DE2452785A1

DE2452785A1 - Engine crankcase gases treatment - by catalytic reactor in heat exchange and partial mixture with exhaust gases

Info

Publication number: DE2452785A1
Application number: DE19742452785
Authority: DE
Inventors: Ted Vernon De Palma
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1974-11-07
Filing date: 1974-11-07
Publication date: 1976-05-13

Abstract

A part of the crankcase gases of an IC engine which are recirculated to the fuel inlet system is passed through a heat exchanger with an oxidation catalyst where it is heated by hot exhaust gases. The catalyst effects an oxidation of the combustible components of the crankcase gases and the resulting gases, containing CO2 and water vapour, are introduced in the fuel inlet system. This prevents the deposits formed in the fuel suction, combustion chamber and spark plugs when conventional crankcase gas ventilation is applied. The recirculation of exhaust gases reduces the emission of N oxides. The system reduces atmos. pollution considerably.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine Die vorliegende Erfindung betrifft die katalytische Umwandlung von Kurbelgehäusegasen einer Verbrennungsmaschine, die höher siedende Kohlenwasserstofffraktionen, Schmiermittelnebel oder andere kohlenstoffhaltige Materialien enthalten können. Method for operating an internal combustion engine The present The invention relates to the catalytic conversion of crankcase gases from an internal combustion engine, the higher boiling hydrocarbon fractions, lubricant mist or other carbonaceous fractions May contain materials.

Spezieller ergibt das vorliegende verbesserte System, daß der Abgasstrom durch Wärmeaustausch den Katalysator-Reaktor, der die Kurbelgehäusebelüftung versorgt, und/oder rückgeführte Abgasströme, die in das Verbrennungsmaschinen-Einspeissystem eingeführt werden, erhitzt.More specifically, the present improved system provides that the exhaust gas flow through heat exchange the catalyst reactor, which supplies the crankcase ventilation, and / or recirculated exhaust gas flows into the internal combustion engine feed system are introduced, heated.

Es war üblich, die abgeblasenen Gase aus einem Verbrennungsmaschinenkurbelgehäuse durch ein Filter und ein Ventil, welches als PCV-Ventil (positive Kurbelgehäuseventilation) in das Verbrennungsmaschinen -Brennstoffeinspeissystem und von dort in die Verbrennungsmaschine selbst gehen zu lassen. Das PCV-System ist allgemein wirksam, das unerwünschte Abblasen von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen in die Atmosphäre auszuschließen. Der negative Druck in dem System bringt jedoch bestimmte höher siedende Fraktionen des Brennstoffes, Schmiermittelnebel und andere kohlenstoffhaltige-Materialien ein, die ihrerseits zu Ablagerungen in dem Brennstoffansaugsystem, der Verbrennungskammer, an den Zündkerzen und Ventilen führen können.It was common practice to vent the gases from an internal combustion engine crankcase through a filter and a valve, which is used as a PCV valve (positive crankcase ventilation) in the internal combustion engine -Fuel injection system and from there to let go into the combustion engine itself. The PCV system is general effective, the undesired release of hydrocarbon-containing gases into the atmosphere to exclude. However, the negative pressure in the system brings certain higher boiling points Fractions of fuel, lubricant mist and other carbonaceous materials which in turn lead to deposits in the fuel intake system, the combustion chamber, lead to the spark plugs and valves.

Es wurde auch bereits festgestellt, daß viele Verbrennungsmaschinen für neue Fahrzeuge mit einer Abgasrezirkulation versehen sind, die als "EGR" bekannt ist. Diese Rezirkulation von Abgasen bringt inertes Material in die Verbrennungskammern, , so daß die Flammenfronttemperaturen herabgesetzt werden, was seinerseits die Bildung von Stickstoffoxiden (NOx) vermindert Die zurückgeführten Abgase umfassen unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zusammen mit kohlenstoffhaltigen Schmutzkomponenten, so daß es hocherwünscht sein kann, eine katalytische Behandlung dieser zurückgeführten Gase zu bewirken, um noch weitere Materialablagerung in dem Einsaugsystem der Verbrennungsmaschine zu verhindern.It has also already been established that many internal combustion engines for new vehicles are provided with exhaust gas recirculation known as "EGR" is. This recirculation of exhaust gases brings inert material into the combustion chambers, so that the flame front temperatures are reduced, which in turn causes the formation reduced by nitrogen oxides (NOx) The recirculated exhaust gases include unburned Hydrocarbons and carbon monoxide together with carbonaceous dirt components, so it may be highly desirable to catalytically treat these recycled To cause gases to further build up material in the intake system of the internal combustion engine to prevent.

Es wäre eine Verbesserung, wenn ein Weg gefunden würde, die mit diesen PCV- und EGR-Systemen verbundenen Probleme auf ein Minimum herabzusetzen.It would be an improvement if a way could be found with these Reduce problems associated with PCV and EGR systems to a minimum.

Entsprechend liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine, worin Kurbelgehäusegase zu einem Brennstoffeinspeissystem der Verbrennungsmaschine derart zurückgeführt werden, daß die Emission von verunreini--genden Stoffen ermindert wird, und- dieses Verfahren ist dadurchgekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Kurbelgehäusegase über einen Oxidationskatalysator in einem umgrenzten Reaktor zu in in Wärmeaustauschbeziehung mit einer Abgasauslaßlditung aus der Verbrennungsmaschine geführt und dabei einer Oxidation verbrennbarer Komponenten der Kurbelgehäusegase unterzogen wird und daß die resultierenden Ausflußgase, die CO2 und Wasserdampf enthalten, in das Brennstoffeinspeissystem der Verbrennungsmaschine. eingeführt werden.Accordingly, the present invention provides a method of operation an internal combustion engine, wherein crankcase gases to a fuel delivery system the internal combustion engine be returned in such a way that the emission of contaminating substances is reduced, and - this process is characterized by that at least part of the crankcase gases via an oxidation catalyst in a confined reactor to in heat exchange relationship with an exhaust gas outlet conduit out of the internal combustion engine and thereby an oxidation of combustible components the crankcase gases is subjected and that the resulting effluent gases that Containing CO2 and water vapor, in the fuel feed system of the combustion engine. to be introduced.

Die vorliegende Erfindung kann mit Vorteil für die katalytische Umwandlung von PCV-Gasen allein oder zusammen mit einem Teil des zurü'ck'geführten Abgases benutzt werden.The present invention can be used advantageously for catalytic conversion of PCV gases alone or together with part of the returned exhaust gas to be used.

Die Erfindung soll nicht auf irgendeine Katalysatorart beschränkt sein. Es ist erforderlich, den Katalysator auf oder-nahe dem Abgasauspuff zu halten, um den Katalysator schnell auf Betriebstemperatur zu erhitzen.The invention is not intended to be limited to any type of catalyst be. It is necessary to keep the catalytic converter on or near the exhaust pipe, to quickly heat the catalyst to operating temperature.

Der Katalysator kann einen katalytisch überzogenen Draht oder ein katalytisch überzogenes Band umfassen, wobei das Metallsubstrat von hochtemperaturbeständiger Natur ist, wie rostfreie Stähle oder Nickel-, Chrom- und Eisenlegierungen. Typsiche solche temperaturbeständigen Substrate werden mit einem Edelmetall, wie Palladium und/oder Platin, überzogen.The catalyst can be a catalytically coated wire or a comprise catalytically coated tape, the metal substrate being of high temperature resistant Nature is like stainless steels or nickel, chromium and iron alloys. Typical oak such temperature resistant substrates are coated with a noble metal such as palladium and / or platinum plated.

Stattdessen kann der Katalysator aus kleinen Kugeln oder Pellets oder Granalien eines geeigneten hitzebeständigen anorganischen Oxids bestehen, wie aus Tonerde, Kieselsäure, Kieselräure- Tonerde, Tonerde-Magnesia und ähnlichen Materialien. Katalytische überzüge können Metalle der Gruppen IIA, IB, VB, VIB, VIIB und VIII des Periodensystems der Elemente einschließen, und besonders Kupfer, Silicium, Vanadin, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Platin, Palladium usw., wobei die Komponenten einzeln oder in Kombination mit einer oder mehreren anderen der aktiven Komponenten verwendet werden.Instead, the catalyst can be made up of small spheres or pellets or Granules of a suitable refractory inorganic oxide consist of such as Alumina, silicic acid, silicic acid Alumina, Alumina Magnesia and similar materials. Catalytic coatings can be metals of groups IIA, IB, Include VB, VIB, VIIB and VIII of the Periodic Table of the Elements, and especially Copper, silicon, vanadium, chromium, iron, cobalt, nickel, platinum, palladium, etc., the components individually or in combination with one or more others of the active components are used.

Es ist auch möglich, eine katalytisch überzogene Skelettstruktur oder "Honigwabe" eines Keramikmaterials zu benutzen. Solche Strukturen können (3\-Tonerde, Tonerde-Kieselsäure-Magnesia, Zirkonoxid-Silicat, Zirkonmullit, Sillimanit, Zirkon, Petalit, Spodumen, Cordierit und Tonerde-Silicate umfassen. Die Überzüge auf der Honigwabe können ähnlich den Überzügen auf kugeligen oder granulierten Trägermaterialien sein.It is also possible to have a catalytically coated skeletal structure or To use "honeycomb" of a ceramic material. Such structures can be (3 \ -Alumina, Alumina-silica-magnesia, zirconium oxide silicate, zircon mullite, sillimanite, zircon, Include petalite, spodumene, cordierite, and alumina silicates. The coatings on the Honeycomb can be similar to the coatings on spherical or granulated carrier materials be.

Es kann auch von besonderem Vorteil in Verbindung mit der vorliegenden verbesserten Type eines Umwandlungssystems sein, ein entfernbares Katalysatorelement in dem Reäktorabschnitt zu benutzen, so daß ein solches Element periodisch gereinigt, reaktiviert oder ersetzt werden kann. So kann der gesamte Metallkatalysator oder das Katalysatormaterial von Keramikart entweder in der Honigwabenform oder Pillenform zwischen Sieb- oder anderen perforierten Einrichtungen aus temperaturbeständiger Legierung eingeschlossen sein, so daß das gesamte Element als solches aus dem Reaktorabschnitt herausgenommen und ersetzt werden kann. Ein geeigneter Deckel oder eine andere entfernbare Platte kann in der Reaktorkonstruktion vorgesehen sein, um den Zugang zu dessen Innerem und den erwünschten Katalysatoraustausch zu gestatten.It can also be of particular advantage in conjunction with the present an improved type of conversion system, a removable catalyst element to use in the reactor section so that such an element is periodically cleaned, can be reactivated or replaced. So can the entire metal catalyst or the ceramic type catalyst material in either honeycomb shape or pill shape between sieve or other perforated devices made of temperature-resistant Alloy must be included so that the entire element as such from the reactor section can be removed and replaced. A suitable lid or other removable one Plate can be provided in the reactor structure to provide access to it To allow internal and the desired catalyst exchange.

In der Zeichnung bedeutet Fig. 1 einen schematischen Aufriß, der den Weg der Kurbelgehäusegase durch ein PCV-Ventil zu einem Reaktor des Einspeisrohres zu der Verbrennungsmaschine zeigt, Fig. 2 eine etwas vergrößerte seitliche Darstellung, teilweise im Schnitt, entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei sie den auf einem Seitenteil des Abgasauspusses befestigten Reaktorabschnitt erläutert, und Fig. 3 einen schematischen Aufriß eines modifizierten Systems, worin ein Teil des Abgasstromes auch durch den Reaktor zurückgeführt wird.In the drawings, Fig. 1 is a schematic elevation showing the Path of the crankcase gases through a PCV valve to a reactor of the feed pipe shows the internal combustion engine, Fig. 2 shows a somewhat enlarged side view, partly in section, along the line 2-2 in Fig. 1, showing the on a side part The reactor section attached to the exhaust gas discharge is explained, and FIG. 3 is a schematic Elevation of a modified system in which a portion of the exhaust gas flow also passes through the Reactor is returned.

Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen eine Verbrennungsmaschine 1 mit einem Abgasauspuffrohr 2 mit einem Auslaßrohr 3 sowie einem Einspeisrohr 4, das mit einem darüber angeordneten Vergaser 5 in Verbindung steht. Das Kurbelgehäuse 6 besitzt eine Entlüftung 7 zu dem PCV-Ventil 8 zur Leitung 9, welche mit einem unteren Teil eines Katalysatorreaktors 10 verbunden ist. Behandelte Gase aus dem Reaktor 10 gehen über Leitung 11 zu dem Einspeisverteilerrohr 4.1 and 2 of the drawing show an internal combustion engine 1 with an exhaust pipe 2 with an outlet pipe 3 and a feed pipe 4, the is in communication with a carburetor 5 arranged above it. The crankcase 6 has a vent 7 to the PCV valve 8 to the line 9, which with a lower part of a catalyst reactor 10 is connected. Treated gases from the Reactors 10 go via line 11 to the feed manifold 4.

Wie am besten aus Fig. 2 der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Reaktorabschnitt 10 an der Seite des Abgasauspuffes 2 befestigt, indem er aus einem Stück mit dem Auspuff gegossen ist oder darauf geschweißt ist, um eine Wärmeleitung zu dem gesamten Reaktorabschnitt 10 und dem Katalysator 12 darin zu bekommen. Der gezeigte Katalysator besteht aus, kompakt angeordneten Metallstreifen innerhalb eines Haltesiebes 13, das eine leichte Katalysatorentfernung aus dem Gehäuse gestattet. Die Deckplatte 14, die durch eine Kopfschraube 15 niedergehalten wird, ermöglich den Zugang zu dem Katalysator 12. Rohgase oder Rauch treten über Leitung 9 unter dem Katalysatorelement 12 ein, während behandelte Gase über Leitung 11 den oberen Teil des Reaktorabschnittes über einen Auslaß 16 in der Deckplatte 14 verlassen.As best seen in Figure 2 of the drawings, the reactor section is 10 attached to the side of the exhaust 2 by being made in one piece with the Exhaust is cast or welded to conduct heat to the whole Reactor section 10 and the catalyst 12 in it. The catalyst shown consists of compactly arranged metal strips within a retaining screen 13, which allows the catalyst to be easily removed from the housing. The cover plate 14, which is held down by a head screw 15, allows access to the Catalyst 12. Raw gases or smoke pass through line 9 under the catalyst element 12 a while treated gases via line 11 the top of the reactor section Leave via an outlet 16 in the cover plate 14.

Die Einspeisverteilerleitung 4 in der Verbrennungsmaschine dienen dazu, eine Saugwirkung auf die Leitungen 11 und 9 auszuüben, so daß die Kurbelgehäusegase durch den Reaktor 10 in die Einspeisverteilerleitung gezogen werden.The feed distribution line 4 is used in the internal combustion engine to exert a suction on the lines 11 and 9 so that the crankcase gases be drawn through the reactor 10 into the feed manifold.

Fig. 3 zeigt eine Verbrennungsmaschine mit EGR. Die EGR-Gase gehen durch das Ventil 18 und die Leitung 17 und treten in den Reaktor 10 ein. Hier werden die EGR-Gase auch katalytisch behandelt und führen hauptsächlich zu C02 und Wasserdampf, die zusammen mit den ähnlichen Produktmaterialien aus dem Entlüftungsgasstrom über Leitung 11' gehen, welche mit dem Einspeisverteilerrohr 4 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Leitung 11' größer als in den Fig. 1 und 2, um sich den EGR-Gasen anzupassen. Es kann auch ratsam sein, einen etwas größeren Katalysator oder Katalysatorabschnitt 12' vorzusehen.3 shows an internal combustion engine with EGR. The EGR gases go out through valve 18 and line 17 and enter reactor 10. Be here the EGR gases are also catalytically treated and lead mainly to C02 and water vapor, which along with the similar product materials from the vent gas stream over Line 11 ', which is connected to the feed manifold 4, go. At this Embodiment, the line 11 'is larger than in FIGS. 1 and 2 to the Adjust EGR gases. It may also be advisable to use a slightly larger catalyst or catalytic converter section 12 'to be provided.

Das Ventil 18 in der Rückführleitung 17 kontrolliert die Menge an rückgeführtem Abgas, das als inerter Zusatzstoff verwendet wird, um die Flammenfronttemperatur einzustellen und die Emission von NOx zu vermindern.The valve 18 in the return line 17 controls the amount of recirculated exhaust gas, which is used as an inert additive, to reduce the flame front temperature adjust and reduce the emission of NOx.

Es kann erwünscht sein, eine kleine Menge Abgas aus der Sammelleitung direkt zu dem Katalysatorelement 12 gehen zu lassen, um ein direktes Erhitzen desselben mit einer kleinen Menge hochtemperierten Abgases zu gestatten.It may be desirable to have a small amount of exhaust gas from the manifold to go directly to the catalyst element 12 for direct heating of the same with a small amount of high-temperature exhaust gas.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h-e

Method for operating an internal combustion engine in which crankcase gases be returned to a fuel feed system of an internal combustion engine and thereby the emission of pollutants is reduced, characterized in, that at least some of the crankcase gases are passed through an oxidation catalyst in a confined reactor in heat exchange relationship with an exhaust gas outlet conduit from the internal combustion engine leads to an oxidation in the catalytic converter Causes components in the crankcase gases and the resulting effluent gases, containing C02 and water vapor into the fuel feed system of the internal combustion engine introduces.

2. The method according to claim 1, characterized in that one crankcase gases used, which consist of those gases, which are usually by a positive Crankcase ventilation of the internal combustion engine are performed.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that a Part of the recirculated exhaust gas from the internal combustion engine also passes through the reactor the catalyst is performed.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that one as an oxidation catalyst an active oxidizing component on a temperature-resistant Alloy used in wire or strip form.

5. The method according to claim 1 to 3, characterized in that one as an oxidation catalyst one with a suitable oxidizing component catalytically coated divided inorganic oxide carrier is used.