DE3505790A1 - Device for reducing the CO and CH fractions and reducing the NOx fractions in the exhaust gas of internal combustion engines - Google Patents

Device for reducing the CO and CH fractions and reducing the NOx fractions in the exhaust gas of internal combustion engines

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Abstract

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Description

Einrichtung zur Reduzierung der CO- und CH- Facility to reduce CO and CH

Anteile sowie Senkung der NOx-Anteile im Abgas von Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Senkung der Giftgasanteile bei Brennkraftmaschinen mittels Oxidation bzw. katalytischer Vorgänge, verbunden mit intensiver Durchmischung der Abgasbestandteile. Shares and lowering of the NOx shares in the exhaust gas from internal combustion engines The invention relates to a device for reducing the proportion of poisonous gas Internal combustion engines by means of oxidation or catalytic processes associated with intensive mixing of the exhaust gas components.

Versuche, mittels Oxidation im Auspuff die bei modernen Motoren schon ansich geringen CO und CH zu senken, ergaben eine Konvertierung, die unter 50% liegt.Attempts to do this by means of oxidation in the exhaust, which is the case with modern engines Lower CO and CH in itself resulted in a conversion that is below 50%.

Diese soll durch die Erfindung stark erhöht werden.This is intended to be greatly increased by the invention.

Dies wird dadurch erreicht, daß Elemente zur sehr intensiven zwangsweisen Durchmischung aller Abgas -bestandteile eingesetzt werden, die so ausgeführt sind, daß sie gleichzeitig den Oxidationsprozess bewirken.This is achieved by forcing elements to be very intense Mixing of all exhaust gas components are used that are designed in such a way that that they cause the oxidation process at the same time.

Da die Anlage auch für bleibehaltiges Benzin eingesetzt werden soll, sind die Durchgänge der Mischelemente erfindungsgemäss so groß gehalten, daß ein Verstopfen durch Blei nicht stattfinden kann.Since the system is also to be used for leaded gasoline, the passages of the mixing elements according to the invention are kept so large that a Lead clogging cannot take place.

Die Erfindung zeigt außerdem ein Beispiel des Einsatzes der Oxidations-Mischelemente in einem Katalysator, der NOx reduziert und CH sowie CH oxidiert, ohne daß Luft zur Oxidation mittels Pumpe zugeführt werden muß.The invention also shows an example of the use of the oxidation mixing elements in a catalytic converter that reduces NOx and oxidizes CH and CH without the use of air must be supplied for oxidation by means of a pump.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 einen Schnitt der Stahlbandstreifen 1 mit den Wellbandstreifen 2 mit seitlicher Versetzung der Bandstreifen, Figur 2 dasgleiche wie Figur 1 , jedoch mit einer Höhenversetzung hintereinander angeordneter Bänder 4, Figur 3 den Schnitt durch einen Katalysator mit Paketen 14,15 von mehreren Bändern sowie einem Lufteinlaß 12 an der engsten Stelle 13 eines Venturis 11.The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments explained. It shows: FIG. 1 a section of the steel strip 1 with the corrugated strip 2 with lateral offset of the tape strips, Figure 2 the same As in Figure 1, but with a height offset of strips arranged one behind the other 4, FIG. 3 shows the section through a catalytic converter with packets 14, 15 of several strips and an air inlet 12 at the narrowest point 13 of a venturi 11.

Nach Figur 1 wird auf einem Stahlband 1 ein Wellenstahlband 2 befestigt. Solch zusammengefasste Stahlbänder werden in einem Gehäuse in vielen Schichten übereinander gesetzt, bis das Gehäuse gefüllt ist. Die Bänder können auch kreis- oder ovalförmig übereinander gewickelt werden, bis sie einen runden oder ovalförmigen Körper (Katalysator) damit füllen. Dies ist bekannt.According to FIG. 1, a corrugated steel band 2 is attached to a steel band 1. Such combined steel strips are stacked in a housing in many layers until the housing is filled. The bands can also be circular or oval-shaped wound on top of each other until they have a round or oval-shaped body (catalyst) fill with it. This is well known.

Neu ist folgendes: Es werden von diesen Bandstreifen nur solche von geringer Länge 18, z.B. 20 oder 30 mm, angefertigt. In der Strömungsrichtung der Abgase werden mehrere solcher Bandstreifen eingesetzt, jedoch seitlich versetzt, wie es Figur 1 zeigt. Das Wellenband eines Streifens 2 ist gegenüber dem Wellenband 3 des folgenden Streifens so versetzt, daß die in den Kammern 16 hindurchströmenden Abgase etwa zur Hälfte in den folgenden Kammern auf zwei verschiedene verteilt und getrennt werden. Dies geschieht dann mehrere Male im Abgasdurchgang, wodurch eine intensive zwangsweise Durchmischung erfolgt.The following is new: Only those of short length 18, e.g. 20 or 30 mm. In the direction of flow of the Exhaust gases are used several such tape strips, but offset to the side, as Figure 1 shows. The waveband of a strip 2 is opposite the waveband 3 of the following strip offset so that the flow in the chambers 16 through About half of the exhaust gases are distributed over two different chambers in the following chambers be separated. This then happens several times in the exhaust gas passage, creating a intensive forced mixing takes place.

Die Stahlbänder werden von Auspuffgasen auf Temperaturen über 5000C gebracht, wodurch diese zur Oxidation beitragen.The steel belts are used by exhaust gases to temperatures above 5000C brought, whereby these contribute to the oxidation.

Vorteilhaft ist es, ein Gehäuse mit diesen Stahlbändern direkt nach dem Auspuffkrümmer anzubringen oder die Abqasleitung bis zum Gehäuse und dieses gegen Abwärme zu isolieren, damit die notwendige Temperatur zur Oxidation schnell nach dem Start erreicht und gehalten wird.It is advantageous to have a case with these steel straps directly after to attach to the exhaust manifold or the exhaust line to the housing and this to insulate against waste heat so that the temperature necessary for oxidation quickly is reached and held after the start.

Die Versetzung der Bandstreifen kann auch nach Figur 2 erfolgen Dort sind die Streifen 4 gegenüber der folgenden oder vorhergehenden in der Höhe um die Hälfte versetzt. Auch so entsteht eine Trennung der Gasströme und eine intensive Durchmischung derselben. Diese wird noch zusätzlich gefördert, wenn zwischen den verschiedenen Streifen 1,2,3,4 kleine nicht ausgefüllte Abschnitte von 2 - 5 mm gehalten werden.The offset of the tape strips can also take place according to FIG. 2 there are the strips 4 opposite the following or preceding in height by the Half offset. This also creates a separation of the gas flows and an intensive one Mixing them. This is additionally funded if between the different strips 1,2,3,4 small empty sections of 2 - 5 mm being held.

Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung solcher Bandstreifen 1,2,3,4 in einem Oxidations- oder Katalysator-Gehäuse 5 zeigt Figur 3.An embodiment of the arrangement of such tape strips 1,2,3,4 in an oxidation or catalytic converter housing 5, FIG. 3 shows.

Ein doppelter Eingang 6 lässt die Abgase vom Auspuffkrümmer kommend in das Gehäuse 5 einströmen und am Ausgang 7 ausströmen.A double inlet 6 allows the exhaust gases to come from the exhaust manifold flow into the housing 5 and flow out at the outlet 7.

Nach einem Zwischenraum 8 ist im Gehäuse 5 das erste Paket 14 von hintereinander versetzten Bandstreifen 8,9 eingesetzt. Danach befindet sich ein Zwischenraum, in dem ein Venturi 11 eingesetzt ist. An der engsten Stelle 13 des Venturis 11 ist ein Rohr 12 eingesetzt, durch welches von außen Luft durchströmt.After a gap 8 is in the housing 5, the first package 14 of one behind the other staggered tape strips 8.9 used. After that there is a Space in which a venturi 11 is inserted. At the narrowest point 13 of the Venturis 11, a tube 12 is used, through which air flows from the outside.

Danach ist wieder ein Paket 15 von Bandstreifen 1,2,3,4 angeordnet, die untereinander versetzt sind. Danach befindet sich der Ausgang 7 aus dem Gehäuse.Then a package 15 of tape strips 1, 2, 3, 4 is arranged again, which are offset from one another. Then the output 7 is located in the housing.

Das Paket 14 ist mit katalytischen Mitteln zur Reduktion von NOx,wie z.B. Rhodium oder anderem , beschichtet.The package 14 is provided with catalytic means for reducing NOx, such as e.g. rhodium or other coated.

Das Paket 15 ist entweder gar nicht beschichtet oder mit katalytischen Mitteln zur Oxidation , wie z.B. Platin oder anderem.The package 15 is either not coated at all or with catalytic Oxidizing agents such as platinum or others.

Die Arbeitsweise ist wie folgt: Die Abgase strömen zuerst in das Paket 14 und werden dort in den NOx reduziert, wenn Lambda 1 ist oder kleiner, was hauptsächlich bei Beschleunigung und nahe bis Vollast der Fall ist. Im Teillastbereich mit Gemischzusammensetzung über Lambda 1 bei Magerbetrieb des Motors werden die NOx durch eine Abgasrückführung schon bei der Verbrennung im Motor niedrig gehalten. So ist es möglich, im Hauptfahrbereich Teillast durch Magerbetrieb sehr benzinsparend zu fahren.The way it works is as follows: The exhaust gases flow first in the package 14 and are reduced there in the NOx if lambda is 1 or smaller, which is mainly the case when accelerating and close to full load. In the partial load range with mixture composition above lambda 1 with lean operation of the In the engine, the NOx are already removed by exhaust gas recirculation during combustion in the engine kept low. So it is possible in the main driving range partial load through lean operation very fuel-efficient to drive.

Bei diesem Betrieb ist im Abgas genügend O2 enthalten, um die schon geringen CO und CH im Paket 15 zu oxidieren.With this operation, there is enough O2 in the exhaust gas to keep the low CO and CH in package 15 to oxidize.

Diese Oxidation wird in der Konvertierung noch erhöht, wenn die Bandstreifen 1,2,3,4 mit Platin oder anderen oxidationsfördernden Mitteln beschichtet sind.This oxidation is increased in the conversion when the tape strips 1,2,3,4 are coated with platinum or other oxidizing agents.

Bei Beschleunigung und Betrieb nahe bis Vollast entsteht eine hohe Abgasströmung im Bereich der engsten Stelle 13 des Venturis 11. So ist es möglich, Luft über ein Rohr 12 in diesem Bereich in die Abgase anzusaugen.When accelerating and operating close to full load, there is a high Exhaust gas flow in the area of the narrowest point 13 of the Venturi 11. This makes it possible to Suck air into the exhaust gases through a pipe 12 in this area.

Diese zusätzliche Luft dient zur besseren Oxidation von CO und CH im Paket 15.This additional air is used for better oxidation of CO and CH in package 15.

Eine der Aufgabe der durch die Auspuffgase heißen Metallbänder 1,2,3,4 ist die Oxidation von CO und CH bei Betrieb mit bleihaltigem Benzin. Die Abstände zwischen den Stahlbändern 1 bzw. die Höhe und Breite der Kammern 16 wird deshalb größer als 1,5 , vorzugsweise 2 - 2,5 mm gehalten.One of the tasks of the hot metal strips 1,2,3,4 due to the exhaust gases is the oxidation of CO and CH when operated with leaded gasoline. The distances between the steel strips 1 or the height and width of the chambers 16 is therefore held larger than 1.5, preferably 2-2.5 mm.

So kann es keine Verstopfung durch Blei geben.So there can be no lead blockage.

Bei dem Katalysator nach Figur 3 ist ans ich bleifreies Benzin notwendig.In the case of the catalytic converter according to FIG. 3, unleaded gasoline is necessary.

Bei Betrieb mit bleihaltigem Benzin besteht die Möglichkeit, im Paket 14 eine NOx-senkende Beschichtung der Metallstreifen ohne Poren so vorzunehmen, daß ein Zusatz durch Blei nicht stattfinden kann und das Paket 15 überhaupt nicht zu beschichten.When operating with leaded gasoline, there is the option of using a package 14 to apply a NOx-lowering coating of the metal strips without pores in such a way that that an addition by lead cannot take place and the package 15 cannot take place at all to coat.

Mit\ der Erfindung ist es möglich, CO, CH und NOx auc mit bleihaltigem Benzin so stark zu reduzieren, daß die neu vorgesehenen Abgasvorschriften für Europa ECE 15-05 um 50% unterschritten werden.With the invention it is possible to use CO, CH and NOx also with lead-containing To reduce petrol so much that the newly envisaged emission regulations for Europe ECE 15-05 are undercut by 50%.

Mit der Erfindung ist es auch möglich, bei Betrieb mit blei freiem Benzin die USA-Abgasvorschriften zu erfüllen , ohne daß eine Lambda-Sonde benötigt wird, verbunden mit der aufwendigen Steuerung der Gemischzusammensetzung und des verbrauchserhöhenden Betriebs mit Lambda 1.With the invention it is also possible to operate with lead-free Gasoline to meet US emissions regulations without the need for a lambda probe is connected with the complex control of the mixture composition and the Consumption-increasing operation with lambda 1.

Bei der Erfindung ist in Kombination mit einer Abgasrückführung und Magerbetrieb bei Teillast eine hohe Senkung von CO, CH und NOx um 80-90% bei sehr niedrigem Benzinverbrauch gegeben.In the invention is in combination with an exhaust gas recirculation and Lean operation at part load a high reduction of CO, CH and NOx by 80-90% at very given low fuel consumption.

- L e e r s e i t e -- L e r s e i t e -

Claims (18)

Patentansprüche Einrichtung zur Reduzierung der CO- und CH-Anteile, sowie Senkung der NOx-Anteile im Abgas von Brennkraftmaschinen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Auspuffanlage Metallteile angeordnet sind, die eine Oxidation von CO und CH und eine Durchmischung aller Abgasbestandteile bewirken. Patent claims device for reducing CO and CH shares, and a reduction in the NOx content in the exhaust gas from internal combustion engines, d a d u r c h g it is not clear that there are metal parts in the exhaust system, an oxidation of CO and CH and a mixing of all exhaust gas components cause. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf Stahlbandstreifen (1) Wellbandstreifen (2) befestigt sind, die miteinander durchgehende Kammern (16) ergeben. 2. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that corrugated tape strips (2) are attached to steel tape strips (1), the mutually continuous chambers (16) result. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stahlbandstreifen (1) mit Wellbandstreifen (2) eine im Verhältnis geringe Länge (18) , z.B. 20 bis 30 mm, aufweisen. 3. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the steel tape strips (1) with corrugated tape strips (2) one in relation have a short length (18), e.g. 20 to 30 mm. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere solcher Stahlband- mit Wellbandstreifen in Strömungsrichtung der Abgase hintereinander eingesetzt werden, jedoch von einem Streifen zum anderen seitlich versetzt werdent (Figur 1).4. Device according to claim 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that several such steel tape with corrugated tape strips in the direction of flow of the exhaust gases are used one after the other, but from one strip to the other laterally offset (Figure 1). 5. Einrichtung nach Anspruch 1 - 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die hintereinander eingesetzten Stahlband- mit Wellbandstreifen in der Höhe versetzt sind, (Fig. 2).5. Device according to claim 1 - 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the steel tape with corrugated tape strips inserted one behind the other are offset in height (Fig. 2). 6. Einrichtung nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stahlband- mit Wellbandstreifen kreisförmig oder in Ovalen zusammen gerollt werden.6. Device according to claim 1-3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the steel tape with corrugated tape strips are circular or in ovals rolled together. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 - 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wellbandstreifen (2) nicht auf den Stahlbandstreifen (1) befestigt sind, sondern nur lose zwischen diese eingelegt werden.7. Device according to claim 1 - 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the corrugated tape strips (2) are not attached to the steel tape strips (1) but only loosely inserted between them. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Pakete von diesen versetzten Stahlband-Wellbandstreifen (1,2) in ein Gehäuse (5) eingesetzt werden.8. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that packages of these staggered steel band corrugated tape strips (1,2) in a Housing (5) are used. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei solche Pakete (14,15) in ein Gehäuse (5) eingesetzt werden und zwischen beiden sich ein Venturi (11) befindet.9. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that two such packages (14,15) are used in a housing (5) and a venturi (11) is located between the two. 10. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h q e k e n n z e i c h n e t , daß an der engsten Stelle (13) des Venturis ein Rohr (12) anqeordllet ist mit cincr Luftzuführung von außen.10. Device according to claim 1, d a d u r c h q e k e n n z e i c h n e t that at the narrowest point (13) of the Venturi a pipe (12) is arranged is with cincr air supply from the outside. 11. Einrichtung nach Anspruch 1 und 8 - 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stahlbänder (1,2) im ersten Paket (14) mit katalytischen Mitteln,wie z.B. Rhodium, zur Reduktion der NOx und im zweiten Paket (15), z.B. mit Platin zur Oxidation der CO und CH beschichtet sind.11. Device according to claim 1 and 8-10, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t that the steel strips (1,2) in the first package (14) with catalytic Agents, such as rhodium, for reducing the NOx and in the second package (15), e.g. are coated with platinum to oxidize the CO and CH. 12. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Band- und Wellbandstreifen (1,2) aus anderem Material als Metall bestehen.12. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c It should be noted that the tape and corrugated tape strips (1,2) are made of a material other than metal exist. 13. Einrichtung nach Anspruch 1 - 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand zwischen den Stahlbandstreifen (1) größer als 1,5 mm ist.13. Device according to claim 1 - 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the distance between the steel strip strips (1) is greater than 1.5 mm is. 14. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Breite der Kammern (16) größer als 1,5 mm ist.14. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the width of the chambers (16) is greater than 1.5 mm. 4 15. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand zwischen den Stahlbandstreifen (1) bzw. die Höhe und Breite der Kammern (16) größer als 1,5 mm, vorzugsweise 2 bis 2,5 mm ist. 4 15. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the distance between the steel strip strips (1) or the height and The width of the chambers (16) is greater than 1.5 mm, preferably 2 to 2.5 mm. 16. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Gehäuse (5) das Paket (14) mit einer blelunempfindlichen Beschichtung zur Reduktion von NOx versehen wird und das Paket (15) ohne Beschichtung versehen ist.16. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in the housing (5) the package (14) with a non-sensitive coating is provided for reducing NOx and the package (15) is provided without a coating is. 17. Einrichtung nach Anspruch 1 - 3, d a d u r c h q e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den Bandstreifen (1,2,3,4) Abstände mit freiem Durchgangsquerschnitt in Strömungsrichtung angeordnet sind.17. Device according to claim 1-3, d a d u r c h q e k e n n z e i c h n e t that between the tape strips (1,2,3,4) spaces with a free passage cross-section are arranged in the direction of flow. 18. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Motor bei Teillast auf Magerbetrieb größer als Lambda 1 reguliert ist und gleichzeitig bei Teillast eine Abgasrückführung zum Vergaser oder Ansaugkrümmer angeordnet ist.18. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c It does not mean that the engine regulates to lean operation greater than lambda 1 at part load and at the same time an exhaust gas recirculation to the carburetor or intake manifold at partial load is arranged.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3844350A1 (en) * 1988-12-30 1990-07-05 Sueddeutsche Kuehler Behr Support body for a catalytic reactor for exhaust gas purification
DE3844348A1 (en) * 1988-12-30 1990-07-05 Sueddeutsche Kuehler Behr SUPPORT BODY FOR A CATALYTIC REACTOR FOR EXHAUST GAS PURIFICATION
DE3923094A1 (en) * 1989-07-13 1991-01-17 Ltg Lufttechnische Gmbh Honeycomb catalytic exhaust purifier - comprises corrugated strips intersecting at acute angle and partly open to each other

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