DE2401287A1 - Abgasreinigungssystem - Google Patents

Abgasreinigungssystem

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DE2401287A1
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exhaust gas
housing
inlet
chamber
outlet
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Tsuyoshi Tamazawa
Hiroshi Yaguchi
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für .einen Motor mit einer Auspuffleitung.
Es ist bekannt, das Auspuff system einer Verbrennungskraftmaschine mit einem katalytxschen Konverter auszustatten, der einen Oxidationskatalysator enthält, um die Abgase des Motors zu reinigen. Es ist ferner allgemein üblich, stromauf vom katalytxschen Konverter Luft zuzuführen, um die Oxidation unverbrannter Bestandteile der
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. Abgase des Motors zu fördern. Während der Oxidation der unverbrannten Bestandteile im k&talytischen Konverter ist der Katalysator häufig unerwünscht hohen Temperaturen ausgesetzt. Er erfordert häufige Erneuerung.
. Um diese Nachteile im Stand der Technik zu überwinden, ist vorgeschlagen worden, die Zufuhr von Luft zum katalytxschen Konverter zeitweilig zu unterbrechen, um die Reaktion zwischen den oxidierbaren Bestandteilen der Abgase und dem Luftsauerstoff zu steuern, um einen übermässigen Anstieg der Betriebstemperatur des katalytischen Konverters zu verhindern. Bei diesem Vorgehen wird der katalytisch^ Konverter natürlich gekühlt? der katalytisehe Konverter wird jedoch nicht innerhalb eines kurzen Zeitraumes auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt.
Ferner werden während der Unterbrechung der Luftzufuhr zum katalytischen Konverter die Gase unzureichend im katalytischen Konverter gereinigt« da zu wenig Sauerstoff für die Reaktion mit den oxidierbaren Bestandteilen der Motorabgase zu Verfugung steht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasreinigungssystera so auszubilden, dass eine möglichst vollständige und gleichmässige Abgasreinigung ohne Überhitzung des katalytischen Konverters erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Druckluftquelle, einen katalytischen Konverter mit einem Gehäuse, das einen mit der Auspuffleitung in Verbindung stehenden Abgaseinlass sowie einen mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehenden Abgasauslass und einen
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Lufteinlass aufweist, einen ini Gehäuse wirksam angeordneten Katalysator, ein Ventil, das einen mit der Druckluftquelle in Verbindung stehenden Einlass sowie einen mit dem Lufteinlass in Verbindung stehenden Auslass aufweist, und einen im Gehäuse angeordneten Temperaturfühler, der dann .dem ' Ventil ein elektrisches Signal zuführt, wenn die Temperatur im Gehäuse oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, bei dem diejäktivität des Katalysator abnimmt, wobei das Ventil normalerweise die Verbindung zwischen der Druckluftquelle und dem Lufteinlass sperrt und bei Auftreten des elektrischen Signals in der Weise arbeitet, dass es diese Verbindung herstellt bzw. öffnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer mit einem
erfxndungsgemassen Abgasreinigungssystem ausgerüsteten Verbrennungskraftmaschine:
Fig. 2 einen vergrösserten Längsschnitt durch
einen katalytischen Konverter, der einen Bestandteil des Systems nach Fig. 1 bildet;
Fig. 3 einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt, dar
jedoch eine abgewandelte Ausführungsform des,in Fig. 2 dargestellten katalytischen Konverters zeigtτ
Fig. 4 einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt, der eine
weitere abgewandelte Ausführungsform des katalytischen Konverters nach Fig. 2 zeigt; und
Fig. 5 einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt, der eine
weitere abgewandelte Ausführungsform des katalytischen Konverters nach Fig. 2 zeigt.
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In den Figuren 1 und 2 ist schematisch eine Verbrennungskraftmaschine dargestellt, die mit einem erfindungsgemässen Abgasreinigungssystem ausgerüstet ist. Die Verbrennungskraftmaschine bzw. der Motor, der insgesamt mit, 10 bezeichnet ist, hat in herkömmlicher Weise ein Auspuffrohr mit einer Abgassammelleitung 12, in die eine Sekundärluftleitung 14 mündet. Die Abgassammelleitung 12 ist mit dem Abgasrexnigungssystem verbunden, das insgesamt mit 15 bezeichnet ist. Das Abgasrexnigungs system 15 weist • einen katalytischen Konverter 16 auf, der in Strömungsverbindung mit der Abgassammelleitung 12 steht.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, umfasst ein zylindrisches Gehäuse 18 einen Vorderteil 22 sowie einen Hinterteil 23. Ein Katalysatorbett 24, das einen Katalysator enthält, wird von dem zylindrischen Gehäuse 18 getragen. Der Vorderteil 22 hat einen sich radial erstreckenden, ringförmigen Abschnitt 22a, einen damit einstückig ausgebildeten bzw. f es-^verbundenen zylindrischen Wandabschnitt 22b, einen konischen Wandabschnitt 22c, der einstückig mit dem zylindrischen Wandabschnitt 22b ausgebildet ist sowie einen Abgaseinlass 22d, der einstückig bzw. f e3t verbunden mit dem konischen Wandabschnitt 22c ist und in Strömungsverbindung mit der Abgassammelleitung 12 steht. Der Vorderteil 22 umschlie3St eine Einlasskammer 36, die mit dem Katalysatorbett 24 über eine in dem ringförmigen Abschnitt 22a ausgebildete Öffnung 28 in Strömungsverbindung steht. In ähnlicher Weise weist der Hinterteil 23 einen sich radial erstreckenden, ringförmigen Abschnitt 23a auf, der mit Luftdurchlässen 26 versehen ist, sowie einen zylindrischen Wandabschnitt 23b, der einstückig bzw. fest verbunden rJ-t
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dem ringförmigen Abschnitt 23a ist, und einen konischen, einstückig mit dem zylindrischen Wandabschnxtt 23b ausgebildeten Wandabschnitt 23c sowie einen Auslass 23d, der einstückig mit dem konischen Wandabschnitt 23c ausgebildet ist und mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht. Der Hinterteil 23 umschliesst eine Auslass- oder Jleaktionskammer 38, die mit dem Katalysatorbett 24 über eine im ringförmigen Abschnitt 23a ausgebildete Öffnung 3D in Verbindung steht. Der Katalysator im Katalysatorbett 24 kann monolithisch sein und beispielsweise Wabenstruktur haben, wobei eine grosse Anzahl von in Axialrichtung verlaufenden Durchlässen vorhanden ist. Jeder der Durchlässe ist mit einem katalytischem Material beschichtet, das unverbrannte Bestandteile in den Abgasen des Motors oxidieren kann. In einem Mittelbereich des Katalysatorbettes 24 ist ein Temperaturfühler 40 angeordnet, der die Betriebstemperatur des Katalysators feststellen und ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der festgestellten Temperatur erzeugen kann.
Zwischen der Innenseite des zylindrischen Gehäuses 18 und der Aussenseite des Katalysatorbetts 24 ist eine, zylindrische Kühlkammer bzw. ein zylindrischer Kühldurchlass 42 ausgebildet. Diese Kühlkammer wird zur Kühlung des Katalysatorbetts 24 verwendet, indem Luft, die durch einen Lufteinlass 20 zugeführt wird, durch diese geführt wird. Die Kühlkammer 42 steht mit der Einlasskammer 36 und der Auslasskammer 38 in Strömungsverbindung, und in der Kühlkammer 42 ist ein hitzebeständiges Polster 44, beispielsweise aus Stahlwolle, angeordnet, das das Kata-
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lysatorbett 24 elastisch im Gehäuse 18 trägt.
Ferner umfasst eine Luftspeiseeinrichtung, die insgesamt mit 46 bezeichnet ist, eine Druckluftquelle 48, wie beispielsweise eine vom Motor 10 angetriebene "Luftpumpe, sowie ein Ventil 50, das beispielsweise ein Solenoidventil ist.
Das Ventil 50 hat einen Einlass 50a, der mit der Luftpumpe 48 verbunden ist. Dieses Ventil 50 weist ferner einen Auslass 50c auf, der mit dem Lufteinlass 20 verbunden ist, sowie einen weiteren Auslass 50b, der mit der Sekundär luf tlextung 14 verbunden ist. Das Ventil kann einen Solenoid und eine auf Druck ansprechende Einrichtung umfassen, wie beispielsweise einen Unterdruckmotor, der durch den Unterdruck in der Ansaugleitung angetrieben wird.
Der im Katalysatorbett 24 angeordnete Temperaturfühler ist elektrisch mit einem Schalter 54 verbunden, der zusammen mit dem Temperaturfühler 40 als Einheit ausgebildet sein kann und seinerseits elektrisch mit dem Ventil 50 über eine Leitung 56 verbunden ist. Der Schalter 54 betätigt da3 Vafcil 50 in dem Sinne, dass Luft von der Druckluftquelle 48 in den Lufteinlass 20 des katalytiechen Konverters 16 geleitet wird, wenn das elektrische Signal vom Temperaturfühler 40 auftritt.
Wenn im Betrieb die Temperatur des Katalysatorbetts 24 einen vorbestimmten Wert von beispielsweise 850 C übersteigt, - dieser Wert ist etwas niedriger als eine zu hohe Temperatur, oberhalb derer die katalytische Aktivität abnimmt -, er-
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zeugt der Temperaturfühler 40 das elektrische Signal, das dem Schalter 54 zugeführt wird, der das Ventil 50 in dem Sinne ansteuert, dass Luft von der Pumpe 48 in die Kühlkammer 42 durch den Lufteinlass 20 geliefert wird. Auf diese Weise wird das Katalysatorbett 24 von durch die Kühlkammer 42 strömender Luft gekühlt. Im normalen Betrieb wird Luft über das Ventil 50 in die Sekundär luftleitung 14 geliefert, um die Oxidation des Abgases zu unterstützen; diese Zufuhr wird durch das Ventil 50 gesperrt, wenn das elektrische Signal empfangen wird. In die Kühlkammer 42 eingespeiste Luft strömt dann durch die Luftdurchlässe 26 in die Reaktionskammer 38, in der eine Oxidation unverbrannter Bestandteile der Abgase erfolgt, um schädliche und gefährliche Verbindungen aus den Motorabgasen zu beseitigen.
Wenn das Katalysatorbett 24 eine normale Betriebstemperatur erreicht, erzeugt der Temperaturfühler 40 das elektrische Signal nicht und das Ventil 50 ist bzw. wird enterregt. Daher unterbricht das Ventil 50 die Verbindung zwischen dem Einlass 50a und dem Auslass 50c, während eine Verbindung zwischen dem Einlass 50a und dem Auslass 50b hergestellt wird, über die in die Abgassammelleitung 12 durch die Sekundärluftleitung 14 Luft eingespeist wird»
Bei erfindungsgemässer Ausbildung kann Luft nicht nur in die Kühlkammer 42 sondern während der Kühlung des Katalysatorbettes 24 auch stromauf vom Katalysatorbett 24 eingespeist werden, um eine vollständigere Oxidation im katalytischen Konverter 16 zu erreichen. Bei dieser Betriebsweise kann Luft in die Abgassamraelleitung 12 in begrenzter Menge eingelassen werden, wenn das Ventil 50
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das elektrische Signal empfängt, wodurch kein übermässiger Anstieg der Betrxebstemperatur des Katalysatorbettes hervorgerufen wird.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des in Fig. dargestellten katalytischen Konverters 16. Bei dieser Ausführungsform ist der katalytische Konverter 16 dem nach Fig. 2 ähnlich mit der Ausnahme, dass er mit zwei Abschnitten, nämlich einem stromauf gelegenen Abschnitt 24a und einem stromab gelegenen Abschitt 24b, versehen ist, zwischen denen eine ringförmige, mit Durchbrüchen versehene Platte 60 angeordnet ist. Die Platte 60 weist eine Vielzahl von Öffnungen 60a auf, die in Strömungsverbindung mit der Kühlkammer 42 stehen. Die Platte 60 verhindert, daß Abgase.in die Kühlkammer 42 eintreten.
Eine weitere abgewandelte Ausführungsform eine3 katalytischen Konverters in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst der katalytische Konverter 16a ein äusseres zylindrisches Gehäuse 62, durch dessen Umfangswand ein Lufteinlass 63 hindurchgeht, ein inneres zylindrisches Gehäuse 64, das mit einem Abgaseinlass und einem Abgasauslass 68 versehen ist, sowie einen nichtmonolitischen Katalysator 65, beispielsweise aus pelletiertem Material. Das innere Gehäuse 64 wird im äusseren Gehäuse 62 mittels eines Paares von ringförmigen Stützplatten 70a und 70b fe3t gehalten, die an den Enden des äusseren Gehäuses 62 angeordnet sind. Der Katalysator 65 ist innerhalb des inneren Gehäuses 64 angeordnet. Stromauf vom Katalysator 65 ist im inneren Gehäuse 64 eine Einlasskammer 72 ausgebildet, wogegen 3tromab vom Katalysator 65 in dem inneren Gehäuse 64 eineAuslass- bzw.
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Reaktionskammer 74 ausgebildet ist. Durch die Innenwand des äusseren Gehäuses 62 und&Le Aussenwand des inneren Gehäuses 64 wird eine Kühlkammer bzw. ein Kühldurchlass 76 begrenzt. Der Kühl durchlass 76 steht über Luftdurchlässe 78 in Strömungsverbindung mit der Auslasskammer die Luft durchlässe 78 sind in der Umf angswand des inneren Gehäuses 64 ausgebildet. Ein Paar durchlöcherter Wände 80a und 80b hält den Katalysator 65 in seiner Lage, der korn- bzw. tablett enförmig ist.
Während des Betriebes kühlt in den Kühldurchlass 76 durch
den Lufteinlass 63 eingepumpte Luft den Katalysator 65? danach strömt die Luft durch den Luftdurchlass 78 in die Reaktionskammer 74, um unverbrannte Bestandteile der Motorabgase aus dem Katalysator 65 zu oxidieren.
Fig. 5 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines katalytischen Konverters. Bei dieser Ausführungsform umfasst der katalytische Konverter 16b ein Gehäuse 84, das mit einem Abgaseinlass 86, einem Abgasauslass sowie einem Lufteinlass 89 versehen ist, der in einer Umf angswand des Gehäuses ausgebildet ist, sowie einen nicht-monolxtxschen Katalysator 90, beispielsweise aus pelletiertem Material, der im Zentralbereich des Gehäuses 84 angeordnet ist. Stromauf vom Katalysator 90 ist im Gehäuse 84 eine Einlasskammer 92 ausgebildet, ..wogegen stromab vom Katalysator 90 im Gehäuse 84 eine Auslassbzw. Reaktionskammer 94 ausgebildet ist. Der Katalysator 90 wird durch ein Paar durchlöcherte Wände 96a und 96b sowie ein Paar Seitenwände 98a und 98b in Stellung gehalten und ist korn- bzw. tablett enförmig. Es ist zu beachten, dass in diesem Falle die Reaktionskammer 94 der Oxidation
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unverbrannter Bestandteile dar Motorabgase vom Katalysator 90 dient. Dia Reaktionskammer 94 dient ferner als Kühldurchlass.
Während des Betriebes kühlt durch den Lufteinlass 98 in die Reaktiorikammer 94 eingespeiste Luft den Katalysator 90; danach oxidiert sie unverbrannte Bestandteile der Motorabgase vom Katalysator 90 in einem stromab gelegenen Abschnitt der Reaktionskammer 94.
Der Abgaseinlass 86 und der Äbgasauslass 88 haben Abstand von einer Längsachse A-A des Gehäuses 84 und sind ferner um die Längsachse A-A herum in Umf angsrichtung in Abstand voneinander angeordnet.
Somit tritt das Abgas in die Einlasskammer 92 parallel zur Längsachse A-A ein, strömt durch den Katalysator 90 senkrecht zur Längsachse A-A und verlässt die Auslasskammer 94 parallel zur Dängs^achse A-A. Der Lufteinlass 89 mündet in die Auslasskammer 94 senkrecht zur Längsachse A-A in einer Richtung, die der Strömungsrichtung des Abgases durch den Katalysator 90 entgegengesetzt ist.
. Patentansprüche:
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Claims (10)

Pa%tentansprüche
1.) Abgasreinigungssystexn für einen Motor mit einer Auspuffleitung, gekennzeichnet durch eine Druckluftquelle (48), einen katalytischen Konverter (16, 16a, 16b) mit einem Gehäuse (18, · 62, 84), das einen mit der Auspuffleitung (12) in Verbindung stehenden Abgaseinlass (22d, 66, 86), einen mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehenden Abgasauslass (23a, 68, 88) und einen Lufteinlass (20, 63, 89) aufv/eist, einen im Gehäuse wirksam angeordneten Katalysator (24, 24b, 65, 90), ein Ventil (50), das einen mit'der Druckluftquelle in Verbindung stehenden Einlass (50a) sowie einen mit dem Lufteinlass (20, 63, 89) in Verbindung stehenden Auslass (50c) aufweist, und einen im Gehäuse angeordneten Temperaturfühler (40), der dann dem Ventil ein elektrisches Signal zuführt, wenn die Temperatur im Gehäus oberhalb eine3 vorbestimmten Wertes liegt, bei dem die Aktivität des Katalysators abnimmt, wobei das Ventil normalerweise die Verbindung zwischen der Druckluftquelle und dem Lufteinlass sperrt und bei Auftreten des elektrischen Signals in der Weise arbeitet, dass es diese Verbindung herstellt bzw. öffnet.
2. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (50) einen weiteren, in Verbindung mit der Auspuffleitung (12) stehenden Auslass (50b) aufweist und dass das Ventil normalerweise eine Verbindung zwischen der Druckluftquelle (48)und der Auspuffleitung (12) herstellt und bei Auftreten des elektrischen Signals in der Weise arbeitet, dass es diese Verbindung sperrt.
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3. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil C50) einen weiteren, in Verbindung mit der Auspuffleitung (12) stehenden Auslass (5Ob) aufweist und dass das Ventil normalerweise eine uneingeschränkte Verbindung zwischen der Druckluftquelle (48) und der Auspuffleitung (12) herstellt und bei Auftreten des elektrischen Signals in der Weise arbeitet, dass es eine eingeschränkte Verbindung zwischen der Druckluftquelle und der Auspuffleitung herstellt.
4. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18, 62, 84) ferner eina stromauf vom Katalysator gelegene Einlasskammer(36, 72, 92) sowie eine stromab vom Katalysator gelegene Auslasskammer (38, 74, 94) auf v/eist, wobei der Lufteinlass (20, 63, 89) dazwischen in das Gehäuse mündet.
5. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse,(18, 62) ferner eine den Katalysator umgebende Kühlkammer (42, 76) umfasst, die die Einlasskammer (86,72) und die Äuslasskammer (38, 74) miteinander verbindet, wobei der Lufteinlass (20, 63) in die Kühlkammer mündet.
6. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (24) monolithisch ist.
7. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (65, 90) nichtmonoliüisch ist.
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8* Abgasreinigungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (24) einen stromauf gelegenen Abschnitt (24a) und einen stromab gelegenen Abschnitt (24b) hat, dass zwischen diesen eine durchlöcherte Platte (60a) angeordnet ist und dass der Lufteinlass (20) in die Kühlkammer (42) neben dem stromauf gelegenen Abschnitt (24a) mundet. ■ ··
9. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (65) von einem inneren Gehäuse (64) getragen wird, das. innerhalb des Gehäuses (62) angeordnet ist.
10. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaseinlass (86) und der Abgasauslass (88) von der Längsachse &-A) des Gehäuses (84) Abstand haben und in Umf angsrichtung um die Längsachse herum Abstand voneinander aufweisen, so da3S das Abgas in die Einlasskamraer parallel zur Längsachse eintritt, durch den Katalysator senkrecht zur Längsachse strömt und die Aus— lasskammer (94) parallel zur Längsachse verlässt, und dass der Lufteinlass (89) in die stromab gelegene Kammer (94) senkrecht zur Längsaehse mündet.
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