DE2409643A1

DE2409643A1 - Einrichtung zur anzeige der ueberhitzung eines von dem abgas eines verbrennungsmotors durchstroemten katalysators

Info

Publication number: DE2409643A1
Application number: DE2409643A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Alfa Romeo SpA
Current assignee: Alfa Romeo SpA
Priority date: 1973-02-28
Filing date: 1974-02-28
Publication date: 1974-09-05
Also published as: IT979624B; US3910040A; GB1461804A

Description

Alfa Romeo S. p. A. , Mailand / Italien

Einrichtung zur Anzeige der Überhitzung eines von dem Abgas eines Verbrennungsmotors durchströmten Katalysators

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Anzeige einer zu großen Überhitzung eines Katalysators im Schalldämpfer des Auspuff sy stems eines Verbrennungsmotors, insbesondere für Kraftfahrzeuge.

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Seit einiger Zeit werden Katalysatoren zum Einbau im Auspuffrohr einer Verbrennungsmaschine untersucht für eine weitgestreute Anwendung im Automobilbau. Es werden dabei bestimmte chemische Reaktionen zwischen den Komponenten des Abgases (möglicherweise gemischt mit Frischluft) oberhalb einer bestimmten Temperatur in diesen Katalysatoren gefördert, um die an die Atmosphäre emittierten Schadstoffe zu reduzieren.

Sobald jedoch die Katalysatortemperatur bestimmte Werte übersteigt, wird der Katalysator beschädigt oder zerstört. Es kann z. B. eine Überhitzung auftreten, wenn das stromaufwärts von dem Katalysator befindliche Gas einen zu großen Anteil der Komponenten besitzt, die mit dem Katalysator chemisch reagieren, wodurch eine zu große Wärme frei wird.

Wenn das Abgas zur Förderung der Nachverbrennung mit einem Frischluftstrom vermischt wird und in den Katalysator einströmt, kann durch einen Defekt der Vorrichtung des Motors zur Gemischbildung aus Luft und Benzin, z. B. eine große Überfettung des Gemisches, der oben beschriebene Nachteil eintreten. Dieser Nachteil kann auch durch eine fehlerhafte Zündung oder eine schlechte Verbrennung des Gemisches im Verbrennungsraum entstehen, sodaß die ( exothermen ) Reaktionen, -welche im Verbrennungsraum nicht stattfinden konnten, im Katalysator vor sich gehen und die Hitze, die im thermischen Prozeß des Motors ( in dem sie normalerweise in Nutzleistung umgewandelt wird ) nicht frei -werden konnte, im Katalysator frei wird.

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Um eine Beschädigung oder Zerstörung des teuren Katalysators zu vermeiden, und um die Gefahr zu umgehen, welche bei einer plötzlichen Stillsetzung des Motors durch eine Behinderung im Auspuffrohr entsteht, werden oder wurden Einrichtungen gebaut, welche dem Fahrer z. B. durch eine Anzeigeleuchte im Armaturenbrett ein Überhitzen des Katalysators anzeigen. Andere Einrichtungen arbeiten mit automatisch operierenden Ventilen, welche den Abgasstrom so umleiten, daß er nicht mehr durch den Katalysator strömt ( automatischer Bypass).

Diese Anzeige-oder Automatik-Einrichtungen basieren normalerweise auf einem Temperaturfühler ( z.B. einem Thermoelement oder einem Widerstandsthermometer ), der in der Katalysatormasse oder stromabwärts von dem Katalysator angeordnet ist. Bei Überschreiten einer bestimmten Sicherheitstemperatur wird ein Signal abgegeben bezw. greift die automatische Einrichtung ein.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß es extrem schwierig ist, einen Temperaturfühler mit genügend schneller Ansprechzeit zu entwickeln, um eine Beschädigung oder Zerstörung des Katalysators zu verhindern. Der poröse Grundstoff, auf ■ dem das Element oder die Verbindung des Katalysators aufgebrachtist, ist sehr leicht und seine spezifische Wärme ist sehr klein. Damit wird der Temperaturanstieg in den beschriebenen Fällen eines plötzlichen Fehlverhaltens des Motors sehr rapide, während der Temperaturfühler mit seinem notwendigen Hitzeschild durch seine ihm innewohnende, thermische Trägheit eine verzögerte Temperaturanzeige hervorruft. Wenn man andererseits den Meßfühler bis auf eine Minia-

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turausführung unter Auslassung seines Hitzeschilds kleiner macht, wird der Fühler zu empfindlich und er wird allzu häufig beschädigt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben aufgeführten Nachteile von Einrichtungen zur Anzeige der Überhitzung des Abgaskatalysators der bekannten Art zu verhindern.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens ein Schalldämpfer zur katalytischen Nachverbrennung des Abgases vorgesehen ist, daß darin ein erster und ein zweiter Einsatz, vom Abgas durchströmt, hintereinander angeordnet sind, daß in den Einsätzen ein festes, aber nicht dichtes Material enthalten ist, wiches von dem Gas durchströmbar ist, daß die Einsätze einem ersten und einem zweiten Druckabfall unterworfen sind, daß der Stoff im zweiten Einsatz aus einem katalytischen Material besteht, daß die Einrichtung eine Meßvorrichtung umfaßt, welche auf die jeweiligen Druckverluste des Gases in den beiden Einsätzen empfindlich reagiert, daß ein Signal von dieser Meßvorrichtung lieferbar ist, "wenn bei einer bestimmten Überhitzung in dem zweiten Einsatz der Druckabfall des Gases auf seinem Weg durch diesen Einsatz einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß anstelle der Gastemperatur der Gasdruck gemessen wird, und es ist offens ichtlich, daß eine Änderung des Gasdrucks gleichzeitig mit einer Änderung der Gastemperatur auftritt.

Wenn der Drucksensor, der damit den Temperaturfühler ersetzt, in einem kurzen, aber ausreichenden Abstand vom Katalysator und von dem Auspuffrohr angeordnet ist, um Schwierig-

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keiten durch hohe Temperaturen zu vermeiden, beträgt die Verzögerung der Anzeige, bedingt durch die Länge der kleinen Rohre, wenige Tausendstel einer Sekunde, da die Druckschwankungen im Gas s ich mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten.

Weiterhin ist es' vorteilhaft, daß der erste und der zweite Einsatz stromaufwärts von dem katalytischen Schalldämpfer im Au s puff sy stern angeordnet und von dem gesamten Motorabgas durchströmbar sind.

Ferner ist es zweckmäßig, daß der erste und der zweite Einsatz in dem katalytischen Schalldämpfer angeordnet sind, wobei das gesamte Motorabgas zuerst den ersten dann den zweiten Einsatz und schließlich das Hauptkatalysatorbett des katalytischen Schalldämpfers durchströmt.

Ferner ist es vorteilhaft, daß der erste und der zweite Einsatz in dem katalytischen Schalldämpfer angeordnet sind, wobei der zweite Einsatz zugleich das Hauptkatalysatorbett des katalytischen Schalldämpfers bildet und das gesamte Motorabgas zuerst den ersten, dann den zweiten Einsatz durchströmt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß der erste und der zweite Einsatz, -welche kleiner sind als der Katalysator des Schalldämpfers, parallel zu dem katalytischen Schalldämpfer in dem Auspuffsystem angeordnet sind, wodurch sich der Abgas strom in zwei Teile verzweigt, deren erster, größer als der zweite, den katalytischen Schalldämpfer durchströmt und deren zweiter zuerst den ersten, dann den zweiten Einsatz durchströmt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß Rohre von kleinem Durchmesser vorgesehen sind, welche den ersten und zweiten Einsatz mit der Vorrichtung zur Messung der Druckgefälle des Abgases bei seiner Strömung durch die Einsätze verbinden, wobei die Vorrichtung

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von den Einsätzen genügend weit entfernt ist und die Zuführungen der kleinen Rohre ober-und unterhalb des ersten und zweiten Einsatzes angeordnet sind.

ferner ist es zweckmäßig, daß der erste und der zweite Einsatz, welche kleiner sind als der Katalysator des Schalldämpfers, in einem einzigen Behälter vereinigt sind, wobei die Zuführungen der beschriebenen kleinen Rohre in die Wände des Behälters eingelassen sind.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die beschriebene Vorrichtung zur Messung der Druckgefälle des Abgases bei dessen Strömung durch die ersten und zweiten Einsätze ein Signal erzeugt, wenn der zweiteDruckabfall den ersten Druckabfall um einen bestimmten Wert überschreitet, wobei die Meßvorrichtung die beiden Druckverluste untereinander vergleicht.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß das Signal eine Anzeigelampe aufleuchten läßt, welche eine zu große Überhitzung des Katalysators erkennbar macht und z. B. im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.

Ferner ist es vorteilhaft, daß das Signal eine akustische Anzeige einer zu großen Überhitzung des Katalysators innerhalb des Fahrzeuginnenraums in Gang setzt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß das Signal eine Ventilvorrichtung regelt , welche den Abgasstrom durch einen Bypass am katalytischen Schalldämpfer vorbeileitet, wenn in diesem eine zu große Überhitzung entsteht, wobei durch diese Umleitung des Abgasstroms durch den Bypass eine Anzeigelampe im Armaturenbrett des Fahrzeugs aufleuchtet, und/oder

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ein akustisches Signal im Fahrzeug ertönt und / oder eine Anzeigeleuchte außen am Fahrzeug aufleuchtet.

Ferner ist es zweckmäßig, daß , gesteuert von der Meßvorrichtung, die Ventilvorrichtung den Bypass am katalytisehen Schalldämpfer öffnen kann und daß sie durch eine andere Vorrichtung schließbar ist, die auf die Motorlast anspricht, vorzugsweise eine mit der Laststeuerung des Motors gekoppelte Vorrichtung , die z. B. mit dem Gaspedal verbunden ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Ventil vor richtung , welche den Abgasstrom durch einen Bypass am katalytischem Schalldämpfer vorbeileitet, zusätzlich durch eine Vorrichtung gesteuert wird, welche auf Signale anspricht, die eine Maß sind für die abgegebene Motorleistung.

Eine weitere, vorteilhafte Einrichtung wird dadurch erreicht , daß die Vorrichtung mit der im Rohr befindlichen Ventilvorrichtung in regelbarer Verbindung steht, ■wodurch die für eine Nachverbrennung notwendige Frischluft den Motorabgasen zugeführt wird , wenn die Ventilvorrichtung im Auspuffsystem oberhalb des katalytischen Schalldämpfers geöffnet ist , wobei die Ventilvorrichtung bei Auftreten des Signals der Vorrichtung von diesem so gesteuert ist, daß die Frischluftzufuhr zu den Abgasen unterbrochen ist.

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Im folgenden sind zum besseren Verständnis einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 1-6 näher beschrieben und erläutert:

Fig. 1. zeigt ein Auspuffs ystem eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, welches mit einem Katalysator ausgerüstet ist,

Fig. 2. stellt zwei vergrößerte Details von Fig. 1. dar,

Fig. ό. und Fig. 4. zeigen schematisch zwei weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 5. zeigt typische Betriebskennlinien der Einrichtung, Fig. 6. stellt eine weitere Ausführungsform schematisch dar.

Fig. 1 zeigt das Schema eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors 10 und umfaßt die Ansaug rohre 11 der einzelnen Zylinder als Komponenten des Ansaugkrümmers 12, die Auspuffrohre 13 und den Auspuffkrümmer 14. Das Rohr des Auspuff krümme rs verzweigt sich in ein Hauptrohr 15 und ein Hilfsrohr 16. Im Hauptrohr 15 sind normalerweise die Schalldämpfer angeordnet, welche hier einfachheitshalber nicht dargestellt sind. Ein Absperrventil 18 befindet sich im Hauptrohr 15 und ist in der Figur nahe dessen Ausgang zur Atmosphäre dargestellt. Dieses Ventil 18 ist über den Hebel 19, gestützt von dem Arm 71, im Drehpunkt 20 drehbar gelagert.

Das Hilfsrohr 16 enthält den katalytischen Haupt-Schalldämpfer 21 und ist in Fig. 1 nur teilweise dargestellt. Der

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Katalysator 22 ist vom. Typ des geschlossenen Katalysators. Ein nicht dargestelltes Absperrventil, ähnlich dem Ventil 18, kann ebenfalls im Hilfsrohr 16 angeordnet sein, nahe dessen Öffnung zur Atmosphäre, und wird so gesteuert, daß es dem anderen Ventil entgegenarbeitet.

Ein Element 23 einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in eine kleine Rohrleitung 17 eingelassen, die von dem Hilfsrohr 16 oberhalb des Haupt-Schalldämpfers 21 abzweigt und unterhalb dieses Schalldämpfers in dasselbe Rohr zurückführt. Das Element 23 besteht aus: einem kleinen Schalldämpfer, der einen ersten Einsatz 24 enthält, gefüllt mit einem indifferenten Material, einer zähen Füllung oder einem permeablen Stoff, der grundsätzlich eine laminare oder viskose Strömung erzwingt, und einem zweiten Einsatz 25 mit einer viskosen Füllung aus katalytischem Material (z.B. ähnlich dem des Katalysators 22). Ein Drucksensor ermöglicht es, die jeweiligen Druckgefälle des Gases in den Einsätzen 24 und 25 zu messen und zu vergleichen. Der Drucksensor 26 ist über das Rohr 27 mit der stromaufwärts liegenden Seite des Einsatzes 24 des Schalldämpfers 23 verbunden, steht über die Rohre 29 und 30 mit der mittleren Zone zwischen den beiden Einsätzen 24 und 25 in Verbindung und ist ebenfalls leitend verbunden mit der stromabwärtigen Seite des Einsatzes mittels des Rohrs 25.

. Der Drucksensor 26 ist mit dem kleinen Schalldämpfer in Fig. 2 im Detail dargestellt. Das Gehäuse des Drucksensors besteht in diesem Fall aus einem Mittelteil 31, der Trennwand und den beiden Deckeln 33 und 34, welche, jeweils die Membranen

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35 und όβ einschließend, an dem Mittelteil Jl angeflanscht sind. Die Membranen 35 und 36 trennen Kammer 37 von Kammer J9 bezw. Kammer j8 von Kammer 40 ab. Die festen Mittelstücke der Membranen 35 und 36 sind durch die Stange miteinander verbunden, welche, gelagert in der Trennwand 32 _f durch diese hindurchführt und den innerhalb des Drucksensors angeordneten Druckknopf-Mikroschalter 42 betätigen kann. Membran 36 besitzt eine Rückstellfeder 4j. Diese Feder wird überflüssig, wenn die relativen Größen der Kammern 24 und 25 passend dimensioniert sind. Der Mikroschalter 42 befindet sich im Versorgungskreis des Magnetventils 44 , welches das Stellglied 45 des Absperrventils 18 im Rohr 19 betätigt, dargestellt in Fig. 1. Fig. 2 zeigt nicht die elektrischen Kabel, die mit dem Mikroschalter 42 verbunden sind und durch den Deckel 33 nach außen führen.

Die Kontaktzunge des Mikroschalters 42 ist über das elektrische Kabel 43 mit der Batterie 47 des Motorfahrzeugs verbunden, während die feste Seite des Mikroschalters mit dem Kabel 48 in Verbindung steht mit der Magnetspule 49 des Relais 50, umfassend zwei parallele Schalter 51 und 52, und über das Kabelende 53 mit der festen Seite des Schalters 51 verbunden ist.

Kabel 54 verbindet die bewegliche Kontaktzunge des Schalters 51 mit der festen Seite des Schalters 55, dessen andere, bewegliche Seite über das Kabel 56 zum Kabel 46 führt. Der Schalter 55 wird vom Gaspedal 57 des Fahrzeugs derartig betätigt, daß er bei nicht getretenem Pedal 57 (Leerlaufstellung) des Fahrzeugs geöffnet ist.

Die Zungenseite de s Schalters 52 ist über das Kabel 58

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mit dem Kabel 46 verbunden. Kabel 59 leitet von der festen Seite dieses Kontakts über die Anzeigeleuchte 77 zur Spule des Magnetventils 44. Der Schalter 60 wird von einer Vorrichtung betätigt (nicht dargestellt), die auf die Motordrehzahl anspricht, so z. B. ein Fliehkraftregler, der bei einer bestimmten, überhöhten Drehzahl den Schalter schließt. Die feste Seite des Schalters 60 ist über das Kabel 61 mit dem Kabel 59 verbunden, und seine bewegliche Seite führt über das Kabel 62 zum Kabel

Das Magnetventil 44 verbindet das kleine Rohr 61 entweder mit dem Lüftungsrohr 72 oder mit der Rohrleitung 63, die vom Einlaßkrümmer 12, stromabwärts von der Vergaserdrossel, abzweigt. Der Druck im Raum 64 des Stellglieds 45 hängt damit von der Stellung des Magnetventils 44 ab, während der Druck im Raum 65 des Stellglieds, der vom letzteren durch die Membran 66 getrennt ist, atmosphärisch ist.

Eine Feder 67 wirkt auf die Membran 66 und die mit ihr fest verbundene Stange 68, die über dem Verbindungsstück 69, demHebelarm 70 und dem Hebel 19 mit dem Ventil 18 verbunden ist.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Wenn der Motor bei kleiner oder mittlerer Last normal läuft, wird das Abgas vom Auspuffkrümmer 14 und dem Hilfsrohr zum katalytischen Haupt-Schalldämpfer 21 geleitet, wo es einer Nachverbrennung unterzogen wird. (Im allgemeinen wird die für die Reaktion notwendige Luft oberhalb des Schalldämpfers zugegeben. ) Ein kleiner Teil des Motorabgases, dessen Mengenstrom von der Dimensionierung der Rohre abhängt, strömt durch die kleine Rohrleitung 17 und durch den kleinen Neben-Schall-

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dämpfer 2 3. Das Gas setzt sich im Einsatz 24 der indifferenten Füllung chemisch nicht um, während es im Katalysator-Einsatz 25 einer Nachverbrennung unterzogen ist.

Die Druckverluste des Gases, welches durch den Katalysator 22 und die Einsätze 24 und 25 strömt, verhalten sich wie bei einer zähen Strömung und sind temperaturabhängig.

Um den Ablauf der Zusammenhänge in der erfindungsgemäßen Einrichtung besser verständlich zu machen, sind im Diagramm von Fig. 5 die Druckverlustkurven der Gass trömung in den Einsätzen 24 und 25 des kleinen Schalldämpfer elements über dem Durchsatz aufgetragen. Die mit ^A p, (T=60ü C) bezeichnete Kurve stellt den Druckabfall des Abgases bei 600 C in dem ersten Einsatz 24 dar, wenn dessen Abmaße von einer bestimmten, bevorzugten Größe sind. Die Kurve ^ ρ (T=650 C) stellt den Druckabfall des Gases im anschließenden Katalysatoreinsatz 25 bei einer Temperatur von 650 C dar.(Die Temperaturzunahme von 600 auf 650 C entsteht bei der katalytischen Nachverbrennung des Gases im Einsatz 25, wenn der Motor normal funktioniert. ) Bei gleichen Volumenströmen durch die beiden Einsätze sind die Druckverluste A. P₁ immer größer als die Druckverluste Δ,ρ » wenn die größenmäßige Zuordnung der Er-Streckung des Einsatzes 24 in Stromrichtung zu der des Einsatzes 25 von einer bestimmten, passenden Art ist. Dementsprechend ist die resultierende Kraft der Drücke auf die Membranen 35 und in Fig. 2 nach unten gerichtet, sodaß die Stange 41 am Ende ihres Hubs am Anschlag 54' ansteht. Die Kurve A P₂ (T=800 C) stellt indessen den Druckabfall des Abgases im Katalysator-Einsatz 25 dar, wenn seine Temperatur durch die Nachverbrennung einer

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großen Menge unverbrannter Stoffe (bedingt durch mangelnde Zündung, einer anormalen Gemischbildung des Motors etc.) 800 C erreicht. DaAp₂ (T=800°C) immer größer ist als Δ ρ. (Τ=600 C), zeigt die Resultierende der Drücke auf den beiden Membranen 35 und 36 in Fig. 2 in diesem Fall nach oben, sodaß die Stange 41 sich nach oben bewegt, den Mikroschalter 42 betätigt und dessen Stromkreis schließt.

Mit Schließen des Stromkreises durch den Mikroschalter 42 erhält die Magnetspule 49 des Relais 50 Batteriestrom über die Kabel 46 und 48, die Schalter 51 und 52 des Relais schließen, das Magnetventil 44 zieht an und verbindet das kleine Rohr 61 mit dem Lüftungsrohr 72 anstelle des Rohrs 63. Wenn die Druckkräfte auf die beiden Seiten der Membran 66 des Stellglieds 45 im Gleichgewicht sind, bewegt sich die Membran unter Einfluß der Feder 67 zusammen mit der Stange 68 nach oben, dreht den Hebelarm 70 und damit das Ventil 18 um den Drehpunkt 20 und öffnet damit den Ausgang des Hauptrohrs 15 zur Atmosphäre.

Das Motor-Abgas strömt s ο unter Umgehung des Schalldämpfers 21 direkt in die Atmosphäre und kommt einer Zerstörung des Katalysators durch Überhitzung zuvor.

Der Schaltkreis des Mikroschalters verhindert, daß Mikroschalter 42 das Ventil 18 nach Umleitung der Strömung sofort wieder öffnet , wenn die Erniedrigung von Temperatur und Druck in den Einsätzen 24 und 25 , die nicht länger durchs trömt werden , plötzlich einsetzt. Es zeigt sich, daß selbst bei fallender Gastemperatur und rückkehrender Membrans tange 41 des Druck sensors 26 in ihre Ruhestellung das Gas weiter durch das Rohr

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strömt, obgleich der Mikroschalter 42 geöffnet hat, bis das Gaspedal 57 zurückgenommen wird. Das geschieht, weil der Schalter 52 geschlossen und die Spule des Magnetventils 44 stromdurchflossen bleiben, solange die Spule 49 des Relais 50 über die Kabel 46, 56, 54 und 53 und die geschlossenen Schalter 51 und 55 (letzterer am Gaspedal) mit der Batterie verbunden sind. Der Schalter 55 ist bei betätigtem Gaspedal geschlossen und öffnet, wenn das Gaspedal zurückgenommen wird.

In der Ausführungsform von Fig. 1 wird der Haupt-Schalldämpfer 21 im Bypass umströmt, und das Ventil 18 läßt den Ausgang des Rohrs 15 zur Atmosphäre offen, auch wenn der Motor - bei normaler Funktion - unter Vollast läuft. Unter diesen Umständen wird der Versorgungs kreis des Magnetventils 44 (Kabel 46, 62, 61 und 59) durch den Schalter 60 geschlossen. Der Schalter 60 wird von einer leis tung s abhängi gen Vorrichtung des Motors betätigt, z. B. von einem Fliehkraftregler, der den Schalter 60 schließt, wenn die Motordrehzahl einen bestimmten Wert überschreitet. In diesem Fall verbindet das Magnetventil 44 zusätzlich das kleine Rohr 61 mit dem Lüfterrohr 72 und löst eine Bewegung der Membran 66 des Stellglieds 45 aus, welche das Ventil 18 öffnet.

Die Anzeigeleuchte 77, welche im Armaturenbrett oder außerhalb des Fahrzeugs angeordnet werden kann, leuchtet auf, wenn das Abgas nicht den katalytischen Schalldämpfer, sondern dessen Bypass durchströmt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen andere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Feststellung der Überhitzung eines Katalysators. In keinem der beiden Fälle ist ein

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kleiner Neben-Schalldämpfer (wie der Schalldämpfer 23 von Fig. 1) vorgesehen, um die Gastemperatur über den Druckabfall zu messen. Stattdessen wird für diesen Zweck der Haupt-Schalldämpfer mit Katalysator verwendet. Schalldämpfer 21 der Fig. 3 besitzt einen Einsatz 76 aus indifferentem Material vor einem Katalysator 73, und der Drucksensor 26 ist mit diesem Schalldämpfer 21 verbunden. Schalldämpfer 21 der Fig. 4 besitzt zwei Einsätze vor dem eigentlichen Katalysator, einen Einsatz 74 mit indifferentem Material und einen, 75, mit katalytischem Stoff. Der Drucksensor ist derartig mit dem Schalldämpfer 21 verbunden, daß er den Druckabfall in den Einsätzen 74 und 75 mißt.

Fig. 6 stellt eine andere Ausführungsform des Auspuffsystems von Fig. 1 dar, und ähnliche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Motor 10 besitzt in diesem Fall nur ein Auspuffrohr 78 mit einem katalytischen Schalldämpfer 21 und u.U. zusätzlichen Dämpfern. Die Abgase strömen also durch den Schalldämpfer 21, bevor sie an die Atmosphäre ausgestoßen werden. Eine derartige Lösung ist viel einfacher als die von Fig. 1 und -wird vorzugsweise verwendet, wenn das katalytisch^ Material größere thermische Belastungen ertragen kann, die infolge permanenter Durchs tr öiming der Abgase durch den Katalysator entstehen, und wenn größere Abgasgegendrücke des Auspuffsystems oberhalb des Schalldämpfers bei höheren Lastzuständen , d. h. bei größeren Durchsatzmengen aufgenommen werden können.

Die für die Nachverbrennung benötigte Luft wird vor dem

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Motor entnommen und oberhalb des Schalldämpfers dem Abgas zugegeben. In der dargestellten Ausführungsform wird eine Verdrängerpumpe 79 benutzt, welche durch das Rohr 80 Luft an einer Stelle zwischen Luftfilter 81 und Drosselklappe 82 aus dem Ansaugsammelrohr saugt.

Das Druckrohr 8 3 der Verdrängerpumpe 79 mündet in ein Dreiwegeventil 84, welches schematisch dargestellt ist. Das Ventil ist mit der Luftleitung 85 verbunden, von der die einzelnen Luftzuführungen 86 abzweigen und jeweils in die Auspuffrohre Ii des Motors münden. Die Bypassleitung 87 der Pumpe 79 ist ebenfalls an die Luftleitung 85 angeschlossen. Spule 88 steuert elektrisch das Ventil 84 und ist über Kabel 89 und 59 mit der Anzeigeleuchte 77 verbunden.

In diesem Fall wird das Signal, welches ein Überhitzen des Katalysators 22 anzeig t, vom Druckmesser 26 kommtiund die Anzeigeleuchte 77 aufleuchten läßt, dazu benutzt, das Magnetventil 84 zu betätigen.

Solange die Nachverbrennung der Abgase im Dämpfer normal abläuft, geht kein Signal vom Drucksensor 26 aus, ist die Ventilspule 88 nicht erregt und die Bypassleitung 87 ist vom Ventil 84, welches die Luftleitung 85 mit der Druckleitung 83 ( der Pumpe 79) verbindet, geschlossen: Dem vom Motor gelieferten Abgas wird die für eine Nachverbrennung im Schalldämpfer 21 notwendige Frischluft zugeführt.

Verläuft die Nachverbrennung der Gase im katalytischen Schalldämpfer anormal, was z. B. durch einen Überschuß runverbrannter Komponenten im Abgas, bedingt durch eine

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fehlerhafte Gemischbildung (Überfettung) vor dem Ansaugen des Gemisches, hervorgerufen werden kann, so erzeugt der Sensor 26 ein Signal, welches den Schalter 42 schließt, wodurch das anziehende Relais 50 die Magnetspule 88 des Dreiwegeventils 84 sowie die Anzeigeleuchte 77 mit Strom versorgt.

Das Ventil 84 sperrt dann die Luftleitung 85 und verbindet Druck-und Saugseite der Pumpe 79 über die Bypassleitung 87.

Die Einführung von Frischluft in das Abgas ist unterbrochen, und die dem Schalldämpfer zuströmenden Gase enthalten keinen für eine Nachverbrennung notwendigen Sauerstoff mehr. Damit werden die oxydierenden Reaktionen im Dämpfer beendet und jedwede Beschädigung des Katalysators durch Überhitzung kann nicht stattfinden.

Derselbe elektrische Strom, der die Magnetspule 88 induziert, läßt die Anzeigeleuchte 77 aufleuchten und informiert damit den Fahrer über die bereits stattgefundene Unterbrechung der Nachverbrennungs-Frischluftzufuhr zu den Auspuffgasen. Die Frischluft zirkuliert zur Saugseite der Pumpe zurück, solange sie für eine Nachverbrennung den Abgasen nicht beigemengt wird, bis der elektrische Schaltkreis z. B. durch eine Rücknahme des Gaspedals 57 stromlos wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Messung einer zu großen Überhitzung eines Katalysators ( 22; 25; 73; 75) in dem Schalldämpfer (21;23) des Auspuffsystems (13; 14; 16) eines Verbrennungsmotors (10), insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schalldämpfer (21;23) zur katalytischen Nachverbrennung des Abgases vorgesehen ist, daß darin ein erster (24;74;76) und ein zweiter Einsatz (25;73;75) vom Abgas durchströmt, hintereinander angeordnet sind, daß in den Einsätzen (24;25; 73;74;75;76) ein festes, aber nicht dichtes Material enthalten ist, welches von dem Gas durchströmbar ist,daß die Einsätze einem ersten und einem zweiten Druckabfall unterworfen sind, daß der Stoff im zweiten Einsatz (25;73;75) aus einem katalytischen Material besteht, daß die Einrichtung eine Meßvorrichtung (26) umfaßt, welche auf die jeweiligen Druckverluste des Gases in den beiden Einsätzen empfindlich reagiert, daß ein Signal von dieser Meßvorrichtung (26) lieferbar ist, wenn bei einer bestimmten Überhitzung in dem zweiten Einsatz (25;73;75) der Druckabfall des Gases auf seinem Wsg durch diesen Einsatz einen vorbestimmten Wert überschreitet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (24) und der zweite Einsatz (25) stromaufwärts von dem. katalytischen Schalldämpfer (21) im Auspuffsystem angeordnet und von dem gesamten Motorabgas durchströmbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (74) und der zweite Einsatz (75) in dem

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katalytischem Schalldämpfer (21) angeordnet sind, wobei das gesamte Motorabgas zuerst den ersten (74), dann den zweiten Einsatz (75) und schließlich das Hauptkatalysator bett (22) des katalytischen Schalldämpfers (21) durchströmt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der/ erste (76) und der zweite Einsatz (73) in dem katalytischen Schalldämpfer (21) angeordnet sind, wobei der zweite Einsatz (73) zugleich das Hauptkatalysatorbett (22) des katalytischen Schalldämpfers (21) bildet und das gesamte Motorabgas zuerst den ersten (76), dann den zweiten Einsatz (73) durchströmt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (24) und der zweite Einsatz (25), welche kleiner sind als der Katalysator {22) des Schalldämpfers (21), parallel zu dem katalytischen Schalldämpfer (21) in dem Auspuffsystem angeordnet sind, wodurch sich der Abgasstrom in zwei Teile verzweigt, deren erster, größer als der zweite, den katalytischen Schalldämpfer (21) durchströmt und deren zweiter zuerst den ersten (24), dann den zweiten Einsatz (25) durchströmt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß Rohre (27; 28;29; 30) von kleinem Durchmesser vorgesehen sind, welche den ersten (24) und zweiten Einsatz (25) mit der Vorrichtung (26) zur Messung der Druckgefälle des Abgases bei seiner Strömung durch die Einsätze (24;25) verbinden, wobei die Vorrichtung (26) von den Einsätzen (24;25) genügend weit entfernt ist und die Zuführungen

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der kleinen Rohre (27;28;29;30) ober-und unterhalb des ersten (24) und zweiten Einsatzes (25) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste (24) und der zweite Einsatz (25)t welche kleiner sind als der Katalysator des Schalldämpfers (21), in einem einzigen Behälter (23) vereinigt sind, wobei die Zuführungen der beschriebenen kleinen Rohre (27;28;29;30) in die Wände des Behälters (23) eingelassen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebene Vorrichtung (26) zur Messung der Druckgefälle des Abgases bei dessen Strömung durch die ersten (24;74;76) und zweiten Einsätze (25;73j75) ein Signal erzeugt, wenn der zweite Druckabfall den ersten Druckabfall um einen bestimmten Wert überschreitet, "wobei die Meßvorrichtung (26) die beiden Druckverluste untereinander vergleicht.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal eine Anzeigelampe (77) aufleuchten läßt, welche eine zu große überhitzung des Katalysators (22;25;73;75) erkennbar macht und z. B. im Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal eine akustische Anzeige einer zu großen Überhitzung des Katalysators (22;25;73;75) innerhalb des Fahrzeug-Innenraums in Gang setzt.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich-, net, daß das Signal eine Ventilvorrichtung ( 44 )regelt, welche den Abgasstrom durch einen Bypass (15) am katalytischen

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Schalldämpfer (21) vorbeileitet, wenn in diesem eine zu große Überhitzung entsteht, wobei durch diese Umleitung des Abgasstroms durch den Bypass (15) eine Anzeigelampe (77) im Armaturenbrett des Fahrzeugs aufleuchtet, und/oder ein akustisches Signal im Fahrzeug ertönt, und/ oder eine Anzeigeleuchte außen am Fahrzeug aufleuchtet.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß, gesteuert von der Meßvorrichtung (26), die Ventilvorrichtung (44) den Bypaß (15) am katalytischen Schalldämpfer (21) öffnen kann und daß sie durch eine andere Vorrichtung schließbar ist, die auf die Motorlast anspricht, vorzugsweise eine mit der Laststeuerung des Motors gekoppelte Vorrichtung, die z. B. mit dem Gaspedal (57) verbunden ist.

Ii. Einrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (44), welche denAbgasstrom durch einen Bypass (15) am katalytischen Schalldämpfer (21) vorbeileitet, zusätzlich durch eine Vorrichtung gesteuert wird, welche auf Signale anspricht, die ein Maß sind für die abgegebene Motorleistung.

14. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (26) mit der im Rohr (85) befindlichen Ventilvorrichtung (84) in regelbarer Verbindung s teht, wodurch die für eine Nachverbrennung notwendige Frischluft den Motorabgasen zugeführt wird, wenn die Ventilvorrichtung (84) im Auspuffsystem oberhalb des katalytischen Schalldämpfers (21) geöffnet ist, wobei die Ventilvorrichtung (84) bei Auftreten des Signals der Vorrichtung (26) von diesem s ο gesteuert ist, daß die Frischluftzufuhr zu den Abgasen unterbrochen ist.

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