EP2588722A1 - Anordnung eines katalysators in einer abgasanlage - Google Patents

Anordnung eines katalysators in einer abgasanlage

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EP2588722A1
EP2588722A1 EP11724557.1A EP11724557A EP2588722A1 EP 2588722 A1 EP2588722 A1 EP 2588722A1 EP 11724557 A EP11724557 A EP 11724557A EP 2588722 A1 EP2588722 A1 EP 2588722A1
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exhaust
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of a catalyst in one
  • Petrol fuels consist of hydrocarbons, the additions of oxygenated, organic components and
  • Super fuel has a higher knock resistance to operate higher-density
  • gasoline fuels in different countries may also contain different additives or impurities. Be under contamination For example, manganese, aluminum, phosphorus, silicon, zirconium,
  • this invention has for its object to provide a measure of how an exchange of such a contaminated catalyst can be avoided.
  • Patent claim 1 solved.
  • Flow cross-section can be provided for a "run-flat" of the internal combustion engine.
  • the thickness of the sacrificial disc according to claim 3 has been found in practical experiments to be particularly advantageous, since the manganese deposits form in particular in the first millimeter after the end face of the catalyst, or the sacrificial disc according to the invention.
  • Sacrificial disk to catalyst can be accurately positioned. Furthermore, blocking of sacrificial disk and catalyst by slipping away of the sacrificial disk is advantageously avoided.
  • a simple change of the sacrificial disc is possible.
  • a closure clamp in particular a band clamp or a V band clamp or a flange, etc. are used.
  • the already existing compound usually a V band clamp, can be used between the exhaust gas turbocharger and the catalyst for exchanging the sacrificial disk.
  • Fig. 1 shows a photograph of a front side of a contaminated catalyst
  • Fig. 1 shows a photo of a front side of a with deposits.
  • Deposits 2 consist in particular of manganese, which are the flowed by an exhaust gas of an internal combustion engine end face of the catalyst 1 in the exhaust system in the course of operation of the internal combustion engine
  • Sacrificial disk is understood to mean any kind of exhaust gas permeable, temperature-resistant disk that is cheaper than a catalyst and thus can be "sacrificed" before an expensive catalyst needs to be replaced.
  • This sacrificial disc preferably covers a flow cross-section of the exhaust system to at least 70%, so that the deposits on the
  • the sacrificial disc in the flow direction of the exhaust gas preferably has a thickness between 2 mm and 50 mm, since the manganese deposits on the end face or in the first millimeter after the end face of the catalyst, or the sacrificial disc according to the invention form.
  • the sacrificial disc can be constructed of a mesh and / or a knitted fabric and / or a knitted fabric and / or a catalyst support without noble metal loading, important is a necessary exhaust gas permeability.
  • a catalyst support may be, for example, metallic or ceramic.
  • the braid and / or the knit and / or the knit and / or the catalyst carrier of the sacrificial disc on a gas-permeable cell size of 20% to 400% of the cell size of the catalyst.
  • the sacrificial disk preferably has an anti-twist device and / or an axial securing device.
  • the design flow losses through the sacrificial disk can be minimized because the spatial position of sacrificial disk to catalyst can be accurately positioned. A destruction of the catalyst by a due to the pulsating exhaust gas slipping away sacrificial disc is prevented.
  • the exhaust system preferably has a closable opening, with a clamp, in particular a band clamp or a V band clamp or else a flange, etc. being provided for the closure thereof. Since in an internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger now the catalyst is placed near a turbine outlet, both have approximately the same diameter, so that the sacrificial disc can be conveniently replaced by loosening the band clamp between the catalyst and the turbine housing.

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Abstract

Anordnung eines Katalysators in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, die mit manganhaltigem Kraftstoff betreibbar ist, wobei der Katalysator in einem Strömungsweg eines Abgases der Brennkraftmaschine durch die Abgasanlage in der Abgasanlage angeordnet ist und wobei in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator in der Abgasanlage eine abgasdurchlässige Opferscheibe angeordnet ist. Wenn der Abgasgegendruck aufgrund von Mangan-Ablagerungen für einen normalen Brennkraftmaschinenbetrieb zu groß wird, muss nicht der Katalysator ausgetauscht werden, sondern es wird lediglich die preisgünstige Opferscheibe ausgetauscht.

Description

Anordnung eines Katalysators in einer Abgasanlage
Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Katalysators in einer
Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Verschiedenste nationale bzw. überregionale Normen legen die
Mindestanforderung für Otto-Kraftstoffe fest. Zum Beispiel beschreibt die EN 228 (Europäische Norm) das in Europa eingeführte unverbleite Benzin (Euro- Super). In der nationalen Ausgabe DIN EN 228 sind darüber hinaus noch die unverbleiten Normal- und Superpluskraftstoffe beschrieben. In den USA sind Otto-Kraftstoffe in der ASTMD 439 (American Society for Testing and
Materials) spezifiziert. Otto-Kraftstoffe bestehen aus Kohlenwasserstoffen, die Zusätze von sauerstoffhaltigen, organischen Komponenten sowie
Additive zur Verbesserung ihrer Eigenschaften enthalten können. Weiter wird zwischen normalem und Super-Kraftstoff unterschieden. Super-Kraftstoff weist eine höhere Klopffestigkeit zum Betreiben höher verdichteter
Brennkraftmaschinen auf. Außerdem gelten für Sommer und Winter sowie für verschiedene Regionen unterschiedliche Flüchtigkeitsmerkmale.
Wie oben beschrieben gibt es für unterschiedliche Staaten unterschiedlichste Normen für Otto-Kraftstoffe. Dies bedeutet in nachteiliger Weise, dass Otto- Kraftstoffe in unterschiedlichen Ländern auch unterschiedliche Zusätze oder Verunreinigungen enthalten können. Unter Verunreinigungen werden beispielsweise Mangan, Aluminium, Phosphor, Silizium, Zirkonium,
Magnesium, Zink.und Kalzium etc. verstanden. Diese sind nur beispielhaft genannt, da noch wesentlich mehr Elemente im Otto-Kraftstoff vorhanden sein können.
Diese Elemente, insbesondere Mangan, können sich als Ablagerungen an der angeströmten Stirnseite eines Katalysators in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine negativ bemerkbar machen. Interessant hierbei ist die Beobachtung, dass ausschließlich die Stirnweite des Katalysators von den Ablagerungen betroffen ist. Dies kann so weit führen, dass bis über 90% der Katalysatorstirnfläche von den Ablagerungen verschlossen werden, so dass ein Abgasgegendruck aufgebaut wird, der den Brennkraftmaschinenbetrieb nicht mehr zulässt, d. h. der Brennkraftmaschine mangelt es an Leistung und Drehmoment. Üblicherweise werden derartig verunreinigte Katalysatoren im Rahmen eines Werkstattbesuches ausgetauscht oder aufwendig gereinigt, was für den Kraftfahrzeughersteller oder den Kunden sehr teuer und aufwendig ist.
Daher liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie ein Austausch eines derart verunreinigten Katalysators vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der kostengünstigen Opferscheibe in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, bilden sich Mangan- Ablagerungen auf der Opferscheibe und nicht an der Stirnfläche des
Katalysators. Somit muss im Falle eines zu großen Abgasgegendruckes oder im Verlauf eines Service-Intervalls nicht der teure Katalysator getauscht werden, sondern nur die kostengünstige Opferscheibe. Direkt nach dem Tausch der Opferschiebe weist der Katalysator wieder sein normales
Katalysatoranspringen auf, das Erreichen der„light-off"-Temperatur, das ist die Temperatur, bei der der Katalysator 50% seiner vollen
Konvertierungseigenschaften aufweist. Auch die
Konvertierungseigenschaften des Katalysators für Schadstoffe, wie z. B. Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx) bleiben praktisch unverändert.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 kann verhindert werden, dass die Brennkraftmaschine ganz ausfällt, da bis maximal 30% des
Strömungsquerschnittes für einen„Notlauf" der Brennkraftmaschine vorgesehen werden können.
Die Dicke der Opferscheibe gemäß Patentanspruch 3 hat sich in praktischen Versuchen als besonders vorteilhaft herausgestellt, da sich die Mangan- Ablagerungen insbesondere in den ersten Millimetern nach der Stirnfläche des Katalysators, bzw. der erfindungsgemäßen Opferscheibe ausbilden.
Die Ausgestaltungen der Opferscheibe gemäß den Patentansprüchen 4 und 5 sind besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 können Strömungsverluste durch die Opferscheibe minimiert werden da die räumliche Lage von
Opferscheibe zu Katalysator exakt positioniert werden kann. Weiter wird ein Verblocken von Opferscheibe und Katalysator durch wegrutschen der Opferscheibe in vorteilhafter Weise vermieden.
Mit den Ausgestaltungen gemäß den Patentansprüchen 7 und 8 ist ein einfaches Wechseln der Opferscheibe möglich. Besonders bevorzugt kommt als Verschluss eine Schelle, insbesondere eine Bandschelle oder eine V- Bandschelle oder auch ein Flansch etc. zum Einsatz. Mit der Anordnung gemäß Patentanspruch 9 kann die ohnehin vorhandene Verbindung, üblicher Weise eine V-Bandschelle, zwischen Abgasturbolader und Katalysator zum Tausch der Opferscheibe verwendet werden.
Im Folgenden ist der Stand der Technik anhand einer einzigen Figur näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Foto einer Stirnseite eines verunreinigten Katalysators;
Fig. 1 zeigt ein Foto von einer Stirnseite eines mit Ablagerungen 2
verunreinigten Katalysators 1 , der in einem Katalysatorgehäuse 3
angeordnet ist. Chemische Analysen haben gezeigt, dass diese
Ablagerungen 2 insbesondere aus Mangan bestehen, die die von einem Abgas einer Brennkraftmaschine angeströmte Stirnseite des Katalysators 1 in der Abgasanlage im Laufe des Betriebs der Brennkraftmaschihe
verschließen, wenn die Brennkraftmaschine mit manganhaltigem Kraftstoff betrieben wird.
Um den hierdurch erzeugten erhöhten Abgasgegendruck, mit der Folge verringerter Leitung und Drehmoment, abzubauen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator in der Abgasanlage eine abgasdurchlässige Opferscheibe angeordnet ist.
Unter Opferscheibe wird jede Art von abgasdurchlässiger, temperaturfester Scheibe verstanden, die billiger ist als ein Katalysator und somit„geopfert" werden kann, bevor ein teurer Katalysator ausgetauscht werden muss.
Diese Opferscheibe überdeckt bevorzugt einen Strömungsquerschnitt der Abgasanlage zu mindestens 70%, damit die Ablagerungen auf dem
Katalysator verhindert oder zumindest minimiert sind, wobei ein„Notlauf der Brennkraftmaschine durch einen möglichen Strömungsspalt gewährleistet sein kann. Weiter weist die Opferscheibe in Strömungsrichtung des Abgases bevorzugt eine Dicke zwischen 2 mm und 50 mm aufweist, da sich die Mangan- Ablagerungen auf der Stirnfläche oder in den ersten Millimetern nach der Stirnfläche des Katalysators, bzw. der erfindungsgemäßen Opferscheibe ausbilden.
Die Opferscheibe kann aus einem Geflecht und/oder einem Gewirk und/oder einem Gestrick und/oder einem Katalysatorträger ohne Edelmetallbeladung aufgebaut sein, wichtig ist eine notwendige Abgasdurchlässigkeit. Für das Geflecht, Gewirk oder Gestrick kann beispielsweise metallischer Draht verwendet werden, Der Katalysatorträger kann beispielsweise metallisch oder keramisch sein.
Bevorzugt weisen das Geflecht und/oder das Gewirk und/oder das Gestrick und/oder der Katalysatorträger der Opferscheibe eine gasdurchlässige Zellgröße von 20 % bis 400% der Zellgröße des Katalysators auf.
Um Strömungsverluste für das Abgas zu minimieren weist die Opferscheibe bevorzugt eine Verdrehsicherung und/oder eine axiale Sicherung auf. Mit der Ausgestaltung können Strömungsverluste durch die Opferscheibe minimiert werden da die räumliche Lage von Opferscheibe zu Katalysator exakt positioniert werden kann. Auch eine Zerstörung des Katalysators durch eine aufgrund des pulsierenden Abgases weg rutschende Opferscheibe wird verhindert.
Für einen einfachen Ausstauch der Opferscheibe weist die Abgasanlage bevorzugt eine verschließbare Öffnung auf, wobei für deren Verschluss bevorzugt eine Schelle, insbesondere eine Bandschelle oder eine V- Bandschelle oder auch ein Flansch etc. vorgesehen ist. Da bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mittlerweile der Katalysator nahe einem Turbinenauslass angeordnet wird, besitzen beide ungefähr denselben Durchmesser, so dass die Opferscheibe bequem durch Lösen der Bandschelle zwischen Katalysator und Turbinengehäuse getauscht werden kann.
Somit muss, wenn der Abgasgegendruck aufgrund von Mangan- Ablagerungen für einen normalen Brennkraftmäschinenbetrieb zu groß wird, nicht der Katalysator ausgetauscht werden, sondern es wird lediglich die preisgünstige Opferscheibe ausgetauscht.
Bezuqszeichenliste:
1. Katalysator
2. Ablagerungen
3. Katalysatorgeh

Claims

Anordnung eines Katalysators in einer Abgasanlage Patentansprüche
Anordnung eines Katalysators in einer Abgasanlage einer
Brennkraftmaschine, die mit manganhaltigem Kraftstoff betreibbar ist, wobei der Katalysator in einem Strömungsweg eines Abgases der Brennkraftmaschine durch die Abgasanlage in der Abgasanlage angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator in der Abgasanlage eine abgasdurchlässige
Opferscheibe angeordnet ist.
2. Anordnung nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Opferscheibe einen
Strömungsquerschnitt der Abgasanlage zu mindestens 70% überdeckt.
3. Anordnung nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Opferscheibe in Strömungsrichtung des Abgases eine Dicke zwischen 2 mm und 50 mm aufweist.
4. Anordnung nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferscheibe aus einem Geflecht und/oder einem Gewirk und/oder einem Gestrick und/oder einem Katalysatorträger ist.
5. Anordnung näch Patentanspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Opferscheibe eine gasdurchlässige Zellgröße von 20 % bis 400% der Zellgröße des Katalysators aufweist.
6. Anordnung nach einem der zuvor genannten Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Opferscheibe eine Verdrehsicherung und/oder eine axiale Sicherung aufweist.
7. Anordnung nach einem der zuvor genannten Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage verschließbare
Öffnung zum Ausbau der Opferscheibe aufweist.
8. Anordnung nach einem Patentanspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass für den Verschluss eine Schelle, insbesondere eine Bandschelle vorgesehen ist.
9. Anordnung nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei für die Brennkraftmaschine ein Abgasturbolader mit einer Turbine in dem Abgasstrang vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Opferscheibe zwischen der Turbine und dem Katalysator angeordnet ist.
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