DE3406968A1 - Verfahren zur erzeugung einer optimalen abgaseingangstemperatur fuer den abgaskatalysator von verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 512/4

Stuttgart EPT Dr.Am-pfa-

24.2.1984

Verfahren zur Erzeugung einer optimalen Abgaseingangstemperatur für den Abgaskatalysator von Verbrennungsmotoren

Zur Verminderung der schädlichen Bestandteile der Abgase von Verbrennungsmotoren werden Abgaskatalysatoren eingesetzt, an denen die schädlichen Abgaskomponenten in unschädliche Bestandteile umgesetzt werden. Für diese Umsetzung benötigt der Katalysator ein bestimmtes Temperaturniveau (Anspringtemperatur) von minimal 300 bis 400⁰C. Auf diese Temperatur wird der Katalysator durch die heißen Motorabgase gebracht.

Da die Abgasemission von Verbrennungsmotoren unmittelbar nach dem Kaltstart besonders hoch ist, wird die Abgasemission eines Fahrzeugs im wesentlichen vom Anspringverhalten des Katalysators und seinem weiteren Temperaturniveau bestimmt.

Der Katalysator muß daher insbesondere nach dem KaItstart möglichst schnell mit geringen Wärmeverlusten auf

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die Anspringtemperatur gebracht werden. Aus diesen Gründen wird der Katalysator im allgemeinen in Motornähe angeordnet und die Abgasleitung zwischen Motor und Katalysator nach außen thermisch isoliert, um Wärmeverluste durch Abstrahlung und Konvektion zu vermeiden. Dadurch kann ein schnelles Anspringen des Katalysators erreicht werden.

Die Wärmeisolation des Abgasrohres zwischen Motor und Katalysator führt jedoch dazu, daß bei hohen Motordrehzahlen im Vollastbetrieb die Temperatur so stark ansteigt, daß der Katalysator überhitzt wird. Derartige Überhitzungen führen zu einer frühzeitigen Alterung des Katalysators und mitunter zusätzlich zu einer Zerstörung des monolitischen Katalysatorträgers.

Die bisher angewandten Gegenmaßnahmen zur Verhütung einer Katalysatorüberhitzung wie Absenkung der maximalen Motordrehzahl oder Überfettung des Kraftstoff-Luftgemisches sind mit erheblichen Nachteilen hinsichtlich der Motorleistung oder des Kraftstoffverbrauchs behaftet.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Erzeugung einer optimalen Betriebstemperatur für den Abgaskatalysator von Verbrennungsmotoren zu erzeugen, das weder hinsichtlich des Leistungsverhaltens noch des Kraftstoffverbrauches nachteilig ist.

Diese Aufgabe wird durch das in dem Patentanspruch beschriebene Verfahren gelöst.
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Die Erfindung beruht also darauf, daß man das Motorabgas in zwei Teilströme teilt, von denen einer gekühlt ι

und der andere nicht gekühlt wird, die beiden Teilströme vor dem Katalysator wieder vereinigt und die Katalysatortemperatur durch Veränderung des Mengenverhältnisses der beiden Teilströme regelt.

Unterhalb der Betriebstemperatur des Katalysators, z.B. in der Warmlaufphase des Motors, wird die Menge des gekühlten Teilstroms praktisch auf Null gebracht, so daß der Katalysator durch den ungekühlten Teilstrom möglichst schnell auf seine Anspringtemperatur gebracht wird. Diese Regelung wird so lange beibehalten, bis der Katalysator seine optimale Betriebstemperatur erreicht hat. Bei Überschreiten der optimalen Betriebstemperatur wird die Menge des ungekühlten Teilstroms verringert und die Menge des gekühlten Teilstroms vergrößert, so daß der Katalysator mit einem kühleren Abgas beaufschlagt wird und dadurch die Solltemperatur im Katalysator wieder erreicht wird.

Der nicht gekühlte Teilstrom kann in einem normalen Abgasrohr geführt werden, dessen Innendurchmesser so bemessen sein muß, daß es den gesamten Abgasstrom aufnehmen kann, da in der Warmlaufphase ja praktisch der gesamte Abgasstrom durch diese Leitung geführt wird. Zweckmäßig ist es jedoch, zur Erzielung eines möglichst raschen Temperaturanstiegs im Katalysator dieses Rohr mit einer thermischen Isolierung zu versehen, die bevorzugt als keramische Innenauskleidung ausgeführt wird.

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Die Kühlung des anderen Teilstroms kann im einfachsten Fall dadurch geschehen, daß ein nicht isoliertes Abgasrohr verwendet wird. Zweckmäßig ist es jedoch, die Kühlwirkung durch eine Verrippung zu verstärken oder das Abgas durch einen besonderen Kühler zu leiten. Es ist häufig güngstig, die Rohrleitungen für den gekühlten Abgasstrom so zu bemessen, daß sie das gesamte Fahrzeugabgas aufnehmen können, d.h. daß bei sehr hoher Motorleistung und daraus resultierendem sehr heißem Abgas die gesamte Abgasmenge gekühlt werden kann. Die Kühlleistung in dem zu kühlenden Teilstrom soll so bemessen werden, daß auch unter extremen Bedingungen wie hohe Außentemperatur und hohe Motorbelastung die maximal zulässige Katalysatortemperatur nicht überschritten werden kann. Je nach Motorauslegung und Temperaturfestigkeit des Katalysators kann es jedoch auch ausreichen, wenn der zu kühlende Teilstrom nicht das gesamte Abgas des Motors aufnehmen kann und damit die Menge des ungekühlten Teilstroms nicht Null wird.

Die Mengenregelung der beiden Teilströme aufgrund der Katalysatortemperatur kann durch entsprechende Regelventile innerhalb der einzelnen Teilstromzweige oder an der Verzweigungs- oder Zusammenführungsstelle der beiden Teilströme erfolgen und bietet für einen Fachmann keinerlei Schwierigkeiten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur die Einhaltung einer optimalen Katalysatortemperatur möglich, sondern durch die Kühlung des Abgases erfolgt gleichzeitig auch eine Volumenverminderung des Abgases, was sich in einer Verminderung des durch den Katalysator erzeugten Abgasgegendrucks bemerkbar macht.

Claims (1)

1. Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 512/4

   Stuttgart EPT Dr.Am-pfa

   24.2.1984

   Patentanspruch
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   Verfahren zur Erzeugung einer optimalen Betriebstemperatur für den Abgaskatalysator von Verbrennungsmotoren, dadurch gekennz eichnet, daß man das Motorabgas in zwei Teilströme teilt, von denen einer gekühlt und der andere nicht gekühlt wird, die Teilströme vor dem Katalysator wieder vereinigt und die Katalysatortemperatur durch Veränderung des Mengen-Verhältnisses der beiden Teilströme regelt.