Vorrichtung zum Entgiften von-Abgasen, insbesondere aus Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ent giften von Abgasen, die insbesondere von Verbren nungskraftmaschinen stammen und die durch Nachver brennung und durch Katalysatoren oxydiert werden.
Bekanntlich enthalten die aus Verbrennungskraft maschinen stammenden Abgase eine Reihe von Koh- lenwasserstoffen und vor allem Kohlenoxyd, wobei die genannten Stoffe auf den Menschen eine toxische Wir kung ausüben. Um diese Wirkung auszuschalten, ist es daher erforderlich, die Abgase einem Entgiftungsvor gang zu unterwerfen, wobei (die genannten Stoffe entwe der ausgeschieden, absorbiert oder oxydiert werden.
Gleichzeitig ist es aber erforderlich, die beim Austreten der Verbrennungsabgase auftretenden Geräusche und Schwingungen in einem Schalldämpfer auf ein erträg liches Mass zu verringern. Dabei ist es als weitere Be dingung erwünscht, dass durch die genannten Mass- nahmen kein Abfall der Motorleistung hervorgerufen wird.
Beim Aufbau einer Entgiftungsvorrichtung ist es also erforderlich, diese nach Möglichkeit mit einem Schalldämpfer zu kombinieren, d. h. die Richtlinien, die für den Bau von Schalldämpfen massgebend sind, müssen auch für die Gestaltung einer Entgiftungsvor richtung in der Abgasleitung bestimmend sein.
Die Dämpfung der aus dem Motor mit höherer Energie ausströmenden Gase kann grundsätzlich in an sich bekannter Weise durch Energieentzug erfolgen, wobei Vorrichtungen zur Wirbelung, Absorption, In terferenz und Reflexion vorgesehen sein können. Diese Vorrichtungen sind an sich bekannt und stellen daher für sich alleine genommen nicht den Gegenstand der Erfindung dar.
Es sind ferner katalytische Abgasreiniger für Brennkraftmaschinen bekanntgeworden. Gemäss den vorbekannten Vorschlägen sollen die Abgase über eine Leitung, die eine Venturi-Düse und eine durch eine veränderliche Drosselklappe regelbare Lufteinlasslei- tung enthält, einer Kammer zugeführt werden, die einen Oxydations-Katalysator enthält.
Die Venturi- Düse hat dabei die Aufgabe, die zur Oxydation erfor derliche Luft aus dem Freien .anzusaugen, wobei die Steuerung der Zufuhr der Luft über eine veränderliche Drosselklappe erfolgt, die von einem Druckkolben in der Katalysatorkammer gesteuert wird.
Es sind ferner Vorrichtungen und Verfahren zur katalytischen Oxydation von Auspuffgasen bekanntge worden, bei welchen die verschiedensten chemischen Verbindungen und Zusammensetzungen als Katalysato ren für die Oxydation der verschiedenen Stoffe der Abgase verwendet werden.
Die Vorrichtung, die den Gegenstand der Erfin dung bildet, ist eine solche zum Entgiften von Abga sen, insbesondere aus Verbrennungsmotoren durch Nachverbrennung und katalytische Oxydation, wobei den Abgasen auf dem Wege zu einer Kammer, die Oxydations,Katalysatoren enthält, Luft -aus dem Freien über eine Venturidüse zugeführt werden kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer Abgasleitung im An schluss an eine Frischluftansaugdüseneinheit bzw. Ab- gasfrischluft-Mischdüseneinheit, die in einem Schutzge häuse angeordnet ist, eine die Mischvorrichtung enthal tende Einheit geschaltet ist, die über eine weitere Düse mit einer Einheit verbunden ist, die den Katalysator körper enthält.
Vorteilhaft betragen die Öffnungswinkel in den Kammern der beiden letzten Einheiten mindesten 50 , vorzugsweise 57 .
Um insbesondere bei niedrigen Aussentemperatu ren den Katalysator, insbesondere auch bei kaltem Motor, schnellstens wirksam werden zu lassen, kann die Frischluftansaugdüseneinheit heizbar ausgebildet sein, vorzugsweise dadurch, dass in einem hoch schmelzbaren keramischen! Material kreisförmig verlau fende Kanäle vorgesehen sind, in denen Heizspiralen angeordnet sein können. Um den thermischen Wir kungsgrad hierbei zu erhöhen, können die heizbaren Keramikkörper mit einer Wärmeisolation versehen sein.
Da .eine Intensivmischung zwischen Abgas und zugeführter Frischluft eine wesentliche Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad des Katalysators bildet, können in der Kammer der mittleren Einheit wirbel verursachende Einbauteile, vorzugsweise in Form von Sieben, Stegen, Lochblechen o. dgl. vorgesehen sein.
Die mittlere Einheit besteht dabei aus einer die Mischvorrichtung enthaltenden Kammer mit anschlies- sender Venturidüse: Auch diese Venturidüse kann aus keramischem Material bestehen und zweckmässiger- weise formgleich mit .der Venturidüse der-Frischluftan- saugvorrichtung sein, wobei durch ein Rohrstück,
in der die Düse eingebettet ist, die Ansaugöffnung ausser Funktion gesetzt ist. Die in .Strömungsrichtung nachfol gende Einheit kann ebenfalls aus einer Kammer, die vorzugsweise inhaltsgleich mit der vorgeschalteten Kammer ist, bestehen, und enthält den Katalysatorkör per.
Die Frischluftansaugdüseneinheit, sowie die vor dere und hintere Einheit können, z. B.. durch Füh rungsstangen zusammengefasst, z. B. zusammenge schraubt und gegebenenfalls unter Vorspannung ste hen. Letzteres ist insofern wichtig, als insbesondere bei längerer Betriebszeit eine absolute Dichtheit und ein fester Zusammenhalt gewährleistet sein muss.
Durch die vorverspannte Schraubbauweise ist auch ein Nach stellen jederzeit möglich.
Diese Anordnung der beiden letzten hintereinander liegenden Kammern stellen bei geeigneter Ausbildung zwei Helmholtz'sche Resonatoren .dar,
wobei durch den -Einbau der Mischvorrichtung in der vorderen Kammer und insbesondere durch Einbau des Katgysa- tors in der nachfolgenden Kammer als Absorptions dämpfer wirkend eine Schalldämpfung über den Fre quenzbereich der üblichen Hoch- und Tiefpassschall- dämpferhinaus bewirkt wird.
An Hand .der Zeichnungen soll :am Beispiel ;einer bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung gemäss der Erfindung näher erläutert werden.
Fig.l stelle eine Seitenansicht mit felweisem Längsschnitt und Fig. 2 -eine Draufsicht mit Teilschnitten :dar.
Die Fig. 3 und 4 zeigen im Längsschnitt zwei Aus- führungsmöglichkeiten von Düsen gemäss .der Erfin- dung.
In :einer Abgasleitung 1, die -von :den Abgasen in Richtung des Pfeiles 2 :durchströmt :wird, :sind .drei Ein heiten mit der allgemeinen Bezeichnung A, B und -C nacheinander :eingesetzt. Mit der Einheit A ist Frisch- luftansaugdüseneinheit bzw. - eine Abgas=F.r.isch7:uft- Mischdüseneinheit, mit der Einheit B und C je eine Einheit bezeichnet.
In einem Rohrstück 3 ist eine Frischluftansaugdüse 4 eingesetzt. An der Unterdruckzone dieser Düse 4 sind -Öffnungen 5 vorgesehen, die über eine Ringkam- mer 6 mit der Aussenluft in Verbindung stehen. Die Ringkammer 6 weist ein Gitternetz 7 auf, wodurch grössere Schmutzteile abgefangen werden sollen.
Die gesamte Anordnung ist zum Schutz noch von einem Gehäuse 8 umgeben, das am Rohrstück 3 und der Rohrleitung 1 mittels eines Verbindungsstückes 9 befe stigt ist. An der Üffnung 5 der Düse 4 hat die Gasströ mung zur Aussenluft ein Unterdruckgefälle, so dass die Frischluft in Abhängigkeit von dem örtlichen Unter druck. bzw.
der Durchflussgeschwindigkeit des Gases dos1iert zufhesst. Im Auslauf der Düse könnten, gegebe- nenfalls noch Leitflächen vorgesehen sein, die der Mischgasströmung .einen Drall verleihen, um .die Ver- mischung zu intensivieren.
Die Einheit ist in diesem Falle eine Abgasfrischluft-Mischdüseneinheit.
Um die Wirkung der Düse 4 hervorzurufen, ;besteh diese zweckmässigerweise aus einem Material mit hoher Wärmekapazität, um einen guten Wärmespeicher zu bilden. Zusätzlich kann ein wärmeisolierender Schutzmantel <B>.3</B> 'l%/# vorgesehen sein, .der :die Wirkung :der Düse erhöht.
Ferner ist am Ausgang der Düse ein heiz barer Keramikkörper 31 in Ringform vorgesehen, des sen Heizspirale an eine geeignete elektrische Span- nungsquelle, beispielsweise die Lichtmaschine des Ver- brennungskraftmotors angeschlossen ist. Dieser Heiz körper kann auch vor und/oder nach der Düse vorge sehen sein.
Es ist selbstverständlich auch möglich, wie weiter unten noch gezeigt wird, die Düse selbst heizbar auszubilden. Ferner kann, um keine zu grossen Wär meverluste für die Nachverbrennung des Gases zu er zielen, :
die Zuführung .der Verbrennungsluft über das Kurbelgehäuse oder sonstige Teile des erwärmten Motores zugeführt werden. Weiterhin kann die gesamte Anordnung in unmittelbarer Nähe des Motorblockes d. h. unmittelbar beim. Austritt der Abgasleitung aus dem Motor, angeordnet werden, um möglichst wenig Wärmeverluste hervorzurufen.
über das Rohrverbindungsstück 10 strömt das Luft-Gas-Gemisch der Einheit B zu, .die .aus :einer Kammer 11 ,gebildet wird, in deren Innern eine Misch- vorrichtung 12 angeordnet ist. Die aus 'Siebe, Stegen oder wirbelverursachenden Einbauteilen, z.
B. Blaken mit Öffnungen 1,3 besteht, die zusätzlich die Eigen schaft haben, den Schall zu absorbieren und die .infolge der ihnen innewohnender < Eigenschaft sowie ihrer Formgebung eine bessere Nachverbrennung bewirken. Die Nachverbrennung erfolgt im wesentlichen in .der Mischvorrichtung 12, d. h. in der Einheit B.
Zwischen :der Einheit B und -der Einheit C befindet sich -ebenfalls m einem Rohrstück 14 eine weitere Düse 15, .die ,in gleicher Weise wie die Düse 4 ausgebildet sein kann. Da hier jedoch keine Lufteinmischung mehr stattfindet,
ist das Rohrstück 14 völlig geschlossen.. Das Rohrstück 14 ist ferner von einer Wärmeisolation 32 :umgeben. Ferner ist hinter der Düse 15 ein weiterer ringförmiger, heizbarer Keramikkörper 33 :angeordnet, um die Wirkung der Düse zu erhöhen. Dieser Heizkör- per kann auch vor :der Düse unmittelbar :an ihrem Ein gang angeordnet werden.
Da eine Düse unabhängig von der,Querschnittsform ist, kann dieselbe ;auch flach ausgebildet werden, was sich besonders vorteilhaft bei der Anwendung in Personenkraftwagen auswirkt, wo die Bodenfreiheit verhältnismässig gering ist.
Das Rohrstück 14 -ist ferner über ein Verbindungs- stück 16 mit der Einheit C verbunden, die eine Kataly- sator-Entgiftungsvorrichtung enthält. Diese Einheit besteht aus einer Kammer 17, die an :beiden Seiten mit je einem Rohrstück verbunden ist. Im Innern der Kammer 17 ist ein Katalysator-Körper angeordnet.
Dieser Katalysatorkörper hat die Aufgabe, die genann ten giftigen Stoffe, die in der Mischvorrichtung 12 noch nicht erfasst wurden, durch das Katalysatormate- rial auf dem Wege der katalytischen Oxydation zu ent fernen.
Da es bereits Kataiysatorwerkstoffe gibt, die frei von Platin sind und trotzdem eine verhältnismässig grosse Aktivitätszeit besitzen, ist die Ausbildung der Katalysator-Entgftungsvorrichtung wirtschaftlich ohne weiteres möglich. über eine Verbindungsmuffe 19 ist schliesslich die Einheit C mit dem ins Freie reichenden Auspuffrohr 20 verbunden.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind die einzelnen Ein heiten A, B und C zu einer baulichen Einheit durch die Führungsstangen 21 und 22 zusammengefasst. Die Führungsstange 21 weist seitliche Laschen 23 und 24 auf, an welchen die Einheiten B und C mit entspre chenden Flanschen 25 und 26 zusätzlich befestigt sind. Um einen guten Zusammenhalt der einzelnen Teile zu gewährleisten, sind ferner Verbindungswege 27, 28 und 29 vorgesehen, die mit den Standen 21 und 22 und den dazwischenliegenden Rohrstücken zusammenwir ken und diese befestigen.
Es ist zweckmässig, die ge samte Anordnung mit einer Verspannung zu versehen, so dass sie eine schwingungssteife Vorrichtung bildet, um die schwingungsdämpfende Eigenschaft noch zu erhöhen.
Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist die Düse 15 von einem wärmeisolierenden Mantel 30 umgeben. Die Düse 15 ist in die beiden Rohrstücke 34 und 35 einge setzt. Die Düse selbst ist aus einem Material von hoher Wärmekapazität. Vor und hinfiter der Düse 15 sind: Keramikheizkörper 31 und 31' angeordnet, die ringför- mig ausgebildet sind und düeRohrstücke 34 und, 35 umgeben.
Diese heizbaren Keramikkörper weisen eben falls Wärmeisolierungen 36 und 37 auf. Die heizbaren Keramikkörper sind mit kreisförmigen Bobrungen 38 versehen, durch welche eine Heizspirale gelegt ist. Diese wird an eine geeignete elektrische Stromquelle, beispielsweise die Lichtmaschine des Verbrennungsmo tors, angeschlossen.
In Fig. 4 ist eine andere Ausbildung der Düse dar gestellt. Die Düse 15 besteht im dargestellten Beispiel aus einem hochschmelzbaren keramischen Material, welches von kreisrunden Bohrungen 38 durchzogen wird. In diesen Bobrungen befinden sich ebenfalls Heizspiralen, um die Düse vollständig zu erwärmen. Um eine gute Isolation nach aussen zu erhalten, ist die gesamte Düse ferner von einem Wärmeisolationsmantel 39 umgeben.
Diese Düse kann auch nicht dargestellte Öffnungen aufweisen, um sie beispielsweise in die Ein heit A einsetzen zu können. Im dargestellten Beispiel in den Fig. 1 und 2 sind die Einheiten A, B und C hin tereinandergeschaltet, um eine Entgiftungsvorrichtung zu schaffen, die sich auch für grosse Motorleistungen einet.
Device for detoxifying exhaust gases, in particular from internal combustion engines The invention relates to a device for detoxifying exhaust gases which originate in particular from internal combustion engines and which are oxidized by post-combustion and by catalysts.
It is well known that the exhaust gases from internal combustion engines contain a number of hydrocarbons and, above all, carbon oxide, the substances mentioned having a toxic effect on humans. In order to eliminate this effect, it is therefore necessary to subject the exhaust gases to a detoxification process in which (the substances mentioned are either excreted, absorbed or oxidized.
At the same time, however, it is necessary to reduce the noises and vibrations that occur when the combustion gases escape in a silencer to a tolerable level. As a further condition, it is desirable that the measures mentioned do not cause a drop in engine output.
When building a detoxification device, it is therefore necessary to combine it with a silencer if possible, i. H. The guidelines that are decisive for the construction of sound fumes must also be decisive for the design of a detoxification device in the exhaust pipe.
The damping of the gases flowing out of the motor with higher energy can in principle take place in a manner known per se by removing energy, devices for vortexing, absorption, interference and reflection can be provided. These devices are known per se and therefore do not in themselves constitute the subject matter of the invention.
Catalytic exhaust gas cleaners for internal combustion engines have also become known. According to the previously known proposals, the exhaust gases are to be fed to a chamber which contains an oxidation catalyst via a line which contains a Venturi nozzle and an air inlet line which can be regulated by a variable throttle valve.
The task of the Venturi nozzle is to .anzusaugen the air required for oxidation from the open air, with the air supply being controlled via a variable throttle valve that is controlled by a pressure piston in the catalyst chamber.
There are also devices and methods for the catalytic oxidation of exhaust gases have been known in which a wide variety of chemical compounds and compositions are used as catalysts for the oxidation of the various substances in the exhaust gases.
The device, which forms the subject of the inven tion, is one for detoxifying Abga sen, in particular from internal combustion engines by afterburning and catalytic oxidation, the exhaust gases on the way to a chamber containing oxidation, catalysts, air -from the open air can be supplied via a venturi nozzle.
The device according to the invention is characterized in that a unit containing the mixing device is connected in an exhaust pipe connected to a fresh air intake nozzle unit or exhaust gas fresh air mixing nozzle unit, which is arranged in a protective housing and which is connected to a unit via a further nozzle is connected, which contains the catalyst body.
The opening angles in the chambers of the last two units are advantageously at least 50, preferably 57.
In order to allow the catalytic converter to become effective as quickly as possible, especially at low outside temperatures, especially when the engine is cold, the fresh air intake nozzle unit can be designed to be heatable, preferably in that in a high-fusible ceramic! Circular material extending channels are provided in which heating coils can be arranged. In order to increase the thermal efficiency here, the heatable ceramic body can be provided with thermal insulation.
Since an intensive mixture between exhaust gas and fresh air supplied is an essential prerequisite for high efficiency of the catalytic converter, built-in parts that cause vortices, preferably in the form of sieves, webs, perforated plates or the like, can be provided in the chamber of the central unit.
The middle unit consists of a chamber containing the mixing device with an adjoining Venturi nozzle: This Venturi nozzle can also be made of ceramic material and expediently be of the same shape as the Venturi nozzle of the fresh air intake device.
in which the nozzle is embedded, the suction opening is disabled. The following unit in .Strömungsrichtung can also consist of a chamber, which preferably has the same content as the upstream chamber, and contains the catalyst body.
The fresh air intake unit, as well as the front and rear unit can, for. B .. summarized by guide rods, z. B. screwed together and if necessary stand under bias. The latter is important insofar as absolute tightness and solid cohesion must be guaranteed, especially for longer periods of operation.
Thanks to the pre-tensioned screw design, readjustment is possible at any time.
This arrangement of the last two chambers, one behind the other, represent two Helmholtz resonators with a suitable design,
the installation of the mixing device in the front chamber and in particular the installation of the catalytic converter in the subsequent chamber acting as an absorption damper brings about sound attenuation beyond the frequency range of the usual high-pass and low-pass silencers.
On the basis of the drawings, the device according to the invention will be explained in more detail using the example of a preferred embodiment.
Fig.l represent a side view with partial longitudinal section and Fig. 2 - a plan view with partial sections :.
FIGS. 3 and 4 show, in longitudinal section, two possible embodiments of nozzles according to the invention.
In: an exhaust pipe 1 through which the exhaust gases flow in the direction of the arrow 2, three units with the general designation A, B and C are used one after the other. The unit A is a fresh air intake nozzle unit or - an exhaust gas = F.r.isch7: uft- mixing nozzle unit, with the units B and C each designating a unit.
A fresh air intake nozzle 4 is inserted in a pipe section 3. In the negative pressure zone of this nozzle 4 there are openings 5 which are connected to the outside air via an annular chamber 6. The annular chamber 6 has a grid 7, whereby larger dirt particles are to be caught.
The entire arrangement is still surrounded by a housing 8 for protection, the BEFE on the pipe section 3 and the pipe 1 by means of a connector 9 is Stigt. At the opening 5 of the nozzle 4, the gas flow to the outside air has a negative pressure gradient, so that the fresh air is dependent on the local negative pressure. or.
the flow rate of the gas is dosed. In the outlet of the nozzle, if necessary, guide surfaces could also be provided which give the mixed gas flow a swirl in order to intensify the mixing.
In this case, the unit is an exhaust gas fresh air mixing nozzle unit.
In order to bring about the effect of the nozzle 4, it expediently consists of a material with a high thermal capacity in order to form a good heat store. In addition, a heat-insulating protective jacket <B> .3 </B> 'l% / # can be provided, which: increases the effect of the nozzle.
Furthermore, a heatable ceramic body 31 in the form of a ring is provided at the outlet of the nozzle, the heating coil of which is connected to a suitable electrical voltage source, for example the generator of the internal combustion engine. This heating body can also be seen before and / or after the nozzle.
It is of course also possible, as will be shown below, to make the nozzle itself heatable. Furthermore, in order not to achieve excessive heat losses for the post-combustion of the gas:
the supply of the combustion air via the crankcase or other parts of the heated engine. Furthermore, the entire arrangement in the immediate vicinity of the engine block d. H. directly at. Exiting the exhaust pipe from the engine, be arranged to cause as little heat loss as possible.
The air-gas mixture flows via the pipe connector 10 to the unit B, which is formed from a chamber 11, inside of which a mixing device 12 is arranged. The 'sieves, webs or vortex-causing built-in parts, z.
B. Blaken with openings 1.3, which also have the property of absorbing the sound and the. As a result of their inherent <property and their shape cause a better afterburning. The post-combustion takes place essentially in the mixing device 12, i. H. in unit B.
Between: the unit B and the unit C there is also a further nozzle 15 in a pipe section 14, which can be designed in the same way as the nozzle 4. However, since there is no more air interference here,
the pipe section 14 is completely closed .. The pipe section 14 is also surrounded by a thermal insulation 32 :. A further ring-shaped, heatable ceramic body 33 is also arranged behind the nozzle 15 in order to increase the effect of the nozzle. This radiator can also be arranged in front of the nozzle: directly at its entrance.
Since a nozzle is independent of its cross-sectional shape, it can also be designed to be flat, which is particularly advantageous when used in passenger vehicles, where the ground clearance is relatively low.
The pipe section 14 is furthermore connected via a connecting piece 16 to the unit C, which contains a catalyst detoxification device. This unit consists of a chamber 17 which is connected on both sides with a piece of pipe. A catalyst body is arranged in the interior of the chamber 17.
This catalyst body has the task of removing the named toxic substances, which have not yet been detected in the mixing device 12, by means of the catalyst material by means of catalytic oxidation.
Since there are already catalyst materials that are free of platinum and still have a relatively long activity time, the design of the catalyst degassing device is easily economically feasible. Finally, the unit C is connected to the exhaust pipe 20 extending into the open via a connecting sleeve 19.
As can be seen from FIG. 2, the individual units A, B and C are combined into a structural unit by the guide rods 21 and 22. The guide rod 21 has side tabs 23 and 24, on which the units B and C with corre sponding flanges 25 and 26 are additionally attached. In order to ensure good cohesion of the individual parts, connection paths 27, 28 and 29 are also provided, which ken together with the stands 21 and 22 and the pieces of pipe in between and fasten them.
It is expedient to provide the entire arrangement with a bracing so that it forms a vibration-resistant device in order to further increase the vibration-damping property.
As can be seen from FIG. 3, the nozzle 15 is surrounded by a heat-insulating jacket 30. The nozzle 15 is in the two pipe sections 34 and 35 is set. The nozzle itself is made of a material with a high heat capacity. In front of and behind the nozzle 15 are: ceramic heating elements 31 and 31 ', which are annular and surround the pipe pieces 34 and 35.
These heatable ceramic bodies also have thermal insulation 36 and 37 if they are. The heatable ceramic bodies are provided with circular bobbins 38 through which a heating coil is placed. This is connected to a suitable electrical power source, for example the generator of the internal combustion engine.
In Fig. 4, another embodiment of the nozzle is provided. In the example shown, the nozzle 15 consists of a refractory ceramic material through which circular bores 38 pass. There are also heating coils in these bobbins to completely heat the nozzle. In order to obtain good insulation from the outside, the entire nozzle is also surrounded by a thermal insulation jacket 39.
This nozzle can also have openings (not shown) in order to be able to use them in unit A, for example. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the units A, B and C are connected one behind the other in order to create a detoxification device which can also be used for high engine powers.