DE4414904C1 - Temperature-controlled exhaust catalytic converter system for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine temperaturgeregelte Abgas katalysatoranlage für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbe griff des Patentanspruches 1, wie sie z. B. allgemein für Kraft fahrzeugverbrennungsmotoren verwendbar ist und speziell für Personenkraftwagen mit modernen Dieselmotoren mit Direktein spritzung von besonderem Nutzen ist.The invention relates to a temperature-controlled exhaust gas catalyst system for an internal combustion engine according to the Oberbe handle of claim 1 as z. B. general for strength vehicle internal combustion engines can be used and specifically for Cars with modern diesel engines with direct input spraying is of particular benefit.
Es ist allgemein bekannt, daß im Anschluß an einen Kaltstart eines Fahrzeugmotors zunächst ein starker Wärmeübertrag vom Ab gas an den noch kalten, strömungsaufwärts von einem Katalysator gelegenen Auspuffleitungsabschnitt erfolgt, so daß das Abgas im Eingangsbereich des Katalysators bereits eine für eine optimale Katalysatorwirkung zu geringe Temperatur aufweist. Es ist wei ter bekannt, dieser Tatsache durch eine Isolation der Rohre dieses Abgasleitungsabschnitts zu begegnen. Diese Isolation hat jedoch andererseits zur Folge, daß im warmen Betriebszustand der Anlage nur noch eine verhältnismäßig geringe Abgaskühlung entlang des Auspuffabschnitts vor dem Katalysator durch Wärme kontakt mit der vorbeiströmenden Außenluft erfolgt. Dadurch können bei betriebswarmem Motor, z. B. bei einem im Vollastbe reich betriebenen modernen PKW-Dieselmotor mit Direkteinsprit zung, Abgastemperaturen im Katalysator entstehen, die oberhalb des optimalen Arbeitsbereiches von modernen NOx -Reduktionskata lysatoren liegen. Andererseits kann selbst bei betriebswarmem Motor in einer Anlage ohne Rohrisolation und Temperierungsmaß nahmen für das Abgas eine zu geringe Abgastemperatur im Kataly satorbereich vorliegen, wenn der Motor im unteren Teillastbe reich betrieben wird.It is generally known that after a cold start of a vehicle engine there is first a strong heat transfer from the gas to the still cold exhaust pipe section located upstream of a catalytic converter, so that the exhaust gas in the entrance area of the catalytic converter is already too low a temperature for an optimal catalytic effect having. It is known ter ter to counter this fact by insulating the pipes of this exhaust pipe section. However, this insulation on the other hand has the consequence that in the warm operating state of the system there is only a relatively low exhaust gas cooling along the exhaust section in front of the catalytic converter by heat contact with the outside air flowing past. As a result, when the engine is warm, e.g. B. in a Vollastbe operated modern car diesel engine with direct injection, exhaust gas temperatures in the catalyst arise which are above the optimal working range of modern NO x -Reduktionskata analyzers. On the other hand, even with a warm engine in a system without pipe insulation and temperature control measures for the exhaust gas, the exhaust gas temperature may be too low in the catalytic converter area if the engine is operated in the lower part-load range.
Um nach einem Motorstart möglichst rasch eine optimale Kataly satortemperatur zu erreichen, ist es weiter bekannt, den Kata lysatorkörperbereich mit einer zusätzlichen, abgasführenden Temperierleitung zu temperieren. So ist in der Offenlegungs schrift DE 41 09 227 A1 eine temperaturgeregelte Abgaskatalysa toranlage gezeigt, bei der hauptströmungsaufwärts vom Katalysa torkörper ein ansteuerbares 2-Wege-Ventil angeordnet und der Katalysatorkörper gleichzeitig als Wärmetauscherkörper ausge bildet ist. Durch entsprechende Ansteuerung des Ventils kann das heranströmende Abgas wahlweise direkt zur Schadstoffkonver sion in den Katalysatorbereich oder zunächst über eine Tempe rierleitung geleitet werden, die durch den Katalysatorwärmetau scherbereich geführt ist und anschließend in die Katalysatorzu leitung vor dem Katalysatorkörper einmündet.To get an optimal catalyze as quickly as possible after starting the engine To reach sat temperature, it is also known, the Kata lysator body area with an additional, exhaust gas Temperature control line. So in the disclosure document DE 41 09 227 A1 a temperature-controlled catalytic converter Gate system shown in the main flow upstream of the catalytic converter gate body arranged a controllable 2-way valve and the Catalyst body at the same time out as a heat exchanger body forms is. By controlling the valve accordingly the incoming exhaust gas can be used directly for pollutant conversion sion in the catalyst area or first over a Tempe rierleitung are passed through the catalytic converter shear area and then into the catalyst line opens in front of the catalyst body.
Eine ähnliche Katalysatorkörpertemperierung wird durch die in der Offenlegungsschrift JP 55-19939 (A) beschriebene, gattungs gemäße Abgaskatalysatoranlage bewirkt. Dort mündet die Tempe rierleitung strömungsabwärts vom Katalysatorkörper vor einem in der Abgasabführleitung angeordneten Absperrventil aus, führt dann in den Katalysatorkörperbereich zur Temperierung desselben zurück und mündet anschließend hauptströmungsabwärts des Ab sperrventils in die Abgasabführleitung ein. Mit dieser Maßnahme vermag zwar der Katalysatorkörper selbst in kürzerer Zeit eine geeignete Betriebstemperatur nach einem Motorkaltstart zu er reichen, jedoch bleibt die Schwierigkeit bestehen, daß das Ab gas sich vor dem Katalysator bereits stark abgekühlt hat und daher insbesondere im Katalysatoreingangsbereich noch keine op timale Katalysatorwirkung für das anströmende, noch verhältnis mäßig kühle Abgas vorliegt.A similar catalyst body temperature control is given by the in JP 55-19939 (A), generic appropriate catalytic converter system effects. The Tempe flows there rier line downstream of the catalyst body in front of an in the shut-off valve arranged in the exhaust gas discharge line then in the catalyst body area to temper it back and then flows downstream of the Ab shut-off valve in the exhaust gas discharge line. With this measure the catalyst body can do one even in a shorter time suitable operating temperature after a cold engine start enough, but the difficulty remains that the Ab gas has already cooled down considerably before the catalytic converter and therefore no op., especially in the catalyst entrance area maximum catalyst effect for the inflowing, still ratio Exhaust gas is moderately cool.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer temperaturgeregelten Abgaskatalysatoranlage der eingangs genannten Art zugrunde, die in den verschiedenen Betriebsbedin gungen eine möglichst gute Katalysatorwirkung erzielt und ins besondere weitestmöglich sowohl zu hohe wie auch zu niedrige Temperaturen des in den Katalysator einströmenden Abgases ver meidet.The invention is a technical problem of providing a temperature-controlled catalytic converter system at the beginning mentioned type, which in the various operating conditions achieved the best possible catalyst effect and ins special as much as possible both too high and too low Temperatures of the exhaust gas flowing into the catalyst ver avoids.
Dieses Problem wird durch eine temperaturgeregelte Abgaskataly satoranlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Da bei ist insbesondere vorgesehen, daß sich die in Hauptströ mungsrichtung hinter dem Katalysatorkörper und vor dem ansteu erbaren Ventil ausmündende, abgasführende Temperierleitung in Wärmekontakt zur hauptströmungsaufwärts vom Katalysatorkörper gelegenen Abgaszufuhrleitung erstreckt. Dies bewirkt, daß nicht nur der Katalysatorkörper selbst auf einer optimaleren Tempera tur gehalten wird, sondern auch bereits das ihm zuströmende Abgas. Durch den Wärmekontakt der Temperierleitung mit diesem Abgaszufuhrleitungsabschnitt bleibt das Abgas in diesem Bereich temperiert, wobei insbesondere eine zu starke Abkühlung durch Wärmekontakt nach außen verhindert wird. Gleichzeitig bleibt durch den Wegfall einer Isolierung der Abgaszufuhrleitung die Möglichkeit erhalten, bei sehr heißer Abgasströmung dieses durch Wärmekontakt nach außen zu kühlen, wobei dann das Ventil so angesteuert wird, daß in der Temperierleitung keine nennens werte Abgasströmung mehr vorliegt und diese in dem der Abgas zufuhrleitung gegenüberliegenden Bereich daher selbst durch den Wärmekontakt nach außen weitgehend abgekühlt wird. Bei zu kühler Abgasströmung wird hingegen durch das Ventil die direkte Ausmündung des Abgases aus dem Katalysatorausströmraum in die Abgasabführleitung abgesperrt und dadurch das aus dem Kataly sator austretende Abgas durch die Temperierleitung geführt. Durch entsprechende Ansteuerung von Ventilzwischenstellungen ist zudem die Abgasabströmung aus dem Katalysatorausströmraum in beliebigem Verhältnis zwischen Temperierleitung und direkter Ausmündung in die Abgasabführleitung aufteilbar, was eine entsprechende Temperaturregelung der Abgaskatalysatoranlage bedeutet. This problem is caused by a temperature-controlled exhaust gas catalytic converter Sator system solved with the features of claim 1. There in particular it is provided that the main streams direction behind the catalyst body and in front of the control valve that leads to the exhaust gas and carries the temperature control line in Thermal contact to the main flow upstream of the catalyst body Exhaust gas supply line extends. This doesn't only the catalyst body itself at a more optimal tempera is held, but also what is flowing to it Exhaust gas. Through the thermal contact of the temperature control line with it Exhaust gas supply line section, the exhaust gas remains in this area tempered, in particular due to excessive cooling Thermal contact to the outside is prevented. At the same time remains by eliminating the insulation of the exhaust gas supply line Possibility to do this if the exhaust gas flow is very hot to cool to the outside by thermal contact, then the valve is controlled so that none in the temperature control line valued exhaust gas flow is present and this in which the exhaust gas supply line opposite area therefore even through the Thermal contact to the outside is largely cooled. In to cool exhaust gas flow, on the other hand, becomes direct through the valve Outflow of the exhaust gas from the catalyst outflow space into the Exhaust gas discharge line shut off and this from the Kataly exhaust gas escaping through the temperature control line. By appropriately controlling intermediate valve positions is also the exhaust gas outflow from the catalyst outflow space in any ratio between temperature control line and direct Outflow into the exhaust gas discharge line, which is a appropriate temperature control of the catalytic converter system means.
In Ausgestaltung der Erfindung bildet die Temperierleitung in dem Bereich, in dem sie in Wärmekontakt zur Abgaszufuhrleitung liegt, einen diese koaxial umgebenden Ringkanal, so daß die Ab gaszufuhrleitung in diesem Bereich allseitig nach außen von diesem Temperierleitungsabschnitt abgeschirmt ist. Im Strö mungsumkehrpunkt der Temperierleitung geht dieser Ringkanal dann in eine den Katalysatorkörper parallel umgehende Rohrlei tung über.In an embodiment of the invention, the temperature control line in the area in which they are in thermal contact with the exhaust gas supply line lies, a coaxially surrounding this ring channel, so that the Ab gas supply line in this area on all sides from this tempering line section is shielded. In the river The reversal point of the temperature control line goes this ring channel then into a pipe that bypasses the catalyst body in parallel tung about.
Eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 hat den Vor teil, daß mit dem Ventil entweder die Abgasabführleitung oder die Temperierleitung aktiv absperrbar ist bzw. sich die jewei ligen Strömungsanteile aktiv durch entsprechende Ventilstellung einstellen lassen.An embodiment of the invention according to claim 3 has the front part that either the exhaust pipe or with the valve the temperature control line can be actively shut off or the respective active flow components through appropriate valve position let set.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 ist die Temperierleitung durch einen längsgeteilten Ringkanal gebildet. Die durch diese Längsteilung gebildeten einzelnen Ringlängska näle stehen hauptströmungsaufwärts untereinander in Verbindung und münden andererseits zum Teil in den Katalysatorausströmraum und zum übrigen Teil strömungsabwärts vom Ventil in die Abgas abführleitung. Damit erfolgt die Abgasströmung in der Tempe rierleitung durch Ausmünden aus dem Katalysatorausströmraum in den einen Teil der Ringlängskanäle, von wo das Abgas entgegen der Hauptströmungsrichtung und entlang des entsprechenden Ab gaszufuhrleitungsabschnitts zurückströmt, bis es am hauptströ mungsaufwärts gelegenen Umkehrpunkt in die anderen Ringlängska näle umgelenkt wird und in diesen hauptströmungsabwärts zur Ab gaszuführleitung hinter dem Ventil geführt wird. Durch diese Temperierleitungsgestaltung als unterteilter Ringkanal kann folglich der Vorlauf und der Rücklauf des Temperierabgases in nerhalb dieses Ringkanals erfolgen, so daß ein sehr kurzer Tem perierleitungsweg erreicht bzw. eine separate Rohrleitung zur Umgehung des Katalysatorkörperbereiches vermieden wird.In one embodiment of the invention according to claim 4, the Temperature control line formed by a longitudinally divided ring channel. The individual Ringlängska formed by this longitudinal division channels are connected to each other upstream and on the other hand partly lead into the catalyst outflow space and the rest of the flow downstream of the valve into the exhaust gas discharge line. The exhaust gas flow thus takes place in the temperature rierleitung by opening out of the catalyst outflow in the part of the longitudinal channels, from where the exhaust gas counteracts the main flow direction and along the corresponding Ab gas supply line section flows back until it is at the main flow upstream reversal point into the other Ringlängska channels is diverted and in these downstream to the Ab gas supply line is routed behind the valve. Through this Temperature control line design as a divided ring channel can consequently the flow and return of the temperature control exhaust gas in take place within this ring channel, so that a very short tem perierleitungsweg reached or a separate pipe to Bypassing the catalyst body area is avoided.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.Preferred embodiments of the invention are in the drawing are shown and are described below.
Fig. 1 zeigt eine temperaturgeregelte Abgaskatalysatoranlage mit einem Radialstromkatalysator im Längsschnitt und Fig. 1 shows a temperature-controlled catalytic converter system with a radial flow catalyst in longitudinal section and
Fig. 2 eine temperaturgeregelte Abgaskatalysatoranlage mit einem axial durchströmten Katalysator im Längs schnitt. Fig. 2 shows a temperature-controlled exhaust gas catalytic converter system with an axially flowed catalyst in longitudinal section.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Abgaskatalysatoranlage ist zur Schadstoffkonvertierung ein Radialstrom-Katalysatorkörper 1 angeordnet, der ringförmig einen mittigen Katalysatorvorraum 2 umgibt, in den ein Abgaszufuhrrohr 3 einmündet. Im Zu fuhrrohr 3 strömt das Abgas in der so definierten Hauptströ mungsrichtung 15 zu. Der Katalysatorkörper 1 ist von einem Katalysatorgehäuse 14 umgeben, wobei der Raum zwischen Kataly satorkörper 1 und Gehäuse 14 einen Katalysatorausströmraum 4 definiert, in den das Abgas nach Durchströmung des Kataly satorkörpers 1 in der durch die Pfeile markierten radialen Richtung gelangt. Am hauptströmungsabwärts hinteren Ende des Katalysatorgehäuses 14 ist an das Gehäuse 14 ein Abgasab führrohr 5 angefügt, in das der Katalysatorausströmraum 4 an diesem Ende ausmündet. In dieser Ausmündung ist ein ansteu erbares Ventil in Form einer stellungsregelbaren Drosselklappe 6 angeordnet. Hauptströmungsaufwärts geht das Katalysatorge häuse 14 in einen Ringkanalabschnitt 8 einer Temperierlei tung 7 über. Dieser Temperierleitungs-Ringkanalabschnitt 8 umgibt das Abgaszufuhrrohr 3 in seinem vor dem Katalysator körper 1 gelegenen Abschnitt koaxial und erstreckt sich hauptströmungsaufwärts bis zu einem Scheitelpunkt 9, in wel chem der Ringkanalabschnitt 8 in einen Parallelrohrabschnitt 11 der Temperierleitung 7 übergeht, der sich von diesem Scheitelpunkt 9 unter Umgehung des Katalysatorgehäuses 14 bis zu einer hauptströmungsabwärts von der Drosselklappe 6 gelegenen Einmündungsstelle 10 in das Abgasabführrohr 5 er streckt. Auf diese Weise ergibt sich eine Temperierleitungs strömung 13 vom Ringspalt des Katalysatorausströmraums 4 zwischen Katalysatorkörper 1 und Katalysatorgehäuse 14 durch den Ringkanalabschnitt 8 koaxial und entgegengesetzt zur Strömung im Abgaszufuhrrohr 3 bis zum Ringkanalscheitel punkt 9 und von dort durch das Parallelrohr 11 in das Abgasabführrohr 5.In the exhaust gas catalytic converter system shown in FIG. 1, a radial flow catalytic converter body 1 is arranged for converting pollutants, which annularly surrounds a central catalytic converter antechamber 2 , into which an exhaust gas supply pipe 3 opens. In the supply pipe 3 , the exhaust gas flows in the main flow direction 15 defined in this way. The catalyst body 1 is surrounded by a catalytic converter housing 14, wherein the space between Kataly sator body 1 and the housing 14 defines a Katalysatorausströmraum 4, enters the exhaust gas after flowing through the Kataly sator body 1 in the location indicated by the arrows radial direction. At the main downstream of the rear end of the catalyst housing 14 is attached to the housing 14, a Abgasab supply pipe 5 is added, in which the Katalysatorausströmraum 4 opens at this end. In this mouth a controllable valve is arranged in the form of a positionable throttle valve 6 . Upstream of the main flow, the catalyst housing 14 passes into a ring channel section 8 of a tempering line 7 . This tempering line ring channel section 8 surrounds the exhaust gas supply pipe 3 in its section located in front of the catalytic converter body 1 and extends upstream of the main flow to a vertex 9 , in which the ring channel section 8 merges into a parallel pipe section 11 of the tempering line 7 , which extends from this vertex 9 bypassing the catalyst housing 14 to a main flow located from the throttle valve 6 junction 10 in the exhaust pipe 5 he stretches. In this way, there is a temperature control line flow 13 from the annular gap of the catalyst outflow space 4 between the catalyst body 1 and the catalyst housing 14 through the annular channel section 8 coaxially and opposite to the flow in the exhaust gas supply pipe 3 to the ring channel apex point 9 and from there through the parallel pipe 11 into the exhaust gas discharge pipe 5 .
Mit der so aufgebauten Abgaskatalysatoranlage läßt sich die Temperatur des Katalysatorkörpers 1 sowie insbesondere auch des diesem zuströmenden Abgases wie folgt regulieren. Bei ver gleichsweise kaltem Abgaszufuhrstrom wird die Drosselklappe 6 in ihre das Abgasabführrohr 5 gegen den Katalysatorausström raum 4 absperrende Stellung gesteuert. Das Abgas wird dadurch nach Passieren des Katalysatorkörpers 1 vollständig in die Temperierleitung 7 umgeleitet. Das hierbei außen am Katalysa torkörper 1 zurückströmende Abgas sorgt zunächst für eine Wärmeisolierung des Katalysatorkörpers 1 nach außen und damit zu einer Temperierung desselben. Gleichzeitig sorgt die Tempe rierungsströmung im anschließenden Ringkanalabschnitt 8 für eine Wärmeabschirmung des Abgaszufuhrrohres 3 in diesem Be reich vor dem Katalysatorkörper 1 und damit für eine Tempe rierung des anströmenden Abgases. Dies bedeutet, daß das in den Katalysatorvorraum 2 gelangende Abgas im wesentlichen auf der Temperatur gehalten wird, die es strömungsaufwärts auf Höhe des Temperierleitungsscheitelpunktes 9 besitzt, da eine merkliche weitere Abkühlung im Abgaszufuhrleitungsabschnitt zwischen die sem Scheitelpunkt 9 und dem Katalysatorvorraum 2 durch die Temperierströmung im Ringkanalabschnitt 8 verhindert wird. Es versteht sich, daß die Lage des Temperierleitungsscheitelpunk tes 9 und damit die Länge des Temperierleitungs-Ringkanalab schnitts 8 jeweils passend auf den vorliegenden Anwendungs fall so abgestimmt ist, daß sich eine ausreichende Temperierung des zuströmenden Abgases ergibt. With the exhaust gas catalytic converter system constructed in this way, the temperature of the catalyst body 1 and in particular also of the exhaust gas flowing into it can be regulated as follows. With a comparatively cold exhaust gas supply flow, the throttle valve 6 is controlled in its position in the exhaust gas discharge pipe 5 against the catalyst outflow space 4 . As a result, the exhaust gas is completely diverted into the temperature control line 7 after passing through the catalyst body 1 . The exhaust gas flowing back here on the catalyst body 1 initially ensures thermal insulation of the catalyst body 1 to the outside and thus to the same temperature control. At the same time, the temperature flow in the adjoining annular channel section 8 provides heat shielding of the exhaust gas supply pipe 3 in this area in front of the catalytic converter body 1 and thus ensures a temperature of the incoming exhaust gas. This means that the passing into the Katalysatorvorraum 2 gas is maintained substantially at the temperature which upstream has at the level of Temperierleitungsscheitelpunktes 9, since a significant further cooling in the waste gas supply line portion between the sem apex 9 and the Katalysatorvorraum 2 by the Temperierströmung in the annular channel section 8 is prevented. It is understood that the location of the Temperierleitungsscheitelpunk tes 9 and thus the length of the Temperierleitungs-Ringkanalab section 8 is matched to the present application in such a way that there is sufficient temperature control of the inflowing exhaust gas.
Sobald die Temperatur des zuströmenden Abgases und/oder des Ka talysatorkörpers 2 zu hoch zu werden droht, wird die Drossel klappe 6 teilweise oder ganz geöffnet, so daß ein Teil des Abgases oder der gesamte Abgasstrom an der Drosselklappe 6 vorbei direkt in die Abgasabführleitung 5 gelangt. Nur ein bis auf null verminderbarer Abgasanteil strömt dann noch durch die Temperierleitung 7, da das aus dem Katalysatorkörper 1 ausgetretene Abgas aufgrund der sich ergebenden Druck- und Strömungsverhältnisse eher zum direkten Verlassen des Katalysa torausströmraums 4 an der Drosselklappe 6 vorbei in das Ab gasabführrohr 5 als über die Temperierleitung 7 gedrängt wird. Aufgrund der ausbleibenden oder nur noch geringfügigen Temperierleitungsströmung 13 werden die Temperierleitung 7 sowie das Katalysatorgehäuse 14 merklich durch die vorbei strömende Außenluft gekühlt, was wiederum zu einer entsprechen den Kühlung des Abgases im Abgaszufuhrrohr 3 auch in dem vom Temperierleitungs-Ringkanalabschnitt 8 umgebenen Bereich so wie des Katalysatorkörpers 1 führt, wodurch das in den Kata lysatorvorraum 2 einströmende Abgas und der Katalysatorkörper 1 wieder auf eine optimale Arbeitstemperatur gebracht werden.As soon as the temperature of the inflowing exhaust gas and / or the Ka talysatorkörpers 2 threatens to be too high, the throttle valve 6 is partially or fully opened, so that part of the exhaust gas or the entire exhaust gas flow past the throttle valve 6 directly into the exhaust gas discharge line 5 . Only an exhaust gas fraction that can be reduced to zero then still flows through the temperature control line 7 , since the exhaust gas emerging from the catalyst body 1, due to the resulting pressure and flow conditions, tends to leave the catalyst outlet chamber 4 past the throttle valve 6 and into the exhaust gas discharge pipe 5 as is pushed over the temperature control line 7 . Due to the missing or only slight temperature control line flow 13 , the temperature control line 7 and the catalyst housing 14 are cooled noticeably by the outside air flowing past, which in turn corresponds to a corresponding cooling of the exhaust gas in the exhaust gas supply pipe 3 also in the area surrounded by the temperature control line ring channel section 8 as well Catalyst body 1 leads, whereby the flowing into the Kata lysatorvorraum 2 exhaust gas and the catalyst body 1 are brought back to an optimal working temperature.
Auf diese Weise erlaubt die gezeigte Abgaskatalysatoranlage ei ne Temperaturregelung, die sowohl eine zu niedrige als auch beispielsweise für einen modernen NOx-Reduktionskatalysator ei ne zu hohe Arbeitstemperatur des Katalysatorkörpers 1 und des in diesen einströmenden Abgases vermeidet. Sie ermöglicht des weiteren ein verbessertes Anspringverhalten des Katalysators und ein variables Temperieren des in den Katalysatoreingang einströmenden Abgases, was insbesondere im Teillastbetrieb ei nes Dieselmotors mit Direkteinspritzung von hohem Nutzen ist. Die Anbringung von Isolationsmaterialien an das Abgaszufuhrrohr und um den Katalysatorkörper herum entfällt. Die koaxiale Um mantelung des Abgaszufuhrrohrabschnitts vor dem Katalysatorkör per 1 durch die Temperierleitung 7 vermindert zudem die Luftschallabstrahlung. Des weiteren lassen sich das Volumen und die Beschichtung des Katalysatorkörpers 1 optimal an die Ge gebenheiten anpassen. Der im Kaltstart durch das Schließen der Drosselklappe 6 etwas erhöhte Katalysatorgegendruck wirkt zu dem einer zu starken Abgasabkühlung im Katalysatorkörperbereich entgegen.In this way, the exhaust gas catalytic converter system shown permits a temperature control which avoids both a too low and, for example, a too high working temperature of the catalyst body 1 and the exhaust gas flowing into it for a modern NO x reduction catalytic converter. It also enables an improved light-off behavior of the catalytic converter and variable temperature control of the exhaust gas flowing into the catalytic converter inlet, which is of great benefit particularly in the part-load operation of a diesel engine with direct injection. There is no need to attach insulation materials to the exhaust gas supply pipe and around the catalytic converter body. The coaxial sheathing of the exhaust gas supply pipe section in front of the catalyst body by 1 through the temperature control line 7 also reduces the airborne sound radiation. Furthermore, the volume and the coating of the catalyst body 1 can be optimally adapted to the conditions. The somewhat increased catalyst back pressure in the cold start due to the closing of the throttle valve 6 counteracts that of excessive exhaust gas cooling in the region of the catalyst body.
Dieselben vorstehend genannten Vorteile ergeben sich auch für die in Fig. 2 gezeigte Abgaskatalysatoranlage, die funktionell im wesentlichen derjenigen von Fig. 1 entspricht, bei der je doch anstelle des Radialstromkatalysators ein axial durchström ter Katalysatorkörper 21 vorgesehen ist, der radial dicht von einem Katalysatorgehäuse 34 begrenzt ist, wobei das Gehäuse 34 einen Katalysatorvorraum 22 abgrenzt, in welchen ein Ab gaszufuhrrohr 23 einmündet. In diesem Zufuhrrohr 23 strömt das Abgas in der so definierten Hauptströmungsrichtung 32 zu. Hauptströmungsabwärts des Katalysatorkörpers 21 begrenzt das Katalysatorgehäuse 34 einen Katalysatorausströmraum 24, aus dem sowohl ein Abgasabführrohr 25 als auch ein Rohr 36 aus münden, das Teil einer Temperierleitung 27 ist. Dabei liegt die Einmündung 35 in das Temperierleitungsrohr 36 neben derjenigen in das Abgasabführrohr 25, wobei im aneinander grenzenden Bereich eine Schwenkklappe 26 als ansteuerbares Ventil am Gehäuse 34 gelagert ist, die zwischen zwei Endstel lungen, in denen sie jeweils eine der beiden Ausmündungen ab sperrt, verschwenkbar ist. Das aus dem Katalysatorausströmraum 24 ausmündende Temperierleitungsrohr 36 umgeht das Kataly satorgehäuse 34 hauptströmungsaufwärts und geht auf Höhe der Einmündung des Abgaszufuhrrohres 23 in den Katalysatorvorraum 22 in einen Ringkanalabschnitt 28 der Temperierleitung 27 über, welcher sich strömungsaufwärts - das Abgaszufuhrrohr 23 in diesem Bereich vor dem Katalysatorgehäuse 34 koaxial umge bend - bis zu einem Scheitelpunkt 29 erstreckt. An diesem Scheitelpunkt 29 geht die Temperierleitung 27 von dem den entsprechenden Abgaszufuhrrohrabschnitt umgebenden Ringkanalab schnitt 28 wieder in ein Parallelrohr 31 über, das sich unter Umgehung des Katalysatorgehäuses 34 im wesentlichen in Hauptströmungsrichtung 32 vom Scheitelpunkt 29 bis zu einer hauptströmungsabwärts von der Schwenkklappe 26 gelegenen Ein mündungsstelle 30 in das Abgasabführrohr 25 erstreckt.The same advantages mentioned above also result for the exhaust gas catalytic converter system shown in FIG. 2, which functionally corresponds essentially to that of FIG. 1, in which an axial flow-through catalyst body 21 is provided instead of the radial flow catalyst, which is radially sealed from a catalyst housing 34 is limited, the housing 34 delimiting a catalyst space 22 , into which a gas supply pipe 23 opens. The exhaust gas flows in this feed pipe 23 in the main flow direction 32 defined in this way. The main flow downstream of the catalytic converter body 21 , the catalytic converter housing 34 delimits a catalytic converter outflow chamber 24 , from which both an exhaust gas discharge pipe 25 and a pipe 36 open, which is part of a temperature control line 27 . The opening 35 in the temperature control line pipe 36 is adjacent to that in the exhaust gas discharge pipe 25 , a pivoting flap 26 being mounted as a controllable valve on the housing 34 in the adjoining area, the lungs between two end positions, in which it blocks one of the two openings, is pivotable. The temperature control line tube 36 opening out of the catalyst outflow space 24 bypasses the catalytic converter housing 34 upstream of the main flow and, at the level of the confluence of the exhaust gas supply tube 23 and the catalyst antechamber 22, passes into an annular channel section 28 of the temperature control line 27 , which flows upstream - the exhaust gas supply tube 23 in this area in front of the catalyst housing 34 coaxially bend - extends to an apex 29 . At this apex 29 , the temperature control line 27 passes from the ring duct section surrounding the corresponding exhaust gas pipe section 28 again into a parallel pipe 31 which, bypassing the catalyst housing 34 , essentially in the main flow direction 32 from the apex 29 to a main flow downstream of the swivel flap 26 , is an orifice 30 extends into the exhaust pipe 25 .
Aus diesem Aufbau der Abgaskatalysatoranlage ergibt sich fol gende, im wesentlichen zu derjenigen der Anlage von Fig. 1 identische Funktionsweise. Anschließend an einen Kaltstart oder bei Teillastbetrieb eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung wird die Schwenkklappe 26 so angesteuert, daß sie das Abgas abführrohr 25 gegenüber dem Katalysatorausströmraum 24 ab sperrt, wodurch gleichzeitig die Ausmündung 35 aus dem Kata lysatorausströmraum 24 in die Temperierleitung 27 voll ge öffnet ist. Das durch den Katalysatorkörper 21 hindurchströ mende Abgas wird dadurch anschließend durch die Temperierlei tung 27 in der durch die Strömungspfeile 33 angedeuteten Weise geführt, und zwar zunächst in dem das Katalysatorgehäuse 34 hauptströmungsaufwärts umgehende Temperierleitungsrohr 36, von dort durch den Ringkanalabschnitt 28 bis zum Schei telpunkt 29, wo es umgelenkt wird, und anschließend im we sentlichen in Hauptströmungsrichtung 32 durch das zweite Tem perierleitungseinzelrohr 31 unter Umgehung des Katalysatorge häuses 34 in das Abgasabführrohr 25.From this structure of the exhaust gas catalytic converter system, the fol lowing, essentially identical to that of the system of FIG. 1, results. Subsequent to a cold start or at partial load operation of a diesel engine with direct injection, the swivel flap 26 is controlled so that it blocks the exhaust gas discharge pipe 25 from the catalyst outflow chamber 24 , thereby simultaneously opening the outlet 35 from the catalyst outflow chamber 24 into the temperature control line 27 . The exhaust gas flowing through the catalyst body 21 is then guided through the tempering line 27 in the manner indicated by the flow arrows 33 , first in the catalyst housing 34 bypassing the main flow upstream temperature control tube 36 , from there through the annular channel section 28 to the tele point 29 where it is deflected, and then we sentlichen in häuses in the main flow direction 32 through the second Tem perierleitungseinzelrohr 31 bypassing the Katalysatorge 34 in the Abgasabführrohr 25th
Mit dieser Maßnahme wird die Verhinderung einer zu starken Ab kühlung des im Abgaszufuhrrohr 23 strömenden Abgases erreicht, indem der vor dem Katalysatorgehäuse 34 liegende Abgaszufuhr rohrabschnitt durch die Abgasströmung in dem Temperierleitungs- Ringkanalabschnitt 28 gegenüber der Außentemperatur isoliert bleibt, so daß das in den Katalysatorvorraum 22 einströmende Abgas im wesentlichen auf der Temperatur gehalten bleibt, die es auf Höhe des Temperierleitungsscheitelpunktes 29 hat. Wie zu der Anlage von Fig. 1 beschrieben, kann das Maß der Tempe rierung durch die Wahl der Länge des Temperierleitungsringka nals 28, d. h. der Lage des Temperierleitungsscheitelpunktes 29, auf den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden. Wenn nach Warmlaufen des Motors und insbesondere im Vollastbereich des besagten Dieselmotors mit Direkteinspritzung eine Abgastem peratur erreicht wird, die höher als die günstige Arbeitstempe ratur ist, wird die Schwenkklappe 26 in eine Stellung gesteu ert, welche die direkte Ausmündung aus dem Katalysatorausström raum 24 in das Abgasabführrohr 25 wenigstens teilweise freigibt. Je nach Stellung der Schwenkklappe 26 bleibt dabei auch die Ausmündung 35 in die Temperierleitung 27 teilweise geöffnet oder sie wird ganz abgesperrt. Je nachdem bleibt eine in ihrer Strömungsintensität regulierbare Abgasströmung durch die Temperierleitung 27 erhalten. Die verminderte oder ganz gestoppte Temperierleitungsdurchströmung resultiert in einer schwächeren bzw. gänzlich unterbleibenden Wärmeisolation des vom Temperierleitungs-Ringkanalabschnitt 28 koaxial umgebenen Abgaszufuhrleitungsabschnitts gegenüber der Außentemperatur, so daß das im Abgaszufuhrrohr 32 heranströmende Abgas auch in dem vom Temperierleitungs-Ringkanalabschnitt 28 ummantelten Bereich durch die vorbeiströmende Außenluft weiter abgekühlt wird, so daß sich die Temperatur des in das Katalysatorgehäuse 34 eintretenden Abgases wieder verringert.With this measure, the prevention of excessive cooling of the exhaust gas flowing in the exhaust gas supply pipe 23 is achieved by the exhaust gas supply pipe section lying in front of the catalytic converter housing 34 being isolated from the outside temperature by the exhaust gas flow in the tempering line annular duct section 28 , so that the catalyst chamber 22 inflowing exhaust gas essentially remains at the temperature it has at the level of the temperature control line peak 29 . As described for the system of FIG. 1, the degree of temperature can be adjusted by the choice of the length of the Temperierleitungsringka channel 28 , ie the position of the Temperierleitungsleitungspunktes 29 to the particular application. When a Abgastem is temperature reached after warming up the engine, and in particular in the full load of said diesel engine with direct injection, which is higher than the favorable working Tempera ture, the pivoting flap is ert gesteu to a position 26 which space the direct orifice from the Katalysatorausström 24 in the Exhaust pipe 25 at least partially releases. Depending on the position of the swivel flap 26 , the mouth 35 in the temperature control line 27 also remains partially open or it is completely shut off. Depending on the situation, an exhaust gas flow that can be regulated in terms of its flow intensity is maintained through the temperature control line 27 . The reduced or completely stopped flow through the temperature control line results in a weaker or completely non-existent heat insulation of the exhaust gas supply line section coaxially surrounded by the temperature control line annular duct section 28 with respect to the outside temperature, so that the exhaust gas flowing in the exhaust gas supply pipe 32 also flows through the area encased by the temperature control line ring duct section 28 through the outside is further cooled so that the temperature of the exhaust gas entering the catalyst housing 34 is reduced again.
Es folgt aus dieser Funktionsbeschreibung, daß sich bezüglich der Abgaskatalysatoranlage von Fig. 2 dieselben funktionellen Vorteile hinsichtlich der Erzielung einer möglichst optimalen Temperatur des in den Eingangsbereich des Katalysators gelan genden Abgases ergeben, wie sie oben zur Anlage von Fig. 1 de tailliert angegeben wurden, worauf hier nochmals verwiesen sei. Selbstverständlich ist für das ansteuerbare Ventil jeweils eine geeignete Steuerungs- oder Regeleinrichtung nebst entsprechen der Sensorik, z. B. zur Erfassung der Abgastemperatur, zur selbsttätigen Abgastemperaturregulierung vorgesehen, wozu eine gängige derartige Einrichtung verwendbar ist, so daß darauf hier nicht näher eingegangen zu werden braucht.It follows from this functional description that, with regard to the exhaust gas catalytic converter system of FIG. 2, the same functional advantages result with regard to achieving the best possible temperature of the exhaust gas entering the inlet area of the catalyst as were detailed above for the system of FIG. 1, which is referred to again here. Of course, a suitable control or regulating device in addition to the sensor system, z. B. for detecting the exhaust gas temperature, provided for automatic exhaust gas temperature regulation, for which purpose a common device of this type can be used, so that it need not be discussed in more detail here.
Es versteht sich, daß der Fachmann außer den gezeigten Abgas katalysatoranlagen weitere Realisierungen der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche festgelegt ist, vor zunehmen vermag. Insbesondere ist die Erfindung auch für belie bige andere als die gezeigten Typen und Formen von Katalysator körpern anwendbar.It is understood that the person skilled in the art in addition to the exhaust gas shown catalyst systems further implementations of the invention, such as it is defined by the appended claims can increase. In particular, the invention is also for belie other than the types and forms of catalyst shown body applicable.
Claims (5)
- - einem Katalysatorkörper (1),
- - einer das Abgas dem Katalysatorkörper zuführenden Abgas zufuhrleitung (3),
- - einer aus einem Katalysatorkörperausströmraum (4) ausmün denden Abgasabführleitung (5),
- - einem ansteuerbaren Ventil (6) zur Regelung des Durch strömquerschnitts für direkt vom Katalysatorkörperaus strömraum in die Abgasabführleitung einströmendes Abgas und
- - einer aus dem Katalysatorkörperausströmraum ausmündenden und hauptströmungsabwärts vom Ventil unter Umgehung des selben in die Abgasabführleitung einmündenden Temperier leitung (7),
- - a catalyst body ( 1 ),
- - an exhaust gas supply line ( 3 ) supplying the exhaust gas to the catalyst body,
- - A exhaust gas discharge line ( 5 ) opening out from a catalyst body outflow space ( 4 ),
- - A controllable valve ( 6 ) for regulating the flow cross-section for flue gas flowing directly into the exhaust gas discharge line from the catalyst body and
- - A from the catalyst body outflow space and main flow downstream of the valve bypassing the same in the exhaust gas discharge line tempering line ( 7 ),
- - die Temperierleitung (7) einem Leitungsabschnitt (8) bein haltet, der in Wärmekontakt mit der Abgaszufuhrleitung (3) steht.
- - The temperature control line ( 7 ) leg section holds ( 8 ) which is in thermal contact with the exhaust gas supply line ( 3 ).
- - die Temperierleitung (27) im an eine Ausmündung (35) aus dem Katalysatorkörperausströmraum (24) anschließenden Be reich als separater, den Katalysatorkörper (21) parallel umgehender Rohrabschnitt (36) gebildet ist und
- - mit dem ansteuerbaren Ventil wahlweise die Temperierlei tungseinmündung (35) oder die Abgasabführleitungseinmün dung absperrbar ist.
- - The temperature control line ( 27 ) in an opening ( 35 ) from the catalyst body outflow chamber ( 24 ) Be rich as a separate, the catalyst body ( 21 ) parallel tube section ( 36 ) is formed and
- - With the controllable valve either the tempering line mouth ( 35 ) or the exhaust gas discharge line mouth can be shut off.
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