DE3526135A1

DE3526135A1 - Katalytischer konverter fuer einen dieselmotor und konverterregenerierverfahren

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Publication number: DE3526135A1
Application number: DE19853526135
Authority: DE
Inventors: William B. West Chester Pa. Retallick
Original assignee: Individual
Current assignee: WR Grace and Co Conn
Priority date: 1984-09-07
Filing date: 1985-07-22
Publication date: 1986-03-20
Also published as: US4597262A

Description

Katalytischer Konverter für einen Dieselmotor und Konverterregenerierverfahren

Die Erfindung betrifft einen katalytischen Konverter für einen Dieselmotor. Insbesondere betrifft die Erfindung einen katalytischen Konverter, der die Partikel aus dem Abgas abscheidet und die Partikel festhält, so daß diese intermittierend abgebrannt werden können. Dann wird der katalytische Konverter wieder mit abgeschiedenen Partikeln geladen, die am Ende des nächsten Zyklus abgebrannt werden.

Katalytische Konverter gehören bereits zur Standardausrüstung von benzinbetriebenen Kraftfahrzeugen, und ihre Praktikabilität für Benzinmotoren gilt als erwiesen. Kata-

lytische Konverter für Dieselmotoren bringen verschiedene Probleme mit sich, die noch nicht gelöst worden sind. Das Dieselabgas ist kälter als das Abgas aus einem Benzinmotor, insbesondere dann, wenn der Dieselmotor leer-oder bei geringer Leistungsabgabe läuft. Manchmal ist das Dieselabgas so kalt, daß ein katalytischer Konverter nicht zünden und das leicht brennbare Kohlenmonoxid sowie Kohlenwasserstoffe in dem Abgas verbrennen kann. Selbst wenn der Dieselmotor bei hoher Leistungsabgabe läuft, ist das Abgas für das Verbrennen der darin enthaltenen Partikel selten heiß genug. Die Partikel werden durch den Konverter hindurchgehen und die in der Atmosphäre suspendierten Feststoffe vermehren. Es ist besonders wichtig, diese Dieselpartikel zu entfernen, weil sie als krebserzeugend gelten.

Das Problem der Dieselpartikel und frühere Versuche zum Entfernen derselben sind in drei Aufsätzen beschrieben, die durch die US Environmental Protection Agency gesponsort worden sind. Es handelt sich dabei um EPA-600/7-79-232b, EPA-625/9-79-004 und "Ignition Properties and Catalytic Oxidation of Diesel Particulate" der Battelle Columbus Laboratories ,1982. Diese Aufsätze beschreiben Partikelabscheider, die Quarzwolle, Wolle aus rostfreiem Stahl und Keramikwaben, ähnlich denen, die für Katalysatorträger in Kraftfahrzeugkonvertern benutzt werden, umfaßten. Die Quarzwolle war nicht robust genug. Die rostfreie Stahlwolle fiel in sich zusammen, als sie durch die brennenden Partikel erhitzt wurde. Die bei Batteile getestete Wabe war ein Bündel von im Querschnitt quadratischen Kanälen mit dünnen porösen Wänden, durch die das Abgas hindurchgeleitet wurde. Die Stirnseite der Wabe war ein quadratisches Gitter ähnlich einem Schachbrett, aber mit sehr kleinen Quadraten, beispiels·

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weise 200 Quadrate pro 645,2 mm (200 squares per square inch). Wenn sämtliche roten Quadrate in dem angenommenen Schachbrett auf der Einlaßstirnseite der Wabe und sämtliche schwarzen Quadrate auf der Auslaßstirnseite zugestopft sind, dann muß das Gas während seines Durch-

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. 44-

gangs durch die Wabe durch eine Keramikwand hindurchgehen. Durch diese Anordnung wurden die Partikel in oder auf den porösen Wänden der Wabe abgeschieden. Der Druckabfall stieg aber schnell an und erreichte 20,32 kPa (six inches of mercury) nach nur fünfzehn Minuten. Ein solcher Druckabfall ist für die praktische Anwendung viel zu hoch. Die gesammelten Partikel wurden zum Verbrennen durch Besprühen derselben mit einer Lösung eines Kupfersalzes katalysiert.

Der Ausdruck "Druckabfall", wie er hier benutzt wird, bedeutet die Differenz zwischen dem Druck an dem Eingangsende und dem Druck an dem Ausgangsende des Konverters. Ein hoher Druckabfall ist unerwünscht, weil er den Wirkungsgrad des Motors reduziert. Bei einem hohen Druckabfall, wie er durch übermäßig viele Partikel in dem Konverter verursacht würde, muß der Motor zusätzliche Energie aufwenden, um das Abgas durch den Konverter zu drücken, und zwar zusätzlich zum Liefern der Energie für die Fortbewegung.

Gemäß der Erfindung werden die Partikel nicht in einer einzigen kompakten Schicht gesammelt, durch die das Abgas hindurchgehen muß, vielmehr werden die Partikel in dem gesamten Konverter verteilt, so daß sich der Druckabfall langsam aufbaut.

In der grundlegenden Ausführungsform enthält der katalytische Konverter nach der Erfindung einen Stapel Metallstreifen, die durch Beulen, welche durch Eindrückungen hergestellt worden sind, in gegenseitigem Abstand gehalten werden. Die Streifen sind mit einem Verbrennungskatalysator überzogen. Die Beulen haben die gleiche Höhe, so daß der Abstand zwischen den Streifen gleich dieser Höhe ist. Die Beulen sind quer zu der Strömungsachse des Konverters ausgerichtet, und außerdem sind die Beulen versetzt angeordnet, so daß das Abgas einem kurvenreichen Weg folgt, wenn es zwischen den Streifen strömt. Das Gas macht jedesmal dann eine rechtwin-

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kelige Kurve, wenn es auf eine der Beulen auftrifft. Die Teilchen werden in dem Spalt eingefangen, der dort gebildet ist, wo eine Beule gegen den benachbarten Streifen drückt.

Es gibt einen Spalt sowohl auf der stromaufwärtigen als auch auf der stromabwärtige^ Seite jeder Beule. Die Partikel können in beiden Spalten gesammelt und gespeichert werden. Die Partikel werden in den stromaufwärtigen Spalt getrieben, wenn das Gas eine rechtwinkelige Kurve um die Beule macht. Die Teilchen werden in dem stromabwärtigen Spalt abgelagert, weil die Gasgeschwindigkeit in dem Abstrom oder Sog der Beule reduziert wird.

Das Abgas macht während seines Durchgangs durch den Konverter viele rechtwinkelige Kurven, und jede Kurve entfernt einen Anteil der Partikel. Auf diese Weise werden die Partikel in dem gesamten Konverter verteilt, so daß sich der Druckabfall nicht schnell aufbaut.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die Vorrichtung automatisch fest, wann der Konverter mit Partikeln gefüllt ist. Wenn die Vorrichtung durch Messen feststellt, daß der Druckabfall über einem voreingeatellten Wert ist, was anzeigt, daß der Konverter so gefüllt ist, wird Kraftstoff in das Abgas eingespritzt, um die Temperatur in dem Konverter zum Verbrennen der Partikel ausreichend zu erhöhen. Die Temperatur des Gases wird überwacht, und die Kraftstoffzufuhr wird automatisch geregelt, um eine Temperatur aufrechtzuerhalten, die zum Verbrennen der Partikel ausreicht, aber nicht hoch genug ist, um den Katalysator zu zerstören.

In noch einer weiteren Ausführungsform sind zwei katalytische Konverter vorgesehen, die den gleichen Aufbau haben und parallel angeordnet sind. Wenn die Vorrichtung einen

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Druckabfall abfühlt, der einen voreingestellten Wert übersteigt, bestimmt die Vorrichtung automatisch, welcher Konverter mit Partikeln mehr verstopft ist, und leitet Kraftstoff in diesen Konverter zum Abbrennen der Partikel darin, bis der Konverter ausreichend gereinigt ist.

Die Erfindung schafft also einen katalytischen Konverter für einen Dieselmotor, der die Partikel ausscheidet und sie festhält, so daß sie intermittierend abgebrannt werden können.

Weiter schafft die Erfindung einen katalytischen Konverter, wobei die angesammelten Partikel in dem gesamten Konverter verteilt werden, so daß sich der Druckabfall nicht schnell aufbaut.

Ferner schafft die Erfindung einen Abscheider für Dieselpartikel, der einen einfachen Aufbau hat und wirtschaftlich herstellbar ist.

Außerdem schafft die Erfindung einen katalytischen Konverter für einen Dieselmotor, wobei das Abbrennen von in dem Konverter abgeschiedenen Partikeln automatisch erfolgt.

•Weiter schafft die Erfindung einen katalytischen Konverter für einen Dieselmotor, der zwei im wesentlichen identische Abschnitte hat, wobei die Partikel gleichzeitig in nur einem Konverterabschnitt abgebrannt werden.

Schließlich schafft die Erfindung einen katalytischen Konverter in zwei Abschnitten, wie es vorstehend beschrieben ist, wobei die Abfühl- und Steuerfunktionen automatisch ausgeführt werden,

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines

Teils einer Schicht des katalytischen Konverters nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Teildraufsicht auf eine Schicht

des katalytischen Konverters, die den kurvenreichen Strömungsweg des Abgases durch die versetzten Beulen zeigt

Fig. 3 ein Schaltbild, das eine Ausführungs-

form der Erfindung veranschaulicht, welche eine automatische Einrichtung zum Abfühlen eines verstopften Zustands des katalytischen Konverters und zum Abbrennen der Partikel darin aufweist,

Fig. 4 ein Schaltbild, das eine weitere Aus

führungsform zeigt, in der zwei Konverter vorgesehen sind, wobei die Partikel gleichzeitig in nur einem Konverter abgebrannt werden, und

Fig. 5 ein Diagramm, das die ungefähre Be

ziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Druckabfall in dem Konverter zeigt.

Die Erfindung schafft einen katalytischen Konverter für einen Dieselmotor. In seiner einfachsten Form weist der Konverter einen Stapel Metallstreifen auf, die mit einem Verbrennungskatalysator überzogen und durch Hocker oder Beulen in gegenseitigem Abstand gehalten sind. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils eines solchen Streifens 3, der durch Eindrückung hergestellte Beulen 5 hat, die eine zylin-

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drische Form aufweisen. Die zylindrische Form wird durch eine gerade Linie erzeugt, die parallel zu ihrer ursprünglichen Position bleibt, wenn sie die Oberfläche erzeugt. Der Streifenstapel ist in einem nicht dargestellten Gehäuse befestigt.

Die Beulen brauchen nicht zylindrisch zu sein. Es kann vorteilhaft sein, die Beulen durch die Translation einer gekrümmten Linie statt einer geraden Linie zu erzeugen. Die konkave Seite der gekrümmten Beule kann in stromaufwärtige oder in stromabwärtige Richtung weisen. Ungeachtet ihrer Form müssen die Beulen die gleiche Höhe haben, so daß der Abstand zwischen den Metallstreifen gleich dieser Höhe ist. Zylindrische Beulen sind in der US-PS 4 162 993 beschrieben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Die Beulen sind quer zu der Strömungsachse des Konverters ausgerichtet und gegeneinander versetzt. Ein Pfeil 7 zeigt die Richtung der Strömung des Abgases durch den Konverter. Die versetzte Anordnung der Beulen, die in den Fig. 1 und gezeigt ist, gewährleistet, daß das in der durch den Pfeil 7 angegebenen Richtung strömende Abgas keinen geraden Weg durch den Konverter findet, sondern gezwungen wird, einen kurvenreichen Weg zu nehmen. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Schicht oder einen Streifen des Konverters und veranschaulicht durch Pfeile 21 den kurvenreichen Weg des Abgases. Das Abgas macht eine rechtwinkelige Kurve jedesmal dann, wenn es auf eine der Beulen auftrifft. Die Partikel werden aus dem Abgas abgeschieden und setzen sich in dem Spalt ab, der dort gebildet ist, wo eine Beule gegen den benachbarten Streifen drückt.

Das Gas macht somit während seines Durchgangs durch den Konverter viele rechtwinkelige Kurven, und jede Kurve entfernt einen Bruchteil der Partikel. Auf diese Weise werden die

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Partikel in dem gesamten Konverter verteilt/ so daß sich der Druckabfall nicht schnell aufbaut. Das ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, und zwar ein Merkmal, das bei dem Keramikwabenpartikelabscheider nicht vorhanden ist. In dem Wabenabscheider sammeln sich die Partikel in einer kompakten dünnen Schicht an, und das Gas muß durch diese Schicht hindurchströmen,und, wenn die Schicht dicker wird, nimmt der Druckabfall zu. In dem Konverter nach der Erfindung strömt das Gas über die Partikel vorbei an den Partikeln oder um die Partikel herum, die ausgeschieden worden sind. Der Druckabfall bei dem Konverter nach der Erfindung nimmt zu, wenn sich Partikel ansammeln, aber nicht so schnell oder nicht in dem Ausmaß, wie in dem Fall, in welchem das Gas durch die angesammelten Teilchen hindurchströmen muß.

Jede Reihe von Beulen lenkt das Gas rechtwinkelig um, wodurch ein Bruchteil der Partikel entfernt wird. Der Bruchteil der eintretenden Partikel, die schließlich durch den Konverter hindurchgehen, kann noch kleiner gemacht werden, indem die Anzahl der Reihen von Beulen vergrößert wird, was für verschiedene Verwendungszwecke erforderlich sein kann. Bei dem Keramikwabenabscheider, bei welchem eine einzige Keramikwand die gesamte Abscheidung besorgt, gibt es eine derartige Flexibilität nicht.

Die Beulen in Fig. 1 sind zylindrisch, weil sie durch Verschieben einer geraden Linie erzeugt werden, welche zu ihrer Ausgangsposition parallel bleibt. Wie oben erwähnt könnten die Beulen auch durch Verschieben einer gekrümmten Linie erzeugt werden, so daß während der Verschiebung jeder Punkt auf der gekrümmten Linie in demselben Abstand von seinem Ausgangspunkt ist. Die Beulen, die auf die eine oder andere Weise erzeugt werden, haben mehrere Vorteile. Sie widersetzen sich dem Zusammendrücken, so daß die Streifen zum Herstellen eines starren Gebildes eng zusammengepackt werden können.

At.

Die abgerundeten Oberseiten der Beulen bilden Spalte an dem benachbarten Streifen, und die Spalte dienen zum Festhalten von Partikeln. Schließlich können die Beulen in einem kompakten Muster angeordnet werden, das viele Spalte pro Streifenflächeneinheit ergibt.

Die Beulen in benachbarten Schichten sind gegeneinander versetzt, so daß sie nicht in Deckung sind und sich nicht ineinanderschieben. In Fig. 2 stellen die gestrichelten Rechtecke 9 die Beulen in dem Streifen unterhalb des sichtbaren Streifens dar. Der Abstand zwischen den Beulen kann bei sämtlichen Streifen in dem Stapel derselbe sein. Es ist lediglich notwendig, daß die Beulen in benachbarten Schichten gemäß der Darstellung in Fig. 2 gegeneinander verschoben sind, so daß die Beulen in benachbarten Streifen sich nicht decken und sich nicht ineinanderschachteln.

Der Dieselkonverter weist zwar gemäß vorstehender Beschreibung einen Stapel von einzelnen Metallstreifen auf, der Stapel könnte jedoch auch dadurch hergestellt werden, daß ein einzelner Streifen in sich selbst hin- und hergefalzt wird. Die Beulen würden sich in diesem Fall auf entgegengesetzten Seiten des gefalzten Streifens in abwechselnden Schichten befinden. Dieser Aufbau ist in der US-PS 4 402 871 beschrieben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Der Katalysator nach der Erfindung kann dadurch hergestellt werden, daß entweder einzelne Streifen übereinandergestapelt werden oder ein einzelner Streifen in sich selbst hin- und hergefalzt wird. Der hier verwendete Ausdruck "Stapel von Streifen" umfaßt jede dieser beiden Arten des Aufbaus.

Wenn der Konverter mit Partikeln geladen ist, die abgebrannt werden sollen, wird ein Kraftstoff in das Gas eingespritzt,

das durch den Konverter strömt. Der Kraftstoff kann Dieselkraftstoff oder irgendein anderer Kraftstoff sein, welcher verdampft werden kann. Der Kraftstoff verbrennt auf der katalysierten Oberfläche und erhöht die Temperatur ausreichend, um die Partikel abzubrennen. Zum vollständigen Verbrennen der Partikel muß diese Temperatur bis zu etwa 550 ⁰C betragen. Eine solche Temperatur wird in dem Abgas, welches einen Dieselmotor verläßt, selten erreicht. Das ist der Grund dafür, daß der zusätzliche Kraftstoff eingespritzt werden muß.

Es gibt unzureichenden Kontakt zwischen den aufgefangenen Partikeln und der katalysierten Oberfläche/ als daß die Oberfläche das verbrennen der Partikel katalysieren könnte . Es gibt aber ausgezeichneten Kontakt zwischen dem verdampften Kraftstoff und der katalysierten Oberfläche. Daher verbrennt der verdampfte Kraftstoff ohne weiteres und erhitzt den Konverter, und die angesammelten Partikel werden ihrerseits oxidiert.

In den Zeitspannen zwischen Abbrennvorgängen dient die katalysierte Oberfläche zum Verbrennen der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids in dem Abgas auf herkömmliche Weise, auf die ein Konverter in einem Abgasstrom benutzt wird.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Zustand des Konverters automatisch gesteuert wird. Die Ausführungsform umfaßt einen einzelnen katalytischen Konverter 30, der denselben Aufbau wie in den Fig. 1 und 2 hat. D.h. der Konverter 30 weist einen Stapel von Streifen des in Fig. 1 gezeigten Typs auf, die Beulen haben, welche von einer Schicht zur nächsten gegeneinander verschoben sind, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Das Abgas strömt durch die Vorrichtung in der durch Pfeile 45 und 46 angegebenen Richtung.

- vr -

Der Druckabfall an dem Konverter 30 wird durch einen Druckwächter 31 gemessen. Der Druckwächter 31 enthält eine Abfühleinrichtung, die schematisch durch gestrichelte Linien 41 und 42 gezeigt ist, zum Messen der Drücke an dem Eingangsund dem Ausgangsende des Konverters 30. Eine übermäßig hohe Differenz in den Drücken, d.h. ein übermäßig hoher Druckabfall zeigt an, daß der Konverter mit Partikeln verstopft ist und eine Einspritzung von Kraftstoff zum Abbrennen derselben benötigt.

Der Absolutwert des Druckes, der entweder an dem Eingangsoder an dem Ausgangsende des katalytischen Konverters gemessen wird, hängt von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ab, die ihrerseits von der Drehzahl des Motors abhängt. Wenn der Motor mit konstanter Drehzahl laufen würde, könnte die Messung der Differenz zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsdruck direkt mit einem voreingestellten Standardwert verglichen und zum Auslösen der Einspritzung von Kraftstoff in den Konverter benutzt werden. Da aber nicht angenommen werden kann, daß der Motor mit konstanter Drehzahl läuft, sind die direkten Meßwerte aus dem Druckwächter 31 nicht aussagekräftig.

Die Erfindung enthält deshalb eine Einrichtung zum Interpretieren der Bedeutung der Ablesung des Druckwächters 31. Die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung ist ein Mikroprozessor 50, der an seinen Eingängen den Wert des Druckabfalls aus dem Druckwächter 31 sowie die Drehzahl des Motors empfängt, welch letztere durch einen A/D-Wandler 52 geliefert wird, der mit der Nockenwelle des Motors verbunden ist. In dem Mikroprozessor 50 ist ein Diagramm oder eine Tabelle gespeichert, welche den maximal zulässigen Druckabfall für jede Motordrehzahl angibt.

Wenn der Mikroprozessor 50 feststellt, daß der durch den Druckwächter 31 gemessene Druckabfall größer als der maximal zulässige Druckabfall für die gegenwärtige Motordrehzahl ist, gibt der Mikroprozessor 50 über seine Ausgangsleitung 54 ein Signal zum Aktivieren eines Temperaturreglers 32 ab. Der Temperaturregler 32 ist im wesentlichen ein Thermostat und, wie symbolisch durch eine gestrichelte Linie 56 gezeigt, so angeschlossen, daß er die Temperatur des den katalytischen Konverter 30 verlassenden Abgases mißt. Der Temperaturregler 32 ist außerdem, wie es durch eine gestrichelte Linie 58 gezeigt ist, mit einem Ventil 33 verbunden. Das Ventil 33 steuert die Kraftstoffzufuhr über eine Kraftstoffleitung 60 in den katalytischen Konverter 30.

Der Temperaturregler 32 hält, nachdem er durch ein Signal aus dem Mikroprozessor 50 freigegeben worden ist, die Temperatur in dem katalytischen Konverter 30 auf dem gewünschten Wert von etwa 600 ⁰C durch Erhöhen der Verrringern der Kraftstoff zufuhr. Währenddessen fühlt der Druckwächter 31 weiterhin den Druckabfall an dem Konverter 30 ab. Wenn der Druckabfall unter einen für die gegenwärtige Motordrehzahl geeigneten Wert sinkt, gibt der Mikroprozessor 50 ein Signal ab, welches seinerseits den Temperaturregler 32 abschaltet, was zur Folge hat, daß die Kraftstoffzufuhr über die Leitung 60 abgeschaltet wird.

Der Prozeß, durch den der katalytische Konverter 30 von seinen angesammelten Partikeln durch das oben beschriebene Abbrennen gereinigt wird, wird als Regeneration bezeichnet. Die Regeneration erfolgt erneut, wenn der Druckabfall über einen zulässigen Wert (bei einer bestimmten Motordrehzahl) ansteigt, Wenn der Druckabfall unter einen vorbestimmten Wert bei einer bestimmten Motordrehzahl sinkt, wird die Regeneration als beendet angesehen.

- Xl -

Fig. 5 zeigt in qualitativer Form die Information, die in dem Mikroprozessor 50 gespeichert ist. Auf der Ordinate ist der Druckabfall ΔΡ aufgetragen, und auf der Abszisse ist die Motordrehzahl aufgetragen. Die Kurve 70 stellt den maximal zulässigen Druckabfall für jede mögliche Motordrehzahl dar. Wenn der Druckabfall bei irgendeiner Motordrehzahl über diese Linie ansteigt, benötigt der katalytische Konverter 30 eine Regeneration. Während der katalytische Konverter regeneriert wird, prüft der Mikroprozessor 50 ständig, ob der Druckabfall unter den durch die Kurve 72 gezeigten Wert gesunken ist. Wenn dieser Zustand eintritt, ist die Regeneration abgeschlossen, und die Kraftstoffzufuhr zu dem katalytischen Konverter kann abgeschaltet werden.

Es sei beachtet, daß die Entscheidungen zum Einleiten und zum Beendigen der Regeneration des katalytischen Konverters, die durch den Mirkoprozessor 50 getroffen werden, allgemein bei unterschiedlichen Motordrehzahlen getroffen werden. Es ist die in dem Mikroprozessor gespeicherte und durch das Diagramm in Fig. 5 dargestellte Information, die das Treffen dieser Entscheidungen ungeachtet der Motordrehzahl in einem besonderen Augenblick gestattet. Das Diagramm in Fig. 5 kann in dem Mikroprozessor 50 als eine diskrete Tabelle statt in Form von zwei durchgehenden Kurven dargestellt werden.

Während der Regeneration eines einzelnen Konverters, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, muß das gesamte Abgas auf etwa 600 ^qC erhitzt werden. Weniger Kraftstoff würde benötigt, wenn nur ein Teil des Abgases auf die Abbrenntemperatur erhitzt werden müßte. Das wird durch die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform erreicht, die zwei katalytische Konverter aufweist.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 wird gleichzeitig nur ein Konverter regeneriert. Die katalytischen Konverter 110 und 111 haben im wesentlichen denselben Aufbau wie der in Fig. 3

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gezeigte Konverter, und die Richtung der Abgasströmung ist durch Pfeile 113 und 114 angegeben. Der Abgaskanal 140 ist mit einer Drehklappe 112 verbunden, die an Leitungen 141 und 142 angeschlossen ist, welche das Gas in die katalytischen Konverter 110 bzw. 111 leiten. Die Drehklappe 112 hat drei Positionen: eine neutrale Position, die gezeigt ist und dem Gas gestattet, frei in beide Konverter zu strömen, und zwei Positionen, die das meiste Gas zwingen, nur in einen der Konverter zu strömen. Eine gestrichelte Linie 150 stellt eine der letztgenannten Positionen dar, welche den größten Teil der Strömung zu dem Konverter 110 blockiert. Die andere Drehklappenposition, die nicht gezeigt ist, blockiert den größtem Teil der Strömung zu dem Konverter 111. Die Drehklappe 112 bildet daher eine Umleiteinrichtung, die den Gasstrom in den einen oder in den anderen katalytischen Konverter umleitet.

Es ist wichtig, daß die Abgasströmung zu jedem Konverter nicht vollständig blockiert wird. Dieselmotorabgas enthält relativ große Mengen an Sauerstoff, die benötigt werden, um die Verbrennung während des Regenerationsprozesses aufrechtzuerhalten.

Wie in dem Fall der Ausführungsform mit dem einzelnen Konverter ist ein Druckwächter 115 mit dem Eingangs- und dem Ausgangsende der Vorrichtung verbunden. Es sei beachtet, daß der Druckabfall in dem Abgaskanal 140 und dem Auslaßkanal 150 gemessen werden muß. D.h. der Druckabfall wird für das System als Ganzes gemessen.

Wie zuvor empfängt ein Mikroprozessor 102 Eingangssignale, welche den Druckabfall sowie die Motordrehzahl (aus einem A/D-Wandler 101) darstellen. In dem Mikroprozessor 102 ist ein Diagramm oder eine Tabelle des in Fig. 5 gezeigten Typs

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gespeichert.

Der Mikroprozessor 102 ist mit Temperaturreglern 132 und 133 verbunden, die Kraftstoffventile 136 bzw. 137 auf eine Weise betätigen, die der oben mit Bezug auf die Ausführungsform mit dem einzelnen Konverter beschriebenen gänzlich gleicht. Der Mikroprozessor 102 ist jedoch außerdem mit einer Zeitgeber- und Klappenstellantriebseinrichtung 103 verbunden, die die Drehklappe 112 betätigt.

Wenn der Mikroprozessor 102 einen unzulässig hohen Druckabfall feststellt, veranlaßt er die Einrichtung 103, die Drehklappe 112 in eine ihrer beiden nichtneutralen Positionen und dann in die andere nichtneutrale Position zu drehen. Beispielshalber wird die Einrichtung 103 zuerst die Drehklappe 112 so betätigen, daß die Gasströmung durch den Konverter 110 im wesentlichen abgeschaltet ist. Die Drehklappe 112 wird durch die Einrichtung 103 für wenige Sekunden in dieser Position gehalten, während der Mikroprozessor intern den beobachteten Druckabfall aufzeichnet und speichert. Dieser beobachtete Druckabfall liefert eine Angabe über das Ausmaß, in welchem der Konverter 111 mit Partikeln gefüllt ist. Dann veranlaßt die Einrichtung 103 die Drehklappe 112, den größten Teil der Abgasströmung zu dem Konverter 111 abzusperren und die Gasströmung durch den Konverter 110 freizugeben. Der Mikroprozessor 102 zeichnet dann die Druckabfallmessung auf und speichert sie. Der Mikroprozessor 102 wählt dann den katalytischen Konverter aus, entweder den Konverter 110 oder 111, der eine Regeneration nötiger hat. Selbstverständlich berücksichtigt der Mikroprozessor 102 zu allen Zeiten automatisch die Motordrehzahl im Meßzeitpunkt. Beispielsweise wird der Mikroprozessor 102 für beide katalytischen Konverter 110, 111 die Differenz zwischen dem gemessenen Druckabfall und der Kurve 70 nach Fig. 5 aufzeichnen. Der Konverter,

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bei dem der Meßwert weiter oberhalb der Kurve 70 liegt,
ist derjenige Konverter, der zur Regeneration ausgewählt
wird.

Wenn der Mikroprozessor 102 einen Konverter zur Regeneration auswählt, gibt er ein Freigabesignal an einen der Temperaturregler 132, 133 ab, damit Kraftstoff auf gesteuerte Weise in den für die Regeneration ausgewählten Konverter eingespritzt wird. Dieser Regenerationsprozeß gleicht gänzlich dem oben
mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen.

Während einer der Konverter 110, 111 regeneriert wird, zeichnet der Mikroprozessor 102 ständig die verstrichene Zeit auf. Nach fünf Minuten Regeneration sperrt der Mikroprozessor vorübergehend den Temperaturregler und dreht mittels der Einrichtung 103 die Drehklappe 112 vorübergehend in die neutrale Position. Der Druckabfall an der gesamten Vorrichtung wird
dann gemessen. Wenn der Druckabfall für die gegenwärtige Motordrehzahl ausreichend niedrig ist, ist die Regeneration abgeschlossen, und das System kehrt in seinen Anfangszustand
zurück, d.h. in den Zustand, in welchem die Drehklappe 112
in der neutralen Position ist und beide Temperaturregler gesperrt sind. Wenn der Druckabfall nicht niedrig genug ist,
aktiviert der Mikroprozessor 102 erneut den Temperaturregler, der zuvor in Betrieb war, und die Regeneration wird fortgesetzt. Anschließend unterbricht der Mikroprozessor 102 jede Minute den Regenerationsprozeß, um festzustellen, ob die Regeneration beendet werden kann.

Die überprüfung der Vollständigkeit des Regenerationsprozesses erfordert nur etwa eine oder zwei Sekunden. Der gesamte Regenerationsprozeß kann fünf bis zehn Minuten oder mehr benötigen. Es wird erwartet, daß für den größten Teil der Zeitspanne, während der der Motor läuft, keine Regeneration

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stattindet, weshalb die Drehklappe 112 für die meiste Zeit in der neutralen Position sein wird.

Viele Modifizierungen der oben beschriebenen Erfindung sind möglich. Die Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 zeigen einen Mikroprozessor zum Erfüllen der Steuerfunktionen, dieselben Aufgaben könnten aber durch eine mechanische Einrichtung wahrgenommen werden. Die besonderen Steuervorrichtungen für den Druckwächter und die Temperaturregler könnten verändert und durch andere Vorrichtungen ersetzt werden. Die Anzahl der Streifen in den Konvertern und die Anzahl der Konverter könnten variiert werden.

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Claims

Ansprüche :

(1J Katalytischer Konverter für einen Dieselmotor, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Metallstreifen (3), die mehrere Beulen (5, 9) haben, welche im wesentlichen die gleiche Höhe aufweisen, so daß der Abstand zwischen den Streifen gleich dieser Höhe ist, wobei die Beulen (5, 9) in benachbarten Streifen (3) gegeneinder versetzt sind, so daß die benachbarten Streifen sich nicht decken und sich nicht ineinanderschachteln, wobei die Beulen quer zu der Strömungsrichtung (7) des Abgases aus dem Motor ausgerichtet und versetzt angeordnet sind, so daß die Beulen und die Streifen einen kurvenreichen Strömungsweg (21) zwischen den Streifen für das Abgas aus dem Motor festlegen, und wobei die Metallstreifen mit einem Verbrennungskatalysator überzogen sind.
2. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beulen (5, 9) eine abgerundete Oberseite haben, die einen Spalt an dem benachbarten Streifen (3) bildet, der Partikel aus dem Abgas einfängt.

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3. Katalytischer Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beulen (5, 9) eine insgesamt zylindrische Form haben.
4. Katalytischer Konverter für einen Dieselmotor, gekennzeichnet durch mehrere Metallschichten (3), die jeweils Beulen (5, 9) haben, welche im wesentlichen die gleiche Höhe haben, so daß der Abstand zwischen den Schichten (3) gleich dieser Höhe ist, wobei die Beulen quer zu der Strömungsachse (7) des Dieselabgases ausgerichtet und gegeneinder versetzt sind, so daß die Beulen und die Schichten einen kurvenreichen Strömungsweg (21) für das Abgas aus dem Motor festlegen, wobei die Beulen (5, 9) in benachbarte Schichten relativ zueinander versetzt sind, so daß benachbarte Schichten sich nicht decken und ineinanderschachteln können, und wobei die Schichten mit einem Verbrennungskatalysator überzogen sind.
5. Katalytischer Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus mehreren einzelnen Metallstreifen (3) bestehen.
6. Katalytischer Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten aus einem einzigen Metallstreifen bestehen, der in sich selbst hin- und hergefalzt ist.
7. Katalytischer Konverter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beulen (5, 9) eine insgesamt zylindrische Form haben.
8. Automatisches, selbstregenerierendes katalytisches Konvertersystem für einen Dieselmotor, gekennzeichnet durch: a) einen katalytischen Konverter (30) zum Empfangen von Abgas aus dem Dieselmotor, wobei der katalytische Konverter mehrere in gegenseitigem Abstand angeordnete Metall-

schichten (3) aufweist, deren gegenseitiger Abstand durch Beulen (5, 9) in den Schichten aufrechterhalten wird, wobei die Beulen quer zu der Strömungsrichtung (45, 46) des Abgases aus dem Motor ausgerichtet sind und wobei die Schichten mit einem Verbrennungskatalysator überzogen sind,

b) eine Drucküberwachungseinrichtung (31) zum ständigen Messen des Druckabfalls zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsende des katalytischen Konverters (30),

c) eine Temperaturregeleinrichtung (32) zum Halten der Temperatur in dem katalytischen Konverter (30) auf einem gewünschten Wert, und

d) eine Steuereinrichtung (50) zum Betätigen der Temperaturregeleinrichtung (32), wobei die Steuereinrichtung Eingangssignale aus der Drucküberwachungseinrichtung (31) und wenigstens von einem bewegten Teil des Motors empfängt und die Temperaturregeleinrichtung (32) betätigt, wenn der Druckabfall bei einer gegebenen Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert übersteigt, und die Temperaturregeleinrichtung (32) inaktiviert, wenn der Druckabfall bei einer gegebenen Motordrehzahl unter einen weiteren vorbestimmten Wert sinkt.
9. Katalytisches Konvertersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturregeleinrichtung (32) eine Einrichtung (56) zum Abfühlen der Temperatur des den katalytischen Konverter (30) verlassenden Abgases aufweist und daß eine Ventileinrichtung (33) mit der Abfühleinrichtung verbunden ist, wobei die Ventileinrichtung die Kraftstoffzufuhr zu dem katalytischen Konverter (30) steuert.
10. Katalytisches Konvertersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (50) mit der Nockenwelle des Motors verbunden ist, wodurch die Steuereinrichtung

Eingangssignale aus der Drucküberwachungseinrichtung (31) und von der Motornockenwelle empfängt.
11. Katalytisches Konvertersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Mikroprozessor (50) aufweist, der gespeicherte Diagramme enthält, welche den maximal zulässigen Druckabfall für eine bestimmte Motordrehzahl, unterhalb welcher die Temperaturregeleinrichtung (32) inaktiviert werden sollte, darstellen.
12. Katalytisches Konvertersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle des Motors mit einem A/D-Wandler (52) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Mikroprozessors (50) verbunden ist.
13. Automatisches, selbstregenerierendes katalytisches Konvertersystem für einen Dieselmotor, gekennzeichnet durch:

a) zwei katalytische Konverter (110, 111), die zum Empfangen von Abgas aus dan Dieselmotor parallel geschaltet sind, wobei beide katalytischen. Konverter mehrere gegenseitigen Abstand aufweisende Metallschichten (3) enthalten, wobei der Abstand zwischen den Schichten durch Beulen (5, 9) in den Schichten aufrechterhalten wird, wobei die Beulen quer zu der Strcmungsrichtung (113, 114) des Abgases durch den betreffenden Konverter ausgerichtet sind und wobei die Schichten mit einem Verbrennungskatalysator überzogen sind,

b) eine Drucküberwachungseinrichtung (115) zum ständigen Messen des Druckabfalls zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsende (140, 150) der parallel geschalteten katalytischen Konverter (110, 111),

c) zwei Temperaturregeleinrichtungen (132, 133) zum Halten der Temperatur in den katalytischen Konvertern auf einem gewünschtem Wert,

d) eine Umleitventileinrichtung (112) zum Richten des meisten

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Abgases aus dem Motor in den einen oder anderen katalytischen Konverter, und

e) eine Steuereinrichtung (102) zum Betätigen jeder Temperaturregeleinrichtung (132, 133), wobei die Steuereinrichtung so angeschlossen ist, daß sie Eingangssignale aus der Drucküberwachungseinrichtung (115) und von wenigstens einem bewegten Teil des Motors empfängt, wobei die Steuereinrichtung (102) eine der Temperaturregeleinrichtungen (132, 133) und die Umleitventileinrichtung (112) betätigt, wenn der Druckabfall bei einer bestimmten Motordrehzahl an einem der katalytischen Konverter einen vorbestimmten Wert übersteigt, und diese Temperaturregeleinrichtung inaktiviert, wenn der Druckabfall bei einer bestimmten Motordrehzahl an der Parallelschaltung der katalytischen Konverter unter einen weiteren vorbestimmten Wert sinkt.
14. Katalytisches Konvertersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Temperaturregeleinrichtungen (132, 133) eine Einrichtung aufweisen zum Abfühlen der Temperatur des einen der katalytischen Konverter (110, 111) verlassenden Abgases, und daß eine Ventileinrichtung (136, 137) mit der Abfühleinrichtung verbunden ist, wobei die Ventileinrichtung die Kraftstoffzufuhr zu diesem katalytischen Konverter steuert.
15. Katalytisches Konvertersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (102) mit der Nockenwelle des Motors verbunden ist, wodurch die Steuereinrichtung EingangsSignale aus der Drucküberwachungseinrichtung (115) und von der Motornockenwelle empfängt.
16. Katalytisches Konvertersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (102) mit einer Zeitgeber- und Ventilstellantriebseinrichtung (103) ver-

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bunden ist, die ihrerseits mit der Umleitventileinrichtung (112) verbunden und in der Lage ist, die Umleitventileinrichtung für eine gewünschte Zeitspanne in einer gewählten Position zu halten.
17. Katalytisches Konvertersvstem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Mikroprozessor (102) aufweist, der gespeicherte Diagramme enthält, welche den maximal zulässigen Druckabfall für eine gegebene Motordrehzahl sowie den Druckabfall für eine gegebene Motordrehzahl, unterhalb welcher die gegenwärtig betätigte Temperaturregeleinrichtung inaktiviert werden sollte, darstellen.
18. Katalytisches Konvertersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle des Motors mit einem A/D-Wandler (101) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Mikroprozessors (102) verbunden ist.
19. Katalytisches Konvertersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitventileinrichtung (112) eine Drehklappe aufweist, welche drei Positionen hat, nämlich eine neutrale Position, die dem Gas gestattet, frei in die beiden katalytischen Konverter (110, 111) zu strömen, eine zweite Position, in der das meiste Gas gezwungen wird, nur durch den ersten katalytischen Konverter zu strömen, und eine dritte Position, in der das meiste Gas gezwungen wird, nur durch den zweiten katalytischen Konverter zu strömen.
20. Verfahren zum Entfernen von angesammelten Partikeln aus einem katalytischen Konverter eines Dieselmotors, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Messen des Druckabfalls an dem katalytischen Konverter,

b) Überwachen der Drehzahl des Dieselmotors,

c) Aktivieren einer Einrichtung zum Regeln der Temperatur in dem katalytischen Konverter, wenn der Druckabfall bei

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der gegenwärtigen Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert übersteigt, und
d) Inaktivieren der Temperaturregeleinrichtung, wenn der Druckabfall bei der gegenwärtigen Motordrehzahl unter einen weiteren vorbestimmten Wert sinkt.
21. Verfahren nach Anspruch 20/ dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierschritt weiter die Schritte beinhaltet, die Temperatur an dem Ausgangsende des katalytischen Konverters abzufühlen und die Brennstoffzufuhr zu dem katalytischen Konverter auf die abgefühlte Temperatur hin so zu verändern, daß die Temperatur in dem katalytischen Konverter auf einem Wert gehalten wird, der zum Abbrennen der darin eingefangenen Partikel geeignet ist.
22. Verfahren zum automatischen Regenerieren von zwei katalytischen Konvertern für einen Dieselmotor, wobei die katalytischen Konverter parallel geschaltet sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Messen des Druckabfalls an der Parallelschaltung der katalytischen Konverter,

b) überwachen der Drehzahl des Dieselmotors,

c) Auswählen des einen oder des anderen katalytischen Konverters zum Regenerieren, wenn der Druckabfall bei der gegenwärtigen Motordrehzahl an der Parallelschaltung der katalytischen Konverter einen vorbestimmten Wert übersteigt,

d) Aktivieren einer Temperaturregeleinrichtung zum Halten der Temperatur in dem gewählten katalytischen Konverter auf einem Wert, der zum Abbrennen der darin eingefangenen Partikel geeignet ist,

e) periodisches Messen des Druckabfalls an der Parallelschaltung der katalytischen Konverter, und

f) Inaktivieren der Temperaturregeleinrichtung, die dem gewählten katalytischen Konverter zugeordnet ist, wenn der Druck-

abfall bei der gegenwärtigen Motordrehzahl an der Parallelschaltung der katalytischen Konverter unter einen weiteren vorbestimmten Wert sinkt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählschritt die Schritte beinhaltet:

a) Blockieren des größten Teils der Abgasströmung zu einem der katalytischen Konverter,

b) Messen des Druckabfalls an der Parallelschaltung der katalytischen Konverter,

c) Blockieren des größten Teils der Abgasströmung zu dem anderen katalytischen Konverter,

d) Messen des Druckabfalls an der Parallelschaltung der katalytischen Konverter und

e) Wählen desjenigen katalytischen Konverters zur Regeneration, der bei der gegenwärtigen Motordrehzahl den höheren Druckabfall hat.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierschritt weiter die Schritte beinhaltet, die Temperatur an dem Ausgangsende des zur Regeneration ausgewählten katalytischen Konverters abzufühlen und die Brennstoffzufuhr zu diesem katalytischen Konverter auf die abgefühlte Temperatur hin so zu verändern, daß die Temperatur in dem ausgewählten katalytischen Konverter auf einem Wert gehalten wird, der zum Abbrennen der darin eingefangenen Partikel geeignet ist.