DE3112796A1

DE3112796A1 - Aufgeladene brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3112796A1
Application number: DE19813112796
Authority: DE
Inventors: Bernard Edvard 19380 West Chester PA. Enga; Graham Alan Hards; Edward Rigby High Wycombe Buckinghamshire Middleton; Michael Walter Berkshire Saunders
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1982-02-11
Also published as: MX7464E; GB2074888B; FR2479323B1; CA1181350A; BR8101919A; FR2479323A1; IT1137322B; IT8120838A0; GB2074888A; SE8102023L

Description

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Anmelder; JOHNSON, MATTHEY & CO. LIMITED,

43 Hatton Garden, London, ECIN 8EE, England

Bezeichnung der Erfindung: Aufgeladene Brennkraftmaschine Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf die Verringerung des Gehaltes an Rauch und anderen schädlichen Bestandteilen, wie sie in den Abgasen von aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung enthalten sind.

Die Abgase von Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung und Turboaufladung enthalten oft feinverteilte Partikel von Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoff und anderen Feststoffen, die die Brennkraftmaschine in der Form von Rauch verlassen.

Die Abgase von Dieselmotoren beispielsweise bestehen aus Feststoffpartikeln, die von einer Flüssigkeitsschicht umhüllt sind, aus fest verketteten Aggregationen, in denen sphärische Partikel mit Durchmessern zwischen 100 und

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800 10 m miteinander verbunden sind, aus flüssigen

Sulphaten, flüssigen Kohlenwasserstoffen und gasförmigen 30.3.1981 - 2 -

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Kohlenwasserstoffen. Die fest/flüssigen Partikel enthalten im allgemeinen Kohlenstoffpartikel mit adsorbierten flüssigen Kohlenwasserstoffen, während die fest verketteten Aggregationen im allgemeinen aus organischen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht und/oder anorganischen Sulphaten bestehen.

Wird eine Brennkraftmaschine erstmals angelassen, so entsteht weißer Rauch, was mit der Kondensation von Wasserdampf auf den im Abgas enthaltenen Peststoffpartikeln zu erklären ist und wodurch ein feiner Nebel gebildet wird. Schwarzer Rauch entsteht bei Dieselmotoren, wenn die Brennkraftmaschine warmgelaufen ist und er enthält einen relativ hohen Anteil an Kohlenstoffteilchen. Im Blaurauch ist etwas Kohlenstoff, vor allem aber ein relativ hoher Anteil an gasförmigen organischen Verbindungen, wie Aldehyden, enthalten, über 90/2 der diesen Rauch bildenden Partikel haben eine maximale Abmessung von weniger als l/u, was im Bereich der einatembaren Partikelgröße liegt, die restlichen 10$ der den Rauch bildenden Partikel haben eine Partikelgröße von weniger als 4 Ax.

Die Schmutzstoffe schließen Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxide und Oxide von Stickstoff ein, die von der Brenn-

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kraftmaschine mit innerer Verbrennung gebildet werden und ferner die Rauch bildenden Partikel gemäß den obigen Ausführungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Menge der schädlichen Bestandteile der Abgase von mit Turboladern aufgeladenen Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung zu verringern.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und Turboaufladung eine Kammer mit einem Katalysator vorgesehen ist, mit dem die Schad- bzw. Schmutzstoffe der Motorabgase durch katalytische Oxidation der Verunreinigungen beseitigt werden, ehe die Abgase die Brennkraftmaschine verlassen.

Vorzugweise ist der turboaufgeladenen Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ein mehrstückiges Substrat im Strömungsweg der Abgase zugeordnet, um in diesen eine Turbulenz zu erzeugen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für die Verringerung der Abgasverunreinigungen bei turboaufgeladenen Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung

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vorgeschlagen, bei dem die Abgase nach dem Verlassen der Motorzylinder durch eine Kammer mit einem Katalysator geleitet werden, mit dem die in den Abgasen vorhandenen Schmutzstoffe in Berührung kommen, sodaß zumindest ein Teil der Schmutzstoffe einer katalytischen Oxidation unterworfen

Die katalytische Oxidation von Kohlenstoffpartikeln erfolgt bei etwa 400°C, während die normale Verbrennungstemperatur dieser Partikel bei 700 - 800°C liegt. Die katalytische Oxidation von Kohlenwasserstoffpartikeln erfolgt bei etwa 200⁰C. Da in Gegenwart eines Katalysators die Oxidation der Rauch bildenden Partikel in einem Gas bei einer Temperatur erfolgt, die niedriger als die übliche Verbrennungstemperatur ist, ist keine oder allenfalls eine geringe Aufheizung der Abgase von Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung notwendig, wenn die katalytische Oxidation jeglicher Rauch bildender Partikel im Gas gewünscht wird. Da beispielsweise bei einem Dieselmotor bei mittlerer oder voller Leistung die Betriebstemperatur 400°C beträgt, ist keine zusätzliche Aufheizung der vom Motor abgegebenen Abgase notwendig, ehe diese über den Katalysator geführt werden.

Um für die Abgase eine maximale Kontaktmöglichkeit zu bieten, soll ein metallisches Drahtsubstrat entsprechend angeordnet

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sein. Der Draht ist vorzugweise flach, und er wird üblicherweise entsprechend gewalzt, ehe eine Zwischenschicht und katalytisches Material aufgetragen werden. Während des Betriebes der Brennkraftmaschine bei Luft- oder Sauerstoffüberschuß in der Brennkammer gewährleistet ein solcher Kontakt, daß ein wesentlicher Teil der Schmutzstoffe in der oben beschriebenen Weise der katalytischen Oxidation unterliegt.

Nachfolgend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung als Beispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform, bei der die Katalysatorkammer nahe den Auslaßöffnungen des Zylinders einer Brennkraftmaschine angeordnet ist,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, bei der eine andere Ausführung der Katalysatorkammer zur Anwendung kommt,
Fig. 2A eine dritte Ausführungsform mit einer wiederum anderen Katalysatorkammer,

Fig. 3 ein anderes als bei den vorhergehenden Ausführungsformen verwendetes Mittel zur Sicherung des Katalysatorträgers gegen das Zusammenfallen nach innen, Fig. H ein alternatives Mittel zu dem Mittel gemäß Fig. 3, Fig. 5 eine vierte Ausführungsform zur Anordnung nahe dem Turbolader,

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Pig. 6 eine andere Ausführungsform zur Anordnung nahe

dem Turbolader und
Fig. 7 die Anordnung mehrerer Katalysatorkammern.

Bei der Lösung gemäß Fig. 1 ist ein Katalysator in einem Reaktionsrohr angeordnet, das im wesentlichen zentrisch in einer Abgaskammer angeordnet ist. Eine Außenwand 1 der Abgaskammer ist mit öffnungen 7 bis 10 versehen, die nahe den und angrenzend an die Auslaßöffnungen der Zylinder einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung angeordnet sind. Ein Auslaß 12 ist nahe der Auslaßleitung 11 angeordnet. Das Reaktionsrohr 2 ist in der Kammer 1 mit Streben 5 und 6 abgestützt und nimmt den gestützten Katalysator 3 auf. Das Reaktionsrohr ist so angeordnet, daß die von den Zylindern kommenden Auspuffgase beim Eintritt in die Auspuffkammer durch das Reaktionsrohr hindurchtreten müssen und dabei in intensiven und kontinuierlichen Kontakt mit dem Katalysator kommen, ehe sie aus der Auspuffkammer austreten, um in die Auspuffleitung 11 zu gelangen. Die Strömung der Auspuffgase durch die Auspuffkammer ist durch Pfeile F₁ bis Fg gekennzeichnet. Die Verbrennungsgase gelangen aus den Zylinderauslässen durch die Öffnungen 7 bis 10 in die Auspuffkammer und strömen entlang dem Reaktionsrohr 2, um dann durch den Auslaß 12 in die Auspuffleitung 11 zu gelangen. Über dem

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- JT - β

Querschnitt des Auslasses 12 erstreckt sich eine Rückhalteplatte 4, um zu verhindern, daß der Katalysator 3 aus dem Reaktionsrohr herausrutscht.

Der Katalysator ist als katalytische Schicht auf einem Katalysatorträger aufgetragen, der seinerseits ein gestricktes Drahtgewebe ist. Der Katalysatorträger kann dabei ein einstückiger Block (Monolith) sein oder er kann aus mehreren scheibenförmigen Abschnitten zusammengesetzt sein. Beim Aufbau des Trägers aus einzelnen Scheiben ist jede Scheibe mit einer Zwischenschicht und einer katalytischen Schicht versehen, wobei die Auftragung der Zwischenschicht und der katalytischen Schicht vor oder nach dem Zusammensetzen der Scheiben zum Träger erfolgen kann. Schließlich können Zwischenschicht und katalytische Schicht auch erst aufgetragen werden, nachdem die einzelnen Scheiben innerhalb des Reaktionsrohres angeordnet und miteinander verbunden worden sind.

Bei der Lösung nach Fig. 2 ist die Außenwand 21 der Katalysatorkammer mit öffnungen 27 bis 30 versehen, die sich nahe den und angrenzend an die Auslaßöffnungen der Zylinder der Brennkraftmaschine befinden, über einen Auslaß 32 ist die Verbindung zur Auslaßöffnung 31 hergestellt. Der Katalysator 23 besteht aus einem Träger, einer

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Zwischenschicht und einem katalytischen Metall. Er ist so angeordnet , daß das Auspuffgas beim Eintritt in die Katalysatorkammer gezwungen wird, durch die Zwischenräume des Katalysators hindurchzutreten, ehe es die Kammer verläßt und anschließend in die Auspuffleitung eintritt. Der Gaseintritt in die Katalysatorkammer erfolgt durch Einlaßöffnungen P₁J₁ bis Fjjip dann durchströmt das Gas den Katalysator und dann gelangt es in das Auslaßrohr gemäß dem Pfeil F₁. ^.

Bei dieser Lösung ist der Träger des Katalysators vorzugsweise ein gestrickter Draht, und er kann einstückig als eine Einheit oder in einzelnen Abschnitten hergestellt sein. Ist er aus einzelnen Abschnitten hergestellt, die beispielsweise die Porm von Ringröhren haben, so sollten diese miteinander verbunden" werden, ehe der Träger in der Katalysatorkammer angeordnet wird. Der gestützte Katalysator ist dadurch in der Katalysatorkammer gehalten, daß seinen Enden Deckscheiben 25 und 26 zugeordnet sind, die an den Außenwänden der Katalysatorkammer gehalten sind. Um sicherzustellen, daß der Träger nicht nach innen zusammenfällt, ist ein zylindrisches, perforiertes Auslaßrohr 22 in der Katalysatorkammer angeordnet, durch das die Abgase in das Auspuffrohr 31 gelangen können. Das Rohr 22 kann beispielsweise aus einem Drahtgewebe bestehen oder ein gelochtes Rohr sein, dessen Löcher rund oder längliche Schlitze sein können.

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- B -45

Die alternative Anordnung gemäß Fig. 3 weist an der Stelle des perforierten Auslaß- und Stützrohres in der Katalysatorkammer fünf starre Stangen 100, 200, 300, 400 und 500 auf, die sich in Längsrichtung der Kammer erstrecken. Die Stangen haben in Umfangsrichtung der Kammer einen vorgegebenen Abstand voneinander und halten den gestützten Katalysator starr an seinem Platz innerhalb der Katalysatorkammer durch die Verwendung von Abstandsplatten 600. Jede Platte jedes Paares der Abstandsplatten 600 verbindet drei der fünf Stangen miteinander, und die beiden Abstandsplatten jedes Paares schließen einen rechten Winkel ein und liegen so auf Durchmessern des zentralen zylindrischen Auslaßrohres. Es können zwei oder mehr Paare der Abstandsplatten verwendet werden, wobei sie unabhängig von ihrer Anzahl zweckmäßigerweise in regelmäßigen Abständen auf die Kammerlänge verteilt sind. Bei Verwendung solcher Abstandsplatten können diese gegebenenfalls auch ohne die Stangen verwendet werden, wobei sie sich jedoch über die ganze Länge der Katalysatorkammer erstrecken, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Abstandsplatten und die gegebenenfalls vorgesehenen Stangen müssen aus einem Material bestehen, das bei Temperaturen bis zu 800⁰C oxidatxonsresistent ist.

Eine andere Lösung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2A beschrieben, wobei der Einfachheit halber nur zwei

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Auslaßöffnungen dargestellt sind. Die Außenwand 100 der Katalysatorkammer ist mit öffnungen 101 und 102 versehen, die den Auslaßöffnungen der Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet sind und sich an diese anschließen. Ein Auslaß 103 liegt der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine gegenüber. Der Katalysator 104 weist ein stützendes Substrat, eine aufgeschlämmte Zwischenschicht und das katalytische Metall auf. Er ist so angeordnet, daß die Auspuffgase der Brennkraftmaschine durch den Katalysator hindurchströmen müssen, ehe sie die Katalysatorkammer verlassen. Der Halterung des Katalysators in der Katalysatorkammer dienen Abstandsplatten 105. Die Abstandsplatten sind mit einem Ende an der Kammerwand 100 befestigt, während dem anderen Ende der Abstandsplatten eine Scheibe oder Platte 108 zugeordnet ist, um sicherzustellen, daß keine Auspuffgase die Katalysator· kammer verlassen können, ohne durch den Katalysator hindurchgelangt zu sein. Die Auspuffgase gelangen durch die Öffnungen 101 und 102 in die Kammer und strömen durch Hülsen 106 und 107 in den Innenraum 110, der durch die Abstandsplatten gebildet ist. Die Auspuffgase strömen dann weiterhin durch den Katalysator nach außen und verlassen die Katalysatorkammer durch den Auslaß 103. In Fig. 2A ist die Strömung der Auspuffgase durch Pfeile P„_o bis P₁₀Q dargestellt.

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Das stützende Substrat des Katalysators ist vorzugsweise ein gestrickter Draht, der in vier Abschnitten oder drei Einheiten hergestellt wird. Ist das Substrat aus Sektionen zusammengesetzt, die beispielsweise die Form von Ringröhren haben, so werden sie miteinander verbunden, ehe sie in die Katalysatorkammer eingesetzt werden.

Eine weitere Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 beschrieben. Eine Katalysatorkammer weist eine Außenwand 51 mit öffnungen 52 und 53 auf. Ein Katalysator 64 weist einen Stützträger, eine Zwischenschicht und ein katalytisch aktives Metall auf. Er ist so angeordnet , daß die Auspuffgase durch den Katalysator hindurchtreten müssen, ehe sie die Kammer verlassen. Der Träger besteht vorzugsweise aus gestricktem Draht und er kann einstückig sein oder aus einer Anzahl von einzelnen Elementen bestehen, die beispielsweise die Form von Ringröhren haben können und normalerweise miteinander verbunden werden, ehe der Träger in der Kammer angeordnet wird. Innerhalb der Kammer ist der Katalysator durch die Verwendung einer Reihe von Abstandsplatten 66 gehalten. Ein Ende der Abstandsplatten 66 ist der Kammerwand zugeordnet und am anderen Ende ist eine Scheibe oder Metallplatte vorgesehen, um zu verhindern, daß die Auspuffgase die Kammer verlassen, ohne durch den Katalysator gelangt zu sein.

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Die Katalysatorkammer kann zwischen dem Turbolader und dem Auspuffrohr angeordnet sein. Die öffnung 52 kann gegenüber dem Auslaß des Turboladers, den Auslaß fortsetzend, angeordnet sein, während die öffnung 53 die dem Auspuffrohr zugeordnete Auslaßöffnung sein kann. Die Strömung des Auspuffgases durch die Katalysatorkammer ist von außen nach innen gerichtet, wie es durch die Pfeile P₁-. bis Fgg dargestellt ist (Fig. 5).

Die Katalysatorkammer kann auch so angeordnet sein, daß die öffnung 53 dem Auslaß des Turboladers zugeordnet ist und diesen Auslaß fortsetzt, während die Öffnung 52 dem Auspuffrohr zugeordnet ist und sich in diesem fortsetzt, so daß der Auspuffgasstrom von innen nach außen gerichtet ist, wie es in Fig. 6 durch die Pfeile F₇₁ bis Fog dargestellt ist.

Ist die Katalysatorkammer einer Brennkraftmaschine mit großem Hubraum zugeordnet, so können gemäß Fig. 7 in einer entsprechend großen Katalysatorkammer mehrere Katalysatoren angeordnet werden. Entsprechend den obigen Ausführungen ausgebildete gestützte Katalysatoren 203 bis 205 sind unter Verwendung von Abstandsplatten 206 bis 208 gehalten. Ein Ende der Abstandsplatten 212 ist der Kammerwand zugeordnet

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und Metallscheiben oder -platten 209 bis 211 sind dem anderen Ende zugeordnet. Die Auspuffgasströmung durch die

Kammer ist durch Pfeile F₂Ol ^^s ^P246 ^{in Fig}* ^ S^ekenn~ zeichnet.

Beispiel 1

Eine 2000 cnr Mehrzylindermaschine eines im Handel erhältlichen Kraftfahrzeuges mit Antrieb durch einen turboaufgeladenen Dieselmotor j wurde so abgewandelt, daß die Ergebnisse demonstriert werden konnten, die bei Anwendung der Erfindung erzielbar sind. Eine Katalysatorkammer gemäß den obigen Ausführungsbeispielen der Figuren 5 und 6 wurde zwischen dem Auslaß des Turboladers und dem Auspuffrohr angeordnet .

Die Ergebnisse einer Katalysatorkammer A wurden durch Messungen am Auspuffgas ermittelt, das vom zentralen Strömungskanal der Kammer nach außen gemäß Fig. 6 strömte, während für eine Katalysatorkammer B die Messungen an dem Auspuffgas vorgenommen wurden, das durch den Katalysator zum zentralen Strömungskanal gemäß Fig. 5 strömte.

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Das Substrat des Katalysators wurde aus einem gestrickten 310 rostfreiem Stahldraht von 0,254 mm Durchmesser hergestellt, der vorher einen flachen Rechteckquerschnitt erhielt. Auf dieses Substrat wurde eine erste Schicht aufgeschlämmt, \ die Aluminiumoxid, Bariumoxid und Ceriumoxid enthielt, wobei die Beladung 0,34 gg~ Draht betrug. Der mit dieser Zwischenschicht beschichtete Träger wurde mit 5,7% Rh, 94,5$ Pt imprägniert, wobei die Beladung 918 g cnr betrug. Das verwendete Drahtvolumen betrug 2114.6 cm . Die Messungen wurden nach einer Fahrtstrecke von 250 Meilen vorgenommen.

Die Resultate wurden durch den Antrieb des Fahrzeuges durch· den LA4 Diesel-Zyklus erhalten. Der LA4 Zyklus (Los Angeles Zyklus) ist durch die Environmental Protection Agency (EPA) der USA festgelegt und ist ein Standardtest zum Simulieren des Fahrzeugbetriebes unter den Verkehrsbedingungen von Los Angeles. Er ist darüberhinaus ein Test, der dazu verwendet wird, um die Effektivität oder anderweitige Wirksamkeit der Abgasreinigungseinheit eines Kraftfahrzeuges darzutun. Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Stickoxide und Feststoffpartikel der Abgasemissionen werden in g Meile gemessen. Grundlagenmessungen wurden im Hinblick auf den Gehalt der Abgase an Verunreinigungen, ehe sie durch die Katalysatorkammer gelangten, durchgeführt.

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TABELLE 1

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	Max. prozentualer Unterschied	Grundwert	Katalys A	atorkammer B
Peststoffe g Meile prozentuale Veränderung	Min. prozentualer Unterschied	0.4	0.31 22.5	O.32 20
NOX g Meile"¹ prozentuale Veränderung	1.75	2 -14.3	2.1 -20
CO g Meile"¹ prozentuale Veränderung	1.25	0.2 84	0.46 63
HCs g Meile"¹ prozentuale Veränderung	0.2	0.07 65	0.11 45
Rückdruck Nm"²	13545	22011 -62.5	22688 -67.5
3386	4402 -30	4402 -30

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«Si

Beispiel 2

Ein im Handel erhältliches Fahrzeug mit einem turboaufgeladenen 2,2 Liter Dieselmotor wurde mit einer Katalysatorkammer ausgerüstet, die gemäß Fig. 5 nach dem Turbolader angeordnet wurde. Das Katalysatormaterial wurde von einem Substrat aus gestricktem Draht aus 304 rostfreiem Stahl eines Drahtdurchmessers von 0,254 und 0,127 vor seinem Umformen in Flachdraht gestützt. Das aus dem dünneren Draht gefertigte Strickmaterial wurde zur Herstellung eines Innenkörpers verwendet, der von einem Außenkörper aus dem Strickmaterial aus dem dickeren Draht umgeben wurde. Eine Zwischenschicht aus Aluminiumoxid mit Bariumoxid und Cerdioxid wurde dem Substrat zugeordnet mit einer Beladung von 0,22 gg Draht. Das verwendete katalytische Metall bestand aus 7 1/2 QeTn.% Rh, 92 1/2 Gew.% Pt bei einer Beladung von 0,09 Gew./2. Das gesamte Katalysatorvolumen betrug 2,6 Liter.

Bei im LA4 Zyklus betriebenem Fahrzeug ergaben die Basismessungen einen Feststoffanteil von 0,4 g Meile . Nachdem die Auspuffgase durch die Katalysatorkammer geführt worden waren, betrug der Feststoffanteil 0,19 g Meile , was eine Reduktion um 52,5/5 bedeutete. Der maximale Rückdruck über das gesamte System betrug 135^5 Nm

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- yf -

Beispiel 3

Unter Verwendung eines auf 1,6 Bar turboaufgeladenen Dieselmotors mit 14748 cm-⁵ wurden mehrere Tests durchgeführt. In einer Entfernung von 1,22 m vom Turbolader wurde eine Katalysatorkammer mit neun Katalysatoren in Reihen gemäß Fig. 7 angeordnet. Das Volumen des verwendeten Katalysators betrug 213003 cnr⁵. Substrat, Zwischenschicht und katalytische Metalle waren dem Beispiel 2 gleich.

Der Motor wurde einem EPA I98O neuen Schwingungszyklustest gemäß EPA in den USA unterworfen. Die Messungen des Feststoffgehaltes im Auspuffgas nach der Katalysatorkammer wurden im Abstand von fünf Stunden durchgeführt. Die Resultate sind in der Tabelle 2 aufgetragen.

TABELLE 2

Feststoffe in g Meilen

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Grundwert	nach der Katalysator kammer	prozentuale Veränderung
0.0224	O.O745	66.7
	O.O782	65
	O.O745	66.7
	0.1043	53.4
	O.O82O	63.4
	O.O7O8	68.4
	0.0782	65
	O.O931	58.4

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Der Kohlenwasserstoffgehalt im Auspuffgas wurde in der Katalysatorkammer von 600 ppm auf 12 ppm verringert. Die Höchsttemperatur der durch die Kammer geführten Auspuffgase betrug 388⁰C. Der maximale Rückdruck der Kammer betrug 249 Nm"².

Die Beispiele zeigen die Effektivität der erfindungsgemäßen Katalysatorkammer, um Feststoffe und andere Schmutzanteile aus den Auspuffgasen zu entfernen, wie sie von Dieselmotoren mit innerer Verbrennung ausgestoßen werden, selbst wenn die Kammer in einiger Entfernung von der Brennkraftmaschine angeordnet ist und bei niedriger Temperatur arbeitet.

Die bei diesen Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung verwendeten Katalysatoren enthalten als erfindungswesentlich:

a) ein unterteiltes Substrat im Strömungsbereich der Auspuffgase, um in diesen eine Turbulenz zu erzeugen,

b) eine Zwischenschicht aus haftendem feuerfestem Metalloxid auf der Substratoberfläche,

c) Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Pe, Co, Ni, V, Cr, Mo, W, Y, Ce, Legierungen davon und intermetallische Verbindungen, die zumindest 20 Gew.% von einem oder mehreren der genannten Metalle enthalten, auf der Substratoberfläche bzw. mittels der Zwischenschicht aus feuerfestem Metalloxid.

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Die Zwischenschicht aus feuerfestem Metalloxid enthält in der Form ihrer Oxide eines oder mehrere von Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, die Lanthanide, Ti, Zr, Hf, Th, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, B, Al, Si und Sn.

Bevorzugte Zwischenschichtsmaterialien sind Al₂O, und Aluminium oxidhydrate, ein stabilisierendes Oxid wie BaO und Oxide als Promotoren für die katalytische Aktivität wie TiOp, ZrOp, HfO₂, ThO₂, Cr₂O₃ und NiO.

Eine Form des Katalysatorsubstrates kann eine aus gewebtem oder gestricktem Draht hergestellte Struktur sein und eine besonders bevorzugte Form ist eine Struktur, die aus einem gewebten oder gestrickten Draht besteht, der vor dem Weben oder Stricken in eine flache Querschnittsform gewalzt worden ist. Geeignete Legierungen für die Herstellung des Drahtes sind korrosionsresistente und insbesondere oxidationsresistente Basismetall-Legierungen.

Beispiele für solche Basismetall-Legierungen sind eine Nickel-Chromlegierung mit einem Ni und Cr-Zuschlag von mehr als 20 Gew.? und eine Eisenlegierung mit zumindest einem der folgenden Bestandteile: Chrom 3-40 Gew.%> Aluminium 1-10 Gew.#, Kobalt Spur - 5 Gew.%, Nickel Spur -72 Gew.? und Kohlenstoff Spur -0,5 Gew.?. Solche Substrate sind an sich aus der DE-OS 24 50 664 bekannt.

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Andere Beispiele für Basismetall-Legierungen, die den zu erwartenden harten Einsatzbedingungen gerecht werden können, sind Eisen-Aluminium-Chrom-Legierungen mit folgenden Bestandteilen: 0,5-12 Gew.% Al, 0,1-3,0 Gew.% Y, 0-20 Gew.% Cr und Rest Eisen. Solche Legierungen sind an sich aus der US-PS 3 027 252 bekannt.

Alternativ können die Basismetall-Legierungen auch weniger korrosionsresxstent sein, z.B. Flußstahl, wobei dann jedoch eine das Substrat abdeckende Beschichtung aus entsprechend korrosionsresistentem Material vorgesehen sein muß, wie es in der GB-Patentanmeldung 7903817 vom 2.2.79 der gleichen . Anmelderin beschrieben ist (veröffentlicht unter der Nr. GB 2 012 517 A).

Der Herstellung des Substrates sollte insbesondere ein Draht mit einer Dicke von 0,0254 bis 0,508 mm und mehr, vorzugsweise 0,0254 bis 0,305 mm dienen.

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Claims

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Anmeldert JOHNSON, MATTHEY & CO. LIMITED,

43 Hatton Garden, London, ECIN 8EE, England

Bezeichnung der Erfindung: Aufgeladene Brennkraftmaschine

Patentansprüche

Mit einem Turbolader aufgeladene Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, gekennzeichnet durch eine Katalysatorkammer mit einem Katalysator zur Entfernung von Schmutz- bzw. Schadstoffen aus den Auspuffgasen der Brennkraftmaschine durch katalytisch^ Oxidation, ehe die Auspuffgase die Brennkraftmaschine verlassen.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekkennzeichnet, daß im Strömungsweg der Auspuffgase ein mehrteiliges Substrat zur Erzeugung einer Turbulenz im Gasstrom angeordnet ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorkammer den Auslaßöffnungen der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und diese fortsetzt, wobei sich die Katalysatorkammer noch vor dem Turbolader befindet.

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_ ρ —

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorkammer den Auslässen des Turboladers zugeordnet ist und diese fortsetzt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Auslassen des Turboladers und der Katalysatorkammer ein Sammelrohr angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator einen ringförmigen Querschnitt aufweist und auf einem perforierten Auslaßrohr angeordnet ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator auf mit Abstand aufeinanderfolgenden Stützgliedern angeordnet ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis "J₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorkammer ein regelloses Drahtknäuel umschließt, wobei auf dem Metalldraht eine erste Schicht aus hitzebeständigem Metalloxid aufgeschlämmt ist und darauf eine zweite Schicht abgelagert ist, die das katalytisch aktive Metall enthält.

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9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8_} dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive Metall aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist, wobei ein oder mehrere Angehörige dieser Gruppe ausgewählt sein können: Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Pe, Co, Ni, V, Cr, Mo, W, Y, Ce, Legierungen mit diesen Metallen, sowie intermetallische Verbindungen mit zumindest einem dieser Metalle bei einem Anteil von zumindest 20 Gew.^, wobei die Schicht mit dem katalytisch aktiven Metall unmittelbar oder über eine Zwischenschicht aus hitzebeständigem Metalloxid auf dem stützenden Substrat aufgetragen ist.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzebeständige Zwischenschicht aus Metalloxid ein oder mehrere Oxide der folgenden Stoffe enthält: Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, die Lanthanide, Ti, Zr, Hf, Th, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, B, Al, Si und Sn.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht Al₂O, und Aluminiumoxidhydrate enthält.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht zusätzlich ein stabilisierendes Oxid enthält.

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13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht zusätzlich Oxide enthält, die die katalytische Wirksamkeit beschleunigen (Promotoren).

14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Katalysatorkammer umschlossene Drahtknäuel aus Metalldraht gestrickt, gewebt oder gepreßt ist.

15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldraht vor dem Stricken oder Weben in einen flachen Querschnitt gepreßt ist.

16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 und 14, · dadurch gekennzeichnet, daß der Draht aus oxidationsbeständigem Metall besteht.

17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht aus einer oxidationsbeständigen Basismetall-Legierung besteht.

Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Basismetall-Legierung eine Nickel-Chrom-Legierung mit einem Gesamtgehalt an Ni und Cr

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von über 20 Gew.% ist sowie einer Legierung aus Eisen mit zumindest einem der folgenden weiteren Bestandteile: Chrom 3-¹JO Gew.?, Aluminium 1-10 Gew.?, Kobalt Spur -5 Gew.?, Nickel Spur -72 Gew.? und Kohlenstoff Spur -Ο,5 Gew.?.

19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Basismetall-Legierung eine Eisen-Aluminium-Chrom-Legierung ist.

20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung folgende Bestandteile enthält: 0,5-12 Gew.? Al, 0,1-3,0 Gew.? Y, 0-20 Gew.? Cr und Rest Eisen.

21. Brennkraftmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung folgende Bestandteile enthält: 0,5-H Gew.? Al, 0,r-3,0 Gew.? Y, 20,0-95 Gew.? Cr und Rest Eisen.

22. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche des Substrates mit der Zwischenschicht beschichtet ist.

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23· Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Drahtes des stützenden Substrates 0,0254-0,508 mm beträgt.

24. Brennkraftmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtdicke 0,0254 - 0,305 mm beträgt .

25. Verfahren zur Verringerung des Gehaltes an Verunreinigungen bzw. Schadstoffen der Auspuffgase von turbogeladenen Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffgase von den Motorzylindern aus durch eine einen Katalysator umschließende Kammer geleitet werden, um die in den Auspuffgasen enthaltenden Verunreinigungen bzw. Schadstoffe in Berührung mit dem Katalysator zu bremsen und zumindest teilweise der katalytischen Verbrennung zu unterziehen .

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