DE4117364A1 - Accelerating start-up IC engine exhaust gas purificn. catalyst - by catalytic oxidn. of carbon mon:oxide just before main catalyst and transferring heat to gas stream - Google Patents

Accelerating start-up IC engine exhaust gas purificn. catalyst - by catalytic oxidn. of carbon mon:oxide just before main catalyst and transferring heat to gas stream

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Abstract

Reducing the start-up retardation of catalyst in an I.C. engine exhaust gas stream (I) is effected by catalytic oxidn. of CO at a point near but before the main catalyst (II) and transporting the resultant heat of combustion into (II) by (I). Oxidn. of CO is carried out in a very short section, pref. shorter than 10mm, cf. the length of (II) and the pressure drip associated with oxidn. is less than 10%, pref. less than 2%. At least 50-60% of the CO but not more than 30-40% of the NOx and hydrocarbons (CnHm) are reacted in this section, in which only Pt is used as catalytic metal. ADVANTAGE - Start-up is improved easily, without reducng the lifetime of (I) or using electric heating. In an example, (II) (1) and ancillary catalyst (III) (2) were placed in a common cylindrical housing (3) with conical inlet and outlet (6,7), fitted in the exhaust pipe (4), with (III) just before (II). (III) had a conical support of metal wire mesh (wire dia. 30mm, free area 55%), pref. of metal suitable for operating temps. above 1000 deg. C, e.g. based on Ni and Cr. It was coated with Al2O3 (pref. 1-5 mg/cm2) and then with 60 micro-g Pt/cm2. (III) touched (II) only at points, so that direct heat transfer from (III) to (II) was only slight. (II) was a commercially available catalyst with a similar support, coated with 1.5 g/l combination of Pt/Rh in 5:1 wt. ratio. It had a dia. of 10cm, length of 15cm, vol. of 1.3dm3 and cross-section of 78.5 cm2, whilst (III) had the same dia. but a vol. of only 0.002-0.003 dm3 and area of 100-150 cm2, making its wt. negligible cf. that of (II). Tests were carried out with 50000 l/l.h exhaust gas with lambda = 1 and a CO content of 1 vol. %. Using (A) (II) alone, (B) the (III)/(II) combination, the temp. which (II) needed to reach, starting from cold (20 deg. C) for 50/90% conversion was (A) 222/242, (B) 186/214 deg. C for CO, (A) 262/392, (B) 222/308 for CnHm and (A) 214/226, (B) 174/204 deg. C for NOx. In an engine test run, the overall conversion was (A) 74, (B) 81% CO, (A) 82, (B) 90% CnHm and (A) 62, (B) 70% NOx.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Verkürzen der Anspringverzögerung eines im Abgasstrom eines Verbrennungs­ motors liegenden Katalysators und geht dazu aus von einer Vor­ richtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 7 angegebenen Merkmalen.The invention is concerned with a method for shortening the light-off delay of an in the exhaust gas stream of a combustion engine lying catalyst and is based on a Vor direction with the specified in the preamble of claim 7 Characteristics.

Ein Katalysator, der vom Abgas eines Verbrennungsmotors durch­ strömt wird, soll im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid oxidieren und Stickoxide reduzieren. Die in Deutschland geltenden gesetzlichen Vorschriften bestimmen, daß in einem sich über einige Minuten erstreckenden Testlauf des Motors, in welchem eine bestimmte Fahrstrecke mit bestimmten Geschwindigkeiten simuliert wird, bestimmte Grenzwerte für den Gehalt von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stick­ oxiden im Abgas nicht überschritten werden dürfen. Da der Test­ lauf mit kaltem Motor begonnen wird, Katalysatoren jedoch erst bei höherer Temperatur zunehmend ihre Wirksamkeit ent­ falten und die umzusetzenden Bestandteile des Abgases um­ setzen, sind besondere Anstrengungen erforderlich, um unter den ungünstigen Bedingungen des Testlaufes die geforderte Umsetzungsrate zu erreichen. Im Hinblick auf eine künftige Verschärfung der Schadstoffgrenzwerte im Abgas kommt des­ halb dem Anspringverhalten eines Katalysators besondere Be­ deutung zu. Um das Anspringverhalten zu verbessern, kann man daran denken, größere Katalysatoren einzusetzen und dadurch die Umsetzungsrate zu erhöhen. Dabei ist jedoch nachteilig, daß der Platzbedarf für den Katalysator unter dem Bodenblech der Karosserie steigt, daß die Kosten für den Katalysator steigen und daß er wegen seiner größeren Masse durch die Abgase langsamer erwärmt wird, was einer Verbesserung des Anspringverhaltens entgegenwirkt.A catalytic converter that is exhausted from an internal combustion engine is flowing, hydrocarbons contained in the exhaust gas and Oxidize carbon monoxide and reduce nitrogen oxides. In the Germany 's statutory provisions stipulate that in a test run of the Motors, in which a certain route with certain Speeds are simulated, certain limit values for the content of carbon monoxide, hydrocarbons and stick oxides in the exhaust gas must not be exceeded. Because the test  starting with a cold engine, but catalysts their effectiveness only increases at higher temperatures fold and the components of the exhaust gas to be converted special efforts are required to put under the unfavorable conditions of the test run Achieve implementation rate. With a view to a future The exhaust gas limit values are tightened half the light-off behavior of a catalytic converter interpretation to. To improve the light-off behavior, think about using larger catalysts and thereby increasing the implementation rate. However, it is disadvantageous that the space required for the catalyst below the floor pan of the body rises that the cost of the catalyst rise and that it because of its larger Mass is heated more slowly by the exhaust gases, which one Counteracts improvement in light-off behavior.

Man könnte auch daran denken, den Katalysator näher beim Motor in den Abgasstrang einzubauen und dadurch zu einer rascheren Erwärmung des Katalysators zu kommen. Das hat jedoch den gravierenden Nachteil, daß die Temperatur­ belastung ansteigt, welcher der Katalysator bei betriebs­ warmem Motor unterliegt, so daß die Lebensdauer des Katalysators verringert wird; das wiederum läuft Forde­ rungen nach einer garantierten längeren Lebensdauer der Katalysatoren zuwider.One could also think of the catalyst closer to the Install the engine in the exhaust system and thereby become one faster heating of the catalyst to come. That has however, the serious disadvantage that the temperature load increases, which the catalyst during operation warm engine is subject, so that the life of the Catalyst is reduced; that in turn runs Forde striving for a guaranteed longer lifespan of the Contradicting catalysts.

Es gibt auch Fahrzeuge, die zusätzlich zu einem wie üb­ lich im hinteren Abschnitt des Auspuffs angeordneten Haupt­ katalysator einen im Auspuffkrümmer, also sehr nahe am Motor angeordneten kleineren Vorschaltkatalysator haben, der durch seinen motornahen Einbau rascher erwärmt wird als der Haupt­ katalysator und deshalb in der Warmlaufphase des Motors früher anspringt als der Hauptkatalysator. Da dieser Vorschaltkataly­ sator jedoch wegen des motornahen Einbaus und der dadurch her­ vorgerufenen höheren thermischen Belastung eine wesentlich ge­ ringere Lebensdauer hat als der Hauptkatalysator, ist man wieder davon abgekommen, solche Vorschaltkatalysatoren zu be­ nutzen.There are also vehicles that are in addition to one as usual Head located in the rear section of the exhaust  catalytic converter in the exhaust manifold, so very close to the engine arranged smaller ballast, which by its installation close to the engine is warmed up more quickly than the main one catalyst and therefore earlier in the warm-up phase of the engine starts up as the main catalyst. Since this Vorschaltkataly sator, however, because of the installation close to the engine and the result called higher thermal load a significantly ge has a shorter lifespan than the main catalytic converter again strayed from being such ballasts use.

Eine andere Möglichkeit, das Anspringverhalten eines Kataly­ sators zu verbessern, besteht darin, ihn mit Hilfe der Fahrzeug­ batterie elektrisch zu beheizen (DE-PS 39 20 159). Nachteilig da­ bei ist jedoch, daß dadurch die Batterie insbesondere in der kal­ ten Jahreszeit, wenn ihre Leistung am geringsten ist, am stärksten belastet wird und daß durch das Vorheizen des Katalysators das Fahrzeug nur mit Verzögerung gestartet werden kann, was unerwünscht ist.Another possibility, the light-off behavior of a Kataly sators is to improve it with the help of the vehicle to heat the battery electrically (DE-PS 39 20 159). A disadvantage there is, however, that the battery in particular in the cal season, when their performance is least, strongest is loaded and that by preheating the catalyst the vehicle can only be started with a delay, what is undesirable.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anspringverhalten eines Katalysators auf möglichst einfache Art und Weise zu verbessern, ohne daß das zu Lasten der Lebensdauer des Katalysators geht und ohne daß dazu eine elektrische Beheizung des Katalysators notwendig wäre.The present invention has for its object that Starting behavior of a catalytic converter to be as simple as possible Way to improve without affecting the Lifespan of the catalyst goes and without that electrical heating of the catalyst would be necessary.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 7 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved by a method with the in the An claim 1 specified features and by a device with the features specified in claim 7. Beneficial  Developments of the invention are the subject of the dependent Expectations.

Erfindungsgemäß wird an einer Stelle dicht vor dem Kataly­ sator, aber in einem Abstand vom Katalysator, die Abgas­ temperatur durch katalysierte Oxidationsvorgänge erhöht, und zwar hauptsächlich durch Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Zu diesem Zweck wird dicht vor dem Katalysator, der hier als Hauptkatalysator bezeichnet wird, ein Hilfs­ katalysator angeordnet, dessen Masse sehr klein gegen die Masse des Hauptkatalysators ist. Wegen seiner geringen Masse wird der Hilfskatalysator durch die Abgase viel schneller als der Hauptkatalysator auf seine Zündtemperatur erwärmt. Mit der beginnenden Umsetzung des Kohlenmonoxids durch den Hilfs­ katalysator steigt die Temperatur des in den Hauptkatalysator strömenden Abgases kräftig an, so daß der Hauptkatalysator seine Zündtemperatur früher erreicht als ohne einen solchen Hilfskatalysator. Zwar wird durch die katalytische Umsetzung im Hauptkatalysator die Abgastemperatur und damit die Tempe­ ratur des Hauptkatalysator selbst gesteigert, jedoch wegen der vergleichsweise großen Masse des Hauptkatalysators sehr viel langsamer als beim Hilfskatalysator und erst dann, wenn am Hauptkatalysator selbst eine nennenswerte Umsetzung statt­ findet.According to the invention, at a point close to the Kataly sator, but at a distance from the catalytic converter, the exhaust gas temperature increased by catalyzed oxidation processes, and mainly due to oxidation of carbon monoxide Carbon dioxide. For this purpose, close to the catalyst, which is referred to here as the main catalyst, an auxiliary arranged catalyst, the mass of which is very small against the Mass of the main catalyst. Because of its small mass the auxiliary catalyst is much faster than the exhaust gases the main catalyst warms up to its ignition temperature. With the beginning implementation of carbon monoxide by the auxiliary catalyst increases the temperature of the main catalyst flowing exhaust gas vigorously, so that the main catalyst its ignition temperature reaches earlier than without one Auxiliary catalyst. Although the catalytic conversion in the main catalytic converter the exhaust gas temperature and thus the temperature rature of the main catalyst itself increased, but because the comparatively large mass of the main catalytic converter much slower than with the auxiliary catalytic converter and only when a noteworthy implementation takes place on the main catalyst itself finds.

Der zusätzliche Aufwand für den Hilfskatalysator ist gering, da dessen Masse sehr klein gegen die Masse des Hauptkataly­ sators ist. Die Lebensdauer des Hauptkatalysators wird durch das Vorsehen des Hilfskatalysators nicht verringert, da die Temperaturbelastung im Dauerbetrieb nicht steigt. Da anderer­ seits der Hilfskatalysator dicht vor dem Hauptkatalysator an­ geordnet ist, also nicht wesentlich näher beim Motor liegt als dieser, ist seine Temperaturbelastung nicht größer als die des Hauptkatalysators, so daß für den Hilfskatalysator mit einer Lebensdauer gerechnet werden kann, die nicht größer ist als die des Hauptkatalysators. Da der Hilfskatalysator in geringem Ab­ stand vor dem Hauptkatalysator liegt, hat man den weiteren Vor­ teil, daß die dort durch Katalyse erzeugte Reaktionswärme vom Abgasstrom direkt in den Hauptkatalysator transportiert wird, ohne nennenswerte Wärmeverluste an Rohre, Flansche, Konusse, Gehäuse und andere Bestandteile des Auspuffaggregates.The additional effort for the auxiliary catalyst is low, since its mass is very small compared to the mass of the main catalyst sators is. The life of the main catalyst is determined by the provision of the auxiliary catalyst is not reduced since the  The temperature load in continuous operation does not increase. Because others on the side of the auxiliary catalytic converter close to the main catalytic converter is ordered, so it is not much closer to the engine than this, its temperature load is not greater than that of the Main catalyst, so that for the auxiliary catalyst with a Can be expected that is not greater than that of the main catalyst. Since the auxiliary catalyst in low Ab stood in front of the main catalytic converter, you have the further front part that the reaction heat generated there by catalysis from Exhaust gas stream is transported directly into the main catalytic converter, without significant heat loss on pipes, flanges, cones, Exhaust housing and other components.

Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich darauf, durch den Hilfskatalysator hauptsächlich Kohlenmonoxid umzusetzen. Die katalytische Oxidation des Kohlenmonoxids erfolgt sehr rasch, so daß für eine weitgehende Umsetzung des Kohlen­ monoxids kein langer Weg des Abgases durch den Katalysator benötigt wird. Man kommt vielmehr mit einem sehr dünnen Katalysator aus, dessen Masse deshalb sehr klein gegen die Masse des Hauptkatalysators sein kann. Vorzugsweise ist der Hilfskatalysator kürzer als 1-5 Millimeter. Ein so kurzer Katalysator erzeugt keinen nennenswerten Druckverlust im Ab­ gasstrom und bewirkt deshalb keinen Leistungsverlust des Motors. Der Katalysator kann so kurz gehalten werden, daß der mit ihm verknüpfte Druckverlust im Abgasstrom kleiner als 1% bleibt. The method according to the invention is limited to to implement the auxiliary catalyst mainly carbon monoxide. The catalytic oxidation of carbon monoxide takes place very much quickly, so that for extensive implementation of coal monoxides not a long way of exhaust gas through the catalyst is needed. Rather, you come with a very thin one Catalyst from, whose mass is therefore very small against the Mass of the main catalyst can be. Preferably, the Auxiliary catalyst shorter than 1-5 millimeters. So short Catalyst does not generate any significant pressure loss in the exhaust gas flow and therefore causes no loss of performance of the Motors. The catalyst can be kept so short that the associated pressure drop in the exhaust gas flow is less than 1% remains.  

Da es erfindungsgemäß darauf ankommt, durch den Hilfs­ katalysator hauptsächlich Kohlenmonoxid umzusetzen, be­ nötigt man als katalytisch wirksames Metall nicht eine Mischung aus Platin und Rhodium im Gewichtsverhältnis 5 : 1, welche im Hauptkatalysator üblich ist, um für ein Ab­ gas mit der Zusammensetzung λ = 1 für alle drei Schad­ stoffkomponenten im Abgas (Kohlenmonoxid, Kohlenwasser­ stoffe und Stickoxide) eine maximale Umsetzung zu errei­ chen (λ = 1 kennzeichnet ein Abgas aus der Verbrennung eines Brennstoff-Luftgemisches, welches Brennstoff und Sauerstoff in stöchiometrischem Verhältnis enthält). Viel­ mehr kommt man für den Hilfskatalysator mit einem einzigen katalytisch wirksamen Metall aus, vorzugsweise Platin, welches sich zur Oxidation von Kohlenmonoxid hervorragend eignet. Die Kombination Platin/Rhodium wäre zwar ebenfalls sehr gut geeignet, ist aber teurer als Platin. Die Verwen­ dung von Palladium als katalytisch wirksames Metall des Hilfskatalysators ist ebenfalls möglich, doch ist Palladium weniger wirksam als Platin, ist dafür aber billiger als Platin.Since it depends on the invention, by the auxiliary mainly to implement carbon monoxide, be one does not need one as a catalytically active metal Mixture of platinum and rhodium in the weight ratio 5: 1, which is common in the main catalytic converter, for an Ab gas with the composition λ = 1 for all three harmful components in the exhaust gas (carbon monoxide, hydro substances and nitrogen oxides) to achieve maximum implementation chen (λ = 1 characterizes an exhaust gas from the combustion a fuel-air mixture, which fuel and Contains oxygen in a stoichiometric ratio). A lot more is needed for the auxiliary catalytic converter with a single one catalytically active metal, preferably platinum, which is excellent for the oxidation of carbon monoxide is suitable. The combination platinum / rhodium would also be very suitable, but is more expensive than platinum. The use formation of palladium as a catalytically active metal of Auxiliary catalyst is also possible, but is palladium less effective than platinum, but cheaper than it Platinum.

Die übliche Regelung der Abgaszusammensetzung mittels eines im Abgasstrom angeordneten Meßfühlers (λ-Sonde) wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Hilfskatalysators nicht beeinträchtigt und kann unverändert erfolgen, was ein Vorteil der Erfindung ist. The usual regulation of the exhaust gas composition by means of a sensor (λ-probe) arranged in the exhaust gas flow by using the auxiliary catalyst according to the invention not affected and can be done unchanged, what a The advantage of the invention is.  

Für die Erzielung der erfindungsgemäßen Wirkung des Hilfs­ katalysators ist es wichtig, daß dieser nur eine geringe Wärmekapazität hat und deshalb - anders als der Hauptkataly­ sator - durch das Abgas rasch aufgeheizt werden kann. Damit dieser Effekt nicht zunichte gemacht wird, sollte eine Wärme­ ableitung vom Hilfskatalysator auf den Hauptkatalysator so gut wie möglich behindert werden. Deswegen ist zwischen dem Hauptkatalysator und dem Hilfskatalysator ein Abstand vorge­ sehen. Der Hilfskatalysator muß jedoch auf irgend eine Weise im Auspuffaggregat, am Gehäuse des Hauptkatalysators oder an dessen Einlaßstutzen oder am Hauptkatalysator selbst befestigt werden. Die dadurch erforderliche mechanische Verbindung er­ folgt vorzugsweise nur punktweise, um den Wärmeübergang zu behindern.To achieve the effect of the auxiliary according to the invention it is important that the catalyst is only a small one Has heat capacity and therefore - unlike the main catalyst sator - can be heated up quickly by the exhaust gas. In order to this effect is not nullified, should be a warmth derivation from the auxiliary catalyst to the main catalyst be disabled as much as possible. That's why between Main catalyst and the auxiliary catalyst a distance pre see. However, the auxiliary catalytic converter must be in some way in the exhaust unit, on the housing of the main catalytic converter or on the inlet connector or attached to the main catalyst itself will. The required mechanical connection preferably follows only point by point in order to heat transfer hinder.

Im übrigen genügt es, wenn der Abstand des Hilfskatalysators vom Hauptkatalysator nur einige Millimeter beträgt, vorzugs­ weise zwischen 2 Millimeter und 20 Millimeter; wegen der Stabilität ist ein balliger, insbesondere ein hohlkegelförmiger Aufbau begünstigt.Otherwise, it is sufficient if the distance of the auxiliary catalyst of the main catalyst is only a few millimeters, preferred wise between 2 millimeters and 20 millimeters; because of the Stability is spherical, in particular a hollow cone Construction favors.

Da es erfindungsgemäß genügt, durch den Hilfskatalysator hauptsächlich Kohlenmonoxid zu oxidieren und Kohlenmonoxid sich sehr rasch katalytisch umsetzen läßt, kann der Hilfs­ katalysator nicht nur sehr kurz sein, sondern auch einen großen freien Strömungsquerschnitt haben, der vorzugsweise zwischen 50% und 95% liegt. Deshalb ist der Druckabfall, der durch den Hilfskatalysator bewirkt wird, so gering, daß er praktisch nicht meßbar ist. Der Hilfskatalysator verur­ sacht deshalb keinen Leistungsverlust des Verbrennungsmotors, im Gegenteil: Da er die Wirksamkeit des Hauptkatalysators in der gemäß den gesetzlichen Bestimmungen entscheidenden Warmlaufphase des Motors erhöht, besteht sogar die Möglich­ keit, den Hauptkatalysator und dadurch den durch ihn verur­ sachten Leistungsverlust des Verbrennungsmotors zu verkleinern.Since it is sufficient according to the invention, through the auxiliary catalyst mainly oxidize carbon monoxide and carbon monoxide can be implemented very quickly, the helper can catalyst not only be very short, but also one have a large free flow cross section, which is preferred is between 50% and 95%. So the pressure drop, which is caused by the auxiliary catalyst, so low that it is practically not measurable. The auxiliary catalytic converter therefore, no loss of performance of the internal combustion engine,  on the contrary: since it is the effectiveness of the main catalyst in the decisive according to the legal provisions Warm-up phase of the engine increased, there is even the possibility speed, the main catalytic converter and thereby the gently reduce the power loss of the internal combustion engine.

Als Trägerkörper für den Hilfskatalysator eignet sich besonders ein metallisches Netz, Sieb oder ein Blech, welches nach Art eines Streckmetalls durchbrochen ist, jeweils in Erstreckung quer zum Abgasstrom. Zur Erzielung der nötigen Stabilität kann der Trägerkörper gewellt sein. Im Zwischenraum zwischen einem so ausgebildeten Hilfskatalysator und dem Hauptkatalysator findet eine gewisse Verwirbelung des Abgasstroms statt, welche erwünscht ist, da sie die Übertragung der Oxidationswärme auf dem Hauptkatalysator begünstigt.A particularly suitable support body for the auxiliary catalyst a metallic net, sieve or sheet, which according to Art of an expanded metal is broken, in each case in extension across the exhaust gas flow. Can achieve the necessary stability the carrier body must be corrugated. In the space between one so trained auxiliary catalyst and the main catalyst there is some turbulence in the exhaust gas flow, which is desirable since it transfers the heat of oxidation favored the main catalyst.

Anstelle eines Siebes, Netzes oder Bleches kann auch ein schei­ benförmiger Hilfskatalysator verwendet werden, der sich je­ doch zweckmäßigerweise über eine Länge von nicht mehr als 10 Millimeter erstreckt.Instead of a sieve, net or sheet, a shin can also be used ben-shaped auxiliary catalyst can be used, depending but expediently over a length of no more than 10 Extends millimeters.

Der Querschnitt des Hauptkatalysators beträgt üblicherweise ein Mehrfaches des Querschnittes des Auspuffrohres, weshalb sich der Hauptkatalysator in einem besonderen Gehäuse befindet, welches mit Einlaßöffnung und Auslaßöffnung zwischen zwei Ab­ schnitte des Auspuffrohres eingefügt wird. Damit sich das Ab­ gas bereitwillig über den gesamten Querschnitt des Haupt­ katalysators verteilt, hat dessen Gehäuse zwischen seiner Ein­ laßöffnung und dem Hauptkatalysator einen sich erweiternden Abschnitt (Konus); in diesem sich erweiternden Gehäuseab­ schnitt wird vorzugsweise der Hilfskatalysator untergebracht, so daß für ihn kein zusätzlicher Platzbedarf besteht.The cross section of the main catalyst is usually a multiple of the cross section of the exhaust pipe, which is why the main catalytic converter is in a special housing, which with inlet opening and outlet opening between two from sections of the exhaust pipe is inserted. So that the Ab gas readily across the entire cross-section of the head distributed catalyst, has its housing between its on  opening and the main catalyst an expanding Section (cone); in this expanding housing the auxiliary catalyst is preferably placed, so that there is no additional space for him.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beige­ fügten Zeichnung schematisch dargestellt, welche einen Längsschnitt durch eine Anordnung aus einem Hauptkatalysator 1 und einem Hilfskatalysator 2 in einem gemeinsamen Gehäuse 3 zeigt, welches einen zylindrischen Abschnitt hat, in wel­ chem der Hauptkatalysator 1 angeordnet ist. Der Anschluß an ein Auspuffrohr 4 erfolgt durch einen konischen Gehäuse­ abschnitt 5 mit Einlaßöffnung 6 auf der Einlaßseite und einen konischen Gehäuseabschnitt 7 mit Auslaßöffnung 8 auf der Auslaßseite. Im Gehäuseabschnitt 5 befindet sich dicht vor dem Hauptkatalysator 1 der Hilfskatalysator 2, welcher als Trägerkörper ein metallisches Netz hat, welches zur Er­ zielung von hoher mechanischer Stabilität eine hohlkegel­ förmige Gestalt hat, wobei die Kegelspitze dem Abgasstrom (Pfeil 9) entgegengerichtet ist. Der Hilfskatalysator 2 ist nur punktuell mit dem Hauptkatalysator 1 verbunden, so daß der direkte Wärmeübergang vom Hilfs- zum Hauptkataly­ sator nur gering ist.An embodiment of the invention is shown schematically in the attached drawing, which shows a longitudinal section through an arrangement of a main catalyst 1 and an auxiliary catalyst 2 in a common housing 3 , which has a cylindrical portion in which chem the main catalyst 1 is arranged. The connection to an exhaust pipe 4 is made through a conical housing section 5 with inlet opening 6 on the inlet side and a conical housing section 7 with outlet opening 8 on the outlet side. In the housing section 5 is located just in front of the main catalyst 1, the auxiliary catalyst 2 , which has a metallic network as the support body, which has a hollow cone-shaped shape to achieve high mechanical stability, the cone tip being opposite to the exhaust gas flow (arrow 9 ). The auxiliary catalyst 2 is only selectively connected to the main catalyst 1 , so that the direct heat transfer from the auxiliary to the main catalyst is only slight.

Der Hauptkatalysator 1 kann ein handelsüblicher Katalysator sein, z. B. mit einem Durchmesser von 10 cm, einer Länge von 15 cm, einem Volumen von 1,3 dm3 und einer Querschnitts­ fläche von 78,5 cm2.The main catalyst 1 can be a commercially available catalyst, e.g. B. with a diameter of 10 cm, a length of 15 cm, a volume of 1.3 dm 3 and a cross-sectional area of 78.5 cm 2 .

Der Hilfskatalysator 1 hat einen entsprechenden Durchmesser, ein Volumen von nur 0,002 bis 0,003 dm3 und eine Fläche von 100 bis 150 cm2. Demgemäß ist sein Gewicht verglichen mit dem Gewicht des Hauptkatalysators 1 vernachlässigbar klein. The auxiliary catalyst 1 has a corresponding diameter, a volume of only 0.002 to 0.003 dm 3 and an area of 100 to 150 cm 2 . Accordingly, its weight is negligibly small compared to the weight of the main catalyst 1 .

Für die Trägerkörper der Hilfskatalysatoren verwendet man zweckmäßigerweise metallische Werkstoffe, die bei den hohen Betriebstemperaturen, die 1000°C übersteigen können, hin­ reichend beständig sind. Geeignet sind Heizleiterwerkstoffe auf der Basis von Nickel und Chrom, z. B. der Werkstoff Nr. 1.4868 nach DIN .... Auf den metallischen Trägerkörper wird in an sich bekannter Weise eine Aluminiumoxidschicht aufgetragen, vorzugsweise mit einer Flächenbelegung von 1 bis 5 mg/cm2 und auf dieser Aluminiumoxidschicht wird dann das katalytisch wirksame Edelmetall verankert, zweckmäßigerweise mit einer Flächenbelegung von 5 bis 500 µg/cm2. Zum Stand der Technik wird insoweit auf die DE-OS 34 36 400 und auf die DE-OS 37 35 033 verwiesen.For the support bodies of the auxiliary catalytic converters, it is expedient to use metallic materials which are sufficiently stable at the high operating temperatures, which can exceed 1000 ° C. Heating conductor materials based on nickel and chrome, e.g. B. the material No. 1.4868 according to DIN .... An aluminum oxide layer is applied to the metallic support body in a manner known per se, preferably with an area coverage of 1 to 5 mg / cm 2, and the catalytically active noble metal is then anchored on this aluminum oxide layer , expediently with an area coverage of 5 to 500 µg / cm 2 . As far as the prior art is concerned, reference is made to DE-OS 34 36 400 and DE-OS 37 35 033.

Soweit für den Hilfskatalysator ein Netz oder Sieb als Trä­ gerkörper gewählt wird, wählt man die Drahtdicke in erster Linie in Abhängigkeit von der gewünschten Stabilität. Die Drahtdicke liegt zweckmäßigerweise zwischen 0,05 und 2 mm, der Lochdurchmesser zwischen 0,1 und 5 mm und die sich daraus ergebende freie Öffnung des Hilfskatalysators zwischen 50% und 95%.So far for the auxiliary catalyst, a net or sieve as a carrier body is selected, the wire thickness is selected first Line depending on the desired stability. The Wire thickness is advantageously between 0.05 and 2 mm, the hole diameter between 0.1 and 5 mm and the resulting free opening of the auxiliary catalyst between 50% and 95%.

Das Anspringverhalten eines handelsüblichen Hauptkatalysators (wie vorne angegeben) mit einem davor angeordneten erfindungs­ gemäßen Hilfskatalysator wurde im Laborversuch und auf einem Motorprüfstand untersucht und mit dem Anspringverhalten des­ selben Hauptkatalysators, jedoch ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Hilfskatalysators verglichen. Der Hauptkatalysator enthielt als katalytisch wirksame Metalle 1,5 g/(l Kataly­ satorvolumen) der Kombination Platin/Rhodium im Gewichtsver­ hältnis 5 : 1.The light-off behavior of a commercially available main catalytic converter (as stated above) with a fiction arranged in front Auxiliary catalyst was tested in a laboratory and on a Engine test bench examined and with the light-off behavior of the same main catalyst, but without using the inventive Auxiliary catalyst compared. The main catalyst  contained 1.5 g / (l cataly volume) of the combination platinum / rhodium in weight ratio Ratio 5: 1.

Im Laborversuch wurde der Hauptkatalysator mit einem Abgas der Zusammensetzung λ = 1 und einem CO-Gehalt von 1 Vol.-% betrieben, wobei der Abgasdurchsatz 50 000 l/(l Katalysator­ volumen und pro Stunde) betrug.In the laboratory test, the main catalyst was with an exhaust gas the composition λ = 1 and a CO content of 1% by volume operated, the exhaust gas flow rate 50,000 l / (l catalyst volume and per hour).

Als Hilfskatalysator wurde ein mit 60 g Platin/cm2 be­ schichtetes Netz von 30 mm Durchmesser und einer freien Öffnung von 55% verwendet.A 60 g platinum / cm 2 coated network with a diameter of 30 mm and a free opening of 55% was used as the auxiliary catalyst.

In der nachstehenden Tabelle I sind die Temperaturen ange­ geben, die der Hauptkatalysator ausgehend vom kalten Zu­ stand (20°C) erreichen muß, damit im akkumulierten Abgas­ volumen für die einzelnen Schadstoffe eine 50-%ige (T 50) bzw. 90%ige (T 90) Umsetzung erreicht wird.The temperatures are given in Table I below give that the main catalyst starting from the cold Zu level (20 ° C) must be reached in the accumulated exhaust gas volume for the individual pollutants a 50% (T 50) or 90% (T 90) implementation is achieved.

Man erkennt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Hilfs­ katalysators die 50%ige und die 90%ige Umsetzung wesent­ lich früher erreicht werden als ohne den Hilfskatalysator.It can be seen that with the help of the aid according to the invention catalyst the 50% and 90% implementation essential can be achieved earlier than without the auxiliary catalyst.

2. Beispiel2nd example

Derselbe handelsübliche Katalysator wie im ersten Beispiel wurde auf einem Motorprüfstand einem Testlauf gemäß den gesetzlichen Prüfvorschriften (Fundstelle zitieren) über­ prüft, und zwar einmal ohne einen Hilfskatalysator und einmal mit einem Hilfskatalysator in Gestalt eines Netzes mit einem Durchmesser von 100 mm, mit einer Platinbeschichtung von 60 µg/cm2 und mit einer freien Öffnung von 55%.The same commercially available catalyst as in the first example was tested on a motor test bench in accordance with the statutory test regulations (cite reference), once without an auxiliary catalyst and once with an auxiliary catalyst in the form of a network with a diameter of 100 mm, with a platinum coating of 60 µg / cm 2 and with a free opening of 55%.

In beiden Fällen wurde überprüft, welcher Anteil der Schad­ stoffe im Abgas des gesamten Testlaufs umgesetzt worden sind. Das Ergebnis ist in der nachstehenden Tabelle II wiedergegeben. Man erkennt, daß durch den Hilfskatalysator die Umsetzung deutlich zunimmt.In both cases, the proportion of the damage was checked substances in the exhaust gas from the entire test run have been converted. The result is shown in Table II below. It can be seen that the reaction is carried out by the auxiliary catalyst increases significantly.

Tabelle I Table I

Tabelle II Table II

Umsetzung (%) Implementation (%)

Claims (21)

1. Verfahren zum Verkürzen der Anspringverzögerung eines im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors liegenden Kataly­ sators, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle dicht vor, aber in einem Abstand vom Hauptkatalysator hauptsächlich Kohlenmonoxid (CO) katalytisch oxidiert und die dabei ent­ stehende Verbrennungswärme durch den Abgasstrom in den Kataly­ sator transportiert wird.1. A method for shortening the light-off delay of a catalyst lying in the exhaust gas stream of an internal combustion engine, characterized in that mainly carbon monoxide (CO) is catalytically oxidized at one point, but at a distance from the main catalyst, and the resulting combustion heat is generated by the exhaust gas stream in the Catalyst is transported. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation des CO in einem verglichen mit der Länge des Hauptkatalysators sehr kurzen Abschnitt des Abgasstroms erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the oxidation of CO in one compared to the length of the main catalyst very short section of the exhaust gas flow he follows. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jener Abschnitt kürzer als 10 mm ist.3. The method according to claim 2, characterized in that that section is shorter than 10 mm. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der katalytischen Oxidation des CO vor dem Hauptkatalysator verknüpfte Druckverlust im Ab­ gasstrom kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 2% ge­ halten wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that with the catalytic oxidation of the CO in front of the main catalyst linked pressure loss in the exhaust gas flow less than 10%, preferably less than 2% ge will hold. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an jener Stelle dicht vor dem Haupt­ katalysator bereits wenigstens 50-60% des CO, aber noch nicht mehr als 30-40% der im Abgasstrom enthaltenen Stickoxide (NOx) und Kohlenwasserstoffe (HmCn) umgesetzt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at that point close to the main catalyst already at least 50-60% of the CO, but not yet more than 30-40% of the nitrogen oxides (NO x ) and hydrocarbons contained in the exhaust gas stream (H m C n ) are implemented. 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur katalytischen Umsetzung an jener Stelle vor dem Hauptkatalysator ausschließlich Platin als kataly­ tisch wirksames Metall eingesetzt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that for catalytic conversion on that Only place platinum as catalyze in front of the main catalytic converter effective metal is used. 7. Vorrichtung zur katalytischen Umsetzung von Abgasen aus Verbrennungsmotoren mit einem Hauptkatalysator (1), der in einem Gehäuse (3) untergebracht ist, welches mit Einlaß­ öffnung (6) und Auslaßöffnung (8) in ein Auspuffrohr (4) eingefügt ist, dessen lichter Querschnitt kleiner ist als der des Gehäuses (3), und mit einem im Abgasstrom mit Abstand vor dem Hauptkatalysator (7) liegenden Hilfskatalysator (2), dessen Masse kleiner als die des Hauptkatalysators (1) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskatalysator (2) un­ mittelbar vor oder im Gehäuse (3) des Hauptkatalysators (1) angeordnet und seine Masse sehr klein gegen die Masse des Hauptkatalysators (1) ist.7. Device for the catalytic conversion of exhaust gases from internal combustion engines with a main catalyst ( 1 ) which is housed in a housing ( 3 ) which is inserted with an inlet opening ( 6 ) and outlet opening ( 8 ) in an exhaust pipe ( 4 ), the lights Cross section is smaller than that of the housing ( 3 ), and with an auxiliary catalytic converter ( 2 ) lying in the exhaust gas flow at a distance from the main catalytic converter ( 7 ), the mass of which is smaller than that of the main catalytic converter ( 1 ), characterized in that the auxiliary catalytic converter ( 2 ) un directly in front of or in the housing ( 3 ) of the main catalyst ( 1 ) and its mass is very small compared to the mass of the main catalyst ( 1 ). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Hilfskatalysators (2) höchstens 5% der Masse des Hauptkatalysators (1) beträgt.8. The device according to claim 7, characterized in that the mass of the auxiliary catalyst ( 2 ) is at most 5% of the mass of the main catalyst ( 1 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Masse des Hilfskatalysators (2) höchstens 75 g, vorzugsweise nicht mehr als 50 g beträgt. 9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the mass of the auxiliary catalyst ( 2 ) is at most 75 g, preferably not more than 50 g. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskatalysator (2) nur punktweise mit dem Hauptkatalysator (1) und/oder dessen Ge­ häuse (3) verbunden ist.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the auxiliary catalyst (2) only pointwise housing with the main catalyst (1) and / or the Ge is connected (3). 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Hilfskatalysators (2) vom Hauptkatalysator (1) zwischen 2 mm und 20 mm beträgt.11. Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the distance of the auxiliary catalyst ( 2 ) from the main catalyst ( 1 ) is between 2 mm and 20 mm. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Öffnung des Hilfskataly­ sators (2) zwischen 50% und 95% beträgt.12. Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the free opening of the auxiliary catalyst ( 2 ) is between 50% and 95%. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskatalysator (2) als Trägerkörper ein Netz, Sieb oder nach Art eines Streckmetalls ausgebildetes, durchbrochenes Blech aufweist, welches sich quer zum Abgasstrom erstreckt.13. Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that the auxiliary catalyst ( 2 ) as a support body has a mesh, sieve or formed in the manner of an expanded metal, perforated sheet metal which extends transversely to the exhaust gas flow. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper gewellt ist.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the carrier body is corrugated. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskatalysator (2) scheiben­ förmig ist.15. The device according to one of claims 7 to 14, characterized in that the auxiliary catalyst ( 2 ) is disc-shaped. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskatalysator (2) konvexe Oberflächen dem Abgasstrom entgegengerichtet und die konkave Oberfläche dem Hauptkatalysator (1) zugewandt ist. 16. The device according to one of claims 7 to 14, characterized in that the auxiliary catalyst ( 2 ) has convex surfaces opposite to the exhaust gas flow and the concave surface faces the main catalyst ( 1 ). 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskatalysator (2) die Gestalt eines Hohl­ kugelabschnitts oder eines Hohlkegels hat.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the auxiliary catalyst ( 2 ) has the shape of a hollow spherical section or a hollow cone. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Hilfskatalysator (2) in der Richtung, in welcher er vom Abgas durchströmt wird, über eine Länge von höchstens 10 mm, vorzugsweise über nicht mehr als 5 mm erstreckt.18. Device according to one of claims 7 to 17, characterized in that the auxiliary catalyst ( 2 ) extends in the direction in which the exhaust gas flows through it over a length of at most 10 mm, preferably not more than 5 mm. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) des Hauptkataly­ sators (1) zwischen seiner Einlaßöffnung (6) und dem Haupt­ katalysator (1) einen sich erweiternden Abschnitt (5) hat und daß sich der Hilfskatalysator (2) in diesem Gehäuseab­ schnitt (5) befindet.19. Device according to one of claims 7 to 18, characterized in that the housing ( 3 ) of the main catalyst ( 1 ) between its inlet opening ( 6 ) and the main catalyst ( 1 ) has an expanding section ( 5 ) and that the auxiliary catalyst ( 2 ) in this section of the housing ( 5 ). 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskatalysator (2) einen sich in Richtung des Abgasstroms entsprechend erweiternden Querschnitt hat.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the auxiliary catalyst ( 2 ) has a correspondingly widening cross section in the direction of the exhaust gas flow. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskatalysator (2) als katalytisch wirksames Metall ausschließlich Platin enthält.21. Device according to one of claims 7 to 20, characterized in that the auxiliary catalyst ( 2 ) contains only platinum as the catalytically active metal.
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