EP1244888A1 - Device for the exhaust treatment in an internal combustion engine - Google Patents

Device for the exhaust treatment in an internal combustion engine

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EP1244888A1
EP1244888A1 EP00984860A EP00984860A EP1244888A1 EP 1244888 A1 EP1244888 A1 EP 1244888A1 EP 00984860 A EP00984860 A EP 00984860A EP 00984860 A EP00984860 A EP 00984860A EP 1244888 A1 EP1244888 A1 EP 1244888A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
glow plug
exhaust gas
catalyst
electrically conductive
glow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00984860A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Albrecht Geissinger
Daniel Franz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The invention relates to a device for the exhaust treatment in an internal combustion engine. The inventive device comprises one or more catalyst chambers (13). At least one of said chambers (13) is provided with one or more sheathed element heater plugs (30). Each sheathed element heater plug (30) is provided with a heater plug (44) that is arranged in such a way that the exhaust gas flows past the heater plug/s (44) and subsequently passes through a catalyst (20). Ignition of the exhaust gas that contains combustible components can be guaranteed by heating the heater plug (44). The inventive device is characterised in that the heater plug (44) is provided with an outer ceramic layer facing the catalyst chamber (13).

Description

Vorrichtung zur Abgasbehandlung einer BrennkraftmaschineDevice for exhaust gas treatment of an internal combustion engine
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Abgasbehandlung nach Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Vorrichtungen werden vorzugsweise in Brennkraftmaschinen eingesetzt. Es ist bereits aus der DE 39 39 068 eine derartige Vorrichtung bekannt, die einen Katalysator aufweist und bei der der Katalysator durch eine oder mehrere in den Katalysator ragende Glühstiftkerzen beheizt wird. In der WO 97/25525 ist ebenfalls beschrieben, daß eine vor dem Katalysator (bezogen auf den Weg des Abgases) angebrachte Gluhstiftkerze den Katalysatorvorraum erwärmt und dort zur Entzündung des brennfähigen Gemischs benutzt wird.The invention relates to a device for exhaust gas treatment according to the type of the main claim. Such devices are preferably used in internal combustion engines. Such a device is already known from DE 39 39 068, which has a catalyst and in which the catalyst is heated by one or more glow plugs protruding into the catalyst. In WO 97/25525 it is also described that a glow plug attached in front of the catalyst (based on the path of the exhaust gas) heats the catalyst antechamber and is used there to ignite the combustible mixture.
Das Prinzip, die bei der Entzündung des brennfähigen Gemischs im Abgastrakt (die Entzündung des Gemischs wird auch Abgasnachverbrennung genannt) freiwerdende Wärmemenge zur Beheizung des Katalysators der Vorrichtung zur Abgasbehandlung zu benutzen, wird in der DE 44 00 260 beschrieben. Aufgrund der dabei frei werdenden Wärmemenge wird eine schnelle Erwärmung des Katalysators auf dieThe principle of using the amount of heat released during the ignition of the combustible mixture in the exhaust gas tract (the ignition of the mixture is also called exhaust gas afterburning) for heating the catalyst of the device for exhaust gas treatment is described in DE 44 00 260. Due to the amount of heat released in this process, the catalyst heats up quickly
Betriebstemperatur erreicht. Eine derartige Beheizung des Katalysators wird insbesondere über einen kurzen Zeitraum nach einem Neustart der Brennkraftmaschine durchgeführt, da dann der Katalysator die minimale Betriebstemperatur meist noch nicht erreicht hat. Erst bei minimalen Betriebstemperaturen von etwa 300°C kann ein effektiver Abbau der luftverschmutzenden Bestandteile des Abgases gewährleistet werden.Operating temperature reached. Such heating of the catalytic converter is carried out in particular over a short period of time after a restart of the internal combustion engine, since then the catalytic converter has usually not yet reached the minimum operating temperature. Effective degradation of the air-polluting components of the exhaust gas can only be guaranteed at minimum operating temperatures of around 300 ° C.
Nach dem Stand der Technik in Vorrichtungen zur Abgasbehandlung verwendete Glühstiftkerzen zur Abgasnachverbrennung weisen ein Heizelement mit einer außen liegenden, zum Katalysatorvorraum geschlossenen metallischen Hülse auf, wobei die Beheizung des Glühstifts durch eine innen liegende Heizwendel erfolgt. Weiterhin befindet sich im Innern der metallischen Hülse ein keramisches Pulver, das zum einen für eine Wärmeübertragung von der Heizwendel auf die metallische Hülse sorgt und zum anderen die Wendeln in ihrer Lage fixiert. Zur Abdichtung der in die katalysatorvorraumferne Richtung offenen metallischen Hülse dient eine Dichtung, die vorzugsweise aus Elastomeren besteht, wobei diese Dichtung das keramische Pulver und somit auch die Heizwendel luftdicht abdichtet. Die nach dem Stand der Technik verwendeten Dichtungen sind bei Temperaturen oberhalb von etwa 220 °C nicht beständig und können in diesem Temperaturbereich ihrer Dichtfunktion nicht gerecht werden. Die Temperaturen, die die Einbaustelle des Abgastrakts bei Betrieb der Brennkraftmaschine und somit auch der Glühstift an der Stelle der Dichtung aufweist, liegen im Bereich von 500°C bis 600°C. Für eine Vorrichtung zur Abgasbehandlung sind die nach dem Stand der Technik verwendeten Dichtungen des Gluhstifts demnach nicht geeignet.According to the prior art, glow plug plugs for exhaust gas afterburning used in devices for exhaust gas treatment have a heating element with an external metallic sleeve closed to the catalyst antechamber, the heating of the glow plug being carried out by an internal heating coil. Furthermore, there is a ceramic powder inside the metallic sleeve, which on the one hand ensures heat transfer from the heating coil to the metallic sleeve and on the other hand fixes the coils in their position. A seal, which preferably consists of elastomers, is used to seal the metallic sleeve that is open in the direction away from the catalyst antechamber, this seal sealing the ceramic powder and thus also the heating coil in an airtight manner. The seals used according to the prior art are not stable at temperatures above approximately 220 ° C. and cannot perform their sealing function in this temperature range. The temperatures at the point of installation of the exhaust gas tract when the internal combustion engine is operating and thus also at the glow plug at the location of the seal are in the range from 500 ° C. to 600 ° C. Accordingly, the seals of the glow plug used according to the prior art are not suitable for a device for exhaust gas treatment.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasbehandlung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Abdichtung des Glühstifts nicht mehr notwendig ist. Es ist dabei weiterhin vorteilhaft, daß das Heizelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung eine höhere Temperaturbeständigkeit sowie eine höhere Beständigkeit gegenüber reaktiven Gasen aufweist.Advantages of the invention The device for exhaust gas treatment according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a sealing of the glow plug is no longer necessary. It is also advantageous that the heating element of the device for exhaust gas treatment according to the invention has a higher temperature resistance and a higher resistance to reactive gases.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Gegenstands möglich. Es ist vorteilhaft, das Heizelement aus zwei elektrisch leitenden keramischen Schichten und einer keramischen elektrisch isolierenden Schicht, wobei die beiden elektrisch leitenden keramischen Schichten miteinander verbunden sind, auszubilden, da dies eine einfache Konstruktion darstellt. Auch in Bezug auf die Wärmeausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Bestandteile des Heizelements ist dieAdvantageous further developments and improvements of the object specified in the main claim are possible through the measures listed in the subclaims. It is advantageous to form the heating element from two electrically conductive ceramic layers and a ceramic electrically insulating layer, the two electrically conductive ceramic layers being connected to one another, since this represents a simple construction. Also in relation to the coefficient of thermal expansion of the various components of the heating element
Ausbildung des Heizelements aus elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden keramischen Schichten vorteilhaft, da durch eine Variation der Zusammensetzung der Schichten die Wärmeausdehnungskoeffizienten optimal angepaßt werden können. Es wird so eine Zerstörung des Heizelements bei thermischer Zyklierung vermieden. Dieser Aufbau kann sowohl mit einer u-förmigen als auch mit einer zylindrischen Gestaltung der elektrisch leitenden keramischen Schichten realisiert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, das Heizelement durch eine innen liegende metallische Heizwendel, umgeben von einer keramischen Matrix, auszubilden, da so eine einfache Realisierung einer am Heizelement außen liegenden keramischen Schicht möglich istFormation of the heating element from electrically conductive and electrically insulating ceramic layers is advantageous since the thermal expansion coefficients can be optimally adapted by varying the composition of the layers. This prevents the heating element from being destroyed during thermal cycling. This structure can be realized both with a U-shaped and with a cylindrical design of the electrically conductive ceramic layers. Furthermore, it is advantageous to surround the heating element with an internal metallic heating coil surrounded by a ceramic matrix, form, since it is thus possible to easily implement a ceramic layer on the outside of the heating element
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung einerFigure 1 is a schematic representation of an inventive device for exhaust gas treatment
Brennkraftmaschine ,Internal combustion engine,
Figur 2 und 3 Ausführungsbeispiele (schematisch) einerFigure 2 and 3 embodiments (schematic) of a
Gluhstiftkerze einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungs-Glow pencil candle of an exhaust gas treatment
Vorrichtung sowie Figur 4 und 5 Ausführungsbeispiele (schematisch) einesDevice and Figures 4 and 5 embodiments (schematic) of a
Glühstifts einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zurGlow pencil of a device according to the invention
Abgasbehandlung in Längs- und Querschnitten.Exhaust gas treatment in longitudinal and cross sections.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In Figur 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Abgasbehandlung als Längsschnitt dargestellt, bei der das aus einem oder mehreren Brennräumen 5 stammende Abgas in einen Abgastrakt 7 übergeht . Der Weg des Abgases ist dabei durch einen Pfeil dargestellt. Das Abgas passiert zunächst eine Abgasleitung 10 und gelangt danach in eine Katalysatorkammer 13, die einen größeren Querschnitt gegenüber der Abgasleitung 10 aufweist. Ein Abgastrakt kann auch mehrere Katalysatorkammern aufweisen. Die Katalysatorkammer 13 beinhaltet einen Katalysatorvorraum 15 und einen Katalysator 20. Im Katalysatorvorraum 15 sind eine oder mehrere Glühstiftkerzen 30 angebracht. Die Glühstiftkerzen weisen einen Anschlußstecker 35 und eine Versorgungsleitung 40 auf. Die Glühstiftkerzen können sowohl, so wie gezeichnet, in dem Teil des Katalysatorvorraums 15 angeordnet sein, in dem eine Aufweitung des Querschnitts des Abgastraktes von der1 schematically shows a device for exhaust gas treatment as a longitudinal section, in which the exhaust gas originating from one or more combustion chambers 5 passes into an exhaust gas tract 7. The path of the exhaust gas is shown by an arrow. The exhaust gas first passes through an exhaust pipe 10 and then passes into a catalyst chamber 13 which has a larger cross section than the exhaust pipe 10. An exhaust tract can also have several catalyst chambers. The catalytic converter chamber 13 contains a catalytic converter space 15 and a catalytic converter 20. One or more glow plug plugs 30 are attached in the catalytic converter room 15. The Glow plugs have a connector 35 and a supply line 40. The glow plugs can both, as shown, be arranged in the part of the catalyst space 15 in which an expansion of the cross section of the exhaust tract from the
Abgasleitung 10 zur Katalysatorkammer 13 erfolgt oder sie können in dem Teil des Katalysatorvorraums 15 angeordnet sein, der den Querschnitt des Katalysators aufweist. Ein derartiger Punkt ist mit dem Bezugszeichen 41 versehen. In der Abgasleitung ist weiterhin eine Zuleitung für dieExhaust pipe 10 to the catalyst chamber 13 takes place or they can be arranged in the part of the catalyst antechamber 15 which has the cross section of the catalyst. Such a point is provided with reference number 41. In the exhaust pipe there is still a supply line for the
Sekundärluft 43 angebracht. Im Abgastrakt 7 kann in der Abgasleitung 10 vor der Zuleitung für die Sekundärluft ein Vorkatalysator angebracht sein. Weiterhin ist es möglich, daß im Katalysatorvorraum 15 vor der Gluhstiftkerze 30 ein Strömungsgleichrichter angebracht ist. Weiterhin können im Abgastrakt 7 ein oder mehrere Sauerstoffsensoren angebracht sein. Diese Sauerstoffsensoren sind im Allgemeinen als Lambdasonden ausgebildet.Secondary air 43 attached. In the exhaust tract 7, a pre-catalytic converter can be fitted in the exhaust gas line 10 upstream of the supply line for the secondary air. Furthermore, it is possible for a flow straightener to be fitted in front of the glow plug 30 in the catalyst antechamber 15. Furthermore, one or more oxygen sensors can be attached in the exhaust tract 7. These oxygen sensors are generally designed as lambda sensors.
Das Abgas strömt in Pfeilrichtung vom Brennraum 5 durch den Abgastrakt 7. Dabei passiert es zunächst die Abgasleitung 10. Über die Zuleitung für Sekundärluft 43 wird dort dem Abgas Sekundärluft zugeführt. Danach passiert das Abgas, das nun mit Sekundärluft vermischt ist, den Katalysatorvorraum 15, in dem zu bestimmten Zeiten durch die Gluhstiftkerze 30 eine Wärmemenge freigesetzt wird. Das Abgas durchdringt dann den Katalysator 20. Im Katalysator 20, der im Allgemeinen als 3 -Wege-Katalysator ausgebildet ist, reagieren die Bestandteile CO, NOx und HC des Abgases mit der katalytisch wirkenden Beschichtung des Katalysatorträgers. Der Katalysator 20 muß, daß die katalytische Reaktion stattfinden kann, eine Temperatur von 300°C überschritten haben. Diese Temperatur wird die Konvertierungsschwelle genannt. Beim Start der Brennkraftmaschine hat der Katalysator 20 die Konvertierungsschwelle noch nicht erreicht. Deshalb ist es notwendig, den Katalysator zu beheizen. Eine Beheizung des Katalysators durch die sogenannte Abgasnachverbrennung, die in der Beschreibungseinleitung bereits erwähnt wurde, stellt eine einfache Möglichkeit dar, den Katalysator zu beheizen, wobei eine sehr hohe Energiefreisetzung erreicht wird. Dadurch ist es möglich, den Katalysator sehr schnell zu beheizen. Die Beheizung erfolgt während eines Zeitraums bis zu wenigen Minuten nach dem Neustart der Brennkraftmaschine und während des Betriebs der Brennkraftmaschine, beispielsweise dann, wenn durch ein Temperatursensor festgestellt wird, daß die Temperatur des Katalysators unter die Konvertierungsschwelle gesunken ist.The exhaust gas flows in the direction of the arrow from the combustion chamber 5 through the exhaust tract 7. It first passes through the exhaust gas line 10. Secondary air is supplied to the exhaust gas there via the supply line for secondary air 43. The exhaust gas, which is now mixed with secondary air, then passes through the catalyst antechamber 15, in which a quantity of heat is released by the glow plug 30 at certain times. The exhaust gas then penetrates the catalytic converter 20. In the catalytic converter 20, which is generally designed as a 3-way catalytic converter, the constituents CO, NO x and HC of the exhaust gas react with the catalytically active coating on the catalyst carrier. For the catalytic reaction to take place, the catalyst 20 must exceed a temperature of 300 ° C to have. This temperature is called the conversion threshold. At the start of the internal combustion engine, the catalytic converter 20 has not yet reached the conversion threshold. It is therefore necessary to heat the catalyst. Heating the catalytic converter by the so-called exhaust gas afterburning, which was already mentioned in the introduction to the description, represents a simple possibility of heating the catalytic converter, with a very high energy release being achieved. This makes it possible to heat the catalytic converter very quickly. The heating takes place for a period of up to a few minutes after the restart of the internal combustion engine and during the operation of the internal combustion engine, for example when a temperature sensor detects that the temperature of the catalytic converter has dropped below the conversion threshold.
Durch eine Beeinflussung der Menge des eingespritzten Kraftstoffs und/oder des Zündwinkels wird ein fettes Abgas bereitgestellt. Dieses Abgas wird so mit Sekundärluft über die Sekundärluftzuleitung 43 vermischt, daß ein brennbares Abgas entsteht. Die Entzündung des Abgases wird im Katalysatorvorraum 13 mit Hilfe der durch die Gluhstiftkerze 30 bereitgestellten Wärmemenge sichergestellt. Die durch die exotherme Reaktion durch das Brennen des Abgases entstehende Wärmemenge dient zur Aufheizung des Katalysators 20. Diese Abgasnachverbrennung wird sofort nach Start der Brennkraftmaschine oder dann, wenn festgestellt wird, daß die Konvertierungsschwelle unterschritten wurde, bis zu Zeiten von wenigen Minuten durchgeführt. Zur Sicherstellung der Zündung wird die Gluhstiftkerze auch in diesem Zeitraum betrieben. Der Gluhstiftkerze 30 wird über den Stecker 35 und die Versorgungsleitung 40 die zur Erwärmung notwendige elektrische Energie zugeführt. Diese wird der nicht dargestellten Spannungsversorgung der Brennkraftmaschine entnommen.A rich exhaust gas is made available by influencing the amount of fuel injected and / or the ignition angle. This exhaust gas is mixed with secondary air via the secondary air supply line 43 in such a way that a combustible exhaust gas is produced. The ignition of the exhaust gas is ensured in the catalytic converter space 13 with the aid of the amount of heat provided by the glow plug 30. The amount of heat generated by the exothermic reaction due to the combustion of the exhaust gas is used to heat up the catalytic converter 20. This exhaust gas afterburning is carried out immediately after starting the internal combustion engine or when it is determined that the conversion threshold has been undershot, up to a few minutes. In order to ensure ignition, the glow plug is also operated during this period. The glow pencil candle 30 is supplied with the electrical energy required for heating via the plug 35 and the supply line 40. This is taken from the voltage supply, not shown, of the internal combustion engine.
Die Gluhstif kerze 30 weist einen Gluhstift 44 auf, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung eine äußere, dem Katalysatorvorraum 15 zugewandte Schicht aus keramischem Material aufweist. Es ist möglich, die Gluhstiftkerze 30 ohne eine nicht temperaturbeständige Abdichtung des Glühstiftes zu realisieren. Die Gluhstiftkerze der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung kann somit ohne weitere Maßnahmen zurThe glow stick candle 30 has a glow stick 44 which, in the device for exhaust gas treatment according to the invention, has an outer layer of ceramic material facing the catalytic converter antechamber 15. It is possible to realize the glow plug 30 without sealing the glow plug that is not temperature-resistant. The glow plug of the exhaust gas treatment device according to the invention can thus be used without further measures
Kühlung zur Unterstützung der Abgasnachverbrennung verwendet werden. Weiterhin besitzt eine derartige Gluhstiftkerze 30 eine hohe Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und reaktiven Gasen.Cooling can be used to support exhaust gas afterburning. Furthermore, such a glow pencil candle 30 has a high resistance to high temperatures and reactive gases.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Gluhstiftkerze für einen Katalysatorvorraum einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung im Längsschnitt, schematisch, dargestellt. Die Gluhstiftkerze 30 weist ein metallisches Gehäuse 45 auf. In einer mittigen zylindrischen Bohrung des Gehäuses 45 ist ein Anschlußbolzen 50 angeordnet, der anhand eines Dichtelements 55 fixiert ist. Das Dichtelement 55 dichtet außerdem das katalysatorvorraumferne Ende der Gluhstiftkerze ab. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in RichtungFIG. 2 schematically shows an exemplary embodiment of a glow plug for a catalyst antechamber of a device for exhaust gas treatment according to the invention in longitudinal section. The glow plug 30 has a metallic housing 45. A connecting bolt 50 is arranged in a central cylindrical bore of the housing 45 and is fixed by means of a sealing element 55. The sealing element 55 also seals off the end of the glow plug which is remote from the catalyst space. In a preferred embodiment is in the direction
Katalysatorvorraum ein Anschlußelement 60, das als federndes Element, vorzugsweise als Kontaktfeder, oder als Pulverpackung ausgebildet sein kann, angeordnet. Ebenfalls in der zylindrischen mittigen Bohrung des Gehäuses ist in Richtung Katalysatorvorraum nach dem Anschlußelement der Glühstift 44 vorgesehen. Der Glühstift 44 ragt über den Rand des Gehäuses 45 hinaus in den Katalysatorvorraum 15 hinein. Aufgrund der im Glühstift vorhandenen elektrischen Widerstände erfolgt eine Erwärmung des Gluhstifts 44 und mit dem dadurch gezündeten Abgas eine Erwärmung des Katalysators 20.Catalyst vestibule a connection element 60, which as a resilient element, preferably as a contact spring, or as Powder pack can be arranged. The glow plug 44 is also provided in the cylindrical central bore of the housing in the direction of the catalyst antechamber after the connecting element. The glow plug 44 protrudes beyond the edge of the housing 45 into the antechamber 15. Due to the electrical resistances present in the glow plug, the glow plug 44 heats up and the catalytic converter 20 heats up with the exhaust gas thereby ignited.
Der Glühstift 44 setzt sich zusammen aus einer ersten elektrisch leitenden Schicht 90 und aus einer zweiten elektrisch leitenden Schicht 95. Beide elektrisch leitenden Schichten, die aus elektrisch leitender Keramik bestehen, sind durch eine isolierende Schicht 97, die ebenfalls aus keramischem Material besteht, getrennt. An der katalysatorvorraumseitigen Spitze des Glühstifts 44 sind die erste elektrisch leitende Schicht 90 und die zweite elektrisch leitende Schicht 95 im Bereich 100 miteinander verbunden. Auch der Bereich 100 besteht aus keramischem Material. Der elektrische Kontakt erfolgt über das Anschlußelement 60 und die erste elektrisch leitende Schicht 90, den Verbindungsbereich 100 und die zweite elektrisch leitende Schicht 95 zum Gehäuse 45. Durch den Widerstand der elektrisch leitenden Schichten 90, 95 und 100, die jeweils aus keramischem Material bestehen, wird eine Erwärmung des Gluhstifts 44 erreicht. Der Glühstift ist derart ausgebildet, daß der Glühstift 44 lediglich aus Keramik besteht, d.h. daß die dem Katalysatorvorraum zugewandten Schicht aus festem keramischem Material besteht. Es ist demnach kein metallisches Material im Innern des Glühstifts vorhanden, das gegenüber Sauerstoff abgedichtet werden muß. Somit ist eine Abdichtung des Glühstifts selbst nicht notwendig und eine Elastomerdichtung muß für den Glühstift nicht verwendet werden. Das keramische Material des Glühstifts weist ferner eine hohe Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und reaktiven Gasen auf .Glow plug 44 is composed of a first electrically conductive layer 90 and a second electrically conductive layer 95. Both electrically conductive layers, which consist of electrically conductive ceramic, are separated by an insulating layer 97, which likewise consists of ceramic material. The first electrically conductive layer 90 and the second electrically conductive layer 95 are connected to one another in the region 100 at the tip of the glow plug 44 on the catalyst antechamber. The area 100 also consists of ceramic material. The electrical contact takes place via the connection element 60 and the first electrically conductive layer 90, the connection region 100 and the second electrically conductive layer 95 to the housing 45. The resistance of the electrically conductive layers 90, 95 and 100, which each consist of ceramic material, heating of the glow plug 44 is achieved. The glow plug is designed in such a way that the glow plug 44 consists only of ceramic, that is to say that the layer facing the catalyst antechamber consists of solid ceramic material. Accordingly, there is no metallic material inside the glow plug that has to be sealed against oxygen. Sealing of the glow plug itself is therefore not necessary and an elastomer seal does not have to be used for the glow plug. The ceramic material of the glow plug also has a high resistance to high temperatures and reactive gases.
Ein Aufbau eines Gluhstifts 44 aus ausschließlich keramischem Material ist vorteilhaft, da es einfach herstellbar ist und die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien durch ein Variation der Zusammensetzung der verschiedenen keramischen Materialien einander anpaßbar sind.It is advantageous to build a glow plug 44 from exclusively ceramic material, since it is easy to manufacture and the thermal expansion coefficients of the materials can be adapted to one another by varying the composition of the different ceramic materials.
In Figur 3 ist eine im Katalysatorvorraum 15 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung angebrachte Gluhstiftkerze 30 im Längsschnitt, schematisch, dargestellt. Der Aufbau ist bis auf den Glühstift 44 analog zum Aufbau der Gluhstiftkerze in Figur 2, weshalb hier nicht noch einmal auf diesen Teil der Gluhstiftkerze eingegangen wird. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile.FIG. 3 shows a glow pencil candle 30 in the catalytic converter space 15 of a device for exhaust gas treatment according to the invention, in a longitudinal section, schematically. Except for the glow plug 44, the construction is analogous to the construction of the glow plug in FIG. 2, which is why this part of the glow plug will not be discussed again here. The same reference symbols mean the same components.
Der in Figur 3 dargestellte Glühstift 44 ist derart ausgebildet, daß in eine keramische Matrix 70 eine metallische Heizwendel 75 eingebettet ist. Die Stromversorgung des Glühstifts 44 erfolgt über die Versorgungsleitung 40 und den Stecker 35 (beide letztgenannte Teile sind in Figur 1 dargestellt) . Der Stecker 35 ist in elektrischem Kontakt mit dem Anschlußbolzen 50 und dem Anschlußelement 60. Das Anschlußelement 60 wiederum weist einen elektrischen Kontakt mit der Heizwendel 75 des Glühstifts auf. Die Heizwendel verläuft, wie in Figur 2 dargestellt, U-förmig durch den Glühstift. Sie kann auch aus mehreren, miteinander verbundenen Heizwendelabschnitten mit unterschiedlichen Widerständen und Widerstandstemperaturverhalten bestehen. Die Heizwendel ist außerdem in elektrischem Kontakt mit dem Gehäuse 45, das auf Masse liegt. Der Glühstift 44 kann auch mit einem Teil seines katalysatorvorraumfernen Endes in einer zylindrischen mittigen Bohrung eines Metallrohrs angeordnet sein, das wiederum in der mittigen Bohrung des Gehäuses 45 angeordnet ist. Weiterhin kann der elektrische Kontakt des Heizwendels mit dem Stecker 35 in einer weiteren Ausführungsform auch statt über das Anschlußelement 60 und den Anschlußbolzen 50 über mindestens eine seitlich in der mittigen Bohrung des Gehäuses 45 verlaufenden Zuleitung erfolgen.The glow plug 44 shown in FIG. 3 is designed such that a metallic heating coil 75 is embedded in a ceramic matrix 70. The glow plug 44 is supplied with power via the supply line 40 and the plug 35 (both of the latter parts are shown in FIG. 1). The plug 35 is in electrical contact with the connecting bolt 50 and the connecting element 60. The connecting element 60 in turn has an electrical contact with the heating coil 75 of the glow plug. The heating coil runs, as shown in Figure 2, U-shaped through the Glow plug. It can also consist of several interconnected heating coil sections with different resistances and resistance temperature behavior. The heating coil is also in electrical contact with the housing 45, which is grounded. The glow plug 44 can also be arranged with a part of its end remote from the catalyst antechamber in a cylindrical central bore of a metal tube, which in turn is arranged in the central bore of the housing 45. Furthermore, in a further embodiment, the electrical contact of the heating coil with the plug 35 can also take place via at least one feed line running laterally in the central bore of the housing 45 instead of via the connecting element 60 and the connecting bolt 50.
Eine derartige Gestaltung des Glühstifts für einen Katalysatorvorraum einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung hat den Vorteil, daß die äußere, dem Katalysatorvorraum zugewandte Schicht des Gluhstifts aus keramischem Material, der keramischen Matrix 44, besteht. Die metallische Heizwendel 75 ist fest in die feste keramische Matrix 70 eingesintert und es ist somit keine Verwendung einer Dichtung am Glühstift notwendig.Such a design of the glow plug for a catalytic converter antechamber of an exhaust gas treatment device according to the invention has the advantage that the outer layer of the glow plug facing the catalytic converter antechamber consists of ceramic material, the ceramic matrix 44. The metallic heating coil 75 is firmly sintered into the solid ceramic matrix 70 and it is therefore not necessary to use a seal on the glow plug.
In Figur 4 sind schematisch verschiedeneVarious schematically are shown in FIG
Ausführungsbeispiele eines Glühstiftes für eine Glühkerze nach Figur 2 im Katalysatorvorraum einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung schematisch dargestellt. In Figur 4a ist ein derartiger Gluhstift im Längsschnitt dargestellt. Dieser Glühstift gestaltet sich analog zum Glühstift in Figur 2 und soll deshalb nicht noch einmal erläutert werden. Es bedeuten gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile. In Figur b ist ein Glühstift einer Gluhstiftkerze für einen Katalysatorvorraum einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung im Querschnitt dargestellt. Dieser Querschnitt soll sich in katalysatorvorraum- abgewandter Richtung unterhalb des Verbindungsbereichs 100 befinden. Es ist die erste leitende Schicht 90 die zweite leitende Schicht 95 und die elektrisch isolierende Schicht 97 zu erkennen. Der Querschnitt ist rechteckig ausgebildet. In Figur 4c ist ein weiterer Querschnitt eines Glühstifts 44 dargestellt. Dieser Querschnitt enthält die gleichen Bestandteile wie Figur 4b, ist jedoch in seiner Form abgerundet . In Figur 4d ist ein analoger Querschnitt dargestellt, wobei der Querschnitt in Figur 4d nicht nur wie in Figur 4c abgerundete Ecken aufweist, sondern eine Seite vollständig abgerundet ist. In Figur 4e ist ein weiterer erfindungsgemäßer Glühstift dargestellt, der ebenfalls die gleichen Bestandteile wie die Figur 4b aufweist. Hier weist der gesamte Querschnitt des Gluhstifts eine elliptische Form auf. Für jede der Figuren 4b bis 4e ist es möglich, auch die jeweils kürzere Seite mit einer größeren oder gleichen Länge zu gestalten. Ebenso kann die eliptische Form der Figur 4e auch kreisrund ausgebildet sein. Durch die unterschiedlichen in den Figuren 4b bis 4e dargestellten Querschnitte kann eine optimale Anpassung der Form des Glühstifts 44 an die Gegebenheiten des Katalysatorvorraums 15 erreicht werden. Ebenso sind andere Querschnittsformen des Glühstifts 44 denkbar .Exemplary embodiments of a glow plug for a glow plug according to FIG. 2 are shown schematically in the catalyst antechamber of a device for exhaust gas treatment according to the invention. Such a glow pencil is shown in longitudinal section in FIG. 4a. This glow pencil is analogous to the glow pencil in FIG. 2 and is therefore not to be explained again. The same reference symbols mean the same Components. FIG. B shows a cross section of a glow plug of a glow plug for a catalyst antechamber of a device for exhaust gas treatment according to the invention. This cross section should be located in the direction away from the catalyst antechamber below the connection area 100. The first conductive layer 90, the second conductive layer 95 and the electrically insulating layer 97 can be seen. The cross section is rectangular. A further cross section of a glow plug 44 is shown in FIG. 4c. This cross section contains the same components as FIG. 4b, but is rounded in its shape. FIG. 4d shows an analogous cross section, the cross section in FIG. 4d not only having rounded corners as in FIG. 4c, but one side being completely rounded. FIG. 4e shows a further glow plug according to the invention, which likewise has the same components as FIG. 4b. Here the entire cross-section of the glow pencil has an elliptical shape. For each of FIGS. 4b to 4e it is possible to design the shorter side with a greater or the same length. Likewise, the elliptical shape of FIG. 4e can also be circular. Due to the different cross sections shown in FIGS. 4b to 4e, an optimal adaptation of the shape of the glow plug 44 to the conditions of the catalyst antechamber 15 can be achieved. Other cross-sectional shapes of the glow plug 44 are also conceivable.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Glühstiftes 44 für den Katalysatorvorraum einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung dargestellt. Figur 5a stellt einen Längsschnitt, schematisch, durch eir.en derartigen Glühstift dar. Die elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Schichten sind in dieser Ausführungsform zylindrisch angeordnet. Die erste elektrisch leitende keramische Schicht 90 bildet einen inneren Zylinder, der von einer elektrisch isolierenden keramischen Schicht 97, die röhrenförmig ausgebildet ist, umgeben ist. Diese Schicht ist wiederum durch eine elektrisch leitende Schicht 95 röhrenförmig umgeben. Die erste elektrisch leitende Schicht 90 und die zweite elektrisch leitende Schicht 95, die ebenfalls aus keramischem Material bestehen, sind im Bereich der katalysatorvorraumseitigen Spitze des Gluhstifts 100 miteinander verbunden. Dieser Aufbau der Gluhstiftkerze wird als zylindrisch bezeichnet. In Figur 5b ist ein in Figur 5a dargestellter Glühstift im Querschnitt gezeichnet. DieserFIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a glow plug 44 for the catalyst antechamber of a device for exhaust gas treatment according to the invention. FIG. 5a shows a longitudinal section, schematically, by eir.en such a glow plug. The electrically conductive and electrically insulating layers are arranged cylindrically in this embodiment. The first electrically conductive ceramic layer 90 forms an inner cylinder, which is surrounded by an electrically insulating ceramic layer 97, which is tubular. This layer is in turn surrounded by an electrically conductive layer 95 in the form of a tube. The first electrically conductive layer 90 and the second electrically conductive layer 95, which likewise consist of ceramic material, are connected to one another in the region of the tip of the glow plug 100 on the side of the catalytic converter. This structure of the glow plug is called cylindrical. A glow plug shown in FIG. 5a is drawn in cross section in FIG. 5b. This
Querschnitt befindet sich unterhalb des Verbindungsbereichs 100. Es ist gut zu erkennen, daß die erste elektrisch leitende Schicht 90 sich im Innern befindet, umgeben von der elektrisch isolierenden Schicht 97, die wiederum von der elektrisch leitenden Schicht 95 umgeben ist. Somit ist auch diese Ausführungsform gekennzeichnet durch eine äußere keramische Schicht, die beständig ist gegenüber Temperatureinflüssen und Einflüssen reaktiver Gase. Auch in dieser Ausführungsform besteht der Gluhstift 44 aus verschiedenen festen keramischen Schichten, die miteinander versintert worden sind. Somit ist es auch bei dieser Ausführungsform nicht notwendig, das Innere des Glühstifts 44 gegenüber Sauerstoff mit einer Dichtung abzudichten. In Figur 5c ist die gleiche zylindrische Ausführungsform eines keramischen Glühstifts wie in Figur 5b im Querschnitt gezeichnet. Die Figur 5c unterscheidet sich von der Figur 5b in ihrer Form. Die Schichten weisen hier einen rechteckigen Querschnitt auf. Prinzipiell entspricht jedoch dieser Aufbau dem in Figur 5a und 5b beschriebenen Aufbau. Er kann entsprechend der Produktionsbedingungen und der Bedingungen im Katalysatorvorraum angepaßt werden. Cross section is located below the connection area 100. It can be clearly seen that the first electrically conductive layer 90 is located inside, surrounded by the electrically insulating layer 97, which in turn is surrounded by the electrically conductive layer 95. This embodiment is thus also characterized by an outer ceramic layer which is resistant to the effects of temperature and reactive gases. In this embodiment too, the glow pencil 44 consists of various solid ceramic layers that have been sintered together. Thus, even in this embodiment, it is not necessary to seal the inside of the glow plug 44 with oxygen using a seal. FIG. 5c shows the same cylindrical embodiment of a ceramic glow pencil as in FIG. 5b in cross section. FIG. 5c differs from FIG. 5b in its shape. The layers here are rectangular Cross section on. In principle, however, this structure corresponds to the structure described in FIGS. 5a and 5b. It can be adjusted according to the production conditions and the conditions in the catalyst antechamber.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Abgasbehandlung einer Brennkraftmaschine mit einer oder mehreren Katalysatorkammern (13), wobei mindestens eine Katalysatorkammer (13) eine oder mehrere Glühstiftkerzen (30) aufweist, wobei jede Gluhstiftkerze (30) einen Glühstift (44) aufweist, der so angeordnet ist, daß das Abgas zunächst an dem oder den Glühstiften1. Device for the exhaust gas treatment of an internal combustion engine with one or more catalyst chambers (13), at least one catalyst chamber (13) having one or more glow plugs (30), each glow plug candle (30) having a glow plug (44) which is arranged in such a way that that the exhaust gas first on the glow plug (s)
(44) vorbeistromt und danach einen Katalysator (20) passiert, wobei durch Heizen des Glühstifts (44) eine Entzündung des Abgases, das brennbare Bestandteile enthält, sicherstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühstift (44) eine äußere, der Katalysatorkammer(44) flows past and then passes through a catalytic converter (20), wherein ignition of the exhaust gas, which contains combustible constituents, can be ensured by heating the glow plug (44), characterized in that the glow plug (44) has an outer, the catalyst chamber
(13) zugewandte, keramische Schicht aufweist.(13) facing ceramic layer.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Glühstift (44) eine innen liegende metallische Heizwendel (75) aufweist, wobei die Heizwendel (75) von einer keramischen Matrix (70) umgeben ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the glow plug (44) has an internal metallic heating coil (75), the heating coil (75) being surrounded by a ceramic matrix (70).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Glühstift (44) eine elektrisch isolierende keramischen Schicht (97) und eine erste und eine zweite elektrisch leitende keramische Schicht (90,95) aufweist, die durch die elektrisch isolierende Schicht (97) getrennt sind, wobei die erste und die zweite elektrisch leitende keramische Schichte (90,95) an dem katalysatorvorraum-seitigen Ende des Glühstiftes (44) miteinander durch eine elektrisch leitenden keramischen Bereich (100) miteinander verbunden sind.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the glow plug (44) has an electrically insulating ceramic layer (97) and a first and a second electrically conductive ceramic layer (90.95), which are separated by the electrically insulating layer (97) are, the first and the second electrical conductive ceramic layer (90.95) are connected to each other at the end of the glow plug (44) on the catalyst antechamber side by an electrically conductive ceramic region (100).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus erster und zweiter elektrisch leitender keramischer Schicht (90,95) sowie aus der Verbindung beider elektrisch leitender Schichten (100) u-förmig ausgeführt ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the composite of first and second electrically conductive ceramic layer (90.95) and from the connection of the two electrically conductive layers (100) is U-shaped.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus erster und zweiter elektrisch leitender keramischer Schicht (90,95) sowie aus der Verbindung beider elektrisch leitender Schichten (100) zylindrisch ausgeführt ist . 5. The device according to claim 3, characterized in that the composite of first and second electrically conductive ceramic layer (90.95) and from the connection of the two electrically conductive layers (100) is cylindrical.
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