DE2452785A1 - Verfahren zum betrieb einer verbrennungsmaschine - Google Patents

Description

• Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine Die vorliegende Erfindung betrifft die katalytische Umwandlung von Kurbelgehäusegasen einer Verbrennungsmaschine, die höher siedende Kohlenwasserstofffraktionen, Schmiermittelnebel oder andere kohlenstoffhaltige Materialien enthalten können.
• Spezieller ergibt das vorliegende verbesserte System, daß der Abgasstrom durch Wärmeaustausch den Katalysator-Reaktor, der die Kurbelgehäusebelüftung versorgt, und/oder rückgeführte Abgasströme, die in das Verbrennungsmaschinen-Einspeissystem eingeführt werden, erhitzt.
• Es war üblich, die abgeblasenen Gase aus einem Verbrennungsmaschinenkurbelgehäuse durch ein Filter und ein Ventil, welches als PCV-Ventil (positive Kurbelgehäuseventilation) in das Verbrennungsmaschinen -Brennstoffeinspeissystem und von dort in die Verbrennungsmaschine selbst gehen zu lassen. Das PCV-System ist allgemein wirksam, das unerwünschte Abblasen von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen in die Atmosphäre auszuschließen. Der negative Druck in dem System bringt jedoch bestimmte höher siedende Fraktionen des Brennstoffes, Schmiermittelnebel und andere kohlenstoffhaltige-Materialien ein, die ihrerseits zu Ablagerungen in dem Brennstoffansaugsystem, der Verbrennungskammer, an den Zündkerzen und Ventilen führen können.
• Es wurde auch bereits festgestellt, daß viele Verbrennungsmaschinen für neue Fahrzeuge mit einer Abgasrezirkulation versehen sind, die als "EGR" bekannt ist. Diese Rezirkulation von Abgasen bringt inertes Material in die Verbrennungskammern, , so daß die Flammenfronttemperaturen herabgesetzt werden, was seinerseits die Bildung von Stickstoffoxiden (NOx) vermindert Die zurückgeführten Abgase umfassen unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zusammen mit kohlenstoffhaltigen Schmutzkomponenten, so daß es hocherwünscht sein kann, eine katalytische Behandlung dieser zurückgeführten Gase zu bewirken, um noch weitere Materialablagerung in dem Einsaugsystem der Verbrennungsmaschine zu verhindern.
• Es wäre eine Verbesserung, wenn ein Weg gefunden würde, die mit diesen PCV- und EGR-Systemen verbundenen Probleme auf ein Minimum herabzusetzen.
• Entsprechend liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine, worin Kurbelgehäusegase zu einem Brennstoffeinspeissystem der Verbrennungsmaschine derart zurückgeführt werden, daß die Emission von verunreini--genden Stoffen ermindert wird, und- dieses Verfahren ist dadurchgekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Kurbelgehäusegase über einen Oxidationskatalysator in einem umgrenzten Reaktor zu in in Wärmeaustauschbeziehung mit einer Abgasauslaßlditung aus der Verbrennungsmaschine geführt und dabei einer Oxidation verbrennbarer Komponenten der Kurbelgehäusegase unterzogen wird und daß die resultierenden Ausflußgase, die CO2 und Wasserdampf enthalten, in das Brennstoffeinspeissystem der Verbrennungsmaschine. eingeführt werden.
• Die vorliegende Erfindung kann mit Vorteil für die katalytische Umwandlung von PCV-Gasen allein oder zusammen mit einem Teil des zurü'ck'geführten Abgases benutzt werden.
• Die Erfindung soll nicht auf irgendeine Katalysatorart beschränkt sein. Es ist erforderlich, den Katalysator auf oder-nahe dem Abgasauspuff zu halten, um den Katalysator schnell auf Betriebstemperatur zu erhitzen.
• Der Katalysator kann einen katalytisch überzogenen Draht oder ein katalytisch überzogenes Band umfassen, wobei das Metallsubstrat von hochtemperaturbeständiger Natur ist, wie rostfreie Stähle oder Nickel-, Chrom- und Eisenlegierungen. Typsiche solche temperaturbeständigen Substrate werden mit einem Edelmetall, wie Palladium und/oder Platin, überzogen.
• Stattdessen kann der Katalysator aus kleinen Kugeln oder Pellets oder Granalien eines geeigneten hitzebeständigen anorganischen Oxids bestehen, wie aus Tonerde, Kieselsäure, Kieselräure- Tonerde, Tonerde-Magnesia und ähnlichen Materialien. Katalytische überzüge können Metalle der Gruppen IIA, IB, VB, VIB, VIIB und VIII des Periodensystems der Elemente einschließen, und besonders Kupfer, Silicium, Vanadin, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Platin, Palladium usw., wobei die Komponenten einzeln oder in Kombination mit einer oder mehreren anderen der aktiven Komponenten verwendet werden.
• Es ist auch möglich, eine katalytisch überzogene Skelettstruktur oder "Honigwabe" eines Keramikmaterials zu benutzen. Solche Strukturen können (3\-Tonerde, Tonerde-Kieselsäure-Magnesia, Zirkonoxid-Silicat, Zirkonmullit, Sillimanit, Zirkon, Petalit, Spodumen, Cordierit und Tonerde-Silicate umfassen. Die Überzüge auf der Honigwabe können ähnlich den Überzügen auf kugeligen oder granulierten Trägermaterialien sein.
• Es kann auch von besonderem Vorteil in Verbindung mit der vorliegenden verbesserten Type eines Umwandlungssystems sein, ein entfernbares Katalysatorelement in dem Reäktorabschnitt zu benutzen, so daß ein solches Element periodisch gereinigt, reaktiviert oder ersetzt werden kann. So kann der gesamte Metallkatalysator oder das Katalysatormaterial von Keramikart entweder in der Honigwabenform oder Pillenform zwischen Sieb- oder anderen perforierten Einrichtungen aus temperaturbeständiger Legierung eingeschlossen sein, so daß das gesamte Element als solches aus dem Reaktorabschnitt herausgenommen und ersetzt werden kann. Ein geeigneter Deckel oder eine andere entfernbare Platte kann in der Reaktorkonstruktion vorgesehen sein, um den Zugang zu dessen Innerem und den erwünschten Katalysatoraustausch zu gestatten.
• In der Zeichnung bedeutet Fig. 1 einen schematischen Aufriß, der den Weg der Kurbelgehäusegase durch ein PCV-Ventil zu einem Reaktor des Einspeisrohres zu der Verbrennungsmaschine zeigt, Fig. 2 eine etwas vergrößerte seitliche Darstellung, teilweise im Schnitt, entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei sie den auf einem Seitenteil des Abgasauspusses befestigten Reaktorabschnitt erläutert, und Fig. 3 einen schematischen Aufriß eines modifizierten Systems, worin ein Teil des Abgasstromes auch durch den Reaktor zurückgeführt wird.
• Fig. 1 und 2 der Zeichnung zeigen eine Verbrennungsmaschine 1 mit einem Abgasauspuffrohr 2 mit einem Auslaßrohr 3 sowie einem Einspeisrohr 4, das mit einem darüber angeordneten Vergaser 5 in Verbindung steht. Das Kurbelgehäuse 6 besitzt eine Entlüftung 7 zu dem PCV-Ventil 8 zur Leitung 9, welche mit einem unteren Teil eines Katalysatorreaktors 10 verbunden ist. Behandelte Gase aus dem Reaktor 10 gehen über Leitung 11 zu dem Einspeisverteilerrohr 4.
• Wie am besten aus Fig. 2 der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Reaktorabschnitt 10 an der Seite des Abgasauspuffes 2 befestigt, indem er aus einem Stück mit dem Auspuff gegossen ist oder darauf geschweißt ist, um eine Wärmeleitung zu dem gesamten Reaktorabschnitt 10 und dem Katalysator 12 darin zu bekommen. Der gezeigte Katalysator besteht aus, kompakt angeordneten Metallstreifen innerhalb eines Haltesiebes 13, das eine leichte Katalysatorentfernung aus dem Gehäuse gestattet. Die Deckplatte 14, die durch eine Kopfschraube 15 niedergehalten wird, ermöglich den Zugang zu dem Katalysator 12. Rohgase oder Rauch treten über Leitung 9 unter dem Katalysatorelement 12 ein, während behandelte Gase über Leitung 11 den oberen Teil des Reaktorabschnittes über einen Auslaß 16 in der Deckplatte 14 verlassen.
• Die Einspeisverteilerleitung 4 in der Verbrennungsmaschine dienen dazu, eine Saugwirkung auf die Leitungen 11 und 9 auszuüben, so daß die Kurbelgehäusegase durch den Reaktor 10 in die Einspeisverteilerleitung gezogen werden.
• Fig. 3 zeigt eine Verbrennungsmaschine mit EGR. Die EGR-Gase gehen durch das Ventil 18 und die Leitung 17 und treten in den Reaktor 10 ein. Hier werden die EGR-Gase auch katalytisch behandelt und führen hauptsächlich zu C02 und Wasserdampf, die zusammen mit den ähnlichen Produktmaterialien aus dem Entlüftungsgasstrom über Leitung 11' gehen, welche mit dem Einspeisverteilerrohr 4 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Leitung 11' größer als in den Fig. 1 und 2, um sich den EGR-Gasen anzupassen. Es kann auch ratsam sein, einen etwas größeren Katalysator oder Katalysatorabschnitt 12' vorzusehen.
• Das Ventil 18 in der Rückführleitung 17 kontrolliert die Menge an rückgeführtem Abgas, das als inerter Zusatzstoff verwendet wird, um die Flammenfronttemperatur einzustellen und die Emission von NOx zu vermindern.
• Es kann erwünscht sein, eine kleine Menge Abgas aus der Sammelleitung direkt zu dem Katalysatorelement 12 gehen zu lassen, um ein direktes Erhitzen desselben mit einer kleinen Menge hochtemperierten Abgases zu gestatten.

Claims (5)

1. P a t e n t a n s p r ü c h-e

   Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine, bei der Kurbelgehäusegase zu einem Brennstoffeinspeissystem einer Verbrennungsmaschine zurückgeführt werden und dadurch die Emission von Verunreinigungsstoffen vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens einen Teil der Kurbelgehäusegase über einen Oxidationskatalysator in einem begrenzten Reaktor in Wärmeaustauschbeziehung mit einer Abgasauslaßleitung aus der Verbrennungsmaschine führt, in dem Katalysator eine Oxidation verbrennbarer Komponenten in den Kurbelgehäusegasen bewirkt und die resultierenden Ausflußgase, die C02 und Wasserdampf enthalten, in das Brennstoffeinspeissystem der Verbrennungsmaschine einführt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Kurbelgehäusegase verwendet, die aus jenen Gasen bestehen, welche üblicherweise durch eine positive Kurbelgehäusebelüftung der Verbrennungsmaschine geführt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des rückgeführten Abgases der Verbrennungsmaschine auch durch den Reaktor mit dem Katalysator geführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Oxidationskatalysator eine aktive oxidierende Komponente auf einer temperaturbeständigen Legierung in Draht- oder Streifenform verwendet.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Oxidationskatalysator einen mit einer geeigneten oxidierenden Komponente katalytisch überzogenen unterteilten anorganischen Oxidträger verwendet.