und einem sich in Strömungsrichtung des Abgases anschließenden kegelförmigen Teil besteht und daß in der Längsrichtuug der Abgasleitung, jedoch von dieser getrennt, die Leitung für die Zuführung des Abgases zum Katalysator angeordnet ist. Damit wird eine besonders gute Aufheizung des Abgases eneicht. Dieses aufgeheizte Abgas wird dem Kataly eator zur Oxydation mit der vom Brenner kommenden Wärme und Luft zugeführt.
Es hat sich gezeigt, daß neben der Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in Verbindung mit der katalytischen Reinigung von Abgasen, diese in der Saugleitung eines Dieselmotors zur Vorwärmung der Ve brennungsluft mit besonderen Vorteilen angeordnet werden kann. Einzelheiten der Erfindung sind an Hand de^ in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele mähen., erläutert und beschrieben. 73 03 01 - 5 -
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Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch die Brennkammer mit den abgasführenden Leitungen
Fig. 2 eine Ansicht der erfindungs gemäß en Anordnung
Fig. 3 eine Ansicht der Brennkammer mit dem Mischhals und geschnitten den Anschluß teil für die Brennstoff- und Verbrennungsluftzuführung und
Fig. 4 einen Halbschnitt durch die Mischdüse
Das Abgas oder die vorzuwärmende Luft wird der erfindungsgemaSen Anordnung an der Stelle A in Fig. 1 zugeführt, das aufgeheizte Abgas bzw. die vorgewärmte Luft verläßt die Anordnung an der Stelle B. Im Folgenden wird das Ausführungsbeiepiel in seiner Verwendung zur Aufheia^ng des Abgases für die katalytische Behandlung beschrieben, Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Abgas über die abgasführende Leitung 2 der Brennkammer 1 zugeführt. Diese Brennkammer 1 ist als Ringraum und dadurch als Rotationskammer ausgebildet und weist im Bereich des Mischhalses 3 (Fig. 2) eine einen Sektor abdeckende Zunge 7 zwischen der Abgasleitung 2 und dem Brennkammermantel 8 auf. Diese Zunge ? soll bewirken« daß die Flamme in der Brennkammer 1 rotiert und nicht in das Abgasrohr 6 getragen wird. Das aufgeheizte Abgas soll erst über die Abgasableitung 6 dem am optimaler Stelle im Motor/Abgassystem angeordneten Katalysator zugeführt werden. Den Obergang von der Brennkammer 1 mit dem Mantel 8 zu dem Abgadrohr bildet eine kegelförmige Einschnürung 15. Durch die in der Brennkammer herrschende Temperatur ist der in diese Brennkammer 1 hineinragende Teil des Abgaszuführungsrohres 2 glühend, so daß das Abgas beim Durchströmen des Brennkammerbereiches um einige hundert Grad angeheizt werden kann.
Wie die Fig. 2 und die Fig. 3 zeigen, ist an die Brennkammer 1 der als Vorkammer wirkende Mischhals 3 tangential angeschlossen, und an diesen wiederum, ebenfalls mit tangential©™ Eintritt, die Leitung 4 für die Sekundärluft. Durch diese tangential-radiale Zuführung der Sekundärluft bildet sich zugleich ein Kühlschleier in dem Mischhals 3, d. h diese Kammer bleibt weitgehend kalt, sodaQ keine schädliche A bet rahlang auftritt. Gleich-
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ζ eitig ergibt sich durch die auftretende Rotation in dem Mischhals 3 (Vor- ( l/ kammer) eine lange Verweilzeit fflr den zugeführten Brennstoff und der Verbrennungsluft, so daß eine optimale Verwirbelung des Gemisches erreicht wird. Die Sekundärluft kann entweder von einem kleinen vorhandenen Kompressor eingespeist oder einem Druckluftbordnetz entnommen werden. An dem Mischhals 3 ist ferner ein Stutzen 9 für die Zündeinrichtung z. B. eine Zündkerze vorgesehen.
'Jn der Achsrichtung des Mischhaie es 3 ist hinter einer zusätzlichen Mischstrecke 13 ein die Mischdüse 5 enthaltendes Anschlußteil 12 angeordnet und an diesem Teil 12 wiederum die Anschlüsse 14 für die Primär- und Verbrennungsluft, 10 für eine zusätzliche Steuerleitung und 11 für den Brennstoff. Die Mischdüse 5 ist in Fig. 4 gesondert dargestellt. In dieser Mischdüse 5 bildet sich durch Luftzerstäubung des Brennstoffes ein fettes, sehr zündwilliges Gemisch, was mittels der in dem Stutzen θ an den Mischhals 3 angeordneten Zündmittel gezündet wird. Die Mischdüse 5 besteht aus dem Einsatz 17 zur Verbrennungsluftzufuhr und dem diesen Einsatz konzentrisch und mit Abstand umgebenden Einsatz 16 zur Brennstoffzufuhr. In dem Einsatz 16 ist ein Zerstäuberring 18 für den Brennstoff angeordnet. Das sich im Bereich des Zerstäuberringes 18 bildende sündfähige Gemisch vermischt sich weiter noch in der zusätzlichen Mischstrecke 13 und gelangt sodann in den Mischhaie 3.

Claims (5)

; :":".· y 1181 D J. Eberspächer 73 Esslingen/N.« den 1. März 1973 Eberspächerstraße 24 nsprüch e
1.) Anordnung zur schnellen, vom Motor unabhängigen Vorwärmung von Luft« vorzugsweise für den Betrieb eines Katalysators« für die katalytisch« Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen« bestehend aus einer Brennkammer, einem als Vorkammer ausgebildeten Mischhals sowie Mitteln zur Brennstoff· Verbrennungsluft-und Sekundärluftzuführung sowie Mitteln zur Zündung des zündfähigen Brenr.it off-Luft gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) als Rotationskammer ausgebildet ist und daß in diese Brennkammer (1) die das Abgas führende Rohrleitung (2) axial hineinragt« daß ferner der als Vorkammer ausgebildete Mischhals (3) tangential in die Brennkammer (1) eintretend angeordnet ist, ferner« daß in den Mischhals (3) tangential die Leitung (4) für die Sekundärluft mündet und daß die Zufuhr des Brennstoffes und der Verbrennungsluft über eine in der Längsachse des Mischhalses (3) angeordneten Mischdüse (5) und die Weiterleitung des Abgases über eine der Abgasleitung (2) gegenüberliegend angeordnete Leitung (6) erfolgt.
2.) Anordnung nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (1) im Bereich des Anschlusses des Mischhalses (3) eine einen 60° - 120° - Sektor abdeckende Zunge (7) zwischen der Abgaseintrittsleitung (2) und dem Brennkammermantel (8) parallel zur Brennkammerstirnseite angeordnet ist.
3.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Mischhaie (3) ein Anschluß?tutzen (9) für eine Zündeinrichtung angeordnet ist.
4.) Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Mischdüse (5) ein die Anschlüsse (10.11) für Brennstoff und Ver-
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brennungsluft enthaltendes Anschlußteil (12) und zwischen dieser MischdQse (5) und dem Mischhals (3) eine weitere im Durchmesser geringere Mischstrecke (13) angeordnet ist.
5.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4« dadurch gekennzeichnet« daß an dem Anschlußteil (12) ein zusätzliches Anschluß (14) für eine Steuerleitung angeordnet ist.
β.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß die Brenn· kammer (1) aus einem zylindrischen Teil (8) und einen sich in Strömungerichtung des Abgases anschließenden kegelförmigen Teil (15) besteht und daß in der Längsrichtung der Abgasleitung (2)« jedoch von dieser getrennt« die Leitung (6) für die Zuführung des Abgases zum Katalysator angeordnet ist.
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U. Z. 76
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