DE2221970A1 - Anordnung zur katalytischen reinigung der abgase von verbrennungsmotoren - Google Patents

Anordnung zur katalytischen reinigung der abgase von verbrennungsmotoren

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Description

1174 D
J. Eberspächer 73 Esslingen/Neckar, den 27. April 1972
Eberspächerstr. 24
Anordnung zur katalytisch en Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren. -
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren, bestehend aus einer die Katalysatormasse aufnehmenden Kammer, einem diese Kammer aufnehmenden Raum durch welchen gleichzeitig das zu reinigende Abgas dem Katalysator zugeführt wird, sowie Mitteln zum Zu- und Abführen der zur katalytischen Verbrennnung erforderlichen Zusatzluft und des Abgases.
Die Notwendigkeit der Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren ist bekannt, ebenso die Schwierigkeiten, die sich dadurch ergeben, daß das Abgas von verschiedenen Verunreinigungen zu befreien ist. Es sind daher schon viele Untersuchungen und Versuche angestellt worden. So sind Abgasentgiftungsvorrichtungen, insbesondere für Brennkraftmaschinen, bei denen das Abgas zur Oxydation seiner brennbaren Bestandteile mit Luft gemischt und durch einen Katalysator geleitet wird, bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung erfolgt die Förderung der beizumischenden Luft.durch das Abgas in einer Strahlpumpe oder mit einem besonderen Gebläse. Bei diesen mit Strahlpumpe ar- beitenden Abgas entgiftungsanlagen wird eine Auspuff Sammelleitung als Treibrohr in den luftansaugenden Strahlapparat eingeführt. Bei der Luftzumischung wird jedoch die Abgastemperatur bei diesen bekannten Anordnungen in unerwünschter Weise erniedrigt und liegt oft z.B. im Leerlauf der Brennkraftmaschine niedriger als die Zündtemperatur des Katalysators. Bei Kraftfahrzeugen kommt so die katalytische Verbrennung gerade tei den Betriebszuständen nicht zustande, z. B. bei Stadtfahrben, bei welchen die Abgasentgiftung besonders erwünscht ist. Eine derartige Anordnung ist z.B. in der DT-PS 630 414 beschrieben. .Uni den aufgezeigten Nachteil der niedrigen Zündtemperatur zu vermeiden, sind ferner bereits Anordnungen bekannt, bei welchen die zuzuführende Frischluft vorgewärmt wird. Eine derartige Anordnung ist z.B. in der deutschen Auslegeschrift 1 077 000 beschrieben. Diese Anordnungen sind jedoch hinsichtlich der Frischluftzuführung sehr kompliziert und 72 04 27 Xy . . - 2 -
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damit störanfällig. Ein weiterer erheblicher Nachteil der bekannten Anordnungen ist darin zu sehen, daß die Katalysatormasse nur sehr schwer auswechselbar ist, so daß die gesamte Anordnung nach Verbrauch des Katalysators ersetzt werden muß. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß in dem Abgas sich durch die Abgasführung ein zu hoher Gegendruck aufbaut, so daß die Funktion der Injektor einrichtung in Frage gestellt wird.
Es liegt somit der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren zu schaffen, die aus einem kompakten und möglichst kurzen Bauteil besteht und bei welcher ein hoher Umsetzungsgrad bei geringem Gegendruck in dem Abgassystem erreicht wird und bei der der gesamte Abgasstrom der Katalysator masse zugeführt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, die aus mindestens drei hintereinanderliegenden und durch Säoboden getrennten Kammern gebildet ist, mit einer in der ersten Kammer angeordneten Injektoreinrichtung, die aus dem als Treibrohr ausgebildeten den Boden der ersten Kammer durchsetzenden Abgasrohr, den aus dem Einlauf der Mischkammer und den die zweite Kammer durchdringenden Diffusor besteht und bei welcher der den Diffusor umgebende Raum der zweiten Kammer mit Katalysatormasse; vorzugsweise einem Granulat, angefüllt ist und die einen Abgasaustrittsstutzen sowie Ansaugöffnungen für die Zusatzluft an der ersten Kammer aufweist.
Es hat sich gezeigt, daß bei der erfindungs gemäß en Anordnung bei günstigster Zumischung der für die katalytische Verbrennung erförderlichen Zusatzluft, •die auch vorgewärmt sein kann, z.B. durch Entlangführen an dem heißen Abgasrohr, zu dem Abgas durch die Umlenkung des Abgas-Luftgemisches in der dritten Kammer sich trotz kurzer Bauweise eine besonders gute thermische Ausnutzung des Katalysators und damit ein besonders hoher Wirkungsgrad ergibt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an dem mit Katalysatormasse gefüllten Raum ein Reservedom, der gleichzeitig als Einfüllstutzen für die Katalysatormasse dient angeordnet. Hierdurch wird in einfacher Weise nicht nur. die Einfüllung der Katalysatormasse ermöglicht, sondern auch, daß die infolge Abrieb verlorengehende Katalysatormasse ständig ersetzt wird. Bei einer Weiterführung der Erfindung wird die Anordnung von 72 04 27 - 3 -
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einem'weiteren Mantel umgeben und zwischen dem Mantel und den Kammern ein durch abstandhaltende Elemente bestimmter Ringraum gebildet. Dieser Mantel wird an seiner einen Seite durch einen mit einer Öffnung versehenden · Boden verschossen, so daß zwischen dem Boden der letzten Kammer und diesem Boden eine weitere Kammer entsteht. An der Seite der ersten Kammer ist ebenfalls ein weiterer Boden angeordnet, so daß auch hier eine zusätzliche Kammer entsteht. Ferner ist im Bereich dieser letztgenannten Kammer eine Öffnung zur Duchführung des Abgasrohres und in der erstgenannten Kammer eine Öffnung zur Durchführung des Abgasstutzens angeordnet. Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, daß die für die katalytisch^ Verbrennung erforderliche Zusatzluft entgegen der StrömungsricHung des Abgases entlang des Mantels in den dort gebildeten Ringraum geführt wird, daß sich diese Luft bei diesem Weg aufwärmt und als vorgewärmte Luft der Injektoranlage zugeführt wird. Damit trägt diese Maßnahme zu einer Erhöhung des Umsetzungsgrades bei. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß erfindungsgemäß der Reservedom ebenfalls von einem im Abstand angeordneten Mantel derart umgeben ist, daß ein Ringraum entsteht, der mindestens paralel zum Plansch des Reservedomes eine kreisförmige Öffnung aufweist. Durch diese Öffnung wird ebenfalls Zusatzluft eingeführt, die sich mit der durch die Lufteintritts öffnung in dem letzten Boden der Anordnung angesaugten Luft vermischt.
Es hat sich weiterhin als zweckmäßig herausgestellt, daß erfindungsgemäß der Einlauf der Injektoreinrichtung in einen Boden übergeht, so daß zwischen^ dem Boden der den die Katalysatormasse enthaltenden Raum abtrennt und dem die erste Kammer abtrennenden Boden eine weitere Kammer entsteht. Dadurch wird erreicht, daß die Kammer aus der das gereinigte Abgas abgeführt wird, von dem Raum über den die Zusatzluft eingeführt wird, abgetrennt ist. Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungs gemäß en Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgasrohr in dem als Treibrohr für die Injektoreinrichtung ausgebildeten Abschnitt ein weiteres Rohr angeordnet ist, so daß im Bereich der Mündung des Treibrohres eine Kreisringfläche für den Durchtritt des Abgases entsteht und daß dieses Rohr an seinem an die Kammer ragenden Ende offen ist, so daß durch dieses Rohr aus der Kammer Frisch- ' luft in die Mischkammer der Injektor einrichtung gesaugt werden kann. Da-72 04 27 - 4 -
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durch bildet sich in einfacher Weise ein Doppelinjektor, der ebenfalls zur Erhöhung der Wirkung beiträgt, in dem die Ansaugung durch das Abgas verbessert wird. Dadurch daß gemäß einer Weiterführung der Erfindung, der in Strömungsrichtung von dem Raum, in dem die Katalysatormasse angeordnet ist, liegenden Raum als Misch- und Umlenkraum für die, über den Injektor angesaugte Zusatzluft und das Abgas ausgebildet ist, wird erreicht, daß das zu reinigende Abgas optimal für die katalytische Verbrennung aufbereitet ist.
des Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung sind anhand/in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Anordnung gemäß der
Erfindung und
2 einen Querschnitt.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht im einfachsten Fall aus den drei hintereinander angeordneten Kammern 1, 6, und 16. Dabei die mittlere Kammer 6 durch den Siebboden 10, in dem die Öffnungen 35 zum Durchtritt des gereinigten Abgas/Luftgemisches angeordnet sind von der ersten Kammer 1 getrennt. Die Abgrenzungen zu der dritten Kammer 16 erfolgt durch den Siebboden 11 mit den Öffnungen 34. Das zu reinigende Abgas wird durch das Abgasrohr 3 zugeführt. Dieses Abgasrohr 3 ist mit seiner Mündung 36 als Treibrohr ausgebildet und ragt in den Einlauf 4 der Injektoreinrichtung. In bekannter Weise schließt sich an den Einlauf 4 eine Mischstrecke 5 und an diese ein Diffusor 7 an. Dieser Diffusor 7 durchsetzt die mittlere Kammer 6, deren freies Volumen mit Katalysator masse 8 gefüllt ist. Bei dieser einfachsten Ausführung wirkt das durch das durch das Abgasrohr 3 zugeführte Abgas als Treibmittel in der Injektoreinrichtung und reißt bei seinem Eintritt in die Mischstrecke 5 durch den Einlauf 4 die zu der katalytischen Oxydation der brennbaren Bestandteile des Abgases erforderliche Zusatzluft mit. In dem sich anschließenden Diffusor 7 der Injektor einrichtung wird die Strömungsgeschwindigkeit abgebaut und das Abgas/Zusatzluftgemisch gelangt in die letzte Kammer 16. Diese Kammer dient der Verbesserung der Vermischung der beiden Komponenten Abgas und Zusatzluft und
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bewirkt eine Umlenkung des Stromes um 180 . Der Abgas/Zuluftstrom durchströmt sodann, eintretend durch die Öffnungen 34 in dem Siebboden 11, die mit der Katalysator masse 8 gefüllte Kammer 6 und wird hierbei durch Oxydation der brennbaren Bestandteile gereinigt. Durch die Öffnungen 35 in dem Siebboden 10 tritt das nunmehr gereinigte Abgas in die Kammer 1 und verläßt diese über den Abgasaustrittsstutzen 9. Die Katalysator masse 8 ist vorzugsweise als Granulat eingebracht. Während des Betriebes läßt sich ein gewisser Abrieb nicht vermeiden. Dieser Abrieb wird init dem Gasstrom abgeführt und die entsprechende Katalysator menge muß ersetzt werden. Es ist daher auf der Kammer 6 außermittig ein Reservedom 13 angeordnet. Dieser mit einem Flansch 30 versehene Reservedom 13 dient gleichzeitig als Einfüllstutzen für die Katalysatormasse 8. Dabei wird soviel Masse eingefüllt, daß der Reservedom 13 zu etwa 3/4 seiner Höhe gefüllt ist. Mit dem Deckel 37 wird sodann dieser Reservedom 13 verschlossen und es kann die jeweils durch Abrieb verlorene Katalysatormasse 8 in die Kammer 6 nachfließen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß während der gesamten Lebensdauer der Anordnung jeweils eine ausreichende Katalysatormenge vorhanden ist.
Es ist bekannt, daß für die katalytische Verbrennung eine bestimmte Temperatur gegeben sein muß. Da das Abgas mit dieser Temperatur zuströmt, muß verhindert werden, daß durch die Zumischung der Zusatzluft die Temperatur unzulässig absinkt. Andererseits soll die Außenfläche der Anordnung, d.h. der Mantel, nicht zu heiß werden, da sonst das Fahrzeug gefährdet wird. Es hat sich nun gezeigt, daß beiden Forderungen dadurch entsprochen werden kann, daß um die gesamte Anordnung ein zweiter Mantel angebracht wird und zwar in einem Abstand, der einen Ringraum 18 zur Führung der Zusatzluft bildet. Es sind daher auf dem die Kammern 1, 6, und 16 umgebenden Mantel 38 abstandhaltende Elemente 17 angebracht, auf die sich ein weiterer Mantel 14 abstützt. Dieser zweite Mantel 14 überragt den Boden 19 der Kammer 16 ebenso wie den Boden 2 der Kammer 1. Das die Kammer 16 überragende Ende ist durch einen Boden 21 verschlossen,,so daß zwischen den Böden 19 und 21 eine weitere Kammer 20 entsteht. In diesem Boden 21 ist eine Öffnung durch welche die Zusatzluft eintreten kann. Das die Kammer 1 überragende Ende ist durch einen Boden 23 verschlossen, so daß zwischen den Böden 2
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und 23 eine weitere Kammer 24 entsteht. In diese Kammer 24 wird durch die Öffnung 25 das Abgasrohr 3 geführt. Die durch die Öffnung 22 in die Kammer 20 eintretende Zusatzluft durchströmt den Ringraum 18 und gelangt in die Kammer 24 und wird von dort aus durch die Injektor einrichtung angesaugt, vermischt sich mit dem Abgas und durchströmt die Katalysatormasse 8 und wird über den Abgas austritts stutz en 9, der durch die Öffnung 26 durch den Mantel 14 ragt, abgeführt. Während der Bewegung entlang dem Boden 19, durch den Ringraum 18 und in der Kammer 24, in die das heiße Abgasrohr 3 ragt, erfolgt eine Vorwärmung und gleichzeitig wirkt diese sich vorwärmende Zusatzluft als Isolation zwischen dem Mantel 38 und dem zweiten Mantel 14. Um die Zufuhr der benötigten Zusatzluft zu erhöhen, ist auch der Reservedom 13 von einem Mantel 27 umgeben, so daß ein dem Plansch 30 des Reservedoms 13 zugewandter Öffnung 29 versehener Ringraum 28 gebildet wird. Die durch die Öffnung 29 eindringende Zusatzluft vermischt sich mit der Zusatzluft im Ringraum 18. Eine weitere Verbesserung ist dadurch erzielt, daß der Einlauf 4 der Injektoreinrichtung in einen Boden 31 übergeht und dadurch eine weitere Kammer 32 entsteht. Bei dieser Ausgestaltung wird der Boden 2 mit Luftdurchtritts öffnungen 12 versehen, so daß die Zusatzluft durch diese Öffnungen 12 in die Kammer 32 und von dort durch die Injektoreinrichtung abgesaugt werden kann.
In dem Abgasrohr 3 ist im Bereich der Kammer 24 ein Rohr 33 angeordnet. Dieses Rohr 33 ragt mit seinem abgeschrägten offenen Ende in die Kammer 24 und endet in der Ebene der Mündung 36 des Abgasrohres 3. Hierdurch wird eine doppelt wirkende Injektor einrichtung bewirkt, bei welcher das das Abgasrohr 3 durchströmende, als Treibmittel dienende Abgas durch eine Kreisringfläche austritt und sowohl durch das Rohr 33 als auch aus der Kammer 32 die Zusatzluft ansaugt.
Diese erfindungs gern äße Anordnung stellt eine kurzbauende und kompakte Einrichtung zur Abgasentgiftung dar, die sich durch eine lange Lebensdauer bei hohem Wirkungsgrad auszeichnet.
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Claims (7)

  1. J. Eberspächer 73 Esslingen/Neckar, den 27. April 1972
    Eberspächerstr. 24
    Patentansprüche
    Anordnung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren, bestehend aus einer die Katalysator masse aufnehmenden Kammer, einem diese Kammer aufnehmenden Raum, durch welchen gleichzeitig das zu reinigende Abgas dem Katalysator zugeführt wird, sowie Mitteln zum Zu- und Abführen der zur katalytischen Verbrennung erforderlichen Zusatzluft und des Abgases,, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus mindestens drei hintereinanderliegenden und durch Siebboden (10, 11) getrennten Kammern (1, 6, 16) gebildet ist mit einer in der ersten Kammer (.1) angeordneten Injektor einrichtung, die aus dem als Treibrohr ausgebildeten, den Boden (2) der ersten Kammer durchsetzenden Abgasrohr (3) dem aus dem Einlauf (4) der Mischstrecke (5) und dem die zweite Kammer (6) durchdringenden Diffusor (7) besteht und bei welcher der den Diffusor (7) umgebende Raum der zweiten Kammer (6) mit Katalysatormasse (8) angefüllt ist und die einen Abgasaustrittsstutzen (9) sowie Ansaugöffnungen (12) für die Zusatzluft an der ersten Kammer (1) aufweist.
  2. 2. Anordnung zur katalytisch en Reinigung nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, daß an der Kammer (6) eine Reservedom (13) der gleichzeitig als Einfüllstutzen für/iie Katalysatormasse (8) dient, angeordnet ist.
  3. 3. Anordnung zur katalytischen Reinigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von einem weiteren Mantel (14) umgeben ist und daß zwsichen dem Mantel (14) und den Kammern (1, 6,16) ein durch Abstand haltende Elemente (17) bestimmte Ringraum (18) entsteht, und daß dieser Mantel (14) an seiner einen
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    Seite durch einen mit mindestens einer Öffnung (22) versehenen Boden (21) verschlossen ist, so daß zwischen dem Boden (19) der Kammer (16) und diesem Boden (21) eine weitere Kammer (20) entsteht und daß an der Seite der Kammer (1) ein weiterer Boden(23) angeordnet ist, so daß zwischen dem Boden (2) und diesem Boden
    (23) eine Kammer (24) entsteht und daß im Bereich dieser Kammer
    (24) eine Öffnung (25) zur Durchführung des Abgasrohres (3) und im Bereich der Kammer (1) eine Öffnung (26) zur Durchführung des Abgasaustrittsstutzens (9) angeordnet ist.
  4. 4. Anordnung zur katalytischen Reinigung nach Anspruch 3, dadurch
    gekennzeichnet, daß der Reservedom (13) von einem im Abstand angeordneten Mantel (27) derart umgeben ist, daß ein Ringraum (28) entsteht, der parallel zum Flansch (30) des Reservedoms (13) mindestens eine kreisringförmige Öffnung (29) aufweist.
  5. 5. Anordnung zur katalytischen Reinigung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf (4) der Injektoreinrichtung in einen Boden (31) übergeht, so daß zwischen dem Boden (10) und dem Boden (2) im Bereich der Kammer (1) eine Kammer (32) abgetrennt wird.
  6. 6. Anordnung zur katalytischen Reinigung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgasrohr (3) in dem als Treibrohr für die Injektor einrichtung ausgebildeten Abschnitt ein Rohr (33) angeordnet ist, so daß im Bereich der Mündtmg des Treibrohres eine Kr eis ringfläche (15) für den Durchtritt des Abgases entsteht und daß dieses Rohr (33) an seinem in die Kammer (24) ragenden Ende offen ist, so daß durch dieses Rohr (33) aus der Kammer (24) Zusatzluft in die Mischkammer (5) der Injektoreinrichtung gesaugt werden kann.
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  7. 7. Anordnung zur katalytischen Reinigung nach einem der Ansprüche
    1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16) als Misch- und Umlenkraum für die über den Injektor angesaugte Zusatzluft und das Abgas ausgebildet ist.
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DE19722221970 1972-05-05 1972-05-05 Anordnung zur katalytischen reinigung der abgase von verbrennungsmotoren Withdrawn DE2221970A1 (de)

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