DE1960533U

DE1960533U - Vorrichtung zur reinigung der abgase von dieselmotoren durch katalytische oxydation.

Info

Publication number: DE1960533U
Application number: DEM50346U
Authority: DE
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1964-12-29
Filing date: 1964-12-29
Publication date: 1967-05-18

Description

METALLGESELLSCHÄFT : ..-. Frankfurt (Main), 28, Dezember 1964

Aktiengesellschaft DrWer/SH V

Vorrichtung zur Reinigung der Abgase von Dieselmotoren durch katalytisehe Oxydation

Die Abgase von Verbrennungsmotoren mit Kompressionszündung (Dieselmotoren) enthalten als Verunreinigungen neben den Produkten einer unvollständigen Verbrennung des Dieselöls wechselnde, zeitweilig erhebliche Mengen Ruß.

Es ist bekannt, diese schädlichen Inhaltsstoffe der Motorabgase durch eine katalytisehe Nachoxydation völlig zu verbrennen. Als hierfür geeignet sind z.. B. Trägerkatalysatoren, die auf einem Tonerdeträger z. B. Platin, Palladium, Chrom, Vanadin, Kupfer enthalten, bekannt. Während die Produkte der unvollständigen Verbrennung, das Kohlenmonoxyd, ungesättigte Spaltkohlenwasserstoffe und deren sauer stoff haltige Abkömmlinge mit dem im Abgas stets vorhandenen Sauerstoff an geeigneten bekannten Katalysatoren sehr weitgehend zu-Kohlendioxyd und "Wasser oxydiert werden können, ist der Ruß einer solchen Oxydation weniger zugänglich. Das beruht darauf, daß in den Arbeitsbereichen des Dieselmotors, in denen die Rußbildung bevorzugt auftritt, das Abgas nicht heiß genug ist, um die Verbrennung des Rußes an dem in der Abgasleitung angeordneten Oxydationskatalysator in Gang zu bringen. Der Ruß schlägt sich auf dem Katalysator nieder und

macht diesen s chlieiSlich auch gegenüber den. anderen Abgasverunreinigungen unwirksam. _-." ■

Es ist bekannt, daß sich solche Oxydationskatalysatoren in den Abgasleitungen von Dieselmotoren durch eine Oxydationsbehandlung mit Luft bei genügend hoher Temperatur regenerieren lassen. Bei Dieselmaschinen, die über« wiegend im Vollastbereich betrieben werden, z. B. bei Diesellastwagen, kann eine solche oxydierende Regeneration schon im Fahrbetrieb erreicht werden, weil dabei die Abgase für sieh heiß genug werden, um mit dem in ihnen enthaltenen Sauerstoff, der meist etwa 5 bis 10 % des Abgasvolumens ausmacht, die Verbrennung von auf dem Katalysator niedergeschlagenen Ruß einzuleiten und in Gang zu halten. Bei Nutzfahr zeugen mit Dieselantrieb, in denen der Motor stark gedrosselt ist, z. B. bei Hubstaplern, Transportkarren und dergl., wird im allgemeinen auch im Vollastbereich keine für die katalytische Rußoxydation ausreichende Abgaste^mperätur erreicht. Um bei derartigen. Maschinen eine katalytische Abgasoxydation, anwenden zu können, müßte der'Katalysator in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen ausgebaut und einer Regenerationsbehandlung durch Erwärmen im Luftstrom unterzogen werden. Durch die Erfindung können die bekannten katalytischen Abgasreinigungsanlagen auch bei ungünstigen motorischen Verhältnissen ohne eine intermittierende Regenerations« behandlung, also kontinuierlich, betrieben werden.

Es wurde gefunden, daß ein durch: Ablagerungen von Ruß in seiner Aktivität geschädigter Katalysator wieder zum Reagieren gebracht werden kann, wenn dem zu behandelnden Abgas einekleine Menge Benzin zugefügt wird. Durch die katalytische Verbrennung des Benzindampfes wird die Katalysatortemperatur soweit gesteigert, daß auch die Rußverbrennung wieder ein» setzt, was schließlieh zur vollständigen Oxydation des Rußes führt. Da diese Behandlung noch eine gewisse Katalysatoraktivität voraussetzt, ist es zweckmäßig, die Betriebszeiten zwischen zwei aufeinander folgenden Regener ationshehandlungen nicht zu lang zu bemessen.

Auch nach längerer Betriebsdauer mit wiederholten Regenerationen unter Verbrennung von zugemischtem Benzindampf erlangt der Katalysator wieder die Aktivität, die er in ungebrauchtem Zustand hatte. Die zeitweilig in den Strom des Abgases zu dosierende Benzinmenge wird so bemessen, daß bei Abgastemperaturen von etwa 250 bis 350 C die Katalysatortemperatur durch die Verbrennungswärme des Benzins auf etwa 500 bis 650 C steigt.

3
Dazu sind je Nm Abgas etwa 5 bis 15 g, vorzugsweise 8 bis 12 g, Benzin

erforderlich. "'"--

Je nach Stärke der Rußablagerung ist die Re aktivierungsbehandlung in etwa einer Viertelstunde, oft schon nach, 5 bis 10 Minuten, beendet. Die Häufigkeit der Behandlung hängt von der aus dem jeweiligen Betriebszweck resultierender

Fahrweise des Motors ab. Der zeitliehe Abstand zweier auf einander " folgender Behandlungen liegt etwa im Bereiche von 5 bis 30 Betriebs« stunden, und wird im Einzelfall so bemessen, daß der Katalysator bei Beginn der Regeneration noch eine gewisse Aktivität besitzt. Der Betriebs« zustand läßt sich durch Temperaturmessungen und bzw. oder Gasanalysen, die aus dem Motorabgas vor und bzw. oder hinter der Katalysators chi cht entnommen werden, sehrgenau verfolgen. Aus diesen Meß er gebnis sen lassen sich die Zeitpunkte, an denen die Katalysatorregeneration einzuleiten bzw. beendet ist, sehr genau ermitteln. Derartige Meßgeräte sind verhältnismäßig sehr teuer, und gegenüber dem rauhen Betrieb, denen Lastfahrzeuge ausgesetzt sind, viel zu empfindlich. Bei der Auswertung solcher Messungen wurde gefunden, daß es vollkommen ausreichend ist, die Regenerationsbehandlung an jedem Arbeitstag einmal vorzunehmen, zweckmäßig immer zum gleichen Zeitpunkt, also etwa vor der Mittagspause bei Arbeitsbeginn oder vor Arbeitsschluß. Die Regeneration bei Beginn oder Wiederaufnahme der Arbeit erfordert zwar einen etwashöheren Benzin« verbrauch, bietet aber den Vorteil, daß der Katalysator für den Betrieb rascher vorgewärmt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zürTsatalytischen Reinigung der Abgase von Dieselmotoren besteht aus einem Benzintank, einer im Kraftfahrzeugbau üblichen Kraftstoffpumpe und einigen Steuergeräten.

Die Benzinpumpe fördert aus dem. Tank Benzin durch eine Leitung in das Ab« gasrohr des Dieselmotors vor dem Oxydationskatalysator, Die Benzin« dosierung wird durch eine in der Benzinleitung angeordnete auswechselbare Düse eingestellt, wobei der Durchlaß dieser Düse der Abgasmenge und der Förderleistung der Pumpe angepaßt wird. Die Düse wird nicht an der Mündung der Benzinleitung im Abgasrohr angeordnet, sondern in der Benzin« leitung in einigem Abstand von der Mündung. Dadurch wird vermieden, daß die Düse von Ruß verstopft wird.

Bei der vergleichsweise hohen Äbga st emperatur ist es nicht erforderlich, daß das Benzin in den Abgasstrom verdüst wird, wie es bei der Kallliarburierung von heizwertarmen Brenngasen üblich ist. Die Benzinleitung kann vielmehr mit ihrem vollen Querschnitt im Abgasrohr münden. Da eine Überdosierung von Benzin in das Abgasrohr zu Explosionen führen könnte, ist eine dreifache elektrische Sicherun|fder erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, um diese Gefahr auszuschließen.'Diese Sicherung besteht darin, daß die Benzinpumpe von der Lichtmaschine des Fahrzeugmotors gespeist wird und einen eigenen ,Schalter in ihrem Stromkreis erhält, und daß in diesem Stromkreis außerdem ein mit dem Gaspedal gekoppelter Schalter angeordnet wird.

Durch diese Anordnung von. :ScMIt&mkaiin_;.;die Beiizmpunipe β.τιγ arbeiten, wenn der Fahrzeugmotor läuft und die Lichtmaschine Strom abgibt, und wenn außerdem der Schalter der Benzinpumpe geschlossen ist. Bei dieser Schalterstellung ist die Benzinpumpe zwar betriebsbereit,, läuft aber erst, wenn der Gashebel des Fahrzeugmotors zu einer Stellung durchgetreten wird, bei der ein. ausreichendes Abgasvolumen produziert wird«

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen "Vorrichtung beispielsweise und schematisch dargestellt.

Vom Motor 1 geht die Abgasleitung 11 aus und führt durch den katalytischen Abgasreiniger 9, der je nach Hubraum.und maximaler Drehzahl des Motors etwa 1 bis 10 Liter Katalysator enthalten und zugleich Schalldämpfer sein kann.

In dem Abgasrohr 11 mündet vor dem. Abgasreiniger 9 die Benzinzuleitung Aus dem Benzintafak/V, der durch eine Druckausgleichsleitung 10 mit dem Abgasrohr 11 verbunden ist, saugt die Kraftstoff pumpe 6 Benzin durch die Leitung 13 an und fordert es durch die Leitung 14 zu der Düse 8. Aus dieser gelangt das Benzin durch die Leitung 12 in das Abgasrohr 11.

Die Benzinpumpe 6, die, wie aus der Zeichnung ersichtlich, aus Gründen der Raumersparnis zweckmäßig in den Benzintank 7 eingeflanscht ist, wird aus der Lichtmaschine 2 des Motors gespeist. Inder Stromleitung 15 zum

Motor 6 sind ein ζ. Β* am Armaturenbrett angeordneter Kippschalter 4 und ein mit dem. Graspedal gekoppelter Zugschalter 5 angeordnet. Der Strom- --. kreis wird überdie Sammeis chiene^ 16. ("Masse¹¹)'geschlossen. ^ ■ ■

Zur Regeneration des Katalysators während des Betriebes des Fahrzeuges wird zunächst, wenn der Anfahrzustand des Motors überwunden- ist, der Schalter 4 geschlossen. Sobald der Motor etwa über den Halblastbereich hinaus beschleunigt ist, wird mit dem Druck auf das Gaspedal der Schalter geschlossen, womit die Kraftstoffpumpe 6 in Gang gesetzt wird und die Einführung von Benzin in das Abgasrohr 11 beginnt. Die Benzinzufuhr wird für 5 bis 10 Minuten, aufrecht erhalten und danach durch. Öffnen des Schalters beendet. Wird diese Behandlung täglich zur gleichen Zeit, also im Abstand von 24 Stunden ausgeführt, dann ist eine gleichbleibende Aktivität des Katalysators gesichert.

Beispiel

In der Tabelle 1 sind Betriebsergebnisse zweier mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung betriebener katalytischer Abgasreinigungen hinter zwei ver« schiedenen Viertakt-Dieselmotoren aufgezeichnet.

Gemessen wurden die Kohlenmonoxyd-Konzentrationen im Abgas vor und hinter dem Katalysator nach 300 bzw. 500 Betriebs stunden, wobei in jeweils in einer Meßreihe keine Regeneration, in der zweiten Meßreihe Regenerationen von

1Q Minuten Dauer im ASstand von 24. Stunden vorgenommen wurden. An beiden Motoren wurden-die Messungen bei Vollgas toi Halbgas,, an einem Motor auch bei Leerlanf, attsgeführt.

Die Werte der in der Tabelle mit Motor A bezeichneten Maschine wurden an einem Hubstapler gemess en* der von einem. Viertakt-Dieselmotor vonSO PS bei 2.500 Upm und einem Hubvolumen von 1, 77 Liter angetrieben wurde.

Die Abgastemperatur vor dem Katalysator betrug 270 C. Während der Regeneration stellte sieh im Katalysator die Temperatur 650 C ein. Der Benzinverbrauch betrug 3 5 ml/min.

Die Werte der in der Tabelle mrt Motor B bezeichneten Maschine wurden an einem Transportkarren gemessen, der von einem Viertakt-Dieselmotor von 23 PS bei 2200 Ilpm und einem Hubvolumen von 1,4 Liter angetrieben wurde.

Die Abgastemperatur vor dem Katalysator betrug 260 C Während der Regeneration stellte sich im Katalysator eine Temperatur von 570 C ein. Der Benzinverbrauch betrug 2 7 ml/min.

Die Abgasreinigungsvorrichtungen hinter beiden Maschinen enthielten einen handelsüblichen Katalysator mit 0, 02 %, Platin auf einem Tonerdeträger.

Motor A -	,-■■-- - _" —Betriebs« * stunden;	^CO-Gehalt Vol. % vor nach -dem. Katalysator	0.014	Abbau %
Vollgas	0	0, 063	0, 042	77., -7,
ohne Regeneration	500	Q* 046	P, 026	8,7
mit Regeneration,	500	0, 061	0, 039	57,4
Halbgas	0	0,085	0, 044	54,1
ohne Regeneration	500	0, 05:8	0.027	24,1
mit Regeneration	500	0,074	63,5

Motor B . ..	0	0,030	0, Φ10	66
Vollgas	300	0, 029	,0,024	17
ohne Regeneration	300	0,042	0, 010	76
mit. Regeneration	0	0, 020	0,010	50
Halb gas	300	0,010	0,009	10
ohne Regeneration	300	0,012	0, 006	5b
mit Regeneration	0	0,020	0,010	50
Leerlauf	300	O₁ 02	0,02	0
ohne Regeneration	300	0,016	0, 007	56
mit Regeneration

Claims

. 507623*29.1264 S chut ζan sρ r η che;

1. Torrichtung zur Reinigung der Abgase von Dieselmotoren durch katalytisch© Oxydation, gekennzeichnet durch eine von der Lichtmaschine des Motors gespeiste, von dieser mittels des Hand schalters (4) und des mit dem Gashebel einstellbar gekoppelten Zugschalters (5) abschaltbare handelsübliche Kraftstoffpumpe (6)_a deren Förderleitung (14) durch eine auswechselbare Düse (8) in das in die Abgasleitung (11) vor dem Katalysator (sy.eingeführte-"Rohr (12.) mündet.

2. Vo r ri chtung na ch Anspruch I₉ gekennz eichnet dur c h die Druckaus jfleichsleitung (10) zwischen dem Benzintank ,(7) und einer zwischen dem Motorblock (1) und der Einführung des Rohres (12) liegenden Stelle.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffpumpe (B) in den Benzintank eingeflanscht ist.