DE2649680A1 - SYSTEM FOR TREATMENT OF EXHAUST GAS FROM COMBUSTION ENGINE - Google Patents
SYSTEM FOR TREATMENT OF EXHAUST GAS FROM COMBUSTION ENGINEInfo
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Description
Anlage zur Behandlung der Abgase einer VerbrennungskraftmaschinePlant for the treatment of exhaust gases from an internal combustion engine
Beanspruchte Priorität: 29. Oktober 1975, Großbritannien,Claimed Priority: October 29, 1975, UK,
Nr. 44516/75No. 44516/75
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Behandeln der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Anlage mit einem Oxxdationskatalysator im Abgassystem und mit einer Luftpumpe versehen ist, die zur Sicherstellung einer sauerstoffreichen Abgasmischung (in Strömungsrichtung der Abgase gesehen) vor dem Oxxdationskatalysator Luft mittels eines ersten Auslasses in das Abgassystem einleitet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anlage zur Kontrolle bzw. zum Herabsetzen des Anteils an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen in den Abgasen von fremdgezündeten Motoren, insbesondere für Kraftfahrzeuge.The invention relates to a system for treating the Exhaust gases from an internal combustion engine, the system with an oxidation catalyst in the exhaust system and with an air pump is provided to ensure an oxygen-rich exhaust gas mixture (seen in the direction of flow of the exhaust gases) introduces air into the exhaust system by means of a first outlet upstream of the oxidation catalytic converter. In particular, the Invention of a system for controlling or reducing the proportion of carbon monoxide and unburned hydrocarbons in the exhaust gases of spark-ignition engines, in particular for motor vehicles.
Bei einer bekannten Anlage zur Kontrolle bzw. der Herabsetzung des Anteils von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstof-In a known system for controlling or reducing the proportion of carbon monoxide and unburned hydrocarbons
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fen in dem Auspuffsystem fremdgezündeter Kraftfahrzeugmotoren wird Fremdluft in das Auspuffsammelrohr bzw. den Auspuffkrümmer des Motors eingeleitet und diese zusammen mit den Auspuffgasen durch einen Oxidationskatalysator hindurchgeführt. Dieses Verfahren bringt zwar eine Herabsetzung der einleitend erwähnten Abgasbestandteile auf.einen erträglichen Anteil im Gesamtabgas, jedoch kann dabei die Temperatur der Abgase zu einem unerwünscht hoher Niveau ansteigen. Dies ist ganz besonders dann anzutreffen, wenn der Motor im Leerlauf läuft.In the exhaust system of externally ignited motor vehicle engines, external air is drawn into the exhaust manifold or the exhaust manifold of the engine and this is passed through an oxidation catalyst together with the exhaust gases. This method brings a reduction in the exhaust gas components mentioned in the introduction. a tolerable proportion in the total exhaust gas, however, this can cause the temperature of the exhaust gases to rise to an undesirably high level. This is particularly the case when the engine is idling.
Die Verwendung eines Oxidationskatalysators bei der Abgasbehandlung einer Verbrennungskraftmaschine macht es generell erforderlich, daß die Abgasmischung, die dem Oxidationskatalysator zugeführt wird, einen SauerstoffÜberschuß aufweist, d.h. das Gesamtverhältnis Luft/Kraftstoff muß unter allen Bedingungen grosser als der stöchiometrische Wert sein.Um den Verhältnissen Rechnung zu tragen, bei denen ein Motor ein fettes Gemisch erfordert (z.B. beim Beschleunigen), wird herkömmlicherweise Luft direkt (wie bei dem bereits genannten bekannten Verfahren) in den Auspuffkrümmer mittels einer Luftpumpe eingeführt, wobei sich die bereits genannten Schwierigkeiten hinsichtlich der Abgastemperatur zeigen.The use of an oxidation catalyst in exhaust gas treatment an internal combustion engine makes it generally necessary that the exhaust gas mixture supplied to the oxidation catalytic converter has an excess of oxygen, i.e. the total ratio Air / fuel must be larger in all conditions than the stoichiometric value. To the ratios Taking into account where an engine requires a rich mixture (e.g. when accelerating) is traditionally air introduced directly (as in the already mentioned known method) into the exhaust manifold by means of an air pump, wherein the difficulties already mentioned with regard to the exhaust gas temperature become apparent.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Anlage bzw. das sich in ihr verkörpernde Verfahren derart zu verbessern, daß das Auftreten unerwünscht hoher Abgastemperaturen vermieden wird.Proceeding from this, the invention is based on the object of such a system or the method embodied in it to improve that the occurrence of undesirably high exhaust gas temperatures is avoided.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer einleitend genannten Anlage die Luftpumpe einen zweiten Auslaß aufweist, der mit dem Abgassystem, in Strömungsrichtung der Abgase gesehen, hinter dem Oxidationskatalysator verbunden und durch den ein Teil der von der Luftpumpe geförderten Luftmenge hinter dem Oxidationskatalysator in das Abgassystem zur Kühlung der Abgase einleitbar ist. Dabei wird eine Luftpumpe verwendet, die eine größere Luftförderleistung aufweist als sie notwendig wäre, um nur den für eine vollständige Oxidation des Kohlenstoffanteiles in den Abgasen erforderlichen Sauerstoffanteil den Abgasen vor dem Oxidationskatalysator zuzuführen. Die darüber hinausgehende Kapazität der Luftpumpe wird zur Einleitung von Luft in. die Abgase hinter dem Oxidationskatalysator zu deren Kühlung ausgenützt.According to the invention this object is achieved in that at a Initially named system, the air pump has a second outlet, which is connected to the exhaust system, in the direction of flow Seen exhaust gases, connected behind the oxidation catalytic converter and through which part of the air volume conveyed by the air pump can be introduced behind the oxidation catalytic converter into the exhaust system for cooling the exhaust gases. An air pump is used for this, which has a greater air flow rate than would be necessary to only allow for complete oxidation of the carbon content to supply the oxygen content required in the exhaust gases to the exhaust gases upstream of the oxidation catalytic converter. The one about it Any excess capacity of the air pump is used to introduce air into the exhaust gases behind the oxidation catalytic converter Cooling used.
Vorteilhafterweise wird zur Einregelung dieser Luftanteile ein By-pass—Ventil benutzt, durch das der Luftstrom aus der Luftpumpe, der in das Abgassystem vor und/oder hinter dem Oxidationskatalysator eingeleitet werden soll, steuerbar ist.A by-pass valve is advantageously used to regulate these air proportions, through which the air flow from the air pump, which is to be introduced into the exhaust system upstream and / or downstream of the oxidation catalytic converter can be controlled.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, daß ein erstes Auspuffrohrteil vom abgasauslaßseitigen Ende des Oxidationskatalysatorgehäuses hervorsteht und ein zweites Auspuffrohrteil sich (in Abgasströmungsrichtung gesehen) hinter dem ersten Auspuffrohrteil erstreckt, wobei das zweite Auspuffrohrteil einen Schalldämpfer aufweist, und daß abgasauslaßseitige Ende des ersten Auspuffrohrteiles vom abgaseinlaßseitigen Ende des zweiten Auspuffrohrteiles oder von einemAn advantageous embodiment of a system according to the invention consists in that a first exhaust pipe part protrudes from the exhaust gas outlet end of the oxidation catalyst housing and a second exhaust pipe part (seen in the exhaust gas flow direction) extends behind the first exhaust pipe part, the second exhaust pipe part having a muffler, and that Exhaust gas outlet end of the first exhaust pipe part from the exhaust gas inlet end of the second exhaust pipe part or from one
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an diesem befestigten Glied umfangen wird, wodurch ein ringförmiger Durchlaß geschaffen wird, durch den Außenluft in das abgaseinlaßseitige Ende des zweiten Auspuffrohrteiles während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet wird.is embraced on this attached member, creating an annular Passage is created through which outside air enters the exhaust gas inlet side The end of the second exhaust pipe part is introduced during operation of the internal combustion engine.
Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf die erfindungsgemäße Anordnung bzw. Vorrichtung beschränkt, sie umfaßt vielmehr insbesondere auch das sich in dieser Anlage verkörpernde Behandlungsverfahren für Abgase von Brennkraftmaschinen.However, the invention is not limited to the arrangement according to the invention or device, it also includes, in particular, the treatment method embodied in this system for exhaust gases from internal combustion engines.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below by way of example with reference to the drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 die Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Behandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine1 shows the basic diagram of a system according to the invention for the treatment of exhaust gases from an internal combustion engine
Fig. 2 ein vergrößerter Detailausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Ventiles.FIG. 2 shows an enlarged detail of the section shown in FIG. 1 Valves.
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Die in Fig. 1 dargestellte fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine 1 (z.B. für ein Kraftfahrzeug) weist ein Auspuffsammelrohr 2 (bzw. Auspuffkrümmer) mit vier Zuleitungen zu den (in Fig. 1 beispielshalber dargestellten vier) Zylindern der Verbrennungskraftmaschine 1 auf. Das Auspuffsammeirohr 2 ist an seinem auslaßseitigen Ende an einem Gehäuse 3 befestigt, das einen Oxidations-Katalysator enthält. Dieser kann aus einem Edelmetall, z.B. Platin oder Palladium bestehen, oder aus dem Oxid eines Übergangsmetalls, wie z.B. Kupfer, oder aus Kobaltchromat. Der. Träger für den Katalysator kann sowohl tablettiert (pelletiert) oder auch monolytisch gewählt werden. ■The spark-ignited internal combustion engine shown in FIG. 1 1 (e.g. for a motor vehicle) has an exhaust manifold 2 (or exhaust manifold) with four supply lines to the (in Fig. 1 four) cylinders of the internal combustion engine 1 shown by way of example. The exhaust manifold 2 is on its outlet side End attached to a housing 3 which contains an oxidation catalyst. This can be made of a precious metal, e.g. platinum or palladium, or from the oxide of a transition metal such as copper, or from cobalt chromate. Of the. Support for the catalyst can be chosen either as tablets (pellets) or monolytically. ■
Ein erstes Auspuffrohrteil 4 erstreckt sich von dem gasaustrittsseitigen Ende des Gehäuses 3 und endet in einem düsenartig geformten Abschluß. 5.A first exhaust pipe part 4 extends from the gas outlet side End of the housing 3 and ends in a nozzle-like shaped termination. 5.
Ein zweites Auspuffrohrteil 6 ist mit einem Schalldämpfer 7 an seinem abgasaustrittsseitigen Ende versehen; sein (in Gaströmungsrichtung gesehen) eintrittsseitiges Ende ist entweder so ausgebildet, daß es einen vergrößerten Innendurchmesser aufweist, oder ein solchermaßen geformtes Teil ist an diesem Ende angebracht. Der gasaustrittssextige Abschluß (bzw. Ende) 5 des ersten Auspuffrohrteiles 4 mündet und endet innerhalb des vergrößerten Endes 8 des zweiten Auspuffrohrteiles 6, wodurch ein ringförmiger Durchlaß geschaffen wird, der einen abnehmenden Querschnitt (d.h. einen venturiförmig ausgebildeten Querschnitt) aufweist.A second exhaust pipe part 6 is connected to a silencer 7 provided its exhaust gas outlet end; its inlet end (viewed in the direction of gas flow) is either designed in such a way that that it has an enlarged inner diameter, or such a shaped part is attached to this end. Of the Gasaustrittssextige closure (or end) 5 of the first exhaust pipe part 4 opens and ends within the enlarged end 8 of the second exhaust pipe part 6, thereby creating an annular passage having a decreasing cross-section (i.e. a Venturi-shaped cross-section).
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Ein unter Federdruck stehendes Rückstrom- bzw. Rückschlagventil 10 ist in dem ringförmigen Durchlaß 9 angeordnet und arbeitet so, daß zwar Luft in Richtung der in Fig. 1 dargestellten Pfeile eindringen kann, Abgas jedoch aus dem ersten Auspuffrohrteil 4 und dem zweiten Auspuffrohrteil 6 daran gehindert wird, aus dem ringförmigen Durchlaß 9 nach außen zu dringen.A non-return or non-return valve under spring pressure 10 is arranged in the annular passage 9 and works so that although air can penetrate in the direction of the arrows shown in Fig. 1, but exhaust gas from the first exhaust pipe part 4 and the second exhaust pipe part 6 is prevented from coming out of the annular Passage 9 to penetrate to the outside.
Ein Durchlaß 11 (z.B. in Form eines Rohres) verläuft von dem gasaustrittsseitigen Ende des Gehäuses 3 zu dem Auspuffsammelrohr 2 und enthält ein By-pass-Ventil 12 und eine Luftpumpe 13.A passage 11 (e.g. in the form of a tube) extends from the gas outlet end of the housing 3 to the exhaust manifold 2 and contains a by-pass valve 12 and an air pump 13.
Ein Sauerstoff-Fühler 14 ist in dem Auspuffsammeirohr 2 angeordnet und weist eine Verbindung zu dem By-pass-Ventil 12 auf, um dessen Betätigung in Abhängigkeit von dem Sauerstoffanteil in den Auspuffgasen zu regeln.An oxygen sensor 14 is arranged in the exhaust manifold 2 and has a connection to the by-pass valve 12 to its actuation depending on the oxygen content in to regulate the exhaust gases.
Wenn die Verbrennungskraftmaschine läuft, treten die Auspuffgase in das Auspuffsammeirohr 2 ein und von dort her in das Gehäuse 3 und durch den Oxidationskatalysator. Die oxidierten Auspuffgase werden, dann normalerweise durch das erste Auspuffrohrteil 4, in das zweite Auspuffrohrteil 6 und durch den Schalldämpfer 7 geführt. When the internal combustion engine is running, the exhaust gases enter the exhaust manifold 2 and from there into the housing 3 and through the oxidation catalyst. The oxidized exhaust gases are then normally through the first exhaust pipe part 4, into the second exhaust pipe part 6 and through the silencer 7.
Die Luftpumpe 13 arbeitet so, daß sie Luft sowohl in das Auspuffsammeirohr 2 über ein Lufteinfuhr-Verteilersystem 15 (z.B. ein entsprechend ausgelegtes Rohrleitungssystem), als auch durch den Durchlaß 11 in das erste Auspuffrohrteil 4 (in StrömungsrichtungThe air pump 13 works to bring air into both the exhaust manifold 2 via an air inlet distribution system 15 (e.g. a suitably designed pipeline system), as well as through the Passage 11 into the first exhaust pipe part 4 (in the direction of flow
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der Abgase gesehen) hinter dem Gehäuse 3 für den Katalysator einbläst. Die relativen Volumina der Luftanteile, die einerseits durch das Lufteinführ-Verteilersystem 15 und andererseits durch den Durchlaß 11 geführt bzw. gepumpt werden, hängeh,ab von.dem Sauerstoffgehalt, der in den Abgasen im Auspuffsammeirohr 2 vorliegt und von dem Sauerstoff-Fühler 14 festgestellt wird.the exhaust gases seen) blows in behind the housing 3 for the catalytic converter. The relative volumes of the air fractions, on the one hand through the air inlet distribution system 15 and on the other hand through the passage 11 are guided or pumped, depending on the Oxygen content that is present in the exhaust gases in the exhaust manifold 2 and is detected by the oxygen sensor 14.
Das Ausgangssignal des Sauerstoff-Fühlers 14 besteht vorzugsweise aus einer ansteigenden Spannung, wenn der Sauerstoffgehalt kleiner wird. Dieses Signal wird verstärkt und einem Relais zugeführt, das ein Magnetventil so steuert, daß dieses das By-pass-Ventil 12 schließt, wenn die Spannung' einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Hierdurch wird dem Katalysator zusätzliche Luft zugeführt, die auch am Sauerstoff-Fühler 14 vorbeiströmt (und deren Zuschalrtung von dem Sauerstoff-Fühler 14 auch ausgelöst wurde, wie oben beschrieben). Wenn das vom Sauerstoff-Fühler abgegebene Spannungssignal einen bestimmten unteren Grenzwert erreicht hat, dann öffnet die Hysterese des Relais den By-pass, wodurch die von der Luftpumpe 13 geförderte Luft dann auch zur Kühlung des Abgases (in Gas-Strömungsrichtung gesehen) hinter dem Katalysator eingeblasen wird.The output of the oxygen sensor 14 is preferably there from an increasing voltage when the oxygen content gets smaller. This signal is amplified and fed to a relay that controls a solenoid valve so that it is the by-pass valve 12 closes when the voltage 'reaches a predetermined value has reached. As a result, additional air is supplied to the catalytic converter, which also flows past the oxygen sensor 14 (and the connection of which is also triggered by the oxygen sensor 14 as described above). If that from the oxygen sensor output voltage signal a certain lower limit value has reached, then the hysteresis of the relay opens the by-pass, whereby the air conveyed by the air pump 13 then also to the Cooling of the exhaust gas (seen in the gas flow direction) is blown behind the catalyst.
Der Grund für das Einblasen von Luft in das Auspuffsammeirohr vom Lufteinführ-Verteilersystem 15 aus ist darin zu sehen, daß der Anteil von Abgasverunreinigungen bzw. -Schadstoffen reduziert werden soll; das Einblasen von Luft durch den Durchlaß 11 in das Auspuffrohr (in Gas-Strömungsrichtung gesehen) hinter dem Kataly-The reason for air being blown into the exhaust manifold from the air inlet distributor system 15 it can be seen that the proportion of exhaust gas impurities or pollutants is reduced shall be; the injection of air through the passage 11 into the exhaust pipe (seen in the gas flow direction) behind the catalytic converter
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sator dient dem Zweck, die Temperatur der Abgase zu senken. Hohe Abgastemperaturen sind außerordentlich unerwünscht und auch nicht brauchbar, wenn z.B. ein Fahrzeug, das mit so einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüstet ist, sich im stationären Betrieb befindet, insbesondere ist dies der Fall beim Leerlauf des Motors. Um also eine bessere Kühlung der Abgase in so einer Betriebssituation zu erreichen, sind die vorstehend beschriebenen Anordnungen (zum Einblasen der Luft) zwischen dem ersten Auspuffrohrteil 4 und dem zweiten Auspuffrohrteil 6 angeordnet.The purpose of the sator is to lower the temperature of the exhaust gases. High exhaust gas temperatures are extremely undesirable and also not usable if, for example, a vehicle equipped with such an internal combustion engine is stationary Is in operation, especially when the engine is idling. So in order to better cool the exhaust gases in To achieve such an operating situation, the arrangements described above (for blowing in the air) are between the first exhaust pipe part 4 and the second exhaust pipe part 6 are arranged.
Die geschilderten Maßnahmen bewirken eine Luftzuführung, wobei der Weg der Abgase durch den düsenartig geformten Abschluß 5 (in Strömungsrichtung der Abgase gesehen) hinten an dem ersten Auspuffrohrteil 4 bewirkt , daß Luft von außerhalb des Abgassystems durch den ringförmigen Durchlaß 9 angesaugt und eingeführt wird und in das (in Strömungsrichtung der Abgase gesehen) vordere Ende des zweiten#Auspuffrohrteiles 6 gelangt , um sich dort mit den Abgasen.zu vermischen und diese vor deren Eintritt in den Schalldämpfer 7 abzukühlen.The measures described cause an air supply, the path of the exhaust gases through the nozzle-like shaped closure 5 (seen in the flow direction of the exhaust gases) at the rear of the first exhaust pipe part 4 causes air to be sucked in from outside the exhaust system through the annular passage 9 and introduced into reaches the (in the direction of flow of the exhaust gases viewed) front end of the second exhaust pipe # part 6 to mix there with the Abgasen.zu and cool it before its entry into the silencer. 7
Die vorstehend verwendeten Ausdrücke "auslaßseitig" bzw. "austrittsseitig" bezeichnen eine Stelle, bzw. einen Ort, der in Strömungsrichtung der Abgase gesehen am "Austritt" bzw. "Auslaß" des betreffenden Teils angeordnet ist (entsprechend "eintrittsseitig" eine Lage, die in Richtung der strömenden Abgase gesehen beim "Eintritt" des betreffenden Teils angeordnet ist) .The expressions used above "outlet side" and "outlet side" denote a place or a place, which, viewed in the direction of flow of the exhaust gases, is arranged at the "outlet" or "outlet" of the relevant part (corresponding to "inlet side" means a position that faces the direction of the flowing Exhaust gases seen at the "entry" of the part in question is arranged).
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| Date | Code | Title | Description |
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| OHJ | Non-payment of the annual fee |