DE4121940A1 - Vorrichtung zum entfernen von russpartikeln aus dem abgasstrom einer diesel-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfer­ nen von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom einer Diesel-Brenn­ kraftmaschine, mit einem in der Abgasleitung angeordneten Oxidationskatalysator.

Derartige Oxidationskatalysatoren bestehen meist aus einem Keramikkörper mit einer Vielzahl von parallel zur Abgas­ strömungsrichtung verlaufenden, engen Kanälen. Dadurch ent­ steht das Problem, daß sich diese Kanäle mit Ruß zusetzen können, wenn die Brennkraftmaschine längere Zeit im Leer­ lauf oder im unteren Lastbereich läuft, da dann die Abgas­ temperatur zu niedrig ist, um ein Abbrennen der Rußpartikel in dem Oxidationskatalysator zu erreichen. Ein derartiges Zusetzen des Oxidationskatalysators hat einen unruhigen Leerlauf und im Extremfall sogar ein Stillsetzen der Brenn­ kraftmaschine zur Folge oder es erschwert nach einem Ab­ schalten das Wiederstarten der Brennkraftmaschine.

Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt (DE-A-35 32 345) einen den Oxidationskatalysator umgehenden, mit einer Ab­ sperrklappe versehenen Bypass vorzusehen, durch den die gesamte Abgasmenge vom Leerlauf bis zu einer vorbestimmten Teillast geleitet wird. Nachteilig ist hierbei, daß in die­ sem Betriebsbereich die Rußpartikel nicht enfernt werden. Außerdem ist die Funktionstüchtigkeit einer von heißen Ab­ gasen beaufschlagten Klappe auf Dauer nicht sichergestellt.

Es ist auch bekannt (DE-A-38 41 182), den Abgasstrom durch einen Fliehkraftabscheider in einen weitgehend partikel­ freien Reingasstrom und einen partikelangereicherten Trä­ gergasstrom aufzuteilen und den Trägergasstrom durch eine Verbrennungsvorrichtung zu leiten und dann wieder mit dem Reingasstrom zu vereinigen. Wird anstelle der Verbrennungs­ vorrichtung ein Oxidationskatalysator verwendet, so wird bei einem Verstopfen desselben der Betrieb der Brennkraft­ maschine zwar nicht behindert, es findet jedoch auch keine Beseitigung der Rußpartikel statt. Außerdem ist diese be­ kannte Vorrichtung aufwendig und sie erfordert viel Platz, der im Motorraum eines Kraftfahrzeuges normalerweise nicht zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der das Zusetzen des Oxidationskatalysators mit Rußpartikeln vermieden ist, der im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine wirksam ist und der sich durch einen äußert einfachen Auf­ bau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß mit dem vorgeschlage­ nen perforierten Rohr vor dem Oxidationskatalysator die Rußpartikel im Abgasstrom bei niedrigen Strömungsgeschwin­ digkeiten, also insbesondere im Leerlauf, zu einem großen Teil in dem Ringraum gesammelt werden, so daß sie die engen Kanäle des Oxidationskatalysators auf der Querschnittsflä­ che des Rohres nicht verstopfen, da in diesem Bereich durch das Rohr die Strömungsgeschwindigkeit erhöht ist. Bei höhe­ rer Leistung und entsprechend höherer Temperatur und Strö­ mungsgeschwindigkeit der Abgase werden diese Rußpartikel aus dem Ringraum mitgerissen und dem nun auf Arbeitstem­ peratur befindlichen Oxidationskatalysator zugeführt. Das perforierte, aus wärmebeständigem Stahl bestehende Rohr ist ein äußerst einfaches Bauteil, das lediglich zwischen dem Flansch des Katalysatorgehäuses und dem Katalysatorkörper eingesetzt zu werden braucht und daher problemlos auch zum Nachrüsten bestehender Oxidationskatalysatoren verwendet werden kann. Da der Durchmesser des Rohres dem Durchmesser der Abgasleitung entsprechen kann, wird durch das Rohr kein erhöhter Strömungswiderstand erzeugt.

Da der Oxidationskatalysator in der Regel einen wesentlich größeren Durchmesser hat als die Abgasleitung, ist er in einem sich von dem Anschlußflansch zur Abgasleitung trich­ terförmig erweiternden Gehäuse angeordnet. Hierbei bietet es sich an, das perforierte Rohr, das, wie erwähnt vorzugs­ weise den gleichen Innendurchmesser hat wie die Abgaslei­ tung, in dem Katalysatorgehäuse anzuordnen und bis zur Stirnwand des Katalysatorkörpers zu führen und sein äußeres Ende mit einem Ringflansch zu versehen, der zwischen den Befestigungsflanschen des Katalysatorgehäuses und er Abgas­ leitung eingeklemmt werden kann. Bei dieser Anordnung ist die die Rußpartikel zeitweise aufnehmende Ringkammer stirn­ seitig von dem Katalysatorkörper begrenzt, so daß die sich im Leerlaufbetrieb in der Ringkammer sammelnden Rußpartikel bei höheren Abgasgeschwindigkeiten direkt aus der Kammer in den Katalysatorkörper gedrückt werden.

Die Anzahl, Größe und Anordnung der Löcher in dem perfo­ rierten Rohr sind durch Versuche festzustellen. Als vor­ teilhaft hat sich erwiesen, eine Vielzahl von über den Um­ fang verteilten Löchern über den größten Teil der Länge des Rohres vorzusehen, wobei die stromaufliegenden Löcher einen größeren Durchmesser haben sollten, als die stromabliegen­ den Löcher.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der ein Abschnitt einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einem Oxidationskatalysator im Längsschnitt dargestellt ist.

Mit 1 ist ein Abgasleitung bezeichnet, die an das Auslaßsy­ stem einer nicht dargestellten Diesel-Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Die Abgasleitung 1 hat an ihrem Ende ei­ nen Ringflansch 2, an den das Gehäuse 3 eines Oxidationska­ talysators 4 mittels eines Flansches 5 angeflanscht ist. Der Abgaskatalysator 4 weist einen Katalysatorkörper 6 auf, der eine Vielzahl von engen, zueinander und zur Abgasströ­ mungsrichtung parallelen Kanälen 7 enthält. Da der Kataly­ satorkörper 6 einen wesentlich größeren Durchmesser hat als die Abgasleitung 1, erweitert sich das Katalysatorgehäuse von dem Befestigungsflansch 5 zum Katalysatorkörper 6 hin trichterförmig. In dem dadurch gebildeten Raum 8 ist in Fortsetzung der Abgasleitung 1 ein perforiertes Rohr 9 ein­ gesetzt, das am einen Ende einen Ringflansch 10 aufweist, der zwischen den Flanschen 2 und 5 eingeklemmt ist und des­ sen anderes Ende bis an die Stirnseite 11 des Katalysator­ körpers 6 reicht. Das Rohr 9, das aus einem hochwarmfesten Stahl besteht, weist eine Anzahl von Lochreihen 12 und 13 auf, wobei die Löcher der Reihen 12, die, bezogen auf die Strömungsrichtung S der Abgase vorne liegen, einen größeren Durchmesser haben als die Löcher der Reihen 13, die weiter stromab vorgesehen sind. Das Abgas strömt zum Teil durch das Rohr 9 direkt in den Katalysatorkörper 6, wie durch die Pfeile a veranschaulicht, und zum Teil durch die Löcher 12 und 13 und den Raum 8 entsprechend den Pfeilen b zum Kata­ lysatorkörper 6. Im Normalbetrieb, d. h., wenn der Katalysa­ torkörper 5 durch die heißen Abgase auf seine Arbeitstempe­ ratur erhitzt ist, werden die Rußpartikel, welche zusammen mit dem Abgas die Kanäle 7 durchströmen, in dem Katalysa­ torkörper 6 verbrannt. Im Leerlaufbetrieb ist jedoch die Katalysatortemperatur nicht ausreichend, um diese Verbren­ nung zu bewirken. Da in diesem Betriebsbereich auch die Strömungsgeschwindigkeit gering ist, sammelt sich ein Groß­ teil der Rußpartikel in dem Raum 8, so daß jedenfalls der dem im Querschnitt des Rohres 9 entsprechende Querschnitt des Katalysatorkörpers 6 weitgehend frei bleibt. Wird nun die Leistung der Brennkraftmaschine erhöht, was zu heißeren Abgasen mit höherer Strömungsgeschwindigkeit führt, so kann dieses Abgas jedenfalls durch den mittleren Bereich des Ka­ talysatorkörpers 6 hindurchströmen, wodurch dieser sehr schnell auf seine Arbeitstemperatur kommt. Die Abgase ge­ langen jedoch durch die Lochreihen 12 und 13 auch in den Raum 8 und befördern die dort befindlichen Rußpartikel in den Katalysatorkörper 6, in welchen sie nun verbrannt wer­ den.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Entfernen von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom einer Diesel-Brennkraftmaschine mit einem in der Abgasleitung angeordneten Oxidationskatalysa­ tor (4), dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem Katalysatorkörper (6) ein perforiertes Rohr (9) angeordnet ist, das mit der Wand der Abgasleitung (1) bzw. des Katalysatorgehäu­ ses (3) einen Ringraum (8) zur zeitweiligen Aufnahme von Rußpartikeln begrenzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte Rohr (9) einen kleineren Durch­ messer hat als der Katalysatorkörper (6) und daß dieser stirnseitig an das Rohr (9) anstößt und eine axiale Begrenzung des Ringraumes (8) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr (9) Löcher in einer Mehrzahl von senkrecht zur Längsmittelachse des Rohres liegenden Reihen (12, 13) aufweist, wobei die nahe des Katalysatorkörpers liegenden Löcher einen kleineren Durchmesser aufweisen als die weiter davon entfernten.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse (3) des Oxidationskatalysators (4) an das Ende der Abgasleitung (1) angeflanscht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (9) an seinem vom Kata­ lysatorkörper (6) abgewandten Ende einen Ringflansch (10) aufweist, der zwischen den Flanschen (2 und 5) der Abgasleitung (1) und des Katalysatorgehäuses (3) eingeklemmt ist.