DE3933925A1 - Vorrichtung zur abgasnachbehandlung an einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnach­ behandlung an einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Katalysator und einem diesen vorgeschalteten Nachbrenner. Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 38 89 464 bekannt.

Üblicherweise werden die schädlichen Abgasbestandteile eine Brennkraftmaschine in einem Katalysator konver­ tiert. Dieser Katalysator muß dabei zur erfolgreichen Konvertierung eine gewisse Minimaltemperatur, oftmals als Betriebstemperatur oder auch Anspringtemperatur bezeichnet, aufweisen. Anschließend an einen Start der Brennkraftmaschine ist daher der dann kalte Katalysator bis zum Abschluß seiner sog. Aufheizphase nahezu wir­ kungslos.

Um die Umweltbelastung durch Abgasschadstoffe so gering wie möglich zu halten, wird angestrebt, die Aufheizphase des Katalysators möglichst kurz zu halten. Hierfür sind eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt; eine äußerst wirkungsvolle Maßnahme jedoch ist in der oben genannten Schrift beschrieben. Demnach befindet sich stromauf des Katalysators ein Nachbrenner, in dem die nach einem Start der Brennkraftmaschine relativ kalten Brennkraft­ maschinen-Abgase, die jedoch noch brennbare Bestandteile enthalten, nachverbrannt werden. Hierzu kann der Nach­ brenner mit einer Zündvorrichtung versehen sein, die das Gemisch aus zugeführtem Abgasstrom und einem für eine erfolgreiche Verbrennung notwendigerweise erforderlichen Frischluftstrom entflammt. Hiermit werden zwei vorteil­ hafte Effekte erzielt: Zum einen wird durch die Nach­ verbrennung des Abgases die Menge schädlicher Abgasbe­ standteile bereits deutlich reduziert. Zum anderen wird das nach einem Start der Brennkraftmaschine noch relativ kühle Abgas erwärmt, so daß dem hiervon beaufschlagten Katalysator ein höhere Wärmemenge zugeführt wird, wodurch dieser seine Anspring- bzw. Betriebstemperatur früher erreicht.

Trotz dieses an sich überzeugenden Konzeptes hat sich in Versuchen keine gravierende Verbesserung hinsichtlich der Abgasemissionen eingestellt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer die Schadstoffreduzierung bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weiter verbessert werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß der Kataly­ sator zumindest einen längsdurchströmten, von einem Gehäuse umgebenen Trägerkörper für die katalytische Schicht aufweist, stromauf dessen die im wesentlichen vom gleichen Gehäuse umgebene Brennkammer des Nach­ brenners vorgesehen ist, wobei die Brennkammer mit einer die freie Strömung der Abgase behindernden Flammhalte­ vorrichtung versehen ist. Diese Maßnahmen gewährleisten, daß die im Nachbrenner erzeugte Wärmemenge weitgehend verlustfrei dem Katalysator-Trägerkörper zugeführt wird. Hierzu wird durch den Trägerkörper eine bevorzugte Strömungsrichtung definiert, während die Flammhalte­ vorrichung für eine stabile Verbrennung in der Brenn­ kammer sorgt. Durch Schaffung eines Rückströmungsge­ bietes kann sich mit einer geeigneten Flammhaltevor­ richtung auch eine verbesserte Aufbereitung des nach­ zuverbrennenden Abgas-/Luftgemisches einstellen. Des­ weiteren wird die Flamme quasi örtlich fixiert. In Summe verkürzen diese Maßnahmen somit die Aufheizphase des Abgaskatalysators.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 ergibt sich zum einen eine konstruktiv einfache Ausführung der Flamm­ haltevorrichtung, zum anderen wird der Strömungswider­ stand einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgas­ nachbehandlung hierdurch minimiert. Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 hingegen stellt sich in der Brennkammer eine verbesserte Verbrennung des Abgas-Frischluft-Ge­ misches ein, wobei neben der die Verwirbelung unter­ stützenden tangentialen Einmündung des Abgasstromes ebenso eine optimierte Einmündung für den Frischluft­ strom vorgesehen sein kann.

Während üblicherweise Abgaskatalysatoren in den Abgasan­ lagen relativ nahe an einer Brennkraftmaschine vorge­ sehen werden, um durch Beaufschlagung mit noch relativ heißen Abgasen die Katalysator-Aufheizphase kurzzuhal­ ten, kann nunmehr die erfindungsgemäße, durch den Nachbrenner und den Katalysator gebildete Baueinheit auch weit entfernt von der Brennkraftmaschine und insbesondere jenseits eines Schalldämpfers angeordnet werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der sonst bei Katalysatoren übliche starke Leistungsverlust der Brennkraftmaschine aufgrund der gestörten Strömungs­ dynamik in der Abgasanlage hierdurch weitgehend ver­ mieden werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines lediglich schematisch in einem Schnitt dargestellten Ausführungs­ beispieles erläutert.

Von einer Brennkraftmaschine 1 gelangt das Abgas über einen Abgaskrümmer 2 und ein sich daran anschließendes vorderes Abgasrohr 3 zu einem Schalldämpfer 4. In einem hinteren Abgasrohr 5 wird das Abgas danach einer in ihrer Gesamtheit mit 6 bezeichneten Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung zugeführt. Von dieser Vorrichtung 6 aus gelangt das Abgas über ein Endrohr 7 in die Umge­ bung.

Im wesentlichen besteht die Vorrichtung 6 zur Abgas­ nachbehandlung aus einem Nachbrenner 8 sowie einem dahinter angeordneten Katalysator 9.

Der Katalysator 9 besteht im wesentlichen aus einem Trägerkörper 10, der eine Vielzahl von gemäß Pfeilrich­ tung 11 durchströmten, katalytisch beschichteten Kanälen aufweist.

Der Nachbrenner 8 besteht im wesentlichen aus einer Brennkammer 12, einer tangential zur Pfeilrichtung 11 einmündenden Eintrittsöffnung 13 für den Abgasstrom, einer Frischluft-Zufuhröffnung 14, sowie einer Zünd­ vorrichtung 15 zur Entflammung des Abgas-Frischluft- Gemisches in der Brennkammer 12. Am Eintritt zur Brenn­ kammer 12 ist eine sog. Flammhaltevorrichtung 16 vor­ gesehen. Diese ist im wesentlichen als eine sich in Strömungsrichtung (Pfeilrichtung 11) verengende Blende ausgebildet.

Hat der Katalysator 9 nach einem Start der Brennkraft­ maschine 1 seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht, so wird in der Brennkammer 12 der noch brennbare Be­ standteile enthaltende Abgasstrom unter Zugabe von Frischluft über die Zufuhröffnung 14 durch Entzündung mittels der Zündvorrichtung 15 verbrannt. Die dadurch zur Verfügung stehende Wärmemenge wird dem Katalysator 9 bzw. dem Trägerkörper 10 praktisch verlustfrei zuge­ führt da - wie gezeigt - die Brennkammer 12 sowie der Trägerkörper 9 vom im wesentlichen gleichen Gehäuse 18 umgeben sind. Selbstverständlich fallen auch zwei aneinander angeflanschte oder sonstwie (beispielsweise durch Schweißen) miteinander verbundene Gehäuseteile 18′, 18′′ - wie für die untere Hälfte der Vorrichtung 6 bildhaft dargestellt - unter den Begriff des im wesent­ lichen gleichen Gehäuses 18. Zum Schutz des Trägerkör­ pers 10 vor thermischer Zerstörung kann dabei im Endbe­ reich der Brennkammer ein strömungsgünstig ausgebildetes Abschirmblech angeordnet sein (nicht gezeigt).

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung an einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Katalysator (9) und einem diesem vorgeschalteten Nachbrenner (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (9) zumindest einen längsdurchströmten, von einem Gehäuse (18) umgebenen Trägerkörper (10) für die katalytische Schicht aufweist, stromauf dessen die im wesentlichen vom gleichen Gehäuse (18) umgebene Brennkammer (12) des Nachbrenners (8) vorgesehen ist, wobei die Brennkammer (12) mit einer die freie Strömung der Abgase behindernden Flammhaltevorrich­ tung (16) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammhaltevorrich­ tung (16) als Blende ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammhaltevorrich­ tung (16) im wesentlichen als eine sich in Strö­ mungsrichtung (11) verengende Blende ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom tan­ gential zu der durch den Trägerkörper bestimmten Strömungsrichtung (11) in die Brennkammer (12) mündet.

5. Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Schalldämpfer (4) sowie einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Nachbrenner (8) und Katalysator (9) bestehende Baueinheit auf der der Brennkraftmaschine (1) abgewandten Seite des Schalldämpfers (4) angeordnet ist.