CH679460A5 - Surface cooled exhaust gas catalyst useful for boat engines - having surface cooling by means of cooling jacket and used in engines having characteristic field and lambda controlled ignition - Google Patents

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Description

Die bekannten, zur Schonung der Umwelt vor den schädlichen Abgasen notwendigen Katalysatoren von Verbrennungs-Kraftmaschinen sind in ihrer Anwendung beschränkt auf Anlagen, Fahrzeuge usw., bei denen die hohen Aussentemperaturen des Katalysatorgehäuses beim Betrieb keine Rolle spielen. In wärmeempfindlicher Umgebung, wo die starke Aufheizung des Katalysatormantels zu Brand- oder Explosionsgefahr führen kann, musste bisher auf einen Katalysator verzichtet werden. Die Anwendung von Katalysatoren auf Motorbooten, in Flugzeugen usw., wo sie an sich ebenso erwünscht wäre, war daher nicht möglich.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Übelstand zu beseitigen und die Oberflächentemperatur des Katalysators so niedrig zu halten, dass sie keine Gefahr darstellt, ohne dessen Wärmehaushalt zu beeinträchtigen.
Zu diesem Zweck ist der Katalysator gemäss der Erfindung mit einer Oberflächenkühlung versehen. Diese besteht vorzugsweise aus einer inneren, den Katalysator ganz oder teilweise umgebenden, Isolierschicht und einem diese umgebenden Kühlmantel, in welchem ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium geführt ist. Die Isolierschicht kann ein Luftspalt zwischen dem Monolithengehäuse und dem Kühlmantel oder auch nur eine verstärkte Ausführung des Monolithengehäuses sein. Ebenso kommt eine Feststoffschicht als Isolierschicht in Frage.
Die Erfindung betrifft auch eine flüssigkeits- oder gasgekühlte Verbrennungs-Kraftmaschine mit einer kennfeld- und lambdageregelten Zünd- und Gemischaufbereitungsanlage und einem kennfeld- und lambdageregelten 3-Wege-Katalysator, die sich dadurch auszeichnet, dass sie mit einem Katalysator gemäss der Erfindung ausgerüstet ist. Der Kühlkreislauf des Katalysators kann dann vorteilhaft in den Kühlkreislauf der Maschine integriert sein.
Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Katalysators in Fig. 1 und 2 schematisch im Längsschnitt.
Der Katalysator nach Fig. 1 enthält zwei übliche Reaktions-Monolithen (1), die in einem Gehäuse (3) untergebracht sind, das zugleich die Ein- und Ausströmkonen (2) bildet. Die Wand des Gehäuses (3) ist derart verstärkt, dass sie einen Isoliermantel bildet, der zwei Funktionen hat:
1. Nach dem Start erlaubt er eine rasche Aufwärmung der Monolithen auf ihre Mindestbetriebstemperatur. 2. Im Betrieb hilft er den Wärmehaushalt der Monolithen zu regulieren. Dies dadurch, dass der Wärmefluss durch den Isoliermantel in den Kühlmantel durch konstruktive Massnahmen wie Verändern der Dicke, des Wärmeleitkoeffizienten und anderes mehr variiert werden kann.
Der Isoliermantel (3) ist von einem Kühlmantel umgeben, in welchem ein Kühlmedium zirkuliert, das durch die Anschlüsse (5) zu- und abgeführt wird.
Der Kühlmantel hat die Aufgabe, die umgebungsrelevante Oberfläche des Katalysators auf einer definierten, niedrigen Temperatur zu halten. Dies wird dadurch erreicht, dass der Mantel an den maschineneigenen oder einen unabhängigen Kühlkreislauf angeschlossen wird. Der Kühlmantel muss so ausgelegt sein, dass er die Restwärme der Monolithen bei stillstehendem Kreislauf aufnehmen kann, ohne dass die Oberflächentemperatur unzulässig hoch ansteigt.
Das Gehäuse (10) des Katalysators nach der Fig. 2 enthält wiederum die beiden Monolithen (11) und (12) mit der Mischstrecke (13) und bildet die Ein- und Ausströmstutzen (14) und (15) sowie die Konen (16) und (17). An den Endflanschen (18) ist ein Kühlmantel (19) aus den Wänden (20) und (21) angebracht, der das Gehäuse (10) in einem Abstand umgibt. Dieser Abstand bildet einen Luftspalt (22) als Isolierschicht, welche die gleichen Funktionen hat wie der Mantel (3) in Fig. 1. Das zirkulierende Kühlmedium wird durch die Stutzen (23) und (24), vorzugsweise in Gegenstrom, zu- und abgeführt. Eine gewellte Zone (25) dient zur Aufnahme von Wärmedehnungen; ferner ist eine kleine Bohrung (26) zur Be- und Entlüftung vorgesehen.
Mit (27) ist eine Lambda-Sonde zur Messung des Abgasgemisches bezeichnet.
Dank der beschriebenen Ausführung behält der Katalysator im Betrieb eine sehr niedrige Oberflächen-Temperatur, ohne dass der Wärmehaushalt negativ beeinflusst ist. Damit wird eine Verwendnng in wärmeempfindlicher Umgebung, namentlich in Booten, Fahrzeugen und Flugzeugen ermöglicht, unter Nutzung der Vorteile des geregelten 3-Wege-Katalysators.
Der beschriebene Katalysator ist zur Verwendung mit jeder flüssigkeits- oder gasgekühlten Verbrennungs-Kraftmaschine geeignet, die mit einer kennfeld- und lambdageregelten Zünd- und Gemischaufbereitungsanlage ausgerüstet ist. Die Kühlvorrichtung des Katalysators ist dann vorteilhaft in den Kühlkreislauf der Maschine integriert. Die Kraftmaschine kann dabei ein Benzin- oder Dieselmotor, eine Gasturbine usw. sein, ebenso ist die Erfindung auch für ungeregelte Ein-, Zwei-, oder Dreiwege-Katalysatoren geeignet.
Die kennfeld- und lambdageregelte Zünd- und Gemischaufbereitungsanlage ermöglicht jedoch zusammen mit dem 3-Wege-Katalysator eine unter allen Bedingungen präzise und stabile Einhaltung von sehr niedrigen Schadstoffwerten. Ebenfalls kann die Exemplarstreuung niedrig gehalten werden. Die Anpassung der Motorparameter Leistung und Drehmoment an die Erfordernisse der Praxis kann, unter Einhaltung der vorgegebenen Schadstoffwerte, durch Kennfeldprogrammierung in einem weiten Bereich erfolgen. Es sind keine vom Benutzer verstellbaren Organe vorhanden, die die Schadstoffwerte beeinflussen.
Durch das allseits gekühlte Abgassystem sind alle Oberflächen auf einer niedrigen Temperatur gehalten, was die Verwendung des Motors insbesondere in Booten, aber auch in anderen wärmeempfindlichen Umgebungen ermöglicht.

Claims (10)

1. Abgas-Katalysator für Verbrennungs-Kraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Oberflächenkühlung versehen ist.
2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein kennfeld- und lambdageregelter 3-Wege-Katalysator ist.
3. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung aus einer innern, den Katalysator ganz oder teilweise umgebenden, Isolierschicht (3, 22) und einem diese Schicht umgebenden Kühlmantel (4, 19) besteht, in welchen ein Kühlmedium geführt ist.
4. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung aus einem das Katalysatorgehäuse (10) in einem Abstand umgebenden Kühlmantel (19) besteht, in welchem ein Kühlmedium geführt ist.
5. Katalisator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmantel (19) mit einer Wärmedehnungs-Ausgleichszone (25) versehen ist.
6. Flüssigkeits- oder gasgekühlte Verbrennungs-Kraftmaschine mit einer kennfeld- und lambdageregelten Zünd- und Gemischaufbereitungsanlage und mit einem kennfeld- und lambdageregelten 3-Wege-Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Katalysator nach Anspruch 1 aufweist.
7. Kraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf des Kühlmediums des Katalysators in den Kühlkreislauf der Maschine integriert ist.
8. Verwendung des Katalysators nach Anspruch 1 für Bootsmotoren.
9. Verwendung des Katalysators nach Anspruch 1 für Flugmotoren.
10. Verwendung des Katalysators nach Anspruch 1 für Fahrzeugmotoren.
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