DE2163983C3 - Nachverbrennungsanlage für die Abgase von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung lczieht sich auf eine Nachverbrennungsanlage für die Abgase von Brennkraftmaschinen, bei der den Abgasen vor ihrer Nachverbrennung in einer Nachbrennkammer ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gesteuert zugeführt wird.

Es sind Nachverbrennungsanlagen dieser Art bekannt, bei denen mit Hilfe des Kraftstoff-Luft-Gemisches die Nachverbrennung mit offener Flamme bewirkt wird. Da die bekannten Nachverbrennungsanlagen in der Abgasleitung untergebracht sind, durch das die Abgase mit hoher Geschwindigkeit strömen, ist es ziemlich schwierig, die Verbrennung der Abgase stabil zu halten. Ferner ergeben sich bei offener Flamme häufig unregelmäßige Verbrennungen wie Fehlzündungen oder Ausblasen, so daß die Abgasnachverbrennung gestört und dadurch der Anteil an unverbrannten Teilen erhöht wird. So ist eine Nachverbrennungsanlage bekannt (deutsche Patentschrift 158), bei der der Kraftstoff direkt in die Nachbrennkammer eingeführt und dabei durch einen Druckluftstrom mitgerissen wird. Diese Druckluft wird mit dem Kraftstoff erst in der Nachbrennkammer vermischt, wobei mit Rücksicht auf die hohe Geschwindigkeit der hindurchtretenden Abgase ein soleher Mischvorgang erheblich behindert oder sogar unmöglich gemacht wird. In einem anderen bekannlen Fall (deutsche Ausiegeschrift 1 23S273) mündel die Abgasleitung als Auffangdüse in die Nachbreniikammer, wobei kurz vor dem Ende der Düse das Kraftstoff-Luft-Gemisch tangential zugeführt wird. Hier kann ohne weiteres der Fall eintreten, daß das Gemisch als Hülle um den Abgasstrom wandert, so daß keine ausreichende Durchmischung mit dem Abgasstrom gewährleistet ist. Schließlich ist es bekanntgeworden (USA.-Patentschrift 3 131533), das Gemisch axial in Richtung des Abgasstroms auf dessen Außenseite zuzuführen. Auch hier kann keine ausreichende Durchmischung gewährleistet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nachverbrennungsanlase der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die gute Durchmischung von Abgasen und Luft-Kraftstoff-Gemisch gewährleistet und stabile Verbrennung garantiert.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, duß das Kranstoff-Luft-Gemisch über einen in der Eintrittskammer der Nachbrennkammer angeordneten Behälter zuführbar ist, dessen poröse Wanuung mit einer Vielzahl von Vorsprüngen versehen ist. Die zuführung des Gemisches durch eine poröse Wandung sorgt für optimale Verteilung, wobei durch die profilierte Ausbildung aiii der den Abgasen zugewandten Seite eine starke Verwirbelung und gesieigerle Diirchmischung gewährleistet wird, wodurch stabile Mammen erreichbar sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematichen Zeichnung näher erläutert; dabei ist

Fig. I ein schematisches Durchflußdiagramm einer Nachverbrennungsanlage nach der Erfindung.

F i g. 2 eine erläuternde Ansicht der gesamten Nachverb rcnnungsanlage,

Fig. 3 eine vergrößerte Längsschnittansicht einer Ausführungsform des Nacliverbrennungsstabilisatois und der Nachbrennkammer gemäß F i g. 2,

F i e. 4 eine der F i g. 3 entsprechende Darstellung, die eine weitere Ausführungsl'orm verdeutlicht.

Gemäß Fig. I ist die Nachverbrcnnungsanlagc 10 nach der Erfindung mil einer Lieferleltung 11 für die Zufuhr von Zusatzluft in die durch die Einiritlsleitung 12 zuströmenden verunreinigten Abgase versehen. Diese Abgase richtigen Mischungsverhältnisses werden dann mittels einer Leitung 13 in eine Nachbrennkammer 14 eingeführt, um d>e upverbrannten Teile vollständig zu verbrennen. Nach dem Nachverbrennen der verunreinigten Abgase gibt die Nachbrennkammer 14 saubere Abgase in die Austrittsleitung 15 ab.

Gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung wird die Nachverbrennung in der Nachbrennkammer 14 durch einen Nachverbrennungsstabilisator 16 stabilisiert, der unter Bezugnahme auf F ig. 2 bis4 im einzelnen erörtert wird. Der Nachvcrbrcnnungsstabilisator 16 erzeugt eine vorgemischte Flamme, die als Wärmequelle für die Nachverbrennung der Abgase wirkt. Von einer Gemischlicfereinrichtung 17 wird ein zusätzliches Luft-Kraflstoff-Gemisch geliefert, um die vorgemischte Flamme zu bilden und aufrechtzuerhalten. Gemäß F i g. 1 wird die durch die Leitung 18 zuströmende Zusatzluft und der durch die Leitung 19 zuströmende Zusatzkraftstoff so dosiert, daß ein richtiges Gemischverhältnis erhalten und der Gemischliefereinrichtung 17 zugeführt wird.

Für die vollständige Verbrennung der Abgase wird die Temperatur in der Nachbrennkammer 14 auf einem geeigneten Niveau gehalten. Diese Temperatursteuerung wird durch eine Gemischdurchfluß-

steuereinrichtung 21 bewirkt, die die Intensität und damit die durch die vorgemischte Flamme erzeugte thermische Energie steuert. Die Gemischdurchflußsteuereinrichtung 21 regelt in Abhängigkeit von der Temperatur in der Nachbrennkammer 14 den Durchfluß des zusätzlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches, das ein richtiges Mischungsverhältnis erhalten hat. Die Temperaturermittlung erfolgt durch einen Temperaturfühler TX in der Nachbrennkammer 14. Für das Zünden der vorgemischten Flamme dient ein Zünder 23 in der Nachverbrennungsanlage 10.

Es folgt nunmehr an Hand der F i g. 2 eine ins einzelne gehende Beschreibung der gesamten Nachverbrennungsanlage 10; dabei ist der Nachverbrennungsstabilisator 16 als sphärischer Behälter 16a in der Eintrittskammer 14 a der Nachbrennkammer 14 untergebracht, die von einem Gehäuse 14 ft begrenzt wird.

Die Abgase einer Brennkraftmaschine werden der Eintrittskammer 14 a durch eine Eintrittsleitung 12 zugeführt. Mit Hilfe einer Lufteinblaseinrichtun» (nicht gezeigt) wird in einer Leitung 11 eine derart bemessene Menge an Zusatzluft den Abgasen zugeführt, daß ein mageres Gemisch entsieht. Außerdem wird Zusatzluft durch einen Kanal 18 ft mit Hilfe eines Gebläses 18 α aus der umgebenden Atmosphäre angesaugt und in den Behälter 16 α des Nachverbrennungsstabilisators ausgestoßen. Gleichzeitig wird eine optimale Menge Zusatzkraftstoff in zerstäubtem Zustand dem Kanal 18 ft mit Hilfe eines Vergasers 19 a zugeführt, der über eine Leitung 19 mit einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) verbunden ist.

Das auf diese Weise erzeugte zusätzliche Luft-Kraftstoff-Gemisch wird beim Durchgang durch die poröse Wandung 16 ft des Behälters 16 a gleichförmig zugemischt. Dieses zusätzliche Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch eine Zündkerze 23 a des Zünders 23 gezündet. Auf diese Flamme treffen die Abgase, die gewöhnlich unverbrannten Kraftstoff und außerdem Zusatzluft enthalten, so daß sie ohne Schwierigkeit verbrennen, wenn die Nachbrennkammer 14 auf hoher Temperatur gehalten wird. Diese Verbrennung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig.3 erläutert.

Ein Tempera'urfühler 22 in der Nachbrennkammer 14 liefert ein der Temperatur verhältiges Signal, das in eine Steuereinrichtung 21 eingeführt wird, die mit einem Stellmotor 21 ft zur Betätigung eines im Kanal 18 ft angeordneten Drosselventils 21 c verbunden ist. Auf diese Weise wird die Temperatur in der Nachbrennkammer 14 auf einer für vollständige Verbrennung geeigneten Höhe gehalten.

Steuereinrichtung 21 α und Antriebsmotor des Gebläses 18 a sind über einen Zündschalter 25 mit einer Energiequelle verbunden. Die Zündkerze 23 a mit ihrer Hochspannungsquelle 23 ft wird durch die Steuereinrichtung 21 α überwacht.

Gemäß F i g. 3 weist der Nachverbrennungsstabilisator 16 eine Anzahl von Vorsprüngen 16 c auf, die aui der porösen Wandung 16 ft gebildet sind. Diese Vorsprünge 16 c bestehen vorzugsweise aus feuerfestem Material und wirken als Wärmequelle für die Verbrennung, wenn die vorgemischte Flamme darum gebildet wird. Diese Vorsprünge werden durch die voigemischte Flamme auf Rotglut erhitzt. Dabei bildet sich die Flamme ganz nah an den Spitzen der Vorsprünge 16 c.

Die Abgase werden mit relativ hoher Geschwindigkeit in die Nachbrennkammer 14 geschickt. Dabei wird die poröse Wandung 16 b als Hindernis, das

ίο stromab einen Sog und eine Rücklaufzone gernäß Darstellung bildet. Die poröse Wandung 16 ft wirkt ferner als Flammenhalter. Die Vorsprünge 16 c erzeugen im Abgasstrom kleine Turbulenzen. Bei einer auf diese Weise geformten vorgemischten Flamme verankern die vereinigten Wirkungen der kleinen Turbulenzen, des Sogs und der Nachlaufschleppe sowie der Rücklaufzone stabil die Verbrennung, die als schraffierte Reaktionszone dargestellt ist.

Als unerwartetes erwünschtes Ergebnis braucht das in der porösen Wandung 16 ft verwendete Material keine außergewöhnlichen Wärmewiderstandseigenschaften zu haben, da das zusätzliche Luft-Kraftstoff-Gemisch kalt genug ist, um die Wandung 16 ft beim Durchgang abzukühlen. Es sind daher für die poröse Wandung 16ft beispielsweise Materialien wie gesintertes Porzellan oder mehrschichtiges rostfreies Stahlgitter geeignet. Auch können die Vorsprünge 16 c aus festem Porzellan bestehen.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Nach-Verbrennungsstabilisators 16'. Bei dieser Ausführungsform ist eine Eintrittskammer 14'a der Nachbrennkammer 14 innerhalb einer porösen Wandung 16'ft des als Behälter 16'« ausgebildeten Nachverbrennungsstabilisators 16' untergebracht. Auf der Innenfläche der porösen Wandung 16'ft ist eine Anzahl Vorsprünge 16V vorgesehen. Der Behälter 16'« ist von einem Gehäuse 14'ft umschlossen.

Das zusätzliche Luft-KraftstofT-Gemisch wird vor der Gemischliefcreinrichtung 17 in das Gehäuse 147) eingeführt und wandert dann durch die poröse Wandung 16'ft nach innen. Hier wird das Gemisch durch die Zündkerze 32 a gezündet und bildet nahe den Spitzen der Vorsprünge 16Y eine vorgemischtc Flamme. Gleichzeitig werden die Abgase mittels der Leitung 13 durch diese Flamme gezündet, so daß in der Brennkammer 14' eine Reaktionszone erhalten wird, wie sie schraffiert dargestellt ist. Die nachverbrannten Abgase werden durch die Leitung 15 abgeführt.

Im vorliegenden Fall treten nicht im gleichen Maß kleine Turbulenzen, Sog und Rücklaufzone auf, dennoch wird gleichförmige Temperaturverteilung zusammen mit stagnierenden brennbaren Gasen in der Nachbrennkammer 14' erhalten, da diese von den Flammen umschlossen ist und die verunreinigten Abgase in eine Kammer eingeführt werden, die ein relativ großes Volumen hat. Dies führt zur Minderung der zuzuführenden Menge an zusätzlichem Luft-Knftstoff-Gemisch. Die Nachbrennkammer 14' wird von der porösen Wandung 16'ft umschlossen, die gekühlt wird, so daß es kein Kühlproblem gibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Nachverbrennungsanlage für die Abgase von Brennkraftmaschinen, bei der den Abgasen vor ihrer Nachverbrennung in einer Nachbrennkammer ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gesteuert zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch über einen in der Eintrittskammer (14 a, 14'«) der Nachbrennkammer (14, 14') angeordneten Behälter (16 a, 16'e) zuführbar ist, dessen poröse Wandung (16 b, Wb) mit einer Vielzahl von Vorsprüngen (16 c, 16Y) versehen ist.

2. Nadv,erbrennungsanlage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß sich in der den Behälter (16 a) mit dem Gemisch speisenden Leitung (18 h) ein Drosselorgan (21c) befindet, das über einen in Abhängigkeit von der Temperatur in der Nachbreniikammer (14) gesteuerten Sien"-motor (21 b) betätigbar ist.

3. Nachverbrennungsanlage nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Wandung (16/») sphärisch ausgebildet im und sich die Vorspriinge (16 c) auf ihrer Außenseite befinden, wobei das Kraftstoff-Luft-Gemisch vom Innenraum her zuführbar ist (F i g. 2 und 3).

4. Nach verbrennungsan lage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (16'a) die Eintrittskammer (14'a) bildet und in seinem Inneren die Nachbrennkammer aufweist, wobei die Vorsprünge (16V) auf der Innenseite der porösen Wandung (Iu'b) angeordnet sind und das Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Behälter von dessen Außenseite zufülubar ist (P i g. 1).