DE3629945A1

DE3629945A1 - Vorrichtung zur nachbehandlung der abgase einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3629945A1
Application number: DE19863629945
Authority: DE
Inventors: Joachim Kaden
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1986-09-03
Filing date: 1986-09-03
Publication date: 1987-10-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Nachbehandlung der Abgase einer Brennkraftmaschine nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange gebenen Merkmalen.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 28 51 675 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist der als Ringkörper ausgebildete Katalysatorträger stromauf des anderen Katalysatorträgers mit Abstand zu diesem ange ordnet. Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine durch strömen die Abgase die beiden Katalysatorträger nach einander, wodurch sich ein hoher Strömungswiderstand er gibt. Bei höherer Last der Brennkraftmaschine durch strömen die Abgase im wesentlichen nur den stromab liegenden Katalysatorträger. Zwischen den beiden Katalysator trägern findet kein unmittelbarer Wärmeaustausch statt, dieser kann höchstens über die Abgase erfolgen. Wegen der hintereinander liegenden Anordnung der beiden Katalysator träger baut, wenn eine ausreichende Durchströmungslänge der Katalysatorträger erreicht werden soll, das Katalysatorgehäuse sehr lang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vor richtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei einem geringeren Aufwand an Bauraum die gegen seitige Temperaturbeeinflussung der beiden Katalysator träger derart verbessert wird, daß der für die Nach behandlung der Abgase günstigste Temperaturbereich schneller erreicht bzw. sicherer gehalten werden kann.

Die Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs ge nannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patent anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung ist der innere Katalysatorträger, der mit seinem geringeren Durch strömungsquerschnitt insbesondere im Warmlauf- und Teil lastbetrieb der Brennkraftmaschine von Abgasen durchströmt wird, durch den als Ringkörper ausgebildeten Katalysator träger thermisch gut nach außen abgeschirmt, so daß, auch wegen seiner verhältnismäßig geringen Masse, der innere Katalysatorträger rasch die Anspringtemperatur für die Behandlung der Abgase erreicht und auch bei sehr geringen Abgasmengen- und -temperaturen, wie im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, beibehält. Gleichzeitig wird der den inneren Katalysatorträger ohne Zwischenraum umgebende andere Katalysatorträger vorgewärmt, so daß er bei einer Umschaltung der Abgase auf ihn schnell die Anspring temperatur erreicht. Bei einer Sperrung des inneren Katalysatorträgers für die Abgase wird dieser durch den als Ringkörper ausgebildeten Katalysatorträger auf einem hohen Temperaturniveau gehalten. Da der gesamte Quer schnitt des Gehäuses als Durchströmungsquerschnitt der beiden Katalysatorträger genutzt werden kann und die Bau länge des Gehäuses durch die Durchströmungslänge nur eines Katalysatorträgers bestimmt wird, ist der durch das Gehäuse eingenommene Bauraum sehr gering.

Aus der US-PS 32 97 400 ist noch eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen bekannt, bei der zwei katalytische Umwandler unterschiedlicher Größe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, die von den Abgasen einzeln oder hintereinander durchströmt oder ganz um gangen werden können. Ein unmittelbarer Wärmeübergang zwischen den beiden Umwandlern sowie eine Wärmeübertragung durch die Abgase ist bei dieser bekannten Vorrichtung in nur geringem Maße möglich. Außerdem erreicht sie eine große Baulänge.

Mit der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Patentanspruch 2 werden die Baulänge des Ge häuses bestmöglich ausgenutzt sowie die Herstellung der Katalysatorträger vereinheitlicht.

Bei der Vorrichtung nach dem Patentanspruch 3 ist das stromab der Katalysatorträger gelegene Regelorgan Abgasen geringerer Temperaturen ausgesetzt als bei einer Anordnung stromauf der Katalysatorträger. Das Regelorgan ermöglicht alternativ eine Beaufschlagung durch die Abgase nur des inneren Katalysatorträgers oder beider Katalysatorträger gemeinsam.

Bei der nach dem Patentanspruch 4 ausgebildeten Vorrichtung werden die beiden Katalysatorträger alternativ von Abgasen beaufschlagt, der innere Katalysatorträger kann so durch seltene Beaufschlagung vor Verunreinigungen, die die Güte der Nachbehandlung verschlechtern, geschützt werden, so daß auch bei ungünstigen Umständen wie kühlen Ab gasen eine gute Nachbehandlung mit Hilfe eines wenig verunreinigten Katalysatorstoffes möglich ist.

Durch die Maßnahme des Patentanspruchs 5 wird ein noch schnelleres Erreichen der Anspringtemperaturen erreicht, da es die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, den inneren Katalysatorträger nur mit Abgasen mit verhältnis mäßig niedriger Temperatur zu beaufschlagen, bei denen der genannte Katalysatorstoff besonders wirksam ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher er läutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen mit einem Regelorgan im Längsschnitt,

Fig. 2 eine ähnliche Vorrichtung wie in Fig. 1 mit zwei Regelorganen und

Fig. 3 die Vorrichtungen der Fig. 1 und 2 im Quer schnitt nach der Linie III-III.

In einem rotationssymmetrischen Gehäuse 1 sind zwei mit einem Katalysatorstoff beschichtete Katalysator träger 2 und 3 angeordnet, von denen der eine (2) als Ringkörper ausgebildet ist, der mit seinem äußeren Mantel unmittelbar am Gehäuse anliegt, während der andere (3) konzentrisch zu jenem angeordnet dessen gesamten Innen raum ausfüllt. Die Abgase einer schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 4 werden dem Gehäuse 1 über einen Kanal 5 zugeführt und über Kanäle 6 und 7 aus dem Ge häuse 1 weggeführt, wobei der Kanal 6 die durch den als Ringkörper ausgebildeten Katalysatorträger 2 strömenden Abgase und der Kanal 7 die durch den inneren Katalysator träger 3 strömenden Abgase aufnimmt. Im Kanal 6 ist ein als Klappe ausgebildetes Regelorgan 8 angeordnet, das über einen Verstellhebel 9 in Abhängigkeit von Betriebs parametern der Brennkraftmaschine 1 wie der Last, der Abgasmenge oder deren Temperatur den Durchflußquerschnitt des Kanals 6 öffnet oder schließt. Entsprechend werden die Katalysatorträger 2 und 3 gemeinsam oder nur der innere Katalysatorträger 3 allein von Abgasen beauf schlagt. In der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 4 können so beispielsweise die Abgase die verhältnismäßig kleine Masse des inneren Katalysatorträgers 3 schnell erwärmen, so daß bereits nach kurzer Zeit die Anspring temperaturen für die Nachbehandlung der Abgase erreicht ist. Gleichzeitig wird durch die dargestellte kompakte Anordnung der Katalysatorträger 2 vorgewärmt. Bei hoher Last der Brennkraftmaschine 4 öffnet das Regelorgan 8 den Kanal 6, so daß der größeren Menge von Abgasen ein größerer Durchflußquerschnitt in den Katalysatorträgern 2 und 3 zur Verfügung steht.

Bei der Vorrichtung der Fig. 2 ist auch im Kanal 7 ein Regelorgan 10 angeordnet, das über den Verstellhebel 9 zusammen mit dem Regelorgan 8 im Kanal 6 derart ver stellbar ist, daß immer einer der beiden Kanäle 6, 7 ge öffnet und der andere verschlossen ist. Durch diese Regelung wird erreicht, daß der innere Katalysatorträger 3 infolge seltener Beaufschlagung mit Abgasen nur wenig mit Verunreinigungen belastet ist und somit seine ur sprüngliche niedrige Anspringtemperatur für die Nach behandlung der Abgase beibehält. Diese Anspring temperatur kann durch eine entsprechende Auswahl des Katalysatorstoffes weiter erniedrigt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß dieser bei höheren Abgas temperaturen beschädigt wird, da hierbei die Möglich keit besteht, die Abgase ausschließlich über den Katalysatorträger 2 zu leiten. Durch eine Zusammen führung der beiden Kanäle 6 und 7 hinter den Regelorganen 8 und 10 kann eine einflutige Ausführung der Abgasführung erreicht werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Nachbehandlung der Abgase einer Brennkraftmaschine mittels Katalysatorstoffen in mehreren Katalysatorträgern, insbesondere Wabenträgern, unterschiedlichen Durchströmungsquerschnitts, die unter Ausbildung des einen Katalysatorträgers als Ringkörper in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und in Ab hängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine oder der Abgase einzeln oder ge meinsam von den Abgasen durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Katalysatorträger (3) konzentrisch zum als Ringkörper ausgebildeten Katalysatorträger (2) dessen Innenraum ausfüllend angeordnet ist und einen kleineren Durchströmungsquerschnitt als dieser hat und daß beide Katalysatorträger (2, 3) parallel zueinander durchströmbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Katalysatorträger (2, 3) gleiche Durch strömungslänge aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im die Abgase aus dem als Ringkörper ausgebildeten Katalysatorträger (2) abführenden Kanal (6) ein Regel organ (8) angeordnet ist, das die durch diesen Katalysatorträger (2) strömende Abgasmenge in Abhängig keit von den Betriebsparametern steuert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Regelorgan (10) im die Abgase aus dem inneren Katalysatorträger (3) abführenden Kanal (7) angeordnet ist, das in Abhängigkeit von den Betriebs parametern derart gesteuert ist, daß immer der eine Kanal (6 oder 7) geöffnet und der andere Kanal (7 oder 6) geschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorstoff des inneren Katalysator trägers (3) eine niedrigere Anspringtemperatur auf weist als der Katalysatorstoff des anderen Katalysator trägers (2).