DE1299005B

DE1299005B - Vorrichtung zum Reinigen des Auspuffgases von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1299005B
Application number: DEO10389A
Authority: DE
Inventors: Baddorf Paul E; Houdry Jacques H
Original assignee: Oxy Catalyst Inc
Current assignee: Oxy Catalyst Inc
Priority date: 1963-09-26
Filing date: 1964-09-19
Publication date: 1969-07-10
Also published as: US3273971A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Spule 34 verbunden ist, welche durch eine Leitung 36 zum Reinigen des Auspuffgases von Brennkraft- geerdet ist. Die Primärwicklung der Spule 34 ist durch maschinen, bestehend aus einer mit einer Luft-Brenn- eine Leitung 38 geerdet und mit einer Leitung 40 verstoff-Gemischzufuhr versehenen Nachbrennkammer bunden, deren anderes Ende um einen magnetisier- und einer dahinter angeordneten, einen Oxydations- 5 baren Kern 46 gewickelt und dann mit einem magnekatalysator enthaltenden Kammer, die eine durch ein tisierbaren schwenkbaren Schaltarm 48 verbunden Ventil beaufschlagbare Umgehungsleitung aufweist. ist. Dieser ist durch eine Schraubenfeder 50 gegen

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art werden einen Kontakt 52 vorgespannt, welcher mit der Leidie Auspuffgase entweder durch ein vor der Kataly- tung 26 verbunden ist.

satorkammer liegendes Ventil ins Freie abgeleitet, io Die Nachbrennkammer 4 ist über ein Rohr 58 mit wenn die Katalysatorkammer eine unzulässig hohe einer Katalysatorkammer 60 verbunden. Eine UmTemperatur erreicht hat, bei welcher die katalytische gehungsleitung 62 ist an das Rohr 58 angeschlossen Wirkung aufhört, worauf die gesundheitsschädlichen und mit Isoliermaterial 64 umwickelt, welches durch Stoffe mit den Auspuffgasen ins Freie gelangen. eine Metallumhüllung 66 geschützt ist.

Es ist ferner bekannt, die Auspuffgase durch hin- 15 Ein Zweiwegventil 68 bewirkt, daß normalerweise tereinandergeschaltete Reaktionskammern zu leiten, die Leitung 62 abgesperrt wird und das Gas durch wodurch wohl das Erreichen einer maximalen Be- ' das Rohr 58 in die Katalysatorkammer 60 fließen triebstemperatur verzögert, aber nicht ausgeschlossen kann. Ein Solenoid 72 ist wie durch die gestrichelte wurde, so daß auch dort der Nachteil bestand, daß Linie angedeutet mit dem Ventil 68 verbunden; es die katalytische Wirkung in solchen Fällen aufge- 20 ist bei 74 geerdet und an eine Leitung 76 angehoben wird. schlossen.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht Die Katalysatorkammer 60 ist mit geneigten Git-

darin, den Katalysator gegen eine zu hohe Betriebs- tern 80 und 82 versehen, zwischen denen eine Katatemperatur zu schützen und trotzdem eine stets wirk- lysatorschicht 84 vorgesehen ist. An die Katalysatorsame Reinigung der Auspuffgase zu erreichen. 35 kammer 60 schließt eine Ausströmleitung 86 an, wel-

Dies wird gemäß der Erfindung durch eine vor- ehe eine Isolierschicht 88 aufweist und in eine von zugsweise keramische Stoffe enthaltende Reaktions- einem zylindrischen Gehäuse 91 gebildeten Reakkammer, die in an sich bekannter Weise der Kata- tionskammer 90 mündet. Diese enthält ein zylindrilysatorkammer nachgeschaltet ist, und durch ein in sches Sieb oder Gitter 92, welches den gleichen Durcheiner elektrischen Schaltung angeordnetes Solenoid 3" messer wie das Auspuffrohr 86 hat und mit ihm erreicht, welches das die Umgehungsleitung beauf- fluchtet. Mit allseitigem Abstand ist das Gitter 92 schlagende Ventil bei einer vorbestimmten Höchst- von einem im Durchmesser größeren Gitter 94 umtemperatur des Katalysators betätigt; dadurch wird geben. Beide Gitter 92 und 94 reichen vom Eingangsdie Nachbrennkammer unter Ausschaltung der Kata- ende der Reaktionskammer 90 bis zu einer undurchlysatorkammer über die Umgehungsleitung direkt mit 35 lässigen Endplatte 96. Stücke von hitzebeständigem der Reaktionskammer verbunden und die Katalysa- Material 98 sind zwischen den Gittern 92 und 94 torkammer so lange abgeschaltet, bis ihre Betriebs- vorgesehen. Jedes poröse hitzebeständige Material temperatur genügend weit gefallen ist, während in- ist ausreichend, wie beispielsweise Gußschlacke, Kiezwischen die Reinigung der Auspuffgase durch die seierde, Siliziumkarbid, Kaolin, Alaunerde, Alaun-Reaktionskammer erfolgt. 40 erdediaspor, Diaspor, Mullit, gebrannter Ton, kera-

In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch misches Material, Chrommagnesit, gebranntes dargestellt. Magnesit. Die Kammer 90 ist mit einem festen Rohr

Ein von der Auslaßleitung eines Benzin-Verbren- aus einem der vorstehend genannten hitzebeständigen nungsmotors kommendes Auspuffrohr 2 ist in eine Materialien 100 ausgekleidet. Die Reaktionskammer Nachbrennkammer 4 geführt, welche von einem zylin- 45 90 ist über eine Leitung 102 mit der Atmosphäre drischen Gehäuse 5 gebildet wird. Eine beispielsweise verbunden.

von einem Elektromotor oder vom Verbrennungs- Die Umgehungsleitung 62 ist an die Ausströmlei-

motor angetriebene Luftpumpe 6 pumpt so viel Luft tung 86 bei 104 vor der Reaktionskammer 90 und über ein Rohr 8 in das Innere der Nachbrennkam- hinter der Katalysatorkammer 60 angeschlossen.
mer4, daß sie für die Oxydation der oxydierbaren 50 Die Steuerung der Vorrichtung wird durch VerBestandteile der Auspuffgase im katalytischen Aus- wendung von drei Thermoschaltern erreicht. Ein puffreiniger ausreicht. Thermoschalter 110 hat einen Fühler 112, welcher

Eine mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle in das Katalysatorbett oder die Katalysatorschicht verbundene mit einem Ventil 12 versehene Luftzu- 84 reicht und mit einer Leitung 114 und über eine fuhrleitung 10 mündet in die Nachbrennkammer 4 55 Leitung 116 mit der Leitung 26 verbunden ist. Ein ein. Eine Benzinleitung 14 mündet in die Leitung 10 _■-- Thermoschalter 118 ist mit einem Fühler 120 verüber eine Düse 15 und führt der Luft in ^et Leitung sehen, welcher ebenfalls in die Katalysatorschicht 84 10 Brennstoff zu, wodurch der Nachbrennkammer 4 hineinreicht und über eine Leitung 122 an die Leiein Luft-Brennstoff-Gemisch zugeführt wird. Die tung 114 angeschlossen ist. Der Schalter 118 ist an Leitung 14 weist ein Ventil 16 auf. Eine Spule 18 ist 60 die Leitung 76 und an eine Leitung 124 angeschlosmit den Ventilen 12 und 16, wie durch die gestrichelte ^r ~" sen. Ein Thermoschalter 126 ist mit einem Fühler Linie 20 angezeigt, verbunden; sie ist durch die Lei- 128 versehen, welcher sich in die Stücke aus hitzetung 22 geerdet und durch eine Leitung 24 mit einer beständigem Material 98 erstreckt und an die Lei-Leitung 26 verbunden. " tungen 26 und 124 angeschlossen ist.

Für die Zündung des in die Verbrennungskammer 4 65 Der Thermoschalter 110 ist normalerweise geeingeführten Luft-Brennstoff-Gemisches ist eine schlossen; er öffnet, wenn der Katalysator eine vorZündkerze 30 vorgesehen, welche über eine Leitung bestimmte minimale Temperatur erreicht. Der 32 mit der nicht dargestellten Sekundärwicklung einer Thermoschalter 118 ist normalerweise geöffnet und

so eingestellt, daß er schließt, wenn die Katalysatortemperatur eine vorbestimmte maximale Temperatur erreicht. Der Thermoschalter 126 ist normalerweise offen und schließt, wenn die Stücke aus hitzebestän*· digem Material 98 eine vorbestimmte minimale Temperatur erreichen.

Die Pumpe arbeitet ständig und fördert Luft etwas im Überschuß zum stochiometrischen Betrag, der für die Oxydation der oxydierbaren Bestandtile im Auspuffgas in der Katalysatorkammer 60 erforderlich ist. Wenn ein Kaltstart gemacht wird, wird der Schalter 132, welcher gewöhnlich der Zündschalter sein kann, geschlossen; dadurch wird über die Leitung 114 und den geschlossenen Thermoschalter 110 die Spule 18 erregt, welche die Ventile 12 und 16 öffnet und damit ein Luft-Brennstoff-Gemisch in die Nachbrennkammer 4 führt. Zur gleichen Zeit erzeugt die Zündkerze 30 wiederholt einen Funken und zündet das Luft-Brennstoff-Gemisch. Die heißen Gase aus der Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemisches ao zusammen mit den heißen Auspuff gasen fließen durch das Rohr 58 und durch die Katalysatorschicht 84 in der Katalysatorkammer 60 und erhitzen somit schnell den Katalysator auf seine minimale Arbeitstemperatur, bei welcher der Thermoschalter 110 öffnet und as die Spule 18 abschaltet. Damit werden die Ventile 12 und 16 geschlossen und der Luft-Brennstoff-Gemischstrom in die Nachbrennkammer 4 unterbrochen. Zur gleichen Zeit wird die Zündkerze 30 erregt. Ein zufriedenstellendes Arbeiten wird nur dann erreicht, wenn in diesem Zustand die Zündkerze 30 nicht abgeschaltet wird, sondern weiter Funken erzeugt. Sollte die Katalysatortemperatur unter die gewünschte minimale Arbeitstemperatur fallen, so schließt der Thermoschalter 110 wiederum, worauf der oben besprochene Vorgang wiederholt wird. Wenn der Schalter 118 offen ist, kann kein Strom durch die Leitung 76 zur Spule 72 fließen.

Wenn sich der Katalysator in seinem gewünschten Arbeitsbereich befindet, fließt das Auspuffgas weiter durch die Katalysatorschicht, wo die oxydierbaren Bestandteile zum wesentlichen Teil oxydiert und durch die Ausströmleitung 86 in die Reaktionskammer 90 gelangen. Wenn das Gas durch die Schicht aus hitzebeständigen Stücken 98 fließt, werden diese, ebenso wie das Rohr aus hitzebeständigem Material 100, erhitzt.

Sollte der Katalysator eine vorbestimmte maximale Temperatur erreichen, so schließt der Thermoschalter 118 und verbindet damit die Leitungen 124 und 76. Dadurch wird die Spule 72 erregt, und das Ventil 68 so verstellt, daß der Gasstrom von der Katalysatorkammer 60 abgesperrt und durch die Umgehungsleitung 62 in die Ausströmleitung 86 und die Reaktionskammer 90 geleitet wird. Das vorerhitzte hitzebeständige Material mit seiner großen Oberfläche und seiner Masse fördert die Oxydation des Auspuffgases. Wenn auch diese Oxydation weniger wirksam als die Oxydation durch den Katalysator ist, so ist sie doch vorteilhaft und nützlich.

Wenn die Temperatur der Stücke aus hitzebeständigem Material 98 unter das annehmbare Minimum für eine ausreichende Oxydation in der Rekationskammer 90, beispielsweise unter eine Temperatur im Bereich von 760 bis 820° C fällt, schließt der Thermoschalter 126 und ruft einen Strom in der Leitung 26 hervor, was eine Einführung des Luft-Brennstoff-Gemisches in die Nachbrennkammer 4 und dessen Entzündung durch einen Funken der Zündkerze 30 wie oben beschrieben zur Folge hat.

Wenn der Katalysator in der Katalysatorkammer in den Bereich der gewünschten Arbeitstemperatur abfällt, öffnet der Thermoschalter 118, schaltet die Spule 72 ab und verstellt das Ventil 68 derart, daß die Umgehungsleitung 62 abgesperrt wird und das Auspuffgas in die Katalysatorkammer 60 fließt; gleichzeitig wird die Leitung 124 stromlos geschaltet, wodurch ein Abbrechen der Verbrennung im Luft-Brennstoff-Gemisch in der Nachbrennkammer 4 verursacht wird.

Aus der oben beschriebenen Arbeitsweise geht hervor, daß die Erfindung mit einem Minimum an Vorrichtung eine maximale Wirkung unter allen möglichen Bedingungen erreicht. Unter günstigen Bedingungen ist die Verbrennung eines hinzugefügten Luft-Brennstoff-Gemisches unnötig. Unter keinen Umständen wird das Auspuffgas in die Atmosphäre ohne eine wesentliche Oxydation abgegeben.

Katalytische Auspuffreiniger sind bekannt. Die verwendeten Kontaktkörper der Katalysatorschicht oder des Katalysatorbetts können beispielsweise aus Würfeln oder Stücken eines aktivierten Metalloxyds, vorzugsweise aktivierter Tonerde, Beryllerde,Thorerde, Bittererde oder Zirkumerde, versetzt mit als Oxydations-Katalysatoren wirkenden Metallen oder Metalloxyden wie beispielsweise Platin, Palladium, Rhodium, Kupfer, Silber, Chrom, Vanadium oder Mischungen davon bestehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Reinigen des Auspuffgases von Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer mit einer Luft-Brennstoff-Gemischzufuhr versehenen Nachbrennkammer und einer dahinter angeordneten, einen Oxydationskatalysator enthaltenden Kammer, die eine durch ein Ventil beaufschlagbare Umgehungsleitung aufweist, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise keramische Stoffe enthaltende Reaktionskammer (90), die in an sich bekannter Weise der Katalysatorkammer (60) nachgeschaltet ist, und durch ein in einer elektrischen Schaltung angeordnetes Solenoid (72), welches das die Umgehungsleitung (62) beaufschlagende Ventil (68) bei einer vorbestimmten Höchsttemperatur des Katalysators betätigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Katalysatorkammer (60) ein Fühler (112) vorgesehen ist, der bei Überschreiten einer vorbestimmten minimalen Temperatur über die elektrische Schaltung die Zufuhr des Luft-Brennstoff-Gemisches in die Nachbrennkammer (4) absperrt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionskammer (90) ein Fühler (128) vorgesehen ist, der bei Überschreiten einer vorbestimmten mimimalen Temperatur des hitzebeständigen, keramischen Materials (98) über die elektrische Schaltung die Luft-Brennstoff-Gemischzufuhr öffnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen