CH457972A - Vorrichtung zum Entgiften von Abgasen, insbesondere aus Verbrennungsmotoren - Google Patents

Vorrichtung zum Entgiften von Abgasen, insbesondere aus Verbrennungsmotoren

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CH457972A
CH457972A CH754366A CH754366A CH457972A CH 457972 A CH457972 A CH 457972A CH 754366 A CH754366 A CH 754366A CH 754366 A CH754366 A CH 754366A CH 457972 A CH457972 A CH 457972A
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Fitterer & Sohn Arno
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Description


  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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zum Entgiften von Abgasen, insbeson dere aus Verbrennungsmotoren, durch Nachverbren nung und katalytische Oxydation, wobei den Abgasen auf dem Wege zu einer Kammer, die Oxydations-Kata- lysatoren enthält, Luft aus dem Freien über eine Ven- turidüse zugeführt werden kann, dadurch gekennzeich net, dass in einer Abgasleitung (3, 20) im Anschluss an eine. Frischluftansaugdüseneinheit bzw.
    Abgasfrischluft- Mischdüseneinheit (A), die in einem Schutzgehäuse (8) angeordnet ist, eine die Mischvorrichtung (12) enthal tende Einheit (B) geschaltet ist, die über eine weitere Düse (15) mit einer Einheit (C) verbunden ist, die den Katalysatorkörper (18) enthält.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Öffnungswinkel (a 1, a 2) der Eingänge in die Kammern (11, 17) der beiden letzten Einheiten (B, C) mindestens 50 , vorzugsweise 57 betragen. 2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Friscbluftansaugdüseneinheit (A) heizbar ausgebildet ist, vorzugsweise dadurch, dass in einem hochschmelzbaren keramischen Material kreisförmig verlaufende Kanäle (38) vorgesehen sind, in denen Heizspiralen angeordnet sind.
    3. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Friscbluftdüse (4) und/oder heizbare, ringförmige Keramikkörper (31) mit einer Wärmeisolation (30, 36) versehen sind. 4. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (12) in der mittleren Einheit (B) aus Sieben, Stegen oder wirbel verursachenden Einbauteilen besteht. 5. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Einheit (B) aus einer Kammer (11) besteht, an die eine Venturidüse (15) angeschlossen ist. 6.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse (15) in einem Rohransatzstück der Mischkammer (11) eingebettet ist. 7. Vorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse (15) heizbar aus gebildet ist, vorzugsweise dadurch, dass in einem hoch schmelzbaren keramischen Material kreisförmig verlau fende Kanäle (38) vorgesehen sind, in denen Heizspi- ralen angeordnet sind. B.
    Vorrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse (15) und/oder heizbare, ringförmige Keramikkörper (31) mit einer Wärmeisolation (39, 36) versehen sind. 9. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluftansaugdüseneinheit (A), die mittlere Einheit (B) und die nachfolgende Ein heit (C), z. B. durch Führungsstangen (21, 22) zusam- mengefasst, z. B. zusammengeschraubt und gegebenen falls mit einer Verspannung versehen sind.
    10. Vorrichtung nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 bis 9 an einem Verbrennungs motor, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Ein heit (B) und/oder die nachfolgende Einheit (C) in Ver bindung mit dem in der letztgenannten Einheit (C) ein gebauten Katalysator (18) als Schalldämpfer ausgebil det sind, wobei der gesamte Gasrauminhalt dieser Vor richtungen)
    mindestens das zwölffache des Gesamtzy- linderinhaltes des Verbrennungsmotors beträgt, dessen Abgase zu entgiften sind. 11. Vorrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei letzten Einheiten (B, C) flach ausgebildet sind.
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