DE2648034A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine„

Die starke Zunahme der Verkehrsdichte und die rasche Ausbreitung der Industrie haben zu einer Schadstoffbelastung der Atmosphäre geführt, die gesundheitliche und materielle Schaden verursacht. Es wird daher eine starke Reduzierung der Schadstoffe angestrebt«, Insbesondere sind in den Abgasen von mit Kohlenwasserstoffen betriebenen Brennkraftmaschinen eine Reihe von Bestandteilen enthalten, deren Emission in die Umgebung wegen ihrer Giftigkeit oder aus anderen Gründen unerwünscht ist. Als solche sind Kohlenmonoxide, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe zu nennen_o Die Emission dieser Schadstoffe wird in zunehmendem Maße durch zusätzliche Vorschriften begrenzte

Nach dem heutigen Stand der Erkenntnisse ist eine drastische Senkung der Grenzwerte der zulässigen Schadstoffe und Emission nur durch eine Nachverbrennung der Abgase mögliche Für die Nachverbrennung sind zwei Verfahrenswege bekannt.

Es sind dieses:

1o die Nachverbrennung ohne Katalysatoren 2ο die Nachverbrennung über Katalysatoren.

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Die Nachverbrennung ohne Katalysatoren versucht die oxidierbaren Bestandteile im Abgas mit Zweitluft und mit oder ohne Fremdzündung bei hohen Temperaturen zu verbrennen«. Für die Beseitigung der »Stickoxide ist die Nachverbrennung in reduzierender Atmosphäre notwendige Zur Beseitigung des Kohlenmonoxids sowie der Kohlenwasserstoffe ,ist ein Sauerstoffüberschuß erforderliche Aus diesem Zwang, sowohl mit reduzierender wie auch mit oxidierender Atmosphäre zu arbeiten, entstand das sog. Doppelbett-Verfahren, bei dem man das Luftverhältnis der Verbrennung im Motor kleiner 1 hält. Im ersten Bett der im Abgassystem eingebauten Nachverbrennungsanlage erfolgt zunächst die Reduktion von Stickstoff, anschließend wird dem Abgas Luft zugemischt und in einem zweiten Bett die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden vorgenommen (Campeau, R₀M,.: New Emission Concept Vehicles, SAE-Paper Nr. 710 294, 1971)ο

Bei der Nachverbrennung über Katalysatoren nutzt man die Eigenschaft von Katalysatoren, die Einstellung ehemischer Gleichgewichtsreaktionen in Richtung der gewünschten Umsetzungsprodukte zu beschleunigen,, Im Wesen der Nachverbrennung liegt es, daß bei Benutzung von Katalysatoren eine heterogene Oxidationskatalyse abläuft«, So werden an oxidierend wirkenden Feststoffkatalysatoren brauchbare Anteile des Gasgemisches unter Zugabe von Sekundärluft bei einer vom Katalysatorentyp abhängigen Arbeitstemperatur und Raumgeschwindigkeit zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt.

Je nach Motortyp, Verfahrensvariante, Treibstoff, Platzverhältnissenuswe werden dabei verschiedenartige Katalysatorentypen benötigt. Die nachstehenden Hauptgruppen können unterschieden werden:

a) Schüttgutkatalysatoren

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b) Monolith-Katalysatoren

c) Voll-Metall-Katalysatoren

Der Großteil der Träger für iSchüttgutkatalysatoren besteht aus 2f -Aluminiumoxiden. Monolithische Träger,z.B. Wabenkörper,können aus Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid oder Metall-Legierungen bestehen.

Bei den Katalysatoren sind die aktiven Phasen - Edelmetalle, oxidische Verbindungen von Nichtedelmetallen oder Kombinationen aus beiden - im allgemeinen in dünnen Schichten auf den Schüttgut- oder monolithischen Trägern aufgebracht. Zur besseren Verteilung der aktiven Phasen auf dem Trägerkörper werden niederoberflächige Skelettkörper mit einer sehr dünnen hochoberflächigen Träger-Zwischenschicht versehen.

Als Nichtedelmetallverbindungen kommen die Oxide des Kupfers, Chroms, Mangans, Eisen, Kobalts, Nickels und deren Kombinationen, wie zum Beispiel Kupferehromit, in Frage. Aus der Gruppe der Edelmetalle werden Platin, Palladium, Rhodium und Ruthenium eingesetzte Weitere Varianten entstehen dadurch, daß Nichtedelmetalle mit Edelmetallen bzw. Edelmetalle mit Nichtedelmetallen oder deren Verbindungen dotiert werden. In vielen Fällen werden den erwähnten Stoffen noch geringe Mengen anderer Elemente, beispielsweise aus der Reihe der Erdalkalimetalle, der Seltenen Erden bzw«. Titan oder Zinn - als sog. Promotoren -, zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften des Katalysatorsystems zugesetzt«,

Die Katalysatoren werden in einem bestimmten Abstand vom Auslaßventil in das Abgassystem eingebaute Für den Einort gelten als Randbedingungen die Betriebstemperaturen.

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Einmal soll ein möglichst schnelles Anspringen des Katalysators bei etwa 250 ⁰C erreicht werden, andererseits darf die Temperatur auch kurzzeitig 1000 ⁰C nicht überschreiten, da sonst die Aktivität des Katalysators verlorengeht. Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen ergi,.bt sich ein Kompromiß für den Einbauort des Katalysators* Nach Erreichen seiner Betriebstemperatur von ca« 500 bis 600 C ergeben sich für die !
hältnisse von 70 bis 99,5 %.

600 C ergeben sich für die Schadstoffe Umwandlungsver-

Da diese Umwandlungsraten erst bei Betriebstemperaturen erreicht werden, ist die Fachwelt bestrebt, ähnliche Um~ wandlungsraten auch vor Erreichen der Betriebstemperatur d.h. in der Zeit unmittelbar nach dem Start, wenn der Motor noch nicht Betriebstemperatur hat, zu erzielen.

vgrfindungsgemäß Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß^bei einem Kolben wenigstens der Boden mit einer aus einem porösen Trägermaterial und einer aktiven Phase bestehenden Schicht eines Abgaskatalysators überzogen ist.

Im Rahmen der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch der Feuersteg und gegebenenfalls die- Zylinderoberfläche in dem nicht vom Kolben überlaufenen Bereich mit einer Schicht des Abgaskatalysators überzogen sein.

Um eine sichere Haftung des Abgaskatalysators zu erzielen, ist es zweckmäßig, zwischen Kolben bzw. Zylinder und Abgaskatalysatorschicht eine Träger-Zwischenschicht anzuordnen.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß ein Anspringen des Katalysators gleichzeitig mit dem Beginn der Verbrennung d.h. beim Start des Motors erfolgt. Da der Katalysator an den Stellen im Verbrennungsraum angebracht

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ist, an denen die Anteile der entstehenden Schadstoffe vergleichsweise sehr hoch sind, ergibt sich ein guter
Wirkungsgrad, so daß die Schadstoffemissionen bei Beginn des Starts des Motors erheblich gesenkt wird*

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt« Der Kolben 1 ist im Bereich des Kolbenbodens 2 sowie des Feuerstegs 3 mit einer Träger-Zwischenschicht und einer darauf angeordneten Abgaskatalysatorschicht überzogen.

- 6 Patentansprüche

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Claims (3)

1. 2B48034

   PATENTANSPRÜCHE

   Brennkraftmaschine gekennzeichnet durch einen Kolben, bei dem wenigstens der Boden (2) mit einer aus einem porösen Trägermaterial und einer aktiven Phase bestehenden Schicht (5) eines Abgaskatalysators überzogen ist·
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Feuersteg (3) des Kolbens mit einer Schicht (5) eines Abgaskatalysators überzogen ist_e
3. 3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder in dem nicht vom Kolben überlaufenen Teil mit einer Schicht eines Äbgaskatalysators überzogen ist«,

   4· Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskatalysatorschicht (5) auf einer Träger-Zwischenschicht (4) angebracht ist«,

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