DE1476508C

DE1476508C - Device for the catalytic detoxification of the exhaust gases from internal combustion engines

Info

Publication number: DE1476508C
Application number: DE19661476508
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7301 Berkheim Gaysert
Original assignee: Fa J Eberspacher, 7300 Esshngen
Priority date: 1966-11-10
Filing date: 1966-11-10
Publication date: 1973-07-19

Description

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gründe, eine Anordnung zur Entgiftung mittels Kata- erwähnten Bohrungen im Stufenkolben müssen im lysatoren aufzuzeigen, bei welcher die beschriebenen Querschnitt und in der Form so bemessen sein, daß Nachteile vermieden werden, d. h., die Entgiftung soll bei freigegebener Entlüftungsleitung der Druckabfall die Vorteile der bekannten Verfahren vereinen und zwischen der Stelle 13 in F i g. 1 und der Kammer bei hoher Betriebssicherheit sich selbst steuernd mit 5 größer ist als der Druckabfall in der anderen Enthohem Wirkungsgrad eine ausreichende Entgiftung lüftungsleitung zwischen der Kammer und der Stelle in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 20 der Entlüftungsleitung.reasons, an arrangement for detoxification by means of Kata- mentioned holes in the stepped piston must be in To show lysers, in which the described cross-section and in the form must be dimensioned so that Disadvantages are avoided, d. In other words, the decontamination should be the pressure drop when the vent line is released combine the advantages of the known methods and between the point 13 in F i g. 1 and the Chamber with high operational safety self-controlling with 5 is greater than the pressure drop in the other Enthohem Efficiency of adequate detoxification ventilation duct between the chamber and the body in all operating areas of the internal combustion engine 20 of the ventilation line.

bewirken. Dabei soll insbesondere keine mechanische Die Anordnung der Katalysatoren erfolgt derart,cause. In particular, there should be no mechanical The catalytic converters are arranged in such a way that

Betätigung von außen für die Umschaltung der Kata- daß in der Bypassleitung ein Teillastkatalysator mitExternal actuation for switching over the catalytic converter with a partial load catalytic converter in the bypass line

lysatoren erforderlich sein. Dabei liegt der vorlie- io hohem Purchflußwiderstand und in der Hauptleitunganalyzers may be required. The present high flow resistance lies in the main line

genden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß ein Vollastkatalysator mit geringstmöglichem W,ider-lowing invention is based on the knowledge that a full load catalyst with the lowest possible W, ider-

allein aus dem Abgasstrom selbst genügend Energie stand angeordnet ist und daß die Betätigung desalone from the exhaust gas flow itself was arranged enough energy and that the actuation of the

zur Steuerung einer Vorrichtung zur Entgiftung Staukörpers derart bemessen ist, daß sich dieser beito control a device for detoxification damming body is dimensioned such that it is at

herangezogen und daß durch eine wirksame Korn- Leerlauf in Schließstellung befindet und mit zunehbination mit Katalysatoren eine optimale Entgiftung. 15 mender Drehzahl immer weiter öffnet. Dabei hat esused and that by an effective grain idle is in the closed position and with zuehbination with catalysts an optimal detoxification. 15 mender speed continues to open. It has

bewirkt werden kann. sich als zweckmäßig erwiesen, daß der Vollastkataly-can be effected. proved to be expedient that the full-load catalytic converter

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- sator den Teillastkatalysator ringförmig umhüllt, wolöst, daß das Schaltelement als mit einem Stufen- bei gemäß einer Weiterführung der Vollastkatalysator kolben verbundener, vom Abgasstrom betätigter und der Teillastkatalysator eine gemeinsame Aus-Staukörper in der Hauptleitung ausgebildet ist. Durch ao trittsleftung aufweisen. ~——
diese * technisch einfache Anordnung wird erreicht, Mit der erfmelungsgemä.ßen Vorrichtung wird erdaß auf die Brennkraftmaschine in-Abhängigkeit vom reicht, daß bei Teillast der Stufenkolben den Durch-Betriebszustand ein Gegendruck erzeugt wird, so daß Muß etwas öffnet, so daß der Abgasstrom aufgeteilt durch den hierdurch gegebenen Luftgewinn (Luft- wird. Ein kleiner Teilstrom fließt sodann direkt Überschuß λ > 1) bei mager eingestelltem Motor 35 durch einen in bekannter Weise angeordneten Volleine Nachverbrennung der brennbaren 'Substanzen lastkatalysator, der mit geringstmöglichem Widerim Abgasstrom möglich ist. Es hat sich nämlich ge- stand ausgebildet ist, oder direkt in die Abgasleitung, zeigt, daß mittels der erfindungsgemäßen Anordnung während der Hauptstrom durch den — im Gegensatz Α-Werte von 1,1 ... 1,15 möglich sind. Das bedeutet zu den bekannten Ausführungen — einen hohen aber, daß noch etwa 10 ... 15 °/o überschüssige Ver- 30 Durchflußwiderstand bildenden Teillastkatalysator brennungsluft im Abgas vorhanden ist. Gemäß der strömt. Die Aufteilung in einen Vollastkatalysator Erfindung soll diese Verbrennungsluft zur zusatz-' und einen Teillastkatalysator der aufgezeigten Schallichen katalytischen Verbrennung verwendet werden. tung ergibt bei Anwendung der Vorrichtung kurze Bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor- Aufheizzeiten des Teillastkatalysators und damit richtung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß 35 schnelles Anspringen und ermöglicht mit relativ gein der Bypassleitung eine Drossel angeordnet ist. ringem Gasdurchsatz infolge des hohen Durchfluß-Durch diese in der Bypassleitung angeordnete Widerstands des Teillastkatalysators eine kleine Kata-Drosselstelle fließt das zu reinigende Abgas zu dem lysatormasse und damit geringe Wärmekapazität, einen hohen Durchflußwiderstand bildenden Teil- Hierdurch kann wiederum der Vollastkatalysator lastkatalysator. Für die erfindungsgemäße Ausgestal- 40 ausschließlich auf die Verhältnisse im hohen Lasttung des Staukörpers hat sich als vorteilhaft erwiesen, bereich abgestimmt werden. Es ergibt sich somit eine daß dieser Staukörper einen kleineren Durchmesser optimale Lösung. Ferner ergibt sich durch die erfinals der Stufenkolben aufweist und in Schließstellung dungsgemäße Vorrichtung eine direkte Entgiftungseinen kleinen Ringspalt freiläßt. Hierdurch wird er- wirkung, so daß für den Katalysator selbst geringere reicht, daß in der Stellung des Stufenkolbens* in wel- 45 Mengen an nachzuverbrennenden Bestandteilen aufcher er auf dem Kammerboden aufsitzt, die Abgas-, treten als. bei den bekannten katalytischen Entleitung nicht völlig abgeschlossen wird, sondern ein giftungsanlagen, so daß sich ein Überhitzungsschutz enger Ringspalt für den Durchtritt des aufgestauten für den Katalysator erübrigt.
Abgases frei bleibt. ■ · . An Hand der F i g. 1 und' 2, die schematisch ver-The object is according to the invention by the fact that the part-load catalytic converter is encased in a ring-shaped manner by the fact that the switching element is designed as a piston connected to a stepped piston, actuated by the exhaust gas flow, and the part-load catalytic converter as a common outflow body in the main line. Have ao treadleft. ~ ——
This * technically simple arrangement is achieved, with the device according to the invention, it is sufficient to the internal combustion engine depending on that at partial load of the stepped piston the through-operating state a counterpressure is generated so that something must open so that the exhaust gas flow is divided through the air gain (air becomes. A small partial flow then flows directly excess λ > 1) with the engine 35 set to lean through a full post-combustion of the combustible substances, which is arranged in a known manner and which is possible with the lowest possible resistance in the exhaust gas flow. This is because it has been formed, or directly in the exhaust pipe, shows that by means of the arrangement according to the invention, the main flow through the - in contrast Α values of 1.1 ... 1.15 is possible. In relation to the known designs, this means a high level, but that there is still about 10 ... 15% excess combustion air in the exhaust gas which forms part-load catalytic converter which forms flow resistance. According to the flows. The division into a full-load catalyst invention, this combustion air is to be used for additional 'and a part-load catalyst for the above-mentioned Schallichen catalytic combustion. In the design of the preheating times of the partial load catalytic converter and thus the direction according to the invention, it has proven to be expedient that a throttle is arranged for rapid start-up and with relatively gein the bypass line. ring gas throughput due to the high flow through this resistance of the part-load catalytic converter arranged in the bypass line, a small catalytic throttle point, the exhaust gas to be cleaned flows to the analyzer mass and thus low heat capacity, a high flow resistance forming part- This in turn can load the full-load catalytic converter. For the embodiment according to the invention, it has been found to be advantageous to adapt the range exclusively to the conditions in the high loading of the bluff body. The result is an optimal solution for this bluff body to have a smaller diameter. Furthermore, the fact that the stepped piston has, and in the closed position, the device according to the invention results in a direct detoxification process, leaving a small annular gap free. This has the effect that for the catalytic converter itself less is sufficient that in the position of the stepped piston * in whatever amounts of afterburning constituents it sits on the chamber floor, the exhaust gas occurs than. in the known catalytic discharge is not completely closed, but a poisoning system, so that an overheating protection narrow annular gap for the passage of the pent up for the catalyst is unnecessary.
Exhaust gas remains free. ■ ·. On the basis of FIG. 1 and '2, which are schematically

Dabei ist der Staukörper zweckmäßigerweise so 50 einfacht die Erfindung darstellen, soll die Funktion ausgebildet, daß die kleine Wirkfläche des Stufen- beschrieben werden. Dabei zeigt die F i g. 1 die erkolbens direkt vom Druck vor dem Staukörper und findungsgemäße Vorrichtung mit einem Stufenkolben die große Wirkfläche über den Kolbcnspalt von die- und Fig. 2 die erfindungsgemäße Katalysatorsem Druck beaufschlagt wird, der hier aber mittels anordnung.In this case, the bluff body is expediently in such a simple way that the invention is intended to function designed so that the small effective area of the step can be described. The FIG. 1 the piston directly from the pressure in front of the bluff body and inventive device with a stepped piston the large effective area over the piston gap of the and FIG. 2 the catalyst according to the invention Pressure is applied, but here by means of an arrangement.

eines mit der Umgebung in Verbindung stehenden 55 Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 besteht aus dera connected to the environment 55. The device according to FIG. 1 consists of the

Abflußventils abgesenkt werden kann. Dabei ist er- Abgasleitung 1, die an der Stelle 2 venturidüsenartigDrain valve can be lowered. It is exhaust pipe 1, which at point 2 is like a venturi nozzle

findungsgemäß das Abflußventil mit einem Stell- verengt ist. Vor dieser venturidüsenartigen Ver-according to the invention, the drain valve is narrowed with an adjusting device. In front of this venturi-like

kolben verbunden, der über Leitungen vom Druck engung 2 zweigt die Leitung 3 und an dieser Ver-connected to the piston, which branches from the pressure constriction 2 via lines to line 3 and at this constriction

vor bzw. an der engsten Stelle einer venturidüsen- engung die Leitung 4 ab, die den Stellkolben 5 gegen-in front of or at the narrowest point of a venturi constriction, the line 4, which opposes the actuating piston 5

förmigen Stelle beaufschlagt ist, die in der Abgas- 60 sinnig beaufschlagen. Dieser Stellkolben 5 ist mitshaped point is acted upon, which act sensibly in the exhaust gas 60. This actuating piston 5 is with

hauptleitung vor dem Staukörper ausgebildet ist. dem Abflußventil 6 verbunden, das die Entlüftungs-main line is formed in front of the bluff body. connected to the drain valve 6, which the vent

Hierdurch kann der entstehende Venturidruck zur leitung 7 entweder verschließen oder freigeben kann.As a result, the venturi pressure that occurs to the line 7 can either close or release.

Steuerung und Betätigung der Stauvorrichtung aus- Diese Entlüftungsleitung führt zu einer Kammer 8,Control and actuation of the damming device - This vent line leads to a chamber 8,

genutzt werden. in welcher der Stufenkolben 9 angeordnet ist. Beibe used. in which the stepped piston 9 is arranged. at

Der Stufenkolben kann aber auch über Bohrungen 65 der erfindungsgemäßen Stauvorrichtung verschließt verfügen, durch welche der Durchtritt des Motor- das Abflußventil 6 im Leerlauf die Entlüftungsabgases in die Kammer ermöglicht wird. Der er- leitung 7. Die Abgasmenge, die am Kolbenspalt 10 wähnte Spalt zwischen Kolben und Kammer bzw. die vorbeiströmt., füllt die Kammer 8 bis zum aufgestau-The stepped piston can, however, also close via bores 65 of the storage device according to the invention have, through which the passage of the engine, the drain valve 6 in idle, the venting exhaust gas into the chamber is made possible. The derivation 7. The amount of exhaust gas at the piston gap 10 imagined the gap between the piston and the chamber or the gap that flows past, fills the chamber 8 up to the accumulated

5 65 6

ten Druck Pg. Da nun die Fläche 9 a des Stufen- Diese Kammer 16 wird von der Bypassleitung 14th pressure Pg. Since now the surface 9 a of the step- This chamber 16 is of the bypass line 14

kolbens. 9 größer ist als die Fläche 96, auf beide durchdrungen. Im Bereich dieser Kammer ist in derpiston. 9 is larger than the area 96, penetrated on both. In the area of this chamber is in the

Flächen aber der gleiche Druck Pg wirksam ist, wird Bypassleitung 14 der Teillastkatalysator 17 und umAreas but the same pressure Pg is effective, bypass line 14 of the partial load catalytic converter 17 and around

der Kolben in der verlangten unteren Stellung ver- diesen ringförmig der Vollastkatalysator 18 angeord-the piston in the required lower position connects the full-load catalytic converter 18 in a ring.

bleiben und nur den Ringspalt 11 freigeben. Mit zu- 5 net. Die die Abgasleitung 1 und die Bypassleitung 14stay and only release the annular gap 11. With zu- 5 net. The exhaust line 1 and the bypass line 14

nehmender Motorleistung steigt der Venturidruck 12 durchströmenden Motorabgase werden gesammeltAs the engine output rises, the venturi pressure rises. The exhaust gases flowing through the engine are collected

und hebt über den Stellkolben 5 das Abflußventil 6 und treten durch die Abgasleitung 19 aus. Bei dieserand lifts the drain valve 6 via the actuating piston 5 and exits through the exhaust pipe 19. At this

an, das dann die Kammer 8 entlüftet. Der Stufen- Anordnung ist erfindungsgemäß bei Leerlauf die Ab-on, which then vents the chamber 8. According to the invention, the step arrangement is the outlet when idling

kolben 9 wird aufwärts gedrückt und gibt somit dem gasstauvorrichtung 9c fast geschlossen, so daß daspiston 9 is pushed upwards and thus gives the gas dam 9c almost closed, so that the

Abgas größere Durchströmungsquerschnitte frei. io Abgas gezwungen wird, durch den TeillastkatalysatorExhaust gas free from larger flow cross-sections. io exhaust gas is forced through the part load catalyst

An Stelle des Venturidrucks zur Betätigung des 17 zu strömen. Dieser Katalysator hat im GegensatzTo flow in place of the venturi pressure to actuate the 17. This catalyst has the opposite

Stellkolbens z. B. kann auch der zur Zündverstellung zu den bisher gebauten Ausführungen erfindungs-Control piston z. B. can also be used for the ignition adjustment to the previously built designs

benutzte Vergaserunterdruck verwendet werden. gemäß hohen Durchflußwiderstand. Bei Teillast wirdused carburetor vacuum can be used. according to high flow resistance. At part load

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Stell- die Stauvorrichtung etwas geöffnet, der AbgasstromAnother possibility is to slightly open the damper device, the exhaust gas flow

kolben über einen Schlepphebel von der Vergaser- 15 wird aufgeteilt. Ein kleiner Teilstrom fließt dannpiston via a rocker arm from the carburetor 15 is split. A small partial current then flows

drosselklappe aus zu betätigen. direkt durch den Vollastkatalysator 18, der mit ge-to operate the throttle valve. directly through the full load catalytic converter 18, which is

Gemäß F i g. 2 ist in der Abgasleitung 1, die vor- ringstmöglichem Widerstand ausgebildet ist. BeiAccording to FIG. 2 is in the exhaust pipe 1, which is designed with the greatest possible resistance. at

.stehend besprochene selbsttätig gesteuerte Stauvor- Vollast wird die Stauvonichtung ganz geöffnet, das.The automatically controlled full load of the stowage device discussed above, the stowage device is fully opened, the

richtung 9c angeordnet. Vor dieser Stauvorrichtung Abgas strömt dann direkt durch den Vollastkataly-direction 9c arranged. Exhaust gas then flows directly through the full-load catalytic converter in front of this dam

zweigt eine-Bypassleitung 14 mit einer Drossel 15 ab. ao sator 17. " · --■A bypass line 14 branches off with a throttle 15. ao sator 17. "· - ■

An beliebiger Stelle hinter der Stauvorrichtung err Die F i g. 2 zetg^-femer die bauliche Zusammen-At any point behind the stowage device err The F i g. 2 zetg ^ -femer the structural assembly

weitert sich die Abgasleitung 1 zu einer Kammer 16. fassung der beiden Katalysatoren.the exhaust pipe 1 widens to form a chamber 16 for the two catalytic converters.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2

1. detoxification using catalysts,

Claims: 2. The detoxification by achieving a possible

perfect combustion of the combustible

1. Device for the catalytic detoxification of the substances.— - < - ·· --- ■■ · ,.

Exhaust gases from internal combustion engines, with one of the 5 These two methods can be combined.

Exhaust gas flow actuatable bypass switching element, The present invention relates to a

characterized in that the device for performing both the last

Switching element as a method referred to with a stepped piston (9) as well as a combination bound, by the exhaust gas flow actuated bluff body of the two processes.

(9 c) is formed in the main line. io There are already procedures and facilities for

2. Apparatus according to claim 1, thereby reducing the proportions of the unburned and indicates that in the bypass line (14) a partially burned constituent in the exhaust gases of Throttle (15) is arranged. '. Internal combustion engines known. With such an arrangement

3. Apparatus according to claim 1 or 2, the exhaust side is due to the low part load characterized in that the bluff body is a 15 area of the engine with a load-dependent controlled smaller diameter than the stepped piston open-flap throttled, which creates a build-up of heat has and in the closed position a small ring should, which is to be adjusted with the lean gap in this area releases. loosing engine at A> 1 in the engine combustion chamber

4. Apparatus according to claim 3, characterized in and in the exhaust manifold a strong combustion or indicates that the smaller effective area (9 b) 20 results in afterburning of the hydrocarbons and of the .Stufenkolbens directly from the pressure in front of the carbon monoxide. Such a baffle and the large effective area (9 a) over direction is z. B. ~ m Austrian patent specification

. this pressure is applied to the piston gap (10). In this known arrangement

is struck, but here by means of an eccentrically mounted flap with the voltage

Environment-related closure 35 a constant current flowing through it

valve (6) can be lowered. Moving coil over the magnet armature to the closing position

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the engine is idling indicates that the drain valve is being jammed with a.

Control piston (5) is connected, which throttles this load-dependently controlled throttle via lines (3 or 4) from the pressure before or at the narrowest 30 idle, always with increasing load Place a venturi-shaped place - less and at full load no more. This is suggested, which is in the main exhaust pipe (1) before measure, however, to carry out an after Bluff body is formed. incineration not suitable, as neither a sufficient

6. The device according to claim 2, characterized in that the temperature still indicates the implementation, that in the bypass line (14) a 35 conducive chemical conditions to be achieved Part-load catalytic converter (17) with high flow rates are.

resistance and in the main line (1) a full In addition, it is disadvantageous that the known load catalyst (18) is costly to purchase with as little disorder as possible; further, stand is arranged and that the operation of the that it requires too much space for its installation, Bluff body is dimensioned such that this 40 of the not particularly in smaller motor vehicles is in the closed position when idling and is also available. Likewise, those who are increasing livelihoods fall Speed keeps opening. cost weight. ■

7. Apparatus according to claim 6, characterized in US Pat. No. 3,273,971 an indicator is that the full load catalytic converter described the order for detoxification by means of a catalytic converter, Part-load catalytic converter encased in a ring. 45 at. In this arrangement there are two catalysts

8. Device according to claim 7, characterized in that it is connected in series and the first of the two indicates that the full-load catalytic converter and the catalytic converters can be flown around by a bypass.

, Partial load catalytic converter arranges a common outlet. As difficulties with this arrangement have line (19). 'occur in order to ensure the effectiveness of the catalytic

To achieve the required temperature 50 sators, a combustion chamber is in front of the catalytic converter section

The exhaust gases are heated to the reaction temperature. A blower is also required to if a certain temperature is exceeded this

The present invention relates to a device for lowering by air admixture. The control of the device for the catalytic detoxification of the exhaust gases from the inflow of the exhaust gas to the two or one of the Internal combustion engines, with a catalytic converter from the exhaust gas flow, can be actuated via a two-way valve Switching element. dependence of the temperature in the catalytic converters.

It is known that in internal combustion engines, this arrangement is extremely complex and as a result

incomplete combustion takes place, so that the control device is prone to failure. A special Exhaust gas still contains flammable substances. There . However, this known arrangement has the disadvantage of this Components both have a toxic effect in seeing that the effectiveness of the catalyst have as well as an odor nuisance which is dependent on the operation of the combustion chamber and that education have been striving for a long time, especially at the time when the Gang, a detoxification of the exhaust gases at least up to 65 emission of pollutants is greatest, namely to take a responsible measure. when starting the engine and when moving off, no

For the detoxification of the exhaust gases an internal combustion engine is capable of working. machine, there are essentially two methods: The present invention is the object to-