DE2351979A1

DE2351979A1 - Anordnung zur abgas-nachverbrennung

Info

Publication number: DE2351979A1
Application number: DE19732351979
Authority: DE
Inventors: Dietmar Loeffelhardt
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1973-10-17
Filing date: 1973-10-17
Publication date: 1975-07-03
Also published as: US4002026A; DE2351979C2; FR2248408A1; GB1459127A; SE410489B; FR2248408B1; US3993444A

Description

Anordnung zur Abgas-i-iachverb rennung

Erfindung betrifft eine Anordnung für die xVac liver bremiung eier brennbaren Bestandteile in Abgasen von liotoren, vorzugsweise Otto-i-iOtoren, bestellend aus einem Reaktor, Kitteln zur Abgaszuführung und zur Abführung des nachverbrannten Abgases sowie zur Zufuhr zusätzlicher Verbrennungsluft.

Es ist beirannt, daß in Abgasen von Fahrzeugmotören Schadstoffe enthalten sind. Diese müsseii aufgrund von bestehenden Vorschriften entfernt werden. An geeigneten Mitteln stehen zwei Verfahren zur Verfügung, die Reinigung mittels Katalysatoren und die mittels nachverbrennung. Häufig werden beide Verfahren auch in Kombination angewendet. Bei der Reinigung mittels Katalysatoren wird das Abgas dem in einem Gehäuse in der Abgasleitung angeordneten Katalysator zugeführt, der Katalysator besteht dabei aus einem i-Ionolithen der als Wabenkörper ausgebildet ist. Dieser Katalysator muß an der Stelle des Abgassytems angeordet werden, an dem die für die Wirksamkeit des Katalysators erforderliche Temperatur herrscht. Diese katalytisch^ Reinigung hat den Macateil besonders hoher Störanfälligkeit, da infolge der Pulsation des Abgases der monolithische Wabenkörper leicht zerstört wird. Daher können die geforderten Betriebszeiten vielfach nicht erreicht werden.

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Einfacher und besser beb.errscb.ter ist das Verfahren äer Eachverürennung. Hierbei wird einem sogenannten Reaktor das aus eiern Auslaßventil des Hotor strömende Abgas zugeführt, ferner erfolgt die Zugabe von zusätzlicher Verbrennungsluft, um das Abgas für die nachverbrennung aufzubereiten. In dem Reaktor erfolgt sodann die Verbrennung der brennbaren Bestandteile ües Abgases, wobei entweder die Zündung des zünxifähigen. Gemisches über eine zusätzliche Zündeinrichtung erfolgt, oder aufgrund der hohen xemiDera/bur des Abgases. Im erstgenannten PaIl kann die zusätzliche Zündung nach Inbetriebnahme abgestellt werden, ua der Reaktor eine Temperatur erreicht, (rotglühend) die zur Zündung ausreichend ist.

Ss sind ebenfalls bereits Kombinationen der beiden Reinigungsverfahren bekannt. Bei den hierfür geeigneten Anordnungen ist hinter dem Reaktor die Einrichtung zur katalytischen Reinigung mittels monolithen ¥abenkörper angeordnet. Eine derartige Einrichtung ist nicht nur sehr aufwendig sondern auch in der Abstimmung z.B. der Semperaturen zu empfindlich.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde eine Anordnung ■zur Abgas-Hachverbrennung zu schaffen, die mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und dabei die brennbaren Bestandteile des Abgases abglichst vollständig verbrennt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Reaktor aus einem langgestreckten Reaktionsraum besteht, in dera mindestens ein mit Bohrungen versehener Boden angeordnet ist und daß die Abgaszufuhr über eine möglichst lange und mit

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.einem -Elanspb. sua Anschluß an den Hotorzylincl.erb.lock versehenen .Leitung erfolgt. ,Der in dem langgestreckten lieaktions-.rau.üi a,ngeorcnete und mit Bohrungen versehene jiouen bewirkt eine Verlängerung der Verweilzeit de 3 Abgases, in el esa lleaktionsraum und führt ■ damit zu einer, wesentlichen Verbesserung in der Verbrennung. Ss tritt außerdem .infolge dieser Lohrungen ein Effekt der Ye rgle ic hmäß igung in der Abstrouiung des Abgases auf.Dieser Effekt wird auch bei der Herstellung von Schalldämpfern ausgenutzt und führt hier su einer !Dämpfung des Abgasgeräusches und verlangt außerdem bei Schalldämpfern eine andere Ausgestaltung. . ■ - " -

Wegen der hohen Temperaturen die in dem ReaktionsraUm bei der Nachverbrennung auftreten, müssen besondere Vorkehrungen für die längenänderung, infolge thermischer Ausdehnung getroffen werden. Gemäß einer Weiterführung der Erfindung wird. diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der langgestreckte Reaktionsraum aus zwei mit ;je einem Boden versehenen zylindrischen Abschnitten und einem dazwischen liegenden, .mit seinen Enden die entsprechenden zylindrischen Abschnitte der erstgenannten den Boden überragenden, ebenfalls zylindrischen Teil gebildet ist. Hierdurch wird erreicht, daß sich der Reaktionsraum entsprechend der thermischen Belastung ausdehnen kann, ohne daß Spannungen auftreten. Damit wird die Lebensdauer erhöht. Die hohen Temperaturen in dem Reaktionsraum führen ferner zu einer Erschwernis bei dem Einbau der erfindungsgemäßen Anordnung, da infolge der Anordnung in unmittelbarer Liane des Motors sich ausströmendes Benzin oder dergleichen

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entzünden "tonnte. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Reaktionsraum von einer Wärmeisolierschicht und diese von einem v/eiteren, aus zwei Halbschalen gebildeten Mantel umgeben ist. Die beiden Halbschalen Können sodann miteinander verschweißt werden.

Um die für die Nachverbrennung erforderliche Zusatzluft dem System zuzuführen ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Leitung für die zusätzliche Verbrennungsluft auf dem Reaktor aufgesetzt angeordnet und es gehen von dieser Leitung weitere Leitungen zur Verbrennungsluftzufuhr in den Raum oberhalb der Auslaßventile so daß über diese Abzweigleitung die erforderliche Verbrennungsluft direkt an der Stelle zugeführt werden kann, an welcher das Abgas mit der noch nötigen Temperatur das Auslaßventil verläßt. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der Zusatzleitung mit den Abzweigleitungen wird die Kompaktheit der Anordnung noch weiter verbessert, dabei gehen die Abzweigleitungen von der auf den Reaktor aufgesetzten Leitung ab, durchdringen die Leitung durch die das Abgas den Reaktionsraum zugeführt werden und werden in dieser Abgasleitung zu dem Raum oberhalb des Auslaßventils geführt. Damit wird gleichzeitig durch die Leitung innerhalb der das Abgas zuführenden Leitung eine Vorwärmung der Zusatzluft erreicht.

Infolge der Ausdehnung der Wände des Reaktionsraumes ergibt sich in der diesen Raum umgebenden Wärmeisolierschicht eine

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Reibung" an der Stelle, an der die Isolierschicht an den Abschnitten der Reaktionsraumverkleidung anliegt, dieses kann im ungünstigen Fall ein Lösen oder Abbröckeln der Wärmeisolierschicht bewirken. Es ist daher gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß zwischen dem aus den einzelnen Teilen bestehenden Reaktionsraum und der Wärmeisolierschicht eine Folie angeordnet ist, wobei diese Folie zumindest an den Stellen angeordnet ist, an denen die einzelnen Abschnitte der Reaktionsraumverkleidung einander überlappen, denn das sind die Stellen, an denen die Reibungen auftreten. Um zu einer Versteifung des in dem Reaktionsraum angeordneten und mit Bohrungen versehenen Boden zu kommen, ist eine weitere Ausgestaltung der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der mit Bohrungen versehene Boden Einprägungen zur Versteifung aufweist. Diese Versteifung kann dadurch erzielt werden, daß der Boden Versteifungsrippen aufweist. Diese Haßnahmen sind besonders deshalb von Bedeutung, da sonst bei den hohen Temperaturen Verwerfungen auftreten könnten. Um die thermische Belastung des Bodens abzufangen und die dabei auftretenden längenanderungen ist eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden in seiner Längsrichtung geteilt ist und daß der eine Abschnitt an seinem dem anderen Abschnitt zugewandten Seite mindestens teilweise derart abgekröpft ist, daß der den anderen Abschnitt teilweise überragt. Dabei ist in einer besonders vorteilhaften weiteren Ausgestaltung können die beiden Boäenteile sich gegeneinander bewegen und so die thermische Belastung abfangen.

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Weitere Vorteile bei der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich dadurch, daß der in den R.eaktionsrauai angeordnete Boden mit einer als Katalysator wirkenden Metallschicht versehen ibt, dabei hat sich als Katalysator i/erkstoff bekannterweise als besonders günstig die Metalle Kupfer, liickel einzeln oder als Legierung ergeben, I/urch ciiese Ausbildung des Bodens als Katalysator kann ohne zusätzlichen Aufwand eine weitere "Verbesserung der Abgasreinigung erreicht werden.

Einzelheiten uiiu γ/eiterbilüung der Erfindung sind anhand des in der 2ieiciinuug dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben. Es zeigt Pig. 1 einen Schnitt durch die erf indungsgecaäße Anordnung, I?ig. 2 einen ochnitt an aer mit ci-ä bezeichneten Stelle der iPig. 1 und j?ig. 3 einen Ausschnitt au β dem erxindungsgeaiäßen Boden der in J'ig. 2 mit A bezeichneten Stellen.

i/er i-ieaktor bestellt aus dem Reairbionsraum 2 mit dem Loden 4. In iiiQ findet die nachverbrennung der brennbaren Bestandteile der kotorabgase eines Verbrennungsmotors statt, jjas Abgas wird nach aeia Ausströmen aus den Auslaßventilen des l-io"cors über die Leitungen 6, wobei für jedes Auslaßventil eine Leitung vorgesehen ist, dem Reaktionsraum 2 zugeführt. Die Abgase werden für die Machverbrennung mit zusätzlicher Verbrennungsluft angereichert. Diese wird durch die Leitungen 17, die als Sammelleitung ausgebildet ist, über die Einzelleitungen 18, die ihrerseits wiederum in die Leitung 6 ragen, dem Abgas in dem Raum oberhalb der Auslaßventile zugeführt. Diese Zufuhr der zusätzlichen Verbrennungsluft hat an dieser Stelle außer-

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dem den Vorteil, daß eine Kühlung der Auslaßventile bewirkt wird.

Der Boden 4 in dem Reaktionsraum 2 weist Bohrungen 3 auf.

Diese Bohrungen 3 tragen sehr wesentlich zu der Verbesserung der Nachverbrennung bei. Sie erhöhen zum Einen die Verweilzeit des Abgases in dem Reaktionsraum und tragen andererseits zur Vergleichmäßigung der Strömung und damit zu öiner Vergleichmäßigung der Nachverbrennung bei. Der Boden ist in dem dargestellten Beispiel geteilt ausgebildet. Dabei überragt der Teil 4a mindestens teilweise den Teil 4b. Dabei kann die Stelle an der der Teil 4a den Teil 4b überragt, derart ausgebildet sein, daß die Laschen den Teiles 4a zugleich den Teil 4b festklammern und daß trotzdem eine Beweglichkeit der beiden Teile gegeneinander gegeben ist. Diese Maßnahme ist angebracht, um bei den hohen auftretenden Temperaturen die Wärmeänderung des Bodens aufnehmen zu können. Weiterhin weist der Boden 4 Einprägungen 20 zur Erhöhung der Steifigkeit des Bodens auf, anstelle der Einprägungen können auch Versteifungsrippen treten. An die Längsseite des Reaktionsraumes 2 sind Laschen 21 befestigt auf die der Boden 4 frei beweglich aufliegt.

Der Reaktionsraum 2 wird gebildet von zwei im Querschnitt uförmigen Teilen und einem zwischen diesen beiden Teilen mit Schiebesitz angeordneten zylindrischen Teil 13. Die beiden im Querschnitt u-förmigen Teile, bestehen aus den zylindrischen Abschnitten 9 bzw. 10 und den Böden 7 bzw. 8. Der zylindrische Teil 13 weist zwei Abkröpfungen 11 bzw. 12 auf.

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Diese Abkröpfungen überragen die zylindrischen Teile 9 bzw. 10 so, daß sich an den überragenden Stellen ein Schiebesitz bildet, zur Aufnahme der Längsbewegungen, infolge der thermischen Spannungen. Das in den Reaktionsraum eintretende Abgas verläßt diesen über den Stutzen 22. An der das Abgas zuführenden leitung 6 ist der Flunsch 5 zum Anschluß der Leitung 6 an den Motorzylinderblock angeordnet.

Infolge der hohen, bei der Nachverbrennung in dem Reaktionsraum 2 auftretenden Temperaturen und da der Reaktor 1 in unmittelbarer Hahe des Motors und damit auf von treibstoffführenden Leitungen angeordnet ist, wird zweckmäßigerweise eine Wärmeisolierschicht 14 den Reaktionsraum 2 umgebend angeordnet. Diese Wärmeisolierschicht 14 wird durch die beiden Halbschalen 15 und 16 gehalten, wobei diese Halbschalen 15 und 16 miteinander verschweißt sein können. Da es sich infolge der hohen Temperaturen, wie bereits aufgeführt, die den Reaktionsraum 2 bildenden Teile gegeneinander bewegen und damit auch gegenüber der Wärmeisolierschicht 14 ist eine Folie 19 derartig angeordnet, daß sie die Bewegungsstellen der zylindrischen Teile des Reaktionsraumes 2 umgibt. Damit wird unter anderem auch verhindert, daß sich Wärmeisoliermaterial zwischen die Teile 9 und 11 bzw. 10 und 12 setzt und eine Längsausdehnung erschwert.

Die erfindungsgemäße Anordnung für die Nachverbrennung ist verhältnismäßig einfach in ihrem Aufbau und kann infolge ihrer Kompaktheit sehr leicht ausgewechselt werden bzw. auch nachträglich bei vorhandenen Motoren eingebaut werden.

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Claims

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J. Sberspächer 73 Esslingen/LT., 1. 10.

JBberspächerstr. 24

Patentansprüche

!1.j Anordnung für die Nachverbrennung von brennbaren Bestandteilen in Abgasen von Motoren, vorzugsweise Otto-i-iotoren, bestehend aus einem Reaktor, Kitteln zur Abgaszuführung und zur Abführung des nachverbrannten Abgases sowie zur Zufuhr zusätzlicher "Verbrennungsluft, α ad u roh gekennz e ic hnet, daß der Reaktor (1) aus einem langgestreckten Reaktionsraum (2) besteht, in dem mindestens ein mit Bohrungen (3) versehener Boden (4) angeordnet ist, und daß die Abgaszufuhr über eine möglichst kurze und mit einem I'lansch (5) zum Anschluß an den Motorzylinderblock versehene Leitung (6) erfolgt. ■
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Reaktionsraum (2) aus zwei mit je einem Boden (7,8) versehenen zylindrischen Abschnitten (9, 10) und einem dazwischen liegenden, mit seinen Enden (11, 12) die entsprechenden zylindrischen Abschnitte (9, 10) teilweise überragenden, ebenfalls zylindrischen Teil (13) gebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Re akt ions raum (2) von einer Warmeisolierschicht (14) und diese von einem weiteren, aus zwei Halbschalen ( 15, 16) gebildeten Mantel umgeben ist.

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4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dein Reaktor (1) aufgesetzt die Leitung (17) für die zusätzliche Verbrennungsluft angeordnet ist und daß von äieser leitung (17) weitere Leitungen (18) zur Verbrennungszufuhr in den Raum oberhalb des Auslaßventils des Verbrennungsmotors abgezweigt sind.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem aus den Teilen (7-13) bestehenden. Reaktionsraum (2) und der Wärmeisolierschicht (14) eine Folie (19) mindestens an den Stellen, an welcher der Abschnitt (10) überragt, angeordnet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Bohrungen (3) versehene Boden (4) Einprägungen (20) zur Versteifung aufweist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (4) mit einer als Katalysator wirkenden Metallschicht versehen ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (4) aus Kupfer, Nickel oder einer Gu/Ni - Legierung besteht.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (4) in seiner Längsrichtung geteilt ist und daß der eine Abschnitt (4a) an seinem dem anderen Abschnitt (4b) zugewandten Seite mindestens teilweise derart abgekröpft

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ist, daß er den anderen Abschnitt (4b) teilweise überragt.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der eine - überragende - Abschnitt (4a) keine Bohrungen aufweist.
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (4) Yersteifungsrippen ("21) aufweist.

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