DE2350086C2 - Vorrichtung zum katalytischen Nachbehandeln der Abgase von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zum katalytischen Nachbehandeln der Abgase von Brennkraftmaschinen

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Description

henden Katalysator anzuordnen.
Insbesondere bei Verwendung feststehender Katalysatoren sind diese im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung als Wabenkörper auszuführen. Daneben ist im Rahmen der Erfindung aber auch die Verwendung loser Einzelparükel also beispielsweise Pellets möglich, und es erweisen sich diese insbesondere bei mit dem Wärmespeicher bewegbarem Katalysator als vorteilhaft
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeicnnung näher erläutert Dabei zeigt
F i g. 1 in Seitenansicht eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, die mit Aufladung betrieben wird und bei der im Abgasstrom hinter dor Turbine des Abgasturboladers eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Nachbehandeln der Abgase vorgesehen ist,
F i g. 2 einen Längsmittelschnitt durch die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung zum Nachbehandeln der Abgase, F i g. 3 einen Schnitt gemäß Linie IH-IIl in F i g. 2, Fig.4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemaßen Vorrichtung zum Nachbehandeln der Abgase von Brennkraftmaschinen in einer der F i g. 2 entsprechenden Schnittdarstellung,
F i g. 5 einen Schnitt gemäß Linie V-V durch die Vorrichtung gemäß F ι g. 4.
F i g. 6 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Nachbehandeln der Abgase von Brennkraftmaschinen, und zwar wiederum in einem Längsmittelschnitt und
F i g. 7 einen Schnitt gemäß Linie VII-VII durch fiie Mit diesen Stirnwänden 18, 19 sind der Wellenzapfen und der Achszapfen 21 verbunden, über die die Baueinheit 16 in den Lagern 11,12 geführt ist Bevorzugt der Achszapfen 21 kann hierbei hohl ausgebildet sein und zur Durchführung einer Heizspirale od. dgL dienen, die als Wärmequelle innerhalb des Innenraums 17, dtr ein Hohlzylinder ist angeordnet werden kann. Der L-:o- c~·- :nn»n liAot nimmt
.o Wärme auf und gibt nach Drehung in Wärme an das anströmende Abgas ab^; dies im Teillastbereicn. insbesondere b den Maschinen der Fall «4. eine A^ hat die unterhalb der Betnebstemperatur des
,5 speiche« liegt Hierbei rnu ß auf ^Grand* des Wärmespeicher wahrend desBetneb* dem der Wärmespeicher einmal ^«nf v Betriebstemperatur aufgehest
abhängig ™J«J"*S?
strömendem Abgas und der
w«e
p Warme
u!
un
de-
Wirkungsgrad des Wärmespeichers 7 bedingten Warmeverluste ausgeglichen werden müssen Die vorgegebene Betnebstemperatur. die be.m Starten durch Aufheizen, z. B. mittels der bereits erwähnten, hier nicht weiter dargestellten Wärmequelle und/oder durch Einspritzen von Kraftstoff erregt
werden ^^j^ trieb zum Te.llastbetr.eb auf
111 B ■ p· · — - _ ^
und Selbstzündung arbeitende Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Auslaßstutzen, was hier nicht weiter gezeigt ist, in eine Sammelleitung einmünden, die auf die Turbine 2 eines Abgas-Turbo-Laders 3 ausmündet Von uer Turbine 2. die den Verdichter 4 antreibt gelangen die Abgase in die der erfindungsgemäßen Nachbehandlung dienende Vorrichtung 5, bevor sie in hier nicht dargestellter Weise über den Auspuffstrang ins Freie gelangen.
Die Vorrichtung 5 umfaßt in der Ausführungsform gemäß den F i g. 2 und 3 einen hier um eine Hochachse 6 η ierbaren Wärmespeicher 7, der in einem Anströmsektor 8 von dem von der Brennkraftmaschine, bzw. der nachgeordneten Turbine 2 des Laders kommenden Abgasstrom beaufschlagt wird.
Dem Anströmsektor 8 gegenüberliegend ist der Abströmsektor 9 vorgesehen, über den das Abgas nach Durchströmen des Wärmespeichers 7 und des innerhalb desselben angeordneten Katalysators 10 in den nicht weiter dargestellten Auspuffstrang gelangt
Der Wärmespeicher 7 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Trommel ausgebildet und in den Lagern 11 und 12 geführt, die in den Deckelteilen 13, 14 des Wämespeichergehäuses 15' gehalten sind. Der Antrieb des Wärmespeichers 7 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Elektromotor 15. der an das Deckelteil 13 angeflanscht ist. Selbstverständlich ist auch ein von der Brennkraftmaschine abgezweigter Antrieb oder ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb möglich.
Der innerhalb des Wärmespeichers 7 angeordnete Katalysator 10 ist ebenfalls als Trommel ausgebildet und bildet den Innenteil einer aus Wärmespeicher 7 und Katalysator 10 bestehenden Baueinheit 16, die einen Innenraum 17 umgrenzt, welcher nach oben und unten durch Stirnwände 18 bzw. 19 abgeschlossen ist.
weise auch eine derartige Aufbereitung der Abgase ermöglicht, daß Rauchpartikel und Geruchsstoffe beseitigt werden.
Die Ausführungsform gemäß den F i g. 4 und 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Nachbehandeln der Abgase entspricht im Hinblick auf die Anordnung und Ausbildung des Wärmespeichers und des diesen aufnehmenden Gehäuses jener gemäß den F i g. 2 und 3; es finden daher insoweit gleiche Bezugszeichen Verwendung. Abweichend von dieser Ausgestaltung ist aber der mit 10a bezeichnete Katalysator gestaltet, der Scheibenform aufweist und der feststehend innerhalb des rotierbaren Wärmespeicher 7 angeordnet ist. Gehalten wird der Katalysator 10a dabei über einen dem Achszapfen 21 entsprechenden Einsatz 21a, der wie der Achszapfen 21 im Deckelteil 14 gelagert ist.
Auch bei dieser Ausführungsform erweist es sich als zweckmäßig, wenn die für den Startbetrieb, bzw. zum Ausgleichen der Verlustwärme erforderliche Wärmequelle innerhalb des von der heißen Seite des Wärmespeichers 7 umschlossenen Innenraums 17 angeordnet ist. bzw. wenn in diesem Innenraum der zum Ausgleich der Verlustwärme zuzusetzende Kraftstoff zur Verbrennung gebracht wird. Die Aufheizung erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 4 und 5 bevorzugt in dem Anströmsektor 8 benachbarten Kammerteil 22 des durch den Katalysator 10a unterteilten Innenraums 17.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Nachbehandeln der Abgase von Brennkraftmaschinen ist in den F i g. 6 und 7 dargestellt, wobei den vorhergehenden Ausführungsformen entsprechende Bezugszeichen Verwendung finden und Wärmespeicher 107 und Katalysator 110 scheibenför-
mig ausgebildet sind. Wärmespeicher 107 und Katalysator 110 sind bei dieser Ausführungsform um eine Achse 106 drehbar, die in der Ebene 123 liegt, in der das Gehäuse 115 den vor und hinter Wärmespeicher und Katalysator als Baueinheit 117 liegenden Raum in zwei dem Ahströmsektor 108 und dem Abströmsektor 109 entsprechende Hälften unterteilt, die lediglich in dem der heißen Seite des Wärmespeichers 107 bzw. dein Katalysator 110 zugeordneten rückwärtigen Gehäusebereich 124 über einen entsprechenden Überströmkanal 125 verbunden sind. Durch diese Gestal-
lung wird eine Führung der Abgase gemäß der angegebenen Pfeilung erreicht, wobei die Wärmezufuhr in diesem Fall im rückwärtigen Gehäusebereich 124 in nicht näher dargestellter Weise vorgesehen ist.
Als Katalysator 10 bzw. 110 finden bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2, 3 bevorzugt Pellets Verwendung, während für die Ausführungen gemäß F i g. 4, 5 und 6,7 zweckmäßig der Katalysatorträger als Wabenkörper ausgebildet ist.
Der Regenerativwärmetauscher besteht jeweils vorzugsweise aus geschichtetem Drahtgewebe.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (23)

23 50 Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum katalytischer! Nachbehandeln der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere mit innerer Gemischbildung und Selbstzündung, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator {10.10a, UO) zwischen den Anströmsektor (8, 108) und den vom Abgas entgegengesetzt durchströmten Abströmsektor (9, 109) eines an sich bekannten rotiefbaren Wärmespeichers (7. 107) geschaltet ist
2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (10a) feststehend angeordnet ist (F i g. 4 und 5).
3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (10,110) rotierbar angeordcet ist (F i g. 2,3,6 und 7).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- «eichnet, daß der Katalysator (10, 110) gemeinsam mit dem Wärmespeicher (7,107) rotierbar ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (7) als Trommel ausgebildet ist
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet daß der Katalysator (10 bzw. 10a) innerhalb des trommeiförmig ausgebildeten Wärmespeichers (7) angeordnet ist
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (10a) scheibenförmig ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator trommeiförmig ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 und 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (10) den Innenteil und der Wärmespeicher (7) den Außenteil einer trommeiförmigen Baueinheit bildet.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (107) scheibenförmig ausgebildet ist
H. Vorrichtung nach Anspruch 4, 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmespeicher (107) und Katalysator (110) eine Baueinheit bilden.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in bekannter Weise aus Granulat besteht
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß der Katalysator in bekannter Weise als Wabenkörper ausgebildet ist
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichpe» ,Jaß der Wärmespeicher in bekannter Weise aus einem Drahtgewebe besteht.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 14. dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher in bekannter Weise durch einen Wabenkörper gebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in bekannter Weise mit einer Heizquelle versehen ist Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum katalytischen Nachbehandeln der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere mit innerer Gemischbildung und Selbstzündung.
Katalysatoren finden zur Verminderung der Verunreinigungen in den Abgasen bei Brennkraftmaschinen Verwendung. Insbesondere bei mit innerer Gemischbildung und Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen ergeben sich Schwierigkeiten, da im Teillastbereich /u niedrige Abgastemperaturen auftreten, um noch eine Beseitigung des Rauchs und der Geruchsstoffe im Abgas zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, daß mit wirtschaftlich vertretbarem Heizaufwand auch im Teillastbereich eine wirkungsvolle Beseitigung dieser als besonders unangenehm empfundenen Abgasanteile möglich ist
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Katalysator zwischen den Anströmsektor und den >om Abgas entgegengesetzt durchströmten Abströmsektor eines an sich bekannten rotierbaren War mespeichers geschaltet ist Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung macht es. ausgehend davon, daß der Katalysator seine Arbeitstemperatur erreicht hat möglich, diese Arbeitstemperatur schon dadurch aufrechtzuerhalten, daß die durch den Wirkungsgrad des Wärmespeichers bedingten Wärmeverluste durch entsprechende Wärmezufuhr wieder ausgeglichen werden. In Anbetracht des hohen Wirkungsgrads von solchen Regenerativwärmetauschern bedeutet dies, daß zur Aufheizung des Abgases auf die Katalysatortemperatur nahezu unabhängig von der für den Katalysator erforderlichen Arbeitstemperatur und unabhängig von der Temperatur der anströmenden Abgase jeweils nur ein kleiner Bruchteil der zur Aufheizung dieser Abgase erforderlichen Wärmemenge von außen zugegeben wer den muß. Diese Wärmezugabe kann im Rahmen der Erfindung durch Kraftstoff zugabe zu den Abgasen oder auch durch Anordnung einer Wärmequelle, beispielsweise einer elektrischen Heizwendel im Abgasstrom erfolgen. Freigesetzt wird dabei die Wärme zweckmäßigerweise in einem Bereich, der vor dem Abströmsektor dem heißen Bereich des Wärmespeichers vorgelagert ist
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung kann| der Katalysator sowohl feststehend als auch rotierba angeordnet sein. Bei rotierbarer Anordnung erweis sich eine Zusammenfassung mit dem Wärmespeiche als zweckmäßig.
Wird dabei der Wärmespeicher trommeiförmig aus gebildet, so wird zweckmäßigerweise auch der Kataly sator in Trommelform ausgebildet, und es kann der Ka talysator den Innenteil einer aus Wärmespeicher u Katalysator bestehenden, trommeiförmigen Baueinhei bilden. Bei einer derartig gestalteten Baueinheit erfolg die Wärmezugabe zweckmäßigerweise in den Trom[ melinnenraum, und zwar entweder durch Zugabe vo Kraftstoff oder durch Anordnung einer entsprechen den Heizquelle in diesem Innenraum.
Eine weitere, im Rahmen der Erfindung gegeben Möglichkeit bei rotierbarer Anordnung von Wärme speicher und Katalysator besteht darin, beide Teil scheibenförmig auszubilden und innerhalb eines en sprechenden Umlenkgehäuses anzuordnen.
Eine erfindungsgemäße vorteilhafte Lösung beste des weiteren auch darin, innerhalb eines trommelförmj gen Wärmespeichers einen scheibenförmigen, feslst
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