DE2104711B2

DE2104711B2 - Vorrichtung zur katalytischen nachverbrennung der abgase von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2104711B2
Application number: DE19712104711
Authority: DE
Inventors: Walter 6090 Russeisheim Bresser
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1971-02-02
Filing date: 1971-02-02
Publication date: 1973-08-16
Also published as: DE2104711C3; DE2104711A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zu katalytischen Nachverbrennung der Abgase von Brennkraftmaschinen, mit einem Schaltventil, das den Zutritt der Abgase zum Katalysator erst freigibt, nachdem er seine Mindesttemperatur erreicht hat.

Bei der katalytischen Verbrennung der in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe bereitet es insbesondere bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen besondere Schwierigkeiten, diese Schadstoffe während der Anfahrphase, wenn die Brennkraftmaschine noch kalt ist und im Interesse der Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luftgemisches mit Kraftstoffüberschuß betrieben wird, wirksam zu eliminieren. Dies ist darin begründet, daß der Katalysator in dieser Betriebsphase noch nicht die für seine Wirksamkeit erforderliche Temperatur hat. In diesem Betriebszustand ist der Gehall der Abgase von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen besonders hoch, während der Anteil an Stickoxyden verhältnismäßig niedrig ist, den man im übrigen durch Abgasrückführung in den Ansaugkanal und der damit erreichten Gemischverdünnung leicht noch senken kann. In der Anfahrphase kommt es daher in erster Linie darauf an, möglichst schnell eine gute Verbrennung des Kohlenmonoxyds und der Kohlenwasserstoffe zu erreichen. Dieses Ziel ist durch katalytische Nachverbrennung zu erreichen, vorausgesetzt, daß es gelingx, den Katalysator schnell auf seine sogenannte Anspringtemperatur zu bringen, nach deren Erreichen er erst wirksam ist.

Um eine schnelle Aufheizung des Katalysators zu erzielen, sind eine Reihe von Anordnungen bekannt.

Nach der deutschen Auslcgeschrift 1 088 764 ist es bekannt, den Zufluß von Zusatzluft zum Katalysator zu drosseln, und nach der deutschen Auslegeschrift 1 188 373 wird ein Teil der die Brennkraftmaschine verlassenden Abgase über einen kleinen, im Nebenschluß angeordneten katalytischen Hilfsnachbrenner eeleitet. der durch eine elektrische Heizvorrichtung sehr schnell auf die erforderliche Betriebstemperatur gebracht wird.

Mit der Einrichtung nach der erstgenannten Druckschrift wird lediglich das Ziel verfolgt, eine Überhitzung des Katalysators zu vermeiden und dementsprechend sind keine Mittel vorgesehen, durch die eine schnelle Aufheizung des Katalysators erreicht wird. Der Nachteil der Abgasentgiftungsvorrichtung nach der Auslegeschrift 1 188 373 besteht darin, daß neben der Verwendung einer zusätzlichen Heizvorrichtung nur ein Teil der Abgase zur beschleunigten Aufheizung des Hauptkatalysators herangezogen wird.

Ferner ist durch die deutsche Patentschrift 675 355 eine katalytische Nachverbrennungsanlage bekannt, bei der die nach Verlassen des Katalysators umselenkten Abgase in Wärmeaustausch mit den in den" Katalysator-Vo; raum einströmenden Abgasen treten. Durch diese Anordnung wird zwar die Anwärmzeit des Katalysators zwar beschleunigt, der Anlage fehlen jedoch Steuervorrichtungen, mit denen der sTch ändernden Bedingungen beim Übergang der Aufheizphasc zur normalen Betriebsphase des Katalysators Rechnung getragen wird. Will man dabei der Gefahr der Überhitzung des Katalysators vorbeugen, ist dieser entsprechend groß zu bemessen, wodurch wiederum die Aufheizzeit verlängert wird.

Um die Nachteile der bekannten Anlagen zur katalytischen Abgasreinigung zu vermeiden, insbesondere um die Aufheizzeit des Katalysators bis Erreichen seiner Anspringtemperatur zu verkürzen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine Heizschlange in die Katalysatormasse eingebettet ist und in deren Vorraum mündet und daß ein Schaltventil an einer Abzweigstelle einer mit der Heizschlange verbundenen Nebenleitung von der Haupt-Abgaslcitung so eingebaut ist, daß es unterhalb der Mindest-Betriebstemperatur des Katalysators den Zutritt der Abgase zur Heizschlange freigibt, zum Katalysator aber absperrt.

Mit dieser Anordnung wird in der Anfahrphase der Verbrennungskraftmaschine der Katalysator sehr schnell durch die Abgase aufgeheizt, indem die Abgase nicht nur mittels bloßen Hindurchströmens durch die Katalysatormasse, sondern auch durch ein vorheriges Durchströmen durch die in die Katalysatormasse eingebetteten Heizschlangen in besonders intensiven Wärmeaustausch mit der Katalysatormasse treten.

Es fördert einen guten Wärmeaustausch zwischen den Abgasen und der Katalysatormasse, wenn entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung die Heizschlange mehrere Windungen aufweist.

Schließlich wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß die Heizschlange mehrere Abzweigungen aufweist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung im einzelnen beschrieben und dargestellt. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Katalysator auf der linken Hälfte in der Ebene der Einlaßleitungen und auf der rechten Hälfte in der Mittelebene geschnitten,

F i g. 2 den in F i g. 1 veranschaulichten Katalysator im Schnitt längs der Linie IT-TI.

In F i g. 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine angedeutet. Sie hat eine Abgasleitung 11, an die ein Verteilerstück 12 anschließt, in dem von der Hauptleitung 11 eine Nebenleitung 11' abzweigt. In die

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Abzweigungsstelle ist ein thermisch gesteuertes Ventil 13 eingebaut, welches bei kalter Maschine in der Anfahrphase den Hauptabgaskanal 11 schließt und die Abgase durch die Nebenleitung 11' leitet. Diese Nebenleitung 11' setzt sich in einer Leitung 14 for*.

In einem Behälter 15 is! die Katalysatormasse 16 mit einem Vorraum 17 und einem nachgeschalteten Sammelraum 18 angeordnet. Die Abgase gelangen aus dem Vorraum 17 durch die Katalysatormasse 16 hindurch in den Sammelraum 18, von wo sie dann durch die Auslaßleitung 19 in die Atmosphäre entlassen werden.

Die Katalysatormasse kann aus jedem bekannten Katalysatormaterial hergestellt sein, das geeignet ist, eine Verbrennung oder Reduktion der in den Abgasen enthaltenen Kohlenmonoxyde und Kohlenwasserstoffe zu bewirken, sobald es auf die hierfür günstige Temperatur gebracht ist. Um eine möglichst schnelle Aufheizung dieses KatJysatormaterials zu gewährleisten, ist gemäß der Erfindung in der Katalysatormasse eine Heizschlange 20 eingebettet, die entweder mehrfache Windungen oder mehrere Abzweigungen aufweist.

Wie bereits oben erwähnt, strömen die Abgase aus der Brennkraftmaschine 10 durch die Leitung 11 in der Anfahrphase, also bei kalter Maschine und kalter Katalysatormasse, zunächst durch die Nebenleitung Il' und die Leitung 14, das das thermisch gesteuerte Ventil 13 den Hauptabgaskanal 11 geschlossen hält. Die heißen Abgase gelangen bei diesem Betriebszustand ausschließlich durch die Leitung 14 in die Heizleitung 20, wo sie durch den durch die Abzweigung oder Leitungsschlangen verlängerten Weg innerhalb der Katalysatormasse 16 einen erheblichen Teil der in ihnen enthaltenen Wärme an die Katalysatormasse abgeben und diese schnell aufheizen.

Nach Durchströmen der Heizschlange 20 treten die Abgase in den Vorraum 17 ein und durchdringen von hier aus die Katalysatormasse 16. Beim Durchdringen der Katalysatormasse werden in an sich bekannter Weise die in den Abgasen enthaltenen schädlichen Bestandteile der Abgase verbrannt und damit weitgehend unschädlich gemacht.

Versuche haben bestätigt, daß durch die Vorwärmung der Katalysatormasse durch das Hindurchleiten der 900 bis 1000° C heißen Abgase in einer Heizleitung 20 die Katalysatormasse in kürzester Zeit auf die sogenannte Anspringtemperatur (zwischen 150 und 250^c C) gebracht wird. Hat die Katalysatormasse eine Temperatur erreicht, bei der sie voll aktionsfähig ist, schaltet das Ventil 13 die Nebenleitune 11' ab. wodurch die Abgase durch die Hauptleitung 11 direkt in den Vorraum 17 gelangen und dann dfe Katalysatormasse 16 direkt durchdringen, da eine zusätzliche Heizung der Katalysatormasse nicht mehr erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase von Brennkraftmaschinen, mit einem Schaltventil, das den Zutritt der Abgase zum Katalysator erst freigibt, nachdem er seine Mindestbetriebstemperatur erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizschlange (20) in die Katalysatormasse (16) eingebettet ist und in deren Vorraum (17) mündet und daß das Schaltventil (13) an einer Abzweigstelle (12) einer mit der Heizschlange verbundenen Nebenleitung (H', 14) von der Haupt-Abgasleitung (11) so eingebaut ist, daß es unterhalb der Mir.-dest-Betriebstemperatur des Katalysators den Zutritt der Abgase zur Heizschlange freigibt, zum Katalysator aber absperrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschlange mehrere Windungen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschlange mehrere Abzweigungen aufweist.

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