DE4121940A1 - Method of removing soot particles from diesel exhaust - has perforated pipe inserted in front of converter - Google Patents

Method of removing soot particles from diesel exhaust - has perforated pipe inserted in front of converter

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Abstract

A diesel engine with an oxidation-type catalytic converter (4) in the exhaust pipe (1) has a perforated pipe (9) located immediately upstream of the converter. Until the temperature rises, the exhaust gas flow accelerates and the converter reaches operating temperature, soot particles pass into an annular area (8) formed between the perforated pipe and the walls of the exhaust pipe and converter housing (3). The number, size and arrangement of perforations in the pipe may vary, but it is most effective to cover the whole circumference and most of the length, with the upstream holes having a diameter larger than that of those downstream. USE/ADVANTAGE - Prevents the converter clogging, simple to produce and fit, effective over the whole engine operating range.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfer­ nen von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom einer Diesel-Brenn­ kraftmaschine, mit einem in der Abgasleitung angeordneten Oxidationskatalysator.The invention relates to a device for removal soot particles from the exhaust gas flow of a diesel burner Engine, with one arranged in the exhaust pipe Oxidation catalyst.

Derartige Oxidationskatalysatoren bestehen meist aus einem Keramikkörper mit einer Vielzahl von parallel zur Abgas­ strömungsrichtung verlaufenden, engen Kanälen. Dadurch ent­ steht das Problem, daß sich diese Kanäle mit Ruß zusetzen können, wenn die Brennkraftmaschine längere Zeit im Leer­ lauf oder im unteren Lastbereich läuft, da dann die Abgas­ temperatur zu niedrig ist, um ein Abbrennen der Rußpartikel in dem Oxidationskatalysator zu erreichen. Ein derartiges Zusetzen des Oxidationskatalysators hat einen unruhigen Leerlauf und im Extremfall sogar ein Stillsetzen der Brenn­ kraftmaschine zur Folge oder es erschwert nach einem Ab­ schalten das Wiederstarten der Brennkraftmaschine.Such oxidation catalysts usually consist of one Ceramic body with a variety of parallel to the exhaust gas flow, narrow channels. This ent the problem is that these channels clog with soot can if the internal combustion engine is empty for a long time running or running in the lower load range, since then the exhaust gas temperature is too low to burn off the soot particles to achieve in the oxidation catalyst. Such a thing Clogging the oxidation catalyst has a restless Idling and, in extreme cases, even stopping the burning engine or it complicates after an ab switch restarting the internal combustion engine.

Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt (DE-A-35 32 345) einen den Oxidationskatalysator umgehenden, mit einer Ab­ sperrklappe versehenen Bypass vorzusehen, durch den die gesamte Abgasmenge vom Leerlauf bis zu einer vorbestimmten Teillast geleitet wird. Nachteilig ist hierbei, daß in die­ sem Betriebsbereich die Rußpartikel nicht enfernt werden. Außerdem ist die Funktionstüchtigkeit einer von heißen Ab­ gasen beaufschlagten Klappe auf Dauer nicht sichergestellt.It is known to solve this problem (DE-A-35 32 345) a bypassing the oxidation catalyst, with an Ab provided bypass valve, through which the total amount of exhaust gas from idle to a predetermined Part load is directed. The disadvantage here is that in the the soot particles are not removed in this operating area. In addition, the functionality is one of hot Ab gas-loaded flap is not ensured in the long run.

Es ist auch bekannt (DE-A-38 41 182), den Abgasstrom durch einen Fliehkraftabscheider in einen weitgehend partikel­ freien Reingasstrom und einen partikelangereicherten Trä­ gergasstrom aufzuteilen und den Trägergasstrom durch eine Verbrennungsvorrichtung zu leiten und dann wieder mit dem Reingasstrom zu vereinigen. Wird anstelle der Verbrennungs­ vorrichtung ein Oxidationskatalysator verwendet, so wird bei einem Verstopfen desselben der Betrieb der Brennkraft­ maschine zwar nicht behindert, es findet jedoch auch keine Beseitigung der Rußpartikel statt. Außerdem ist diese be­ kannte Vorrichtung aufwendig und sie erfordert viel Platz, der im Motorraum eines Kraftfahrzeuges normalerweise nicht zur Verfügung steht.It is also known (DE-A-38 41 182), the exhaust gas flow through  a centrifugal separator into a largely particle free clean gas flow and a particle-enriched Trä split gas flow and the carrier gas flow through a To direct the combustion device and then again with the Combine clean gas flow. Will instead of combustion device uses an oxidation catalyst, so if it clogs, the operation of the internal combustion engine machine is not disabled, but it does not find one either Eliminate the soot particles instead. In addition, this is be known device complex and it requires a lot of space, usually not in the engine compartment of a motor vehicle is available.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der das Zusetzen des Oxidationskatalysators mit Rußpartikeln vermieden ist, der im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine wirksam ist und der sich durch einen äußert einfachen Auf­ bau auszeichnet.The invention has for its object a device to create the generic type, in which the clogging the oxidation catalyst with soot particles is avoided, that in the entire operating range of the internal combustion engine is effective and is manifested by an extremely simple opening construction excels.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the license plate of the specified features solved.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß mit dem vorgeschlage­ nen perforierten Rohr vor dem Oxidationskatalysator die Rußpartikel im Abgasstrom bei niedrigen Strömungsgeschwin­ digkeiten, also insbesondere im Leerlauf, zu einem großen Teil in dem Ringraum gesammelt werden, so daß sie die engen Kanäle des Oxidationskatalysators auf der Querschnittsflä­ che des Rohres nicht verstopfen, da in diesem Bereich durch das Rohr die Strömungsgeschwindigkeit erhöht ist. Bei höhe­ rer Leistung und entsprechend höherer Temperatur und Strö­ mungsgeschwindigkeit der Abgase werden diese Rußpartikel aus dem Ringraum mitgerissen und dem nun auf Arbeitstem­ peratur befindlichen Oxidationskatalysator zugeführt. Das perforierte, aus wärmebeständigem Stahl bestehende Rohr ist ein äußerst einfaches Bauteil, das lediglich zwischen dem Flansch des Katalysatorgehäuses und dem Katalysatorkörper eingesetzt zu werden braucht und daher problemlos auch zum Nachrüsten bestehender Oxidationskatalysatoren verwendet werden kann. Da der Durchmesser des Rohres dem Durchmesser der Abgasleitung entsprechen kann, wird durch das Rohr kein erhöhter Strömungswiderstand erzeugt.It has surprisingly been found that with the proposed perforated pipe in front of the oxidation catalyst Soot particles in the exhaust gas flow at low flow speeds speed, especially when idling, to a large one Part are collected in the annulus so that they are the narrow Channels of the oxidation catalyst on the cross-sectional area Do not clog the surface of the pipe as this area the pipe's flow rate is increased. At height rer performance and correspondingly higher temperature and currents the exhaust gases become these soot particles swept away from the annulus and now on work temperature oxidation catalyst supplied. The perforated tube made of heat-resistant steel  an extremely simple component that is only between the Flange of the catalytic converter housing and the catalytic converter body needs to be used and therefore easily to Retrofitting existing oxidation catalysts used can be. Because the diameter of the tube is the diameter can correspond to the exhaust pipe, the pipe will not increased flow resistance generated.

Da der Oxidationskatalysator in der Regel einen wesentlich größeren Durchmesser hat als die Abgasleitung, ist er in einem sich von dem Anschlußflansch zur Abgasleitung trich­ terförmig erweiternden Gehäuse angeordnet. Hierbei bietet es sich an, das perforierte Rohr, das, wie erwähnt vorzugs­ weise den gleichen Innendurchmesser hat wie die Abgaslei­ tung, in dem Katalysatorgehäuse anzuordnen und bis zur Stirnwand des Katalysatorkörpers zu führen und sein äußeres Ende mit einem Ringflansch zu versehen, der zwischen den Befestigungsflanschen des Katalysatorgehäuses und er Abgas­ leitung eingeklemmt werden kann. Bei dieser Anordnung ist die die Rußpartikel zeitweise aufnehmende Ringkammer stirn­ seitig von dem Katalysatorkörper begrenzt, so daß die sich im Leerlaufbetrieb in der Ringkammer sammelnden Rußpartikel bei höheren Abgasgeschwindigkeiten direkt aus der Kammer in den Katalysatorkörper gedrückt werden.Because the oxidation catalyst is usually an essential has a larger diameter than the exhaust pipe, it is in one from the connecting flange to the exhaust pipe ter-shaped expanding housing arranged. Here offers it is the perforated tube, which, as mentioned, is preferred has the same inner diameter as the exhaust gas device to be arranged in the catalytic converter housing and up to Guide the end wall of the catalyst body and its outer To be provided with an annular flange between the Mounting flanges of the catalytic converter housing and he exhaust gas line can be pinched. With this arrangement the annular chamber temporarily receiving the soot particles limited on the side by the catalyst body, so that the soot particles collecting in the ring chamber in idle mode at higher exhaust gas speeds directly from the chamber the catalyst body are pressed.

Die Anzahl, Größe und Anordnung der Löcher in dem perfo­ rierten Rohr sind durch Versuche festzustellen. Als vor­ teilhaft hat sich erwiesen, eine Vielzahl von über den Um­ fang verteilten Löchern über den größten Teil der Länge des Rohres vorzusehen, wobei die stromaufliegenden Löcher einen größeren Durchmesser haben sollten, als die stromabliegen­ den Löcher.The number, size and arrangement of the holes in the perfo Tested pipe can be determined. As before has been proven to be a variety of over the um catch holes distributed over most of the length of the Provide tube, the upstream holes one should have a larger diameter than the downstream ones the holes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der ein Abschnitt einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einem Oxidationskatalysator im Längsschnitt dargestellt ist.An embodiment of the invention is un below described with reference to the drawing in which a Section of an exhaust pipe of an internal combustion engine with  an oxidation catalyst shown in longitudinal section is.

Mit 1 ist ein Abgasleitung bezeichnet, die an das Auslaßsy­ stem einer nicht dargestellten Diesel-Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Die Abgasleitung 1 hat an ihrem Ende ei­ nen Ringflansch 2, an den das Gehäuse 3 eines Oxidationska­ talysators 4 mittels eines Flansches 5 angeflanscht ist. Der Abgaskatalysator 4 weist einen Katalysatorkörper 6 auf, der eine Vielzahl von engen, zueinander und zur Abgasströ­ mungsrichtung parallelen Kanälen 7 enthält. Da der Kataly­ satorkörper 6 einen wesentlich größeren Durchmesser hat als die Abgasleitung 1, erweitert sich das Katalysatorgehäuse von dem Befestigungsflansch 5 zum Katalysatorkörper 6 hin trichterförmig. In dem dadurch gebildeten Raum 8 ist in Fortsetzung der Abgasleitung 1 ein perforiertes Rohr 9 ein­ gesetzt, das am einen Ende einen Ringflansch 10 aufweist, der zwischen den Flanschen 2 und 5 eingeklemmt ist und des­ sen anderes Ende bis an die Stirnseite 11 des Katalysator­ körpers 6 reicht. Das Rohr 9, das aus einem hochwarmfesten Stahl besteht, weist eine Anzahl von Lochreihen 12 und 13 auf, wobei die Löcher der Reihen 12, die, bezogen auf die Strömungsrichtung S der Abgase vorne liegen, einen größeren Durchmesser haben als die Löcher der Reihen 13, die weiter stromab vorgesehen sind. Das Abgas strömt zum Teil durch das Rohr 9 direkt in den Katalysatorkörper 6, wie durch die Pfeile a veranschaulicht, und zum Teil durch die Löcher 12 und 13 und den Raum 8 entsprechend den Pfeilen b zum Kata­ lysatorkörper 6. Im Normalbetrieb, d. h., wenn der Katalysa­ torkörper 5 durch die heißen Abgase auf seine Arbeitstempe­ ratur erhitzt ist, werden die Rußpartikel, welche zusammen mit dem Abgas die Kanäle 7 durchströmen, in dem Katalysa­ torkörper 6 verbrannt. Im Leerlaufbetrieb ist jedoch die Katalysatortemperatur nicht ausreichend, um diese Verbren­ nung zu bewirken. Da in diesem Betriebsbereich auch die Strömungsgeschwindigkeit gering ist, sammelt sich ein Groß­ teil der Rußpartikel in dem Raum 8, so daß jedenfalls der dem im Querschnitt des Rohres 9 entsprechende Querschnitt des Katalysatorkörpers 6 weitgehend frei bleibt. Wird nun die Leistung der Brennkraftmaschine erhöht, was zu heißeren Abgasen mit höherer Strömungsgeschwindigkeit führt, so kann dieses Abgas jedenfalls durch den mittleren Bereich des Ka­ talysatorkörpers 6 hindurchströmen, wodurch dieser sehr schnell auf seine Arbeitstemperatur kommt. Die Abgase ge­ langen jedoch durch die Lochreihen 12 und 13 auch in den Raum 8 und befördern die dort befindlichen Rußpartikel in den Katalysatorkörper 6, in welchen sie nun verbrannt wer­ den.With 1 an exhaust pipe is designated, which is connected to the Auslaßsy system of a diesel engine, not shown. The exhaust pipe 1 has at its end egg nen ring flange 2 , to which the housing 3 of an Oxidationska talysators 4 is flanged by means of a flange 5 . The exhaust gas catalytic converter 4 has a catalytic converter body 6 which contains a large number of narrow channels 7 which are parallel to one another and to the exhaust gas flow direction. Since the Kataly sator body 6 has a much larger diameter than the exhaust pipe 1 , the catalyst housing extends from the mounting flange 5 to the catalyst body 6 in a funnel shape. In the space 8 thus formed, a perforated tube 9 is set in continuation of the exhaust pipe 1 , which has an annular flange 10 at one end, which is clamped between the flanges 2 and 5 and the other end of the sen up to the front side 11 of the catalyst body 6 is enough. The pipe 9 , which consists of a high-temperature steel, has a number of rows of holes 12 and 13 , the holes of the rows 12 , which are at the front in relation to the flow direction S of the exhaust gases, have a larger diameter than the holes of the rows 13 which are provided further downstream. The exhaust gas flows partly through the pipe 9 directly into the catalyst body 6 , as illustrated by the arrows a, and partly through the holes 12 and 13 and the space 8 according to the arrows b to the catalyst body 6 . In normal operation, that is, when the catalyst body 5 is heated to its working temperature by the hot exhaust gases, the soot particles which flow through the channels 7 together with the exhaust gas are burned in the catalyst body 6 . In idle mode, however, the catalyst temperature is not sufficient to cause this combustion. Since the flow rate is also low in this operating range, a large part of the soot particles collects in the space 8 , so that in any case the cross section of the catalyst body 6 corresponding to the cross section of the tube 9 remains largely free. If the power of the internal combustion engine is now increased, which leads to hotter exhaust gases with a higher flow rate, this exhaust gas can in any case flow through the central region of the catalyst body 6 , as a result of which it quickly reaches its working temperature. The exhaust gases ge long through the rows of holes 12 and 13 also in the room 8 and convey the soot particles located there in the catalyst body 6 , in which they are now burned to who.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Entfernen von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem in der Abgasleitung angeordneten Oxidationskatalysa­ tor (4), dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem Katalysatorkörper (6) ein perforiertes Rohr (9) angeordnet ist, das mit der Wand der Abgasleitung (1) bzw. des Katalysatorgehäu­ ses (3) einen Ringraum (8) zur zeitweiligen Aufnahme von Rußpartikeln begrenzt.1. A device for removing soot particles from the exhaust gas stream of a diesel engine with an arranged in the exhaust pipe Oxidationskalyta gate ( 4 ), characterized in that a perforated tube ( 9 ) is arranged directly in front of the catalyst body ( 6 ), which with the wall the exhaust pipe ( 1 ) or the catalyst housing ( 3 ) limits an annular space ( 8 ) for the temporary absorption of soot particles. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte Rohr (9) einen kleineren Durch­ messer hat als der Katalysatorkörper (6) und daß dieser stirnseitig an das Rohr (9) anstößt und eine axiale Begrenzung des Ringraumes (8) bildet.2. Device according to claim 1, characterized in that the perforated tube ( 9 ) has a smaller diameter than the catalyst body ( 6 ) and that it abuts the end face of the tube ( 9 ) and forms an axial boundary of the annular space ( 8 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr (9) Löcher in einer Mehrzahl von senkrecht zur Längsmittelachse des Rohres liegenden Reihen (12, 13) aufweist, wobei die nahe des Katalysatorkörpers liegenden Löcher einen kleineren Durchmesser aufweisen als die weiter davon entfernten.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the tube ( 9 ) has holes in a plurality of rows perpendicular to the longitudinal central axis of the tube ( 12 , 13 ), the holes near the catalyst body having a smaller diameter than the more distant. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse (3) des Oxidationskatalysators (4) an das Ende der Abgasleitung (1) angeflanscht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (9) an seinem vom Kata­ lysatorkörper (6) abgewandten Ende einen Ringflansch (10) aufweist, der zwischen den Flanschen (2 und 5) der Abgasleitung (1) und des Katalysatorgehäuses (3) eingeklemmt ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the housing ( 3 ) of the oxidation catalyst ( 4 ) is flanged to the end of the exhaust pipe ( 1 ), characterized in that the tube ( 9 ) on its from the catalyst body ( 6 ) End facing away from an annular flange ( 10 ) which is clamped between the flanges ( 2 and 5 ) of the exhaust pipe ( 1 ) and the catalyst housing ( 3 ).
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