DD275891A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A CATALYTICALLY COATED COMBUSTION ENGINE - Google Patents

INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A CATALYTICALLY COATED COMBUSTION ENGINE Download PDF

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DD275891A1 DD88320396A DD32039688A DD275891A1 DD 275891 A1 DD275891 A1 DD 275891A1 DD 88320396 A DD88320396 A DD 88320396A DD 32039688 A DD32039688 A DD 32039688A DD 275891 A1 DD275891 A1 DD 275891A1
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Klaus Herrmann
Hans-Dieter Schnabel
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Barkas Werke Veb
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Abstract

Brennkraftmaschinen mit einem katalytisch beschichteten Brennraum, insbesondere einer katalytisch beschichteten Vor- oder Wirbelkammer, wobei diese aus Stahl oder Keramik besteht bzw. fuer die katalytische Beschichtung ein keramisches Traegermaterial in die Vor- oder Wirbelkammer eingebracht ist. Es sind Loesungswege bekannt, welche z. B. eine oertlich begrenzte Wandzone in einem im Kolben angebrachten Brennraum mit einem Platin- bzw. Natrium-Katalysator aufweisen. Andere Loesungen sehen vor, den gesamten Brennraum mit katalytisch wirkendem Material auf der Basis von Cu-, Cr-, Pt-, Rd-, Ni-Verbindungen auszukleiden. Nachteilig bei diesen Loesungswegen ist, dass diese allesamt hochwertige und kostenaufwendige katalytische Materialien benoetigen. Erfindungsgemaess wird dies dadurch behoben, dass als katalytische Schicht ein Gemisch keramischer Verbindungen Verwendung findet, wobei den Hauptanteil die Komponenten SiO2, Al2O3 und MgO stellen, waehrend vorzugsweise B2O3 und Alkalien als Zusaetze dienen. Fig. 1Internal combustion engines with a catalytically coated combustion chamber, in particular a catalytically coated vortex or vortex chamber, wherein this consists of steel or ceramic or for the catalytic coating, a ceramic carrier material is introduced into the pre-vortex or vortex chamber. There are solution paths known which z. B. have a locally limited wall zone in a piston mounted in the combustion chamber with a platinum or sodium catalyst. Other solutions envisage lining the entire combustion chamber with catalytically active material based on Cu, Cr, Pt, Rd, Ni compounds. A disadvantage of these solution paths is that they all require high quality and costly catalytic materials. According to the invention, this is remedied by using a mixture of ceramic compounds as the catalytic layer, the main constituent being the components SiO 2, Al 2 O 3 and MgO, while preferably B 2 O 3 and alkalis serve as additives. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit ainem katalytisch beschichteten Brennraum, insbesondere einer katalytisch beschichteten Vor- bzw. Wirbelkammer, wöbe! diese aus Stahl oder Keramik besteht bzw. für die katalytische Beschichtung ein keramisches Trägermaterial in dia Vor- bzw. Wirbelkammer eingebracht ist.The invention relates to an internal combustion engine with a catalytically coated combustion chamber, in particular a catalytically coated forward or swirl chamber, wöbe! this consists of steel or ceramic or for the catalytic coating, a ceramic carrier material in dia vortex or vortex chamber is introduced.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Bekannt ist durch die DE-PS 1216611, daß in einem im Kolben angebrachten Brennraum eine örtlich begrenzte Wandzone mitIt is known from DE-PS 1216611 that in a piston mounted in the combustion chamber a localized wall zone with

erhöhter Reaktionsgeschwindigkeit ausgebildet ist, wobei diese mit einem katalytischen Stoff, z. B. Natrium oderis formed increased reaction rate, wherein this with a catalytic substance, eg. As sodium or

Platinschwamm, behaftet oder ausgekleidet ist.Platinum sponge, afflicted or lined. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß hochwertiges und teures katalytisches Material zum Einsatz kommt.A disadvantage of this solution is that high-quality and expensive catalytic material is used. Gemäß DE-OS 2033032 ist eine weitore technische Lösung bekannt, do η Bronnraum mit katalytisch wirkendem Material zuAccording to DE-OS 2033032 a weitore technical solution is known do η Bronnraum with catalytically active material to

versehen, mit dom die Gase während des Verbrenniingsablaufos unmittelbar in Berührung kommen.provided with the gases during the Verbrenniingsablaufos come into direct contact.

Auch bei dieser Lösung worden hochwertige und kostenaufwendige Cu-, Cr-. Pt-Vorbindiingon als Katalysator zum EinsatzAlso in this solution has been high quality and costly Cu, Cr. Pt prebindiingone as a catalyst for use

gebracht.brought.

Des weiteren lit eine technische Lösung aus der DE-OS 2804562 bekannt, in welcher die Brennraumwände wenigstens in denFurthermore, lit a technical solution known from DE-OS 2804562, in which the combustion chamber walls at least in the Bereichen, in denen das Kraftstoff/Luft-Gemisch relativ fett ist (λ S 1), mit einem katalytischen Material beschichtet sind. DabeiAreas in which the fuel / air mixture is relatively rich (λ S 1), coated with a catalytic material. there

ist für die katalytische Beschichtung ein keramische.^ Trägermaterial vorgesehen.For example, a ceramic substrate is provided for the catalytic coating.

Als Katalysator dient wiederum teures, kostenaufwerdlgos Edelmetall, z. B. Platin oder Rhodium.The catalyst is again expensive, kostenwwerdlgos precious metal, z. As platinum or rhodium. Weiterhin ist gemäß DE-PS 2805133 eine luftvordichtende solbstzündende Brennkraftmaschine mit Vor- oder WirbelkammerFurthermore, according to DE-PS 2805133 a luftvordichtende solbstzündende internal combustion engine with vor- or swirl chamber

bekannt, wobei zur Vor-oder Wirbelkammer eine den Glühstift umgobondoNobonkammer angebracht ist. Diese Nebenkammorist mit einem porösen Material hoher Saueretoffspoicherfähfgkeit ausgebildet, wobei nobon R und Rd, Cu, K'i und Cr auch einoknown, with the vortex or vortex chamber a glow pin umgobondoNobonkammer is mounted. This Nebenkammorist is formed with a porous material high Saueretoffspoicherfähfgkeit, wherein nobon R and Rd, Cu, K'i and Cr also eino

Zirkoniumverbindung onthaltonen keramlschon Werkstoff Vorwendung findet.Zirconium compound onthaltonen keramlschon material Vorwendung finds. Diose Nebonkammer Ist jedoch nicht unmittelbar an dor Innoron Verbrennung betoiligt.Diose Nebon chamber, however, is not directly linked to the Innoron incineration. Ziel dor ErfindungAim of the invention

Ziel dor Erfindung Ist os, C- und CoEmlsslon zu sonkon und don Einsatz dieser kostenaufwondlgon katalytischon Stoffe zu vermoidon.Aim of the invention is to use os, C- and CoEmlsslon to sonkon and don use of these katoneston catalytical substances to vermoidon.

-2- 275 891 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 275 891 Presentation of the Essence of the Invention

Aufgabt) dor Erfindung ist es, mittels keramischen, Katalysatoren-Einsatzes irrt Brennraum die Reduzierung des Co- und Schwarzrauch- (Ruß-) Anteils Im Abgas bereits hol der inneren Verbrennung zu erreichen.Aufgabt) dor invention is it, by means of ceramic, catalyst insert mistaken combustion chamber, the reduction of co- and black smoke (soot) share in the exhaust gas already get the internal combustion.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die brenn raumzugewandte Fläche einer Vor- bzw. Wirbelkammer mit einer katalytischem Schicht aus einem Gemisch keramischer Verbindungen versehen ist, wobei den Hauptanteil dieses Gemisches die Komponenten SiOj, AI2O3 und MgO stellen. Darüber hinaus ist dieses Gemisch vorzugsweise mit Zusätzen von B2O3 und Alkalien versehen. Dieses auf die Fläche einer Vor- bzw. Wirbelkammer aufgetragene Gemisch ist bsi Temperaturen von 800"C-17CO'C, vorzugsweise bei 1400°C einzubrennen bzw. aufzusintern, dabei soll das keramische Trägermaterial bzw. die Voll-Keramik-Vorkammcr aus Si3N4 bestehen. Fürdie katalytische Schicht ist vorzugsweise eine Gemischzusammensetzung von 50-80Gew.-%SiOjAccording to the invention the object is achieved in that the combustion chamber facing surface of a vortex or vortex chamber is provided with a catalytic layer of a mixture of ceramic compounds, the majority of this mixture, the components SiOj, AI 2 O 3 and MgO. In addition, this mixture is preferably provided with additions of B 2 O 3 and alkalis. This applied to the surface of a vortex or vortex chamber mixture bsi temperatures of 800 "C-17CO'C, preferably einzubintern at 1400 ° C or aufzusintern, it should be the ceramic support material or the full-ceramic Vorkammcr of Si 3 N 4 For the catalytic layer is preferably a mixture composition of 50-80% by weight SiO 2

6-40 Gew.-% AI2O,6-40% by weight of Al 2 O,

2-35Gew.-% MgO2-35% by weight of MgO

1-20 Gew.-% BiOj Host Alkalien vorgesehen.1-20% by weight BiOj host alkalis provided.

AuifQhrungsbsitplulAuifQhrungsbsitplul

An Hand von Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werdenWith reference to drawings, the invention will be explained in more detail

Es zeigen: Show it:

Fig. 1: Einen Schnitt durch eine Vorkammer Fig. 2: Graphische Darstellung von KunnfeldernFig. 1: A section through an antechamber Fig. 2: Graphical representation of Kunnfeldern

Aus Fig. 1 ist eine im Längsschnitt dargestellte Vorkammer 1, bestehend aus keramischen Material, dargestellt. Weiterhin ist daraus erkennbar die aufgetragene katalytische Schicht 2 aus einem Gemisch keramischer Verbindungen. Auch der Schußkanal 3 ist mit einer derartigen Schicht 2 überzogen. Die beste katalytisch© Wirkung ist erreichbar, wenn die Oberfläche der Schicht 2 stark porös ist. Hierzu ist vorzugsweise eine Gemischzusammensetzung vorzusehen von:From Fig. 1, a pre-chamber 1 shown in longitudinal section, consisting of ceramic material is shown. Furthermore, it can be seen from the applied catalytic layer 2 of a mixture of ceramic compounds. Also, the weft channel 3 is coated with such a layer 2. The best catalytic effect is achievable if the surface of layer 2 is highly porous. For this purpose, it is preferable to provide a mixture composition of:

6OGew.-%SiO2 6% by weight of SiO 2

24Gew.-%AI2O, 7 Gew.-% MgO 3,5Gew.-%B2Oj24% by weight Al 2 O, 7% by weight MgO 3.5% by weight B 2 Oj

Rest Alkalien.Residual alkalis.

Außerdem entsteht durch den Wärmeübergang von der keramischen Schicht 2 zum Träger 1 eine zusätzliche Wärmeisolation. Fig. 2 zeigt die Ergebnisse von Versuchen bei einer konstanten Drehzahl bei Variation der Last. Dargestellt wird dar Einfluß der aufgebrachten Schicht auf einen keramischen Werkstoff gegenüber der unboschichteten Variante sowie eines konventionellen Wirbelkammer-Einsatzes Auf Abgastrübung, Kohlenmonoxidkonzentration und Abgastemperatur bei konstantem statischen Förderbeginn.In addition, due to the heat transfer from the ceramic layer 2 to the carrier 1, an additional heat insulation is produced. Fig. 2 shows the results of experiments at a constant speed with variation of the load. The influence of the applied layer on a ceramic material compared to the uncoated variant as well as of a conventional swirl chamber insert is shown. On exhaust gas opacity, carbon monoxide concentration and exhaust gas temperature with constant static delivery start.

Bei 80% Last wird bei dieser Drehzahl die Schicht wirksam. Der Schwarzrauch wird wirksam reduziert bei entsprechender Verringerung der Kohlenmonoxidkonzentration. Die Abgastemperaturen der keramischen Werkstoffe steigen infolge der thermischen Eigenschaften gegenüber einem konventionellen Wirbelkammer-Einsatz an.At 80% load, the layer becomes effective at this speed. The black smoke is effectively reduced with a corresponding reduction of the carbon monoxide concentration. The exhaust gas temperatures of the ceramic materials increase due to the thermal properties compared to a conventional vortex chamber use.

Claims (4)

1. Brennkraftmaschine mit einem katalytisch beschichteten Brennraum, insbesondere einer katalytisch beschichteten Vor- oder Wirbelkammer, wobei diese aus Stahl oder Keramik besteht bzw. für die katalytisch« Beschichtung ein keramisches Trägermaterial in die Vor- oder Wirbelkammer eingebracht ist, gekennzeichnet dadurch, daß die brennraurnzugewandte Seite der Vor- oder Wirbelkammer (1) mit einer katalytischen Schicht (2) aus einem Gemisch keramischer Verbindungen versehen ist, wobei den Hauptanteil dieses Gemisches die Komponenten SiO2, AI2O3 und MgO stellen, während vorzugsweise B2O3 und Alkalien als Zusätze dienen.1. internal combustion engine with a catalytically coated combustion chamber, in particular a catalytically coated vortex or vortex chamber, which consists of steel or ceramic or is introduced for the catalytically «coating a ceramic support material in the vortex or vortex chamber, characterized in that the brennraurnzugewandte Side of the vortex or vortex chamber (1) with a catalytic layer (2) is provided from a mixture of ceramic compounds, the majority of this mixture, the components SiO 2 , Al 2 O 3 and MgO provide, while preferably B2O3 and alkalis serve as additives , 2. Brennkraftmaschine mit einem katalytisch beschichteten Brennraum nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die katalytische Schicht (2) vorzugsweise aus einer Gemischzusammensetzung von2. Internal combustion engine with a catalytically coated combustion chamber according to claim 1, characterized in that the catalytic layer (2) is preferably made of a mixture composition of 50-80 Gew.-% SiO2 50-80% by weight of SiO 2 5-40 Gew.-% AI2O3 5-40% by weight of Al 2 O 3 2-35 Gew.-% MgO2-35 wt.% MgO 1-20 Gew.-% B2O3
Rest Alkalien besteht.1-20% by weight B 2 O 3
Residual alkalis exist. 3. Brennkraftmaschine mit einem katalytisch beschichteten Brennraum nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die auf die brennraumzugewandte Fläche einer Vor- oder Wirbelkammer (1) aufgetragene katalytische Schicht (2) bei Temperaturen von 800°C bis 17000C, vorzugsweise jedoch bei 14000C, eingebrannt bzw. aufgesintert ist.3. Internal combustion engine with a catalytically coated combustion chamber according to claim 1 and 2, characterized in that the combustion chamber facing the surface of a vortex or vortex chamber (1) applied catalytic layer (2) at temperatures of 800 ° C to 1700 0 C, but preferably at 1400 0 C, baked or sintered. 4. Brennkraftmaschine mit einem katalytisch beschichteten Brennraum nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Vor- oder Wirbelkammer (1) aus Keramik, vorzugsweise aus Si3N4 besteht.4. internal combustion engine with a catalytically coated combustion chamber according to claim 1, characterized in that the pre or vortex chamber (1) made of ceramic, preferably of Si 3 N 4 consists.
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