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Katalytisches Konvertersystern ir einen Innenverbrenntmgsmotor Die
Erfindung betrifft ein neues katalytisches Konverter system für einen Innenverbrennungsmotor;
sie betrifft ins besondere ein katalytisches Konvertersystem für die kata lytische
Umwandlung der in dem von Innenrerbrennungsmotoren abgegebenen Auspuffgas enthaltenen
schädlichen Komponenten in unschädliche Verbindungen, um eine Abgabe der schädlichen
Komponenten in die Atmosphäre und dadurch eine Verschmutzung der Atmosphäre zu verhindern.
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Bekanntlich tinifaßt ein typisches katalytisches Konvertersystem einen
Katalysatorabsehnitt erster Stufe, der in der Motorauspuffgasleitung angeordnet
ist und einen geeigneten Reduktionskatalysator enthält, sowie einen Katalysatorabschnitt
zweiter Stufe, der in der Auspuffgasleitung an einer
Stelle stromabwärts
des Katalysatorabschnittes erster Stufe angeordnet ist und einen geeigneten Oxydationskatalysator
enthält. In dem Katalysatorabschnitt erster Stufe werden die in dem Motorauspuffgas
enthaltenen Stickstoffoxyde (NOx) im Kontakt mit dem Reduktionskatalysator und in
Gegenwart von Kohlenmonoxyd (CO) katalytisch reduziert entsprechend der folgenden
Gleichung:
In dem Katalysatorabschnitt zweiter Stufe werden die in dem Auspuffgas enthaltenen
Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxyd (CO) im Kontakt mit dem Oxydationskatalysator
und in Gegenwart von Sauerstoff katalytisch oxydiert entsprechend den jeweiligell
Gleichungen:
(nicht-stöchiometrisch).
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Der in dem Katalysatorabschnitt zweiter Stufe verbrauchte Sauerstoff
stammt aus einer vor dem Kontakt mit dem Katalysator in das Auspuffgas eingeführten
Sekundärluft oder einem I,uftüberschuß im Vergleich zu dem Treibstoff, wobei die
Luft während des Bremsvorganges in den Motor eingesaugt wird, welcher den Katalysatorabschnitt
erster Stufe passiert, ohne darin verbraucht zu werden.
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In einem solchen katalytischen Konvertersystem muß, wenn es sich bei
dem in dem Katalysatorabschnitt erster Stufe enthaltenen Reduktionskatalysator um
ein Metall, wie z.B. Monelmetall, d.h. eine Ni-Cu-Fe-Legierung, handelt, der Sauerstoff
gehalt des in den Katalysatorabschnitt erster Stufe eingeführten Motorauspuffgases
auf einen Wert unterhalb eines sehr niedrigen Wertes, von beispielsweise 1 %, begrenzt
werden. Zweck dieser Maßnahme ist es, zu verhindern, daß der
etallische
Reduktionskatalysator spröde wird und zerbricht, wem er in Gegenwart von Sauerstoff
einer hohe Temperatur ausgesetzt ist Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher,
ein neues und verbessertes katalytisches Konvertersystem anzugeben, in dem ein e
einen Reduktionskatalysator enthaltender Abschnitt mit dem Motorauspuffgas beschickt
wird, das keinen Sauerstoff oder einen auf einen Wert unterhalb eines vorher fest-gelegten
Wertes verminderten Sauerstoffgehalt aufweist.
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Gegenstand der Erfindung ist ein katalytisches Konvertersystem für
einen Innenverbrennungsmotor, das gekennzeichnet ist durch einen Rediikt ionskatalysator
abschnitt, der einen Reduktionskatalysator enthält und in einer Motorauspuffgasleitung
angeordnet ist, zum katalytischen Reduzieren der Stickstoffoxyde in dem Motorauspuffgas,
einen Oxydationskatalysatorab schnitt, der einen Oxydationskatalysator enthält und
in der Abgasleitung an einer Stelle stromabwärts des Reduktionskatalysatorabschnittes
angeordnet ist, zum katalytischen Oxdieren der in dem Auspuffgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe
und von Kohlenmonoxyd sowie einen zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt, der
einen Oxydationskatalysator enthält und in der Abgasleitung an einer Stelle stromaufwärts
des Redullionskatalysatorabschnittes angeordnet ist, zum katalytischen Oxydieren
eines Teils der in dem Auspuffgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds
unter Verbrauch des Sauerstoffs in dem Auspuffgas, um den Sauerstoffgehalt des in
den Reduktionskatalysatorabschnitt eingeführten Auspuffgases auf einen Wert unterhalb
eines vorher festgelegten Wertes herabzusetzen.
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Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen hervor.
Dabei zeigen: = Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen katalytischen Konvertersystems, Fig. 2 eine schematische
Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen katalytischen
Konvertersystems und Fig. 3 eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen katalytischen Konvertersystems.
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In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes katalytisches Konvertersystem
10 dargestellt, das in das Auspuffsystem (Abgassystem) eines Innenverbrennungsmotors
12 eingebaut ist, welches in üblicher Weise einen Auspuffgassammler 14, der von
einer Verbrennungskammer (nicht dargestellt) des Motors 12 ausgeht, ein Auspuffrohr
oder eine Auspuffleitung 16, die mit dem Auspuffgassammler 14 in Verbindung steht
und über einen Topf oder einen Schalldämpfer 18 zur äußeren Atmosphäre hin geöffnet
ist, umfaßt.
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Das katalytische Konvertersystem 10 umfaßt einen Reduktionskatalysatorabsclmitt
22, der in der Auspuffgasleitung 16 angeordnet ist und einen geeigneten Reduktionskatalysator
(nicht dargestellt) enthält, der die Reduktion der Stickstoffoxyde in dem Motorauspuffgas
katalytisch aktiviert, einen Oxydationskatalysatorabschnitt 24, der in der Auspuffgasleitung
16 an einer Stelle stromabwärts des Reduktionskatalysatorabschnittes 22 angeordnet
ist, der einen geeigneten Oxydationskatalysator (nicht dargestellt) enthält, welcher
die Oxydation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds in dem jXuspuffgas katalytisch
aktiviert, und einen zusätzlichen
Oxydationskatalysatorabschnitt
26, der in der Auspuff'asleitung 16 an einer Stelle stromaufwärts des Reduktionskatalysatorabschnittes
22 angeordnet ist, der einen geeigS net en Oxydat ionskat alysator (nicht dargestellt)
enthält, welcher die Oxydation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlen monoxyds in
dem Auspuffgas katalytisch aktiviert (fördert) unter Verbrauch des Sauerstoffs in
dem Auspuffgas, um den Sauerstoffgehalt desselben auf einen Wert unterhalb eines
vorher festgesetzten Wertes, beispielsweise sogar auf Null, herabsetzt, umfaßt.
Zur Einführung von Sekundärluft in die Auspuffgasbeschickung fis den zusätzlichen
Oxydationskatalysatorabschnitt 26 ist eine erste Luftpumpe 28 vorgesehen.
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Die Luftpumpe 28 pumpt oder trägt Sekundär luft in -ein erstes Sekundärluft-Dreiwege-Kontrollventil
30 aus durch eine Leitung 32, die eine Auslaß- oder Austragsöffnung 34 der Pumpe
28 mit einer Einlaßöffnung 36 des Ventils 30 verbindet. Eine Einlaß- oder Ansaugöffnung
30 der Luftpumpe 28 kann mit einem Luftreiniger (nicht dargestellt) des Motors 12
durch eine Leitung 57, wie in Fig. 1 angegeben, verbunden sein. Das Kontrollventil
30 kann so gesteuert werden, daß es Sekundärluft in eine der Leitungen 38 und 40
einführt, die mit den Auslaßöffnungen 42 bzw. 44 des Ventils 30 verbunden sind.
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Das Kontrollventil (Steuerventil) 30 wird durch ein Solenoid (nicht
dargestellt) betrieben, das mit einer elektrischen Energiequelle 50, beispielsweise
einer Batterie, über einen Schalter 52 elektrisch verbunden ist, der auf die Temperatur
des Motors 12 anspricht. Die Motortemperatur wird gemessen oder geprüft mittels
eines Faktors, wie z.B. die Temperatur des Motorkühlrnittels oder des Motoröls (nicht
dargestellt).
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Der-Schalter 52 ist normalerweise offen, um das Solenoid während des
normalen Motorbetriebs abzuschalten, wenn die Temperatur des-Motors 12 höher ist
als ein vorher festgelegter Wert, der beispielsweise. 6000 betragen kann, und er
wird geschlossen, um das Solenoid einzuschalten, wenn der Motor kalt läuft, d.h.
wenn die Temperatur des Motors 12 niedriger
als der vorher festgelegte
Wert ist. Das Kontrollventil 30 wird so bedient, daß es eine Verbindung zwischen
den Leitungen 32 und 38 und eine Sperrverbindung zwischen den Leitungen 32 und 40
während des normalen htotorbetrlebs herstellt1 und es wird umgeschaltet, um eine
Verbindung zwischen den Leitungen 32 und 40 und eine Sperrverbindung zwischen den
Leitungen 32 und 38 herzustellen, während der Motor kalt läuft. Die Leitungen 38
und 40 sind mit Verengungen oder oeffnungen 46 und 48 versehen, welche die durch
die Leitungen 38 und 40 fließenden jeweiligen Luft ströme begrenzen oder dosieren.
Der Durchmesser oder die Querschnittsfläche der Öffnung 46 wird so festgelegt, daß
die Sekundärluft in-einer bestimmten Menge in das Auspuff gas bis zu einem vorher
festgelegten Wert so eingeführt wird, daß die Bedingung erfüllt ist, daß nur ein
Teil Jeweils der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds in dem Auspuffgas in
dem zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt 26 katalytisch oxydiert wird und
daß als Folge davon der gesamte Sauerstoff oder ein größerer Teil des Sauerstoffs
in dem Auspuffgas mit dem durch die Sekundärluft zugeführten Sauerstoff in dem zusätzlichen
Oxydationskatalysatorabschnitt 26 vollständig verbraucht wird, um den Sauerstoffgehalt
in dem Auspuffgas auf einen Wert unterhalb eines vorher festgelegten Wertes, beispielsweise
sogar auf 0, herabzusetzen. Obgleich der Durchmesser oder die Querschnittsfläche
der Öffnung 48 in entsprechender Weise zu derjenigen der Öffnung 46 wie oben angegeben
festgelegt wird, wird er (sie) außerdem dadurch bestimmt, daß die Menge der in das
Auspuffgas eingeführten Sekundärluft eine weitere Bedingung erfüllt, wonach deshalb,
weil die Konzentrationen der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds stark erhöht
und der Sauerstoffgehalt in dem Auspuffgas niedrig sind während der Motor kalt läuft,
während des kalten Laufens des Motors eine größere Menge an Sekundär luft in das
Auspuffgas eingeführt wird als sie der in das Auspuffgas während des normalen Motorbetriebs
einZ
geführten Sekundärluft entspricht, so daß die Oxydationsreaktion
in dem zusätzlichen Oxydat ionskat alys atorab schnitt 26 aktiviert (gefördert)
wird, um die Temperatur des AuspufRgases schnell zu erhöhen, wodurch bewirkt wird,
daß die Reduktions- zu ons- und Oxydationskatalysatoren in den Reclukt ions- und
Oxydationskatalysatorabschnitten 2 22 und 24 schnell ihre katalytisch wirksamen
oder aktiven Temperaturen orreichan und gleichzeitig die Belastung des Oxydationskatalysatorabschnittes
24 verringert wird. Daher soll der Durchmesser oder die Querschnittsfläche der Öffnung
48 größer sein als diejenige der Öffnung 46. Die Leitungen 38 und 40 sind mit einer
Leitung 54 verbunden, die mit einer Einlaßöffnung 58 eines Sekundärluft-Dreiwege-Kontrollventils
56 in Verbindung steht. Das Kontrollventil 56 kann so betätigt werden, daß es Sekundärluft
in eine der Leitungen 60 und 62 einführt, die jeweils mit den Auslaßöffnungen 64
und 65 des Ventils 56 in Verbindung stehen. Das Kontrollventil 56 wird durch ein
Solenoid (nicht dargestellt) betätigt, das mit einer elektrischen Energiequelle,
beispielsweise einer Batterie 68, über einen Schalter 70 elektrisch verbunden ist,
der entsprechend der Verlangsamung (Verzögerung) des Motors 12 betätigt wird. Der
Schalter 70 ist normalerweise offen, um das Solenoid auszuschalten, und er ist geschlossen,
um das Solenoid einzuschalten während der Verzögerung (Abbremsung) des Motors 12.
Das Kontrollventil 56 wird so betätigt, daß es eine Verbindung zwischen den Leitungen
54 und 60 und eine Sperrverbindung zwischen den Leitungen 54 und 62 während des
normalen Motorbetriebs herstellt, wenn das Solenoid ausgeschaltet ist, und es wird
umgeschaltet, so daß es eine Verbindung zwischen den Leitungen 54 und 62 und eine
Sperrverbindung zwischen den Leitungen 54 und 60 während der Motorverlangsamung
(-abbremsung) herstellt, wenn das Solenoid eingeschaltet ist. Die Leitung 60 ist
mit einer Luftgalerie
oder einem Luftverteilungsrohr oder -leitung
72 verbunden, die (das) eine Vielzahl von Sekundärlufteinführungsdüsen 74 aufweist,
die sich in den Auspuffgassammler 14 an Stellen öffnen, die den Auspuffgasöffnungen
(nicht dargestellt) des Motors 12 zur Einführung der Sekundärluft in den Auspuffgassammler
14 benachbart sind. Die Leitung 62 ist zur äußeren Atmosphäre hin geöffnet oder
sie kann mit der Leitung 37 verbunden sein, welche den Luftreiniger und die Ansaugöffnung
35 der Pumpe 28 miteinander verbindet. Zur Einführung von Sekundärluft in die Auspuffgasbeschickung
für den Oxydationskatalysatorabschnitt 24 ist eine zweite Luftpumpe 76 vorgesehen.
Die Luftpumpe 76 pumpt oder trägt Sekundärluft in die Auspuffgasleitung 16 an einer
Steile zwischen dem Reduktionskatalysatorabschnitt 22 und dem Oxydationskatalysatorabschnitt
24 aus durch eine Leitung 78, die mit einer Auslaß- oder Austragsöffnung 80 der
Luftpumpe 76 verbunden ist. Die Menge der durch die Leitung 78 zugeführten Sekundärluft
sollte ansreichen, um die Gesamtmenge an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in
dem Auspuffgas katalitisch zu oxydieren. Jede der Luftpumpen 28 und 76 kann durch
den Motor 12 oder irgendeine andere geeignete Einrichtung, beispielweise einen Elektromotor,
angetrieben werden.
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Der Betrieb des so aufgebauten erfindungsgemäßen katalytischen Konv,ertersystems
10 erfolgt wie nachfolgend angegeben: Wenn der Motor 12 sich im normalen Betriebszustand
befindet, sind die Schalter 52 und 70 offen, so daß das Kontrollventil 30 eine Verbindung
zwischen den Leitungen 32 und 38 herstellt und das Kontrollventil 56 eine Verbindung
zwischen den Leitungen 54 und 60 herstellt4 Die aus der Luftpumpe 28 ausgetragende
Sekundärluft wird durch die Öffnung 46 in dosierter Form eingeführt. Dadurch wird
eine verhältnismäßig geringe Menge an Sekundärluft, die nicht ausreicht, um die
Gesamtmengen an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in dem Motorauspuffgas
in
dem Oxydationskatalysatorabschnitt 26 katalytisch zu oxydieren, durch die Einführungsdüsen
74- in den Auspuffgassammler14 eingeführt und mit dem von dem Motor 12 abgegebenen
Auspuffgas gemischt. Das Auspuffgas mit dem Sauerstoff aus der zugegebenen Sekundärluft
wird in den zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt 26 ei.nxeführt und ein Teil
der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds in dem Auspuffgas wird durch Umsetzung
mit dem Sauerstoff indem Auspuffgas durch Kontakt mit dem Oxydationskatalysator
katalytisch oxydiert und unschädlich gemacht. Diese Reaktionen können wie folgt
dargestellt werden:
(nicht-stöchiometrisch)
(nicht-stöchiometisch) Als Folge davon wird der gesamte Sauerstoff oder der größere
Teil des Sauerstoffs in dem in den Oxydationskatalysatorabschnitt 26 eingeführten
Auspuffgas vollständig verbraucht, um den Sauerstoffgehalt in dem Auspuffgas auf
einen Wert unterhalb eines vorher festgelegten Wertes, sogar bis auf 0, zu verringern,
wobei ein Teil der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds in dem Auspuffgas in
nicht-umgesetzter Form zurückbleibt und Kohlenmonoxyd gebildet wird. Auf diese Weise
wird das Auspuffgas mit einem hohen Kohlenmonoxydgehalt und, einem extrem niedrigen
Sauerstoffgehalt oder mit einem Sauerstoffgehalt von 0 in den Reduktionskatalysatorabschnitt
22 eingeführt und sämtliche Stickstoffoxyde in dem Auspuffgas werden durch Umsetzung
der Stickstoffoxyde mit Kohlenmonoxyd in dem Auspuffgäs durch Kontakt der Sticksboffoxyde
mit dem Reduktionskatalysator katalytisch reduziert und unschädlich gemacht, wie
oben angegeben, was durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
Das aus dem Reduktionskatalysatorabschnitt 22 abgeführte Auspuffgas
enthält
keine Stickstoffoxyde. In die Auspuffgasleitung 16 wird durch die Leitung 78 die
von der TüftiurW() 76 abgegebene Sekundärluft eingeführt und mit dem Auspuff gas
aus dem Reduktionskatalysatorabschnitt 22 gemischt. Das Auspuffgas mit dem mit der
Sekundärluft zugesetzten Sauersto£ wird in den Oxydationskatalysatorabschnitt 24
eingeführt und die Gesamtmengm an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in dem Auspuffgas
werden durch Umsetzung mit dem Sauerstoff in dem Auspuffgas durch Kontakt mit dem
Oxydationskatalysator vollständig katalytisch oxydiert und, wie oben angegeben,
unschädlich gemacht, was durch die folgenden Reaktionen ausgedrückt werden kann:
Wenn der Motor 12 abgebremst (verlangsamt) wird, wird der Schalter 70 geschlossen,
so daß das Kontrollventil 56 ungeschaltet wird, so daß es eine Verbindung zwischen
den Leitungen 54 und 62 und eine Blockverbindung zwischen den Leitungen 54 und 60
herstellt. Als Folge davon wird die dem Kontrollventil 56 zugeführte Sekundärluft
in die Außenatmosphäre abgegeben oder sie wird durch die Leitung 62 in die Leitung
37 zurückgeführt und dementsprechend wird keine Sekundärluft in den Auspuffgassammler
14 eingeführt. Damit wird verhindert, daß der Sauerstoffgehalt in dem in den Reduktionskatalysatorabschnitt
22 eingeführten Auspuffgas übermäßig hoch ist wodurch verhindert wird, daß der Reduktionskatalysator
spröde (brüchig) wird und während des Motorbremsvorganges beschädigt (beeinträchtigt)
wird, wenn der Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxydgehalt einerseits und der Sauerstoffgehalt
andererseits in dem Motorauspuffgas beide hoch sind.
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Während des Betriebs des Motors im kalten Zustand, wenn die Temperatur
des Motors unterhalb derjenigen eines vorher festgelegten Wertes, beispielsweise
von 600C, liegt, wird der Schalter 52 geschlossen, so daß das Kontrollventil 30
ungteschaltet
wird und eine Verbindung zwischen den Leitungen
32 und 40 und eine Sperrverbindung zwischen den Leitungen 32 und 38 herstellt. Die
von der Luftpumpe 28 abgegebene Sekundärluft wird in dosierter Form durch die Öffnung
48 eingeführt. Dadurch wird eine verhältnismäßig große Menge an Sekundärluft im
Vergleich zu der während des normalen Motorbetriebs eingeführten Sekundärluft, die
jedoch nicht ausreicht, um die Gesamtmengen an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd
in dem Motorauspuffgas in dem zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt 26 katalytisch
zu oxydieren und welche die oben angegebene weitere Anforderung erfüllt, durch die
Einführungsdüsen 74 eingeführt und mit dem von dem Motor 12 abgegebenen Auspuffgas
gemischt. Das Auspuffgas mit dem durch die Sekundärluft zugegebenen Sauerstoff wird
in den zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt 26 eingeführt und ein Teil der
Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds in dem Auspuffgas wird katalytisch oxydiert
und unschädlich gemacht, um den Sauerstoffgehalt in dem Auspuffgas auf einen Wert
unterhalb eines vorher festgelegten Wertes, beispielsweise sogar auf 0 herabzusetzen.
Alle Stickstoffoxyde in dem aus dem Oxydationskatalysatorabschnitt 26 ausgetragenen
Auspuffgas werden in dem Reduktionskatalysatorabschnitt 22 katalytisch reduziert
und unschädlich gemacht. in das aus dem Reduktionskatalysatorabschnitt 22 ausgetragene
Auspuffgas wird Sekundärluft eingeführt. Die Gesamtmenge an Kohlenwasserstoffen
und Kohlenmonoxyd in dem Auspuffgas mit dem durch die Sekundärluft zugeführten Sauerstoff
wird in dem Oxydationskatalysatorabschnitt 24 katalytisch oxydiert und unschädlich
gemacht.
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In der Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
katalytischen Konvertersystems dargestellt, ds sich von dem in der Fig. 1 dargestellten,
katalytischen Konvertersystem 10 dadurch unterscheidet, daß die Sekundärluft alternativ
durch eine einzige Luftpumpe 82 an einer Stelle zwischen dem Reduktionskatalysatorabschnitt
22 und dem Oxydationskatalysatorabschnitt
24 in den Auspuffgassammler
14 und die Auspuffgasleitung 16 eingeführt wird. Wie angegeben, werden gleiche Komponentenelemente
durch die gleichen Bezugszlffern wie in der Fig. 1 bezeichnet. In dem in der Fig.
2 dargestellten katalytischen Konvertersystem gibt eine Luftpumpe 82 durch eine
Leitung 86, die mit einer Austrägs<Jffnun'£ 88 der Pumpe 82 in Verbindung steht,
Sekundärluft an ein Sekundärluft-Dreiwege-Kontrollventil 84 ab. Das Kontrollventil
84 wird so betätigt, daß es alternativ Sekundärluft in die Leitungen 90 und 92 einführt,
die jeweils mit einer Luftgalerie 93 ähnlich der Luftgalerie 72 der Fig. 1 und mit
der Auspuffgasleitung 16 an einer Stelle zwischen dem Reduktionskatalysatorabschnitt
22 und dem Oxydationskatalysatorabschnitt 24 in Verbindung stehen. Das Kontrol1.ventil
84 wird durch ein Solenoid (nicht dargestellt) betätigt, das mit einer elektrischen
Energiequelle 94, beispielsweise einer Batterie, über einen Schalter 96 ähnlich
dem Schalter 52 der Fig. 1 verbunden ist. Das Kontrollventil 84. wird so betätigt,
daß es eine Verbindung zwischen den Leitungen 86 und 90 und zwischen den Leitungen
86 und 92 herstellt, so daß sowohl in den Auspuffgassammler 14 als auch in die Auspuffgasleitung
16 an einer Stelle zwischen dem Reduktionskatalysatorabschnftt 22 und dem Oxydationskatalysatorabschnitt
24 24 Sekundärluft eingeführt wird, wenn der Motor kalt Iäuft, d.h. wenn die Temperatur
des Motors 12 unterhalb eines vorher festgesetzten Wertes, beispielsweise unterhalb
600C, liegt, und es wird umgeschaltet, um eine Verbindung zwischen den Leitungen
86 und 92 und eine Sperrverbindung zwischen den Leitungen 86 und 90 herzustellen,
so daß Sekundärluft nur in die Auspuffgasleitung 16 an einer Stelle zwischen den
Katalysatorabschnitten 22 und 24 eingeführt wird, während des normalen Motorbetriebs,
d.h. wenn die Temperatur des Motors 12 höher ist als der vorher festgelegte Wert.
Der Sauerstoff für die katalytische Oxydation eines Teils sowohl der Kohlenwasser
stoffe als auch des Kohlenmonoxyds in dem Motorabgas in dem
zusätzlichen
Oxydationskatalysatorabschnitt 26 stann-st aus dem Abgas mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt'
vzcllrend tles normalen Motorbetriebs. Die Leitung 90 ist mit einer Öffn,u 98 versehen,
die einen Durchmesser oder eine Querschnittsfläche aufweist, der (die) so festgelegt
wird, daß die Neflge der in den Auspuffgassammler 14 eingeführter Sekundärluft begrenzt
oder auf einen vorher festgelegten Wert eingestellt wird, um die Bedingung zu erfüllen,
daß nur ein Teil jeweils der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds in dem Auspuffgas
in dem zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt 20 katalytisch oxydiert wird,
so daß der gesamte Sauerstoff oder der größere Teil des Sauerstoffs in dem Auspffgas
mit dem durch die Sekundärluft zugeführten Sauerstoff in dem zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt
26 verbraucht wird, wodurch der Sauerstoffgehalt in dem Auspuffgas auf einen Wert
unterhalb eines vorher festgelegten Wertes, sogar auf den Wert 0 herabgesetzt wird,
und eine weitere Bedingung ist die, daß die Oxydationsreaktion in dem zusätzlichen
Oxydationskatalysatorabschnitt 26 gefördert (aktiviert) wird, um die Temperatur
des Auspuffgases zu erhöhen, wodurch bewirkt wird, daß die Oxydations-, Reduktions-
und Oxydationskatalysatoren in den Oxydations-, Reduktions- und Oxydationskatalysatorabschnitten
26, 22 und 24 schnell ihre.katalytisch wirksamen oder aktiven Temperaturen erreichen
und gleichzeitig die Belastung des Oxydationskatalysatorabschnittes 24 während des
kalten Betriebs des Motors zu verringern, wenn die Konzentrationen an Kohlenwass-erstoffen
und Kohlenmonoxyd stark erhöht und der Sauerstoffgehalt in dem Auspuffgas niedrig
sind.
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Das wie in Fig. 2 angegeben aufgebaute katalytische Konvertersystem
wird wie folgt betrieben: Wenn der Motor 12 sich in einem normalen Betriebszustand
befindet, ist der Schalter 96 offen, so daß das Kontrollventil 84
eine
Verbindung nur zwischen den Leitungen 86 und 92 her stellt, wodurch Sekundärluft
nur in die Auspuffgasleitung 16 an einer Stelle ciien den Katlysatorabschnitten
22 und 24 eingeführt wird. Das von detn Motor 12 abgegebene A.usW puffgas wird in
den zusätzlichen Oxydat ionskat alys at orabschnitt 26 eingeführt und ein Teil sowohl
der Kohlenwasserstoffe als auch des Kohlenmonoxyds in dem Äuspliffgas wird katalytisch
oxydiert und unschädlich gemacht. Dadurch wird der gesamte Sauerstoff oder ein großer
Teil des Sauerstoffs in dem Auspuffgas verbraucht, wodurch der Sauerstoffgehalt
desselben auf einen Wert unterhalb eines vorher fest gelegten Wertes, beispielsweise
sogar auf 0, verringert wird und Kohlenmonoxyd gebildet wird. Das Auspuffgas mit
einem hohen Kohlenmonoxydgehalt und einem extrem niedrigen Sauerstoffgehalt oder
mit einem Sauerstoffgehalt von 0 wird in den Reduktionskatalysatorabschnitt 22 eingeführt
und sämtliche Stickstoffoxyde in dem Auspuffgas werden katalytisch reduziert und
unschädlich gemacht. Die aus der Leitung 92 austretende Sekundär luft wird in das
aus dem Reduktionskatalysatorabschnitt 22 stammende Auspuffgas, das keine Stickstoffoxyde
enthält, eingeführt. Das Auspuffgas mit dem durch die Sekundärluft zugeführten Sauerstoff
wird in den Oxydftionskatalysatorabschnitt 24 eingeführt und die Gesamtmengen an
Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in dem Auspuffgas werden vollständig katalytisch
oxydiert und unschädlich gemacht.
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Wenn der Motor 12 sich in einem kalten Betriebszustand befindet, wird
der Schalter 96 geschlossen, so daß das Kontrollventil 84 eine Verbindung zwischen
den Leitungen 86 und 92 und zwischen den Leitungen 86 und 90 herstellt, um Sekundärluft
in den Auspuffgassammler 14 und in die Auspuffgas~ leitung 16 enzuführen. Die in
den Auspuffgassamniler 14 eingeführte Sekundärluft wird durch die Öffnung 98 in
der Leitung 90 dosiert. Das Auspuffgas mit dem durch die Sekun därluft zugeführten
Sauerstoff wird in den zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt
26
eingeführt und ein Teil sowohl der Kohlenwasserstoffe als auchdes Kohlenmonoxyds
in dem Auspufigas wird darin katalytisch oxydiert, um den Sau'rs,toifgehalt in dem
Au.spuS£gas auf einen Wert unterhalb eines vorher festgelegten Wertes, beispielsweise
sogar auf den Wert 0, herabzusetzen und gleichzeitig wird die Tempern tr des Auspuffgases
schnell erhöht, wodurch bewirkt wird, daß der Oxydationskatalysator in dem zusätzlichen
Oxydationskatalysatorabschnitt 26 schnell seine katal-ytisch aktive Temperatur erreicht.
Das aus dem Oxydationskatalysatorabschnitt 26 ausgetragene Auspuffgas wird nacheinander
in den Reduktionskatalysatorabschnitt 22 und in den Oxydationskatalysatorabsohnitt
24 eingeführt und vor dem Eintritt in den Oxydationskatalysatorabschnitt 24 mit
Sekundärluft beschickt.
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Dadurch werden sämtliche Stickstoffoxyde und die Gesamtmengen an Kohlenwasserstoffen
und Kohlenmonoxyd in dem Auspuffgas katalytisch reduziert bzw. oxydiert und unschädlich
gemacht und gleichzeitig wird bewirkt, daß die Reduktions- und Oxydationskatalysatoren
in den Reduktions- und Oxydationskatalysatorabschnitten 22 und 24 schnell ihre katalytisch
aktiven Temperaturen erreichen, wie dies weiter oben beschrieben worden ist.
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In der Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
katalytisc-hen Konvertersystems dargestellt, das sich von dem in Fig. 1 dargestellten
katalytischen Konvertersystem 10 dadurch unterscheidet, daß eine einzige Luftpumpe
76 vorgesehen ist, die an einer Stelle zwischen den Reduktions- und Oxydationskatalysatorabschnftten
22 und 24 durch eine Leitung 78 während des Motorbetriebs wie in dem katalytischen
Konver-.tersystem 10 gemäß der Fig. 1 Sekundärluft in das Motorauspuffgas in der
Auspuffgasleitung 16 einführt. Beim Betrieb des katalytischen Konvertersystems der
Fig. 3 wird das von dem Motor 12 abgegebene Auspuffgas in den zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt
26
eingeführt und ein Teil sowohl der Kohlenwasserstoffe als auch des Kohlenmonoxyds
in dem Auspuffgas wird katalytisch oxydiert, wodurch der Sauerstoffgehalt darin
auf einen Wert unterhalb eines vorher festgelegt-en Wertes, sogar auf den Wert 0,
herabgesetzt wird.
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Alle Stickstotffb'xde in dem von denazusätzWichen Oxydationskatalysatorabschnitt
26 ausgetragenen Auspuffgas werden in dem Reduktionskatalysatorabschnitt 22 katalytisch
reduziert In das aus dem RediiIionskatalysatorabschnitt 22 ausf"o tragene Auspuffgas
wird Sekundärluft eingeführt. Die Gesamtmengen an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd
in dem Auspuffgas werden, wie oben beschrieben, in dem Oxydationskatalysatorabschnitt
24 katalytisch oxydiert.
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Es sei darauf hingewiesen, daß ein erfindungsgemäßes katalytisches
Konvertersystem den technischen Vorteil hat, daß ein Reduktionskatalysatorabschnitt
mit Motorabgas beschickt wird, das keinen Sauerstoff enthält oder einen Sauerstoffgehalt
aufweist, der auf einen Wert unterhalb eines vorher festgelegten Wertes herabgesetzt
worden ist, so daß mit Sicherheit verhindert wird, daß ein metallischer Reduktionskatalysator
in dem Reduktionskatalysatorabschnitt brüchig wird und zerbricht, indem man in einer
Auspuffgasleitung an einer Stelle stromaufwärts des Reduktionskatalysatorabschnittes
einen zusätzlichen Oxydationskatalysatorabschnitt vorsieht.
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Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte
Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann klar, daß sie
darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert
und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung
verlassen wird.
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Patentansprüche: