DE2130436C3 - Vorrichtung zur katalytischen Umwandlung der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

15

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalytischen Umwandlung der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen, mit einer vorgeschalteten Brennkammer, die eine sun der Katalysatortcmpcrutur gesteuerte Btennstoffzufuhreinrichtung aufweist. Bei solchen durch die USA.-Patentschrift 3 273 971 bekanntgewordenen Einrichtungen ist die Brennkammer zur Verbrennung zusätzlich zugeführten Brennstoffs räumlich vom eigentlichen Katalysator getrennt und diesem vorgelagert. Diei führt einmal zu verhältnismäßig großen Abmessungen der ganzen Vorrichtung, die ihre Verwendung auf Fahrzeugen ausschließt, und zum anderen zu einer ungünstigen Wärmeausnutzung i'nd Temperatursteuerung.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Mangel zu beheben und eine wärmetechnisch gi.nstig arbeitende, aber hoch wirksame VorrichCung 71 schaffen, und zwar von einer so gedrängten Bauweise, daß sie auf allen Arten von Kraftfahrzeugen ohne Schwierigkeit Anwendung finden kann.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Brennkammer einen von der Katalysatoraufnahmekammer umschlossenen Innenraum bildet. Damit ist der Vorteil einer Kompaktbauweise erreicht, weil Brennkammer und Katalysalorkammer ineinanderliegen. Die in der Brennkammer entwickelte Wärme wird unmittelbar in den sie umgebenden Katalysator übertragen und voll zu dessen Aufheizung nutzbar gemacht. Alle im Abgas enthaltenen unerwünschten Bestandteile und Schadstoffe werden auf diese Weise wirksam restlos verbrannt.

Die Erfindung ist bei allen Arten von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Zwcitakt-Dieselmotoren und selbstzündenden Maschinen, anwendbar, insbe-Sondere bei solchen Brennkraftmaschinen, die über längere Zeiträume hinweg im Leerlauf, d. h. mit niedrigem Kraftverbrauch, arbeiten, da gerade hier die üblicherweise sich bildenden Rußrückstände die Wirksamkeit des Konverters beeinträchtigen und den Katalysator verunreinigen.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsfflögliehkeiten zu. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur katalytischen Umwandlung von Auspuffgasen, beispielsweise bei Brennkraftmaschinen, schematisch wiedergegeben. Sie besteht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Gehäuse 1, welches in seinem Inneren eine Einlaßkammer 10 aufweist, die durch ein in die Kopfseit·" des Gehäuses eingesetztes, auf dem Umfang mit Durchlaßöffnungen 17 versehenes Rohr gebildet ist. Dieses reicht bis nahezu an die andere Kopfseite des Gehäuses und ist hier durch eine Stirnwand abgeschlossen. Am anderen Linde ist es an eine von der Brennkraftmaschine oder einem anderen Abgaserzeuger kommende Rohrleitung 14 angeschlossen. Im Inneren des Gehäuses 1 ist die Einlaßkammer 10 auf ihrer vollen Länge mit Abstand von einem Rohrmantel 11 umgeben, der ebenfalls Durchtrittsöffnungen 20 aufweist und eine die Einlaßkammer 10 umgebende Kammer zur Aufnahme der den Katalysator ergebenden Sioffe 12 bildet.

Der Durchmesser des Mantels 11 ist so bemesseen, daß zwischen ihm und dem Gehäuse 1 eine den Katalysator umschließende Auslaßkammer 13 verbleibt, die in die ins Freie mündende Abgasleitung 15 am anderen Gehäuseende übergeht.

Auf der Eintrittsseite sitzt in der Eintrittskanimer 10 ein Temperaturfühler 2, der über einen elekirischen Schaltkasten und entsprechende Stromleitungen mit dem Motor einer Brennstoffpumpe 4 verbunden ist. Diese liegt in einer Leitung 30. die \₍>m Brennstoffvorratsbehälter5 zu einer in die Finl;ißkammer 10 hineinreichenden Einspritzdüse 6 führt. Der Vorratsbehälter kann derjenige der Brennkraftmaschine oder ein zusätzlicher sein, wenn sich der für den Betrieb der Maschine benutzte Kraftstoff nichi zur Verwendung im Konverter eignet. Als zusätzlicher Brennstoff, der auch bei niedrigen Konvertertemperaturen verbrennt, kann beispielsweise Propan, Butan, Pentan, Hexan, Oktan oder Methanol verwendet werden.

Wenn der Brennstoff mit Gefälle oder durch Unterdrück zugeführt wird, kann die Förderpumpe 4 entfallen und durch ein Durchlaßventil 31 ersetzt sein, welches über die gestrichelt eingezeichnete Leitung an den Schaltkasten 3 angeschlossen ist. Es genügt dann, wenn vermittels des Temperaturfühlers 2 über den Schaltkasten 3 bei der Erreichung bestimmter Grenztemperaturen im Konverter über das Durchlaßventil 31 die Brennstoffzufuhr zur Einspritzdüse 6 freigegeben oder unterbunden wird. So kann aber auch der Schalter 3 ein Grenzschalter sein. der jeweils beim Über- oder Unterschreiten einer eingestellten Temperatur die von ihm gesteuerte Pumpe 4 bzw. das Ventil 31 ein- oder ausgeschaltet.

Wichtig für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß der Konverter immer auf einer solchen Temperatur gehalten wird, daß die vollständige Verbrennung der in den Auspuffgasen enthaltenen schädlichen Stoffe sichergestellt ist. Liegt die Temperatur über einer bestimmten Grenze, so kann die Menge des zusätzlich zuzuführenden Brennstoffs entsprechend herabgesetzt werden.

Die erfindungsgemiiße Vorrichtung arbeitet im wesentlichen wie folgt: Als Katalysator kann beispielsweise ein oberflächenwirksamer 0,5gc\vichtsprozentiger Platin-Katalysator und als zusätzlicher Brennstoff Dieselöl verwendet werden. Hier liegt die Vcrbrenniingstemperatur zum Verbrennen des zusätzlichen Brennstoffs im Konverter in Gegenwart der Abgase bei etwa 288 bis 343° C. Die Schalteinrichtung 3 ist demzufolge so einzustellen, daß die zusätzliche Brennstofförderung beginnt, wenn die Konverterlemperatur etwa 316° C erreicht hat. Um den in den Auspuffgasen enthaltenen Ruß zu oxydieren, sind in der katalytischen Verbrennungzone Temperaturen zwischen 260 und 371⁰C erforderlich. Sicherheitshalber ist das Schaltgerät 3 so einzustellen, daß die zusätzliche Brennstoffzufuhr unterbunden

wird, wenn die Temperatur im Konverter etwa 3¹W¹¹C erreicht hat. Es ergibt sich daraus ein Spielraum von 2S¹¹C, der eine nahezu vollständige Verbrennung des Kohlenstoffes gewährleistet. Erst wenn die Künvertertemperatur wieder auf 3K5^r' C zurückfällt, erfolgt über die Schalteinrichtung 3 die erneute Einstellung der zusätzlichen Brennstoffzufuhr. Die Temperaturgrenze von 385" C ist gewählt, weil dies die Temperatur ist, mit der üblicherweise die Brennkraftmaschine arbeitet und die eine kontinuierliche Verbrennung der Schadstoffe in den Abgasen ohne Zufuhr zusätzlichen Brennstoffs gewährleistet.

Ist hingegen beispielsweise die Temperatur der Abgase einer im Leerlauf arbeitenden Dieselmaschine niedriger als 260 bis 371° C, so wird der Wert, der zur restlosen Verbrennung der Auspuffgase im Konverter nötig ist, nicht erreicht, im Gegenteil haben die relativ kalten Abgase den Nachteil, daß der Konverter abkühlt. Dies wird aber dadurch verhindert, daß die Brennstoffzufuhr bei dem Cirenzwert von 385 ' C wieder eingestellt wird.

Unabhängig tlavon ist aber bei jeder erfindunysgemäüen Vorrichtung noch ein nicht dargestellter Schalter vorgesehen, der bei einem Stillstand der Brennkiaftmaschine die Zufuhr zusätzlichen Erenn-Stoffs ausschaltet. Dieser Schalter ist zweckmäßig mit dem Zündschlüssel zum Einschalten der Brennkraftmaschine gekoppelt.

Selbstverständlich sind Fühler 2 und Schaltaggregat 3 entsprechend den jeweiligen Bctriebsverhältnissen einstellbar, so daß die Vorrichtung den verschiedenen Typen von Brennkraftmaschinen oder dem jeweils im Katalysator verwendeten Material und dem zur Anwendung gelangenden Zusatzbrennstoff angepaßt werden kann. Die Erfindung läßt sich bei allen Arten von Brennkraftmaschinen oder sonstig; η Abgaserzeugern und bei den verschiedensten Katalysatorsubstanzen anwenden, wenn es darum geht. Schadstoffe oder Ruß im Katalysator aus den Abgasen zu entfernen. Die Vorrichtung kann in jeder Hinsieht auch in ihrem konstruktiven Aufbau dem jev.eiliuen Verwendungszweck angejialH werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 2

   436

   Patentanspruch:

   Vorrichtung zur katalytischen Umwandlung der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen, mit einer vorgeschalteten Brennkammer, die eine von der Katalysatorternperatur gesteuerte Brennstoffzufuhreinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (10) einen von der Katalysatoraufnahmekammer (11, 12) umschlossenen Innenraum bildet.