DE2757782A1 - Verfahren zum betreiben eines dreiwegekatalysators fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Verfahren zum betreiben eines dreiwegekatalysators fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Dreiwegekatalysators, wie er als Abgasreinigungsvorrichtung
für Brennkraftmaschinen bekannt ist und in das Abgassystem einer Brennkraftmaschine eingebaut
wird. 25
Als ein Mittel zur simultanen Entfernung unerwünschter Komponenten (CO, HC, NO ), die in den aus einer Brennkraftmaschine
ausgetragenen Abgasen enthalten sind, ist die Verwendung eines Dreiwegekatalysators im Hinblick auf die
strengeren Vorschriften bezüglich verschiedener Abgasemissionen gründlich untersucht worden. Ferner sind viele
unterschiedliche Arten verwandter Systeme vorgeschlagen worden,
8098 2$füS90
- 5 - B 8631
Wie aus dem in Fig. 1 gezeigten Diagramm ersichtlich ist, das die Beziehung zwischen der Wirksamkeit der
Reinigung und dem Luft-Brennstoff-Verhältnis zeigt, ist
der Bereich, in dem der Dreiwegekatalysator die drei Komponenten CO, HC, NO mit hoher Wirksamkeit reinigen kann
(d. h. der Bereich von Luft-Brennstoff-Verhältnissen, in dem eine hohe prozentuale Reinigung von über 80 % erreichbar
ist und der nachstehend als Luft/Brennstoff-Fenster bezeichnet ist), auf ein sehr begrenztes Gebiet um das
stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis herum beschränkt.
Demgemäß sind die bisher vorgeschlagenen Abgasemissionssteuersysteme, die einen Dreiwegekatalysator verwenden,
so ausgelegt, daß ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Datektor
zur Anzeige des stöchiometrisehen Verhältnisses in das Abgassystem eingebaut ist, und die Gemisch erzeugende
Einrichtung (z. B. der Vergaser oder das elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzsystem) in dem Ansaugsystem
wird rückgekoppelt gesteuert, so daß damit das Luft-Brennstoff-Verhältnis
der Gemische um das stöchiometrische Verhältnis herum gehalten wird und damit der Dreiwegekatalysator
wirksam arbeiten kann.
Mit einem derartigen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuersystem
ist es jedoch unmöglich, das Luft-Brennstoff-Verhältnis ständig beim stöchiometrischen
Verhältnis zu halten; das tatsächliche Luft-Brennstoff-Verhältnis
neigt dazu, abwechselnd zur fetten und mageren Seite hin zu variieren, wobei das stöchiometrische Verhältnis
einen Schwellenwert darstellt. Der Bereich oder die Frequenz derartiger Änderungen variiert in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand der Maschine beträchtlich. Das Luf t-Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungs-rSteuersy stem ist
somit unfähig, eine wirksame Verwendung des Dreiwegekatalysators sicherzustellen.
- 6 - B 8631
Es sind ferner Katalysatoren entwickelt worden, die trotz einiger Änderung beim Luft-Brennstoff-Verhältnis mit
hoher prozentualer Reinigung arbeiten können. Dabei werden beispielsweise Platin (Pt) und Rhodium (Rh) in geeignetem
Ausmaß auf einem Katalysatorbett getragen, so daß das Luft/Brennstoff-Fenster eines Dreiwegekatalysators vergrößert
wird. Ferner ist es bekannt, einem Katalysator Sauerstoffspeichermaterial zuzufügen, um auf diese Weise
gleichermaßen eine Vergrößerung des Luft/Brennstoff-Fensterbereiches
sicherzustellen.
Diese Techniken sind jedoch alle darauf abgestellt, die Katalysatoren selbst zu verbessern; keine dieser vorgeschlagenen
Techniken beschreibt, wie ein derartiger Dreiwegekatalysator betrieben werden kann, um den Dreiwegekatalysator
auf wirkungsvollste Art und Weise zu betreiben oder den Bereich des Luft/Brennstoff-Fensters für die
Dreiwegekatalysatoren zu erhöhen.
Andererseits sind Verfahren für den Betrieb von 20
Dreiwegekatalysatoren bekannt, um ein wirkungsvolles Arbeiten sicherzustellen. Dabei wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis
des einer Maschine zugeführten Gemisches abwechselnd zur fetten und mageren Seite hin verändert, wobei das
stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis den Schwellenwert
bildet; damit wird der Luft/Brennstoff-Fensterbereich
des Katalysators vergrößert. Der mit diesem Arbeitsverfahren erzielbare Luft/Brennstoff-Fensterbereich beträgt jedoch
nur 0,18 Einheiten in bezug auf das Luft-Brennstoff-Verhältnis
für Benzin, so daß es notwendig ist, ein Rückkopplungssteuersystem mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Detektor
zu verwenden, so daß dieses Verfahren für den Betrieb eines Dreiwegekatalysators als nicht zufriedenstellend
angesehen werden kann.
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Dieses Verfahren hat darüber hinaus den Nachteil, daß bei abwechselnder Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
des der Maschine zugeführten Gemisches (d. h. das Gemisch in dem Ansaugsystem) zur fetten und
mageren Seite hin der Lauf der Maschine mit einem Ansteigen der Veränderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses unstabil
wird. Die Auswirkungen werden ferner mit einem Absinken der Frequenz der Änderungen verstärkt.
Dieses mit dem Dreiwegekatalysator arbeitende Verfahren hat somit nachteilige Auswirkungen auf den Lauf der
Maschine.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Dreiwegekatalysators zu schaffen,
mit dem ein wirksames Arbeiten des Dreiwegekatalysators sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein Dreiwegekatalysator , der ein Metall
(Material) mit einer SauerstoffSpeicherkapazität enthält,
in das Abgassystem einer Brennkraftmaschine eingebaut ist, das Luft-Brennstoff-Verhältnis des der Maschine zugeführten
Gemisches im Vergleich mit dem stöchiometrisehen Verhältnis
zur fetten Seite hin eingestellt, z. B. 13 : 1, und Sekundärluft intermittierend in das Abgassystem stromauf
des Dreiwegekatalysators eingeführt wird, um auf diese Weise das Luft-Brennstoff-Verhältnis der dem Dreiwegekatalysator
zugeführten Abgase abwechselnd zur fetten und mageren Seite hin zu ändern, wobei das stöchiometrisehe
Verhältnis einen Schwellenwert darstellt, und somit ein wirksames Arbeiten des Dreiwegekatalysators zu ermöglichen.
- 8 - B 8631
Mit dem Verfahren soll ferner ein Dreiwegekatalysator betrieben werden, bei dem bei gleichem Änderungsbetrag des
Luft-Brennstoff-Verhältnisses jeweils zur fetten und
mageren Seite diejenige Periode (Zyklus), während der das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf der mageren Seite gehalten
wird, im Vergleich mit der Periode (Zyklus) verkleinert wird, während der das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf der
fetten Seite gehalten wird, wobei das durchschnittliche Luft-Brennstoff-Verhältnis im Vergleich mit dem stöchiometischen
Verhältnis auf der fetten Seite gesteuert wird, so daß damit ein wirksameres Arbeiten des Dreiwegekatalysators
sichergestellt ist.
Weiterhin soll mit dem Verfahren ein Dreiwegekatalysator betrieben werden, bei dem das Katalysatorbett
ein monolithisches Katalysatorbett ist, wodurch ein wirksames Arbeiten des Dreiwegekatalysators auch dann möglich
ist, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Abgase mit
höheren Frequenzen variiert (z. B. 10 Hz und darüber).
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen der prozentualen Reinigung eines
üblichen Dreiwegekatalysators und dem Luftbrennstoffverhältnis in Abhängigkeit von
den einzelnen Abgaskomponenten dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem die in dem Abgasgemisch erhaltenen Änderungen dargestellt
sind, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis der einer Maschine zugeführten Gemische von
Ί3 : 1 bis auf 16 : 1 verändert wird.
Fig. 3A bis 3D sind schematische Darstellungen einer Sauerstoffspeicherung und-Abgabevorgänge
eines ein Sauerstoffspeichermaterial ent
haltenden Dreiwegekatalysators, wobei die
Fig. 3B bis 3D eine Vergrößerung der Einzelheit A von Fig. 3A sind.
Fig. 4 zeigt schematisch eine bei den erfindungsgemäßen Versuchen verwendete Vorrichtung.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem die prozentuale Reinigung der Abgaskomponenten dargestellt
ist, die erhalten wurde , wenn nach und nach
sators zugeführt wurde, wodurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Abgase von 13:1
bis auf 16 : 1 verändert wurde.
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Fig. 6 zeigt ein Diagramm, in dem die Änderungen der Abgaszusammensetzung dargestellt ist,
die bei Aufrechterhaltung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
des der Maschine zugeführten Gemisches bei 13:1 und allmählicher Zufuhr von Sekundärluft in das
Abgassystem erhalten wurden, wodurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Abgase von
13:1 bis auf 16:1 verändert wurde. 10
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in dem die Beziehung
zwischen den Veränderungen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses und der Abgaskomponenten-
-Verhältnisse dargestellt ist, die erhalten wurden, wenn die Abgaszusammensetzung,
wie jeweils in den Fig. 2 und 6 gezeigt, verändert wurde.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, in dem die prozentuale Reinigung der Abgaskomponenten durch einen
Sauerstoffspeichermaterial enthaltenden
Dreiwegekatalysator dargestellt ist, die bei Aufrechterhaltung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
des der Maschine zugeführten Gemisches bei 13:1 und Veränderung des durchschnittlichen Luft-Brennstoff-Verhältnisses
der Abgase von 13:1 bis auf 16 : erhalten wurde, indem Sekundärluft intermittierend
in das Abgassystem eingeführt wurde.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm, in dem die prozentuale Reinigung der Abgaskomponenten durch einen
Dreiwegekatalysator ohne Sauerstoffspeichermaterial dargestellt ist, die durch inter-
909856/D990
~ 11 ~ B 8631
mittlerende Zufuhr von Sekundärluft in das Abgassystem auf gleiche Weise wie im
Falle von Fig. 8 erhalten wurde.
die jeweils das Ausgangssignal der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Detektoren darstellen,
die jeweils am Einlaß und Auslaß des Dreiwegekatalysators angeordnet sind.
Fig. 11 zeigt ein Diagramm, in dem die Auswirkung
einer Frequenzänderung der intermittierenden Sekundärluftzufuhr auf die prozentuale
Reinigung der Abgaskomponenten dargestellt
ist.
Fig. 12 zeigt ein Diagramm, in dem der Frequenzbereich dargestellt ist, in dem über 80 %
der prozentualen Reinigung der Abgaskompo
nenten mit sich ändernden Mengen an Sauer
stoff speichermaterial erzielbar sind.
einer Änderung des abgasseitigen Luft-
Reinigung der Abgaskomponenten dargestellt ist.
Fig. 14 und 15 zeigen Diagramme, in denen die Be-Ziehung zwischen dem ansaugseitigen Luft-
Brennstoff-Verhältnis und dem wirksamen Betriebs-Luft-Brennstoff-Verhältnisbereich
des abgasseitigen Luft-Brennstoff-Verhältnisses.
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~ 12 B 8631
Fig. 16 zeigt ein Schema, in dem der allgemeine
Aufbau eines ersten Ausfiihrungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb eines Brennkraft-
Aufbau eines ersten Ausfiihrungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb eines Brennkraft-
maschinen-Dreiwegekatalysators gemäß der
Erfindung.
Fig.. 17 zeigt einen vergrößerten Querschnitt des in Fig. 16 gezeigten Vergleichers.
Fig. 18 zeigt die Schaltung eines
in Fig. 16 gezeigten elektrischen
Schaltungsblocks.
Schaltungsblocks.
dem die Beziehung zwischen dem Venturi-Unterdruck und der Ansaugluftmenge dargestellt ist.
Aufbau eines zweiten Ausf iihrungsbeispiels der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt ist.
Aufbau eines dritten AusfUhrungsbeispiels der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt ist.
dem die Beziehung zwischen den Abgas-Luft-Brennstoff-Verhältnissen
am Einlaß einer ersten Abgasleitung mit dem Dreiwegekatalysator des dritten AusfUhrungsbeispiels und dem Maschinenkurbel wellenwinkel dargestellt ist.
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Fig. 23 zeigt ein Schema, in dem der allgemeine
Aufbau eines vierten Ausführungsbeispiels des Apparates zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung dargestellt ist. 5
Im folgenden wird der Reinigungsvorgang eines Dreiwegekatalysators mit Sauerstoffspeicherkapazität
beschrieben, bevor die bevorzugten AusfUhrungsbeispiele beschrieben werden.
10
10
In Fig. 2 ist die Auswirkung einer Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
eines einer Maschine zugeführten Gemisches auf die Abgaszusammensetzung der Brennkraftmaschine
dargestellt. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß der O2-
und CO-Gehalt um das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis
herum stark variieren, wodurch der Dreiwegekatalysator mit größtmöglicher Wirksamkeit arbeiten kann.
Die in dem Dreiwegekatalysator stattfindenden Reaktionen
können durch folgende Reaktionsformeln wiedergegeben werden: 20
| co + | 1/2 | NO | O2 | —* | ι | 1/2 | CO2 | nC02 + | I H2O | (D |
| H2 + | 1/2 | no | O2 | — | 1/2 | H2O | CO2 | (2) | ||
| cnHm | 4 | η + | m „ | HoO | (3) | |||||
| CO + | 4 | N2 + | (4) | |||||||
| H^ + | — | iio + | (5) | |||||||
CA + -ΪΎ-Ε N0
+ nC02 + § H2O (6)
lnLJD N2 + nco2 + §
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Die Formeln (1) bis (3) stellen Oxydationsreaktionen und die Formeln (4) bis (6) Reduktionsreaktionen dar. Diese
Reaktionen gehen in dem Dreiwegekatalysator gleichzeitig vor sich. Bei bekannten Dreiwegekatalysatoren, die Pt -Rh-Metalle
enthalten, sind die wirksamen Arbeitsbereiche (Luft/Brennstoff-Fensterbereiche) äußerst begrenzt, wie
dies aus Fig. 1 ersichtlich ist (normalerweise im Bereich von 0,05 bis 0,1 Einheiten, bezogen auf Luft-Brennstoff-Verhältnis-Einheiten)
. Wie dies aus dem Zusammensetzungsdiagramm von Fig. 2 ersichtlich ist, bedeutet diese Tatsache,
daß insbesondere im Hinblick auf die Änderung des O2-Gehaltes, mit dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis
als Schwellenwert die Oxydationsreaktionen der Formeln (1) bis (3) als erstes auf der mageren Seite erfolgen,
während die Reduktionsreaktionen der Formeln (4) bis (6) zuerst auf der fetten Seite erfolgen. Im Falle der ersteren
werden folglich die für die Reaktionen der Formeln (4) bis (6) erforderlichen CO, H0 und C H entfernt und somit
i η m
die Reduktionsreaktionen von NO verhindert, und im Falle der letzteren, bei durch die Gegenwart von CO, H- und C H
geförderten Reduktionsreaktionen der Formeln (4) bis (6) , die in großem Überschuß zu den äquivalenten Mengen bezüglich
NO vorhanden sind, wird die Menge an 0-, die mit dem verbleibenden CO, H2 und C Hm nach ihrer Reaktion mit NO reagieren
sollen, kleiner sein als der äquivalenten Menge entspricht, so daß auf diese Weise die Oxydationsreaktionen
der Formeln (1) bis (3) verhindert werden. Es ist somit ersichtlich, daß die drei Komponenten O2, CO und H-, deren
Gehalt sich um das stöchiometrische Verhältnis herum sehr stark ändert, die Oxydations- und Reduktionsreaktionen der
Formeln (1) bis (6) daran hindern, gleichzeitig abzulaufen, wenn die Gehalte dieser Komponenten dazu gebracht werden,
sich langsam zu ändern, bei praktisch gleicher Zusammensetzung (CO, NO, HC, H2, O2) wie das stöchiometerische Gemisch,
so wäre es möglich, den wirksamen Arbeitsbereich (Luft/Brennstoff-Fensterbereich) des Dreiwegekatalysators
§09826/0990
- 15 - B 8631
zu vergrößern. Wenn jedoch die Verbrennungsreaktion einer Brennkraftmaschine nicht erheblich verändert wLrd, um die erwünschte Abgaszusammensetzung erhalten wird, können diese
erwünschten Resultate nicht erwartet werden; in der Tat ist es nahezu unmöglich, diese Resultate zu erhalten.
Die bekannten Techniken sind mit der Absicht entwickelt worden, diese erwünschten Auswirkungen mittels
Katalysatoren zu erreichen. Diese Techniken sind so ausge
legt, daß die erwünschten Auswirkungen mit dem O--Gehalt
erzielt werden, und zusätzlich zu den Pt-Rh-Katalysator metallen, die die Reaktionen der Formeln (1) bis (6) bewirken, werden Dreiwegekatalysatoren verwendet, die ein
Sauerstoffspeichermaterial enthalten, das selber die Fähigkeit
hat »02 zu speichern (oder zu absorbieren), wie beispielsweise die bekannte Gruppe der Lanthaniden (CeO2, La2O3 usw.),
Halbleiter vom η-Typ (CuO, ZnO, ZrO2 usw.) o. dgl. Ein derartiges zusätzliches Material trägt nicht selbst zu den
Reaktionen der Formeln (1) bis (6) bei; das Material wirkt
so, daß es in Abhängigkeit von der Änderung des Sauerstoffpartialdruckes in der Abgaszusammensetzung auf der mageren
Seite, auf der der Sauerstoffpartialdruck hoch ist, Sauerstoff speichert, während es den gespeicherten Sauerstoff
auf der fetten Seite freigibt, bei der der Sauerstoffpartial
druck niedrig ist, wodurch der Sauerstoffpartialdruck
(Gehalt) auf der aktiven Katalysatoroberfläche übergangslos geändert wird. Im Falle eines Systems, bei dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis der der Maschine zugeführten Gemische
abwechselnd zur fetten und mageren Seite variiert wird, wird
somit die Atmosphäre auf der aktiven Katalysatoroberfläche
derjenigen des stöchiometrisehen Gemisches angenähert und
damit der wirksame Arbeitsbereich (Luft/Brennstoff-Fensterbereich) des Dreiwegekatalysators vergrößert.
- 16 - B 8631
und Freigeben von Sauerstoff durch einen ein Sauerstoffspeichermaterial
enthaltenden Dreiwegekatalysator. Fig. 3A zeigt ein Dreiwegekatalysatorteilchen in Kugel-bzw.Pelletform,
das ein aus γ-Aluminiumoxid (Al-O3) hergestelltes
Katalysatorbett und ein Pt-Rh-Katalysatormetall und ein
Sauerstoffspeichermaterial aufweist, die von dem Katalysatorbett getragen werden; Fig. 3B zeigt schematisch die Anordnung
des Katalysatormetalls 1 und des Sauerstoffspeichermaterials 2. Fig. 3C zeigt die Art und Weise, mit der Sauerstoff
3 (CK) in den Abgasen von dem Sauerstoffspeichermaterial 2 gespeichert (absorbiert) wird, wenn die Abgasatmosphäre
mager ist. Fig. 3D zeigt die Art und Weise, mit der der gespeicherte Sauerstoff 3 aus
dem Sauerstoffspeichermaterial 2 in die Abgase abgegeben
wird, wenn die Abgasatmosphäre fett ist.
Die Atmosphäre in der Nähe . des Katalysatormetalls 1 wird folglich sogar bei magerer Abgasatmosphäre infolge
der Tatsache in dem um das stöchiometrische Verhältnis herum erzielbaren Zustand erhalten, daß der Zusatzsauerstoff
3 in dem Sauerstoffspeichermaterial 2 gespeichert wird, wohingegen bei fetter Abgasatmosphäre die Atmosphäre
um das Katalysatormetall 1 herum auf ähnliche Weise infolge des freigegebenen Sauerstoffs in dem um das stöchiometerische
Verhältnis herum erzielbaren Zustand erhalten wird.
Auf diese Weise dient das zugefügte Sauerstoffspeichermaterial
dazu, die in die Nähe des Katalysatormetalls gebrachte Abgasatmosphäre so einzustellen, daß sogar bei sich
etwas änderndem Luft-Brennstoff-Verhältnis die Atmosphäre
um das Katalysatormetall herum in einem um das stöchiometrische Verhältnis herum erzielbaren Zustand erhalten werden
kann, so daß der Luft/Brennstoff-Fensterbereich somit vergrößert
ist.
Anhand von Fig. 4 wird nunmehr eine bei den ver-
- 17 - B 8631
schiedenen Experimenten gemäß der Erfindung verwendete Testvorrichtung beschrieben. .Das Schema zeigt
die Vorrichtung mit einer 2000 ecm, Viertakt', Sechszylinder-Benzinbrennkraftmaschine 11 und einem Vergaser 12. In einer Abgasleitung 13 ist ein ein Sauerstoff-
speichermaterial enthaltender Dreiwegekatalysator 14 angeordnet. Der Dreiwegekatalysator 14 ist vom Pellet- oder
Kugeltyp, bei dem das Katalysatorbett aus }*-Alumiumoxyd (γ -Al2O3) hergestellt ist,.das 1,5 g/l Pt-Rh-Katalysator
metall und 20 g/l Ceriumoxyd (CeO2) als Sauerstoffspeicher
material trägt und das in einem 2,5 1-Gehäuse eingeschichtet
ist. Als Luftzuführung mündet ein Rohr 15 für die Zufuhr von Sekundärluft stromaufwärts des Dreiwegekatalysators 14
in die Abgasleitung 13. In dem Luftzuführungsrohr 15 ist
ein elektromagnetisches Ventil 16 angeordnet, das das
Rohr 15 in Beantwortung der Signale aus einem Oszillator öffnet und schließt. Eine übliche Luftpumpe 20wird als Sekundärluftquelle verwendet; die Luft aus der Purtpe 20 wird über einen
Luftdruckregler 21 und einen Öffnungsregler 22 zu dem
elektromagnetischen Ventil 16 geführt. Bekannte Luft-Brennstoff -Verhältnis-Detektoren 18 und 19 sind jeweils
stromauf und stromab des Dreiwegekatalysators 14 angeordnet, und die Detektorausgangssignale werden von einem
elektromagnetischen Oszilloskop 30 gemessen. Als Brennstoff
wird Benzin mit dem stöchiometrischen Luft-Brennstoff-Verhältnis von 14,5 : 1 verwendet. Die Arbeitsbedingungen
der Maschine 11 lagen bei einer Drehzahl von 1600 U/min und einem Ansaugunterdruck von -375 mmHg.
Versuch 1
Es wurde die anhand Fig. 4 vorbeschriebene Vorrichtung verwendet, wobei das Luft-Brennstoff-Verhältnis des in dem
Vergaser 12 erzeugten Gemisches bei 13 : 1 aufrechterhalten, das elektromagnetische Ventil 16 in der Stellung AUF (geöffnet) gehalten und nach und nach Sekundärluft in die Abgas-
- 18 - B 8631
leitung 13 eingeführt wurde. Die sich ergebende prozentuale Reinigung der Abgaskomponenten ist in Fig. 5 mit unterbrochenen
Linien dargestellt.
Die ausgezogenen Linien in Fig. 5 zeigen dagegen die prozentuale Reinigung der Abgaskomponenten, die durch
Halten des elektromagnetischen Ventils 16 in der Stellung ZU (geschlossen) erhalten wurde, wobei nach und nach das
Luft-Brennstoff-Verhältnis der in dem Vergaser 12 erzeugten Gemische von 13:1 auf 16:1 verändert wurde. Die durch
diese ausgezogenen Linien dargestellten Reinigungskurven entsprechen praktisch den Reinigungskurven von Fig. 1.
Ein Vergleich zwischen den ausgezogenen und unterbrochenen Linien in Fig. 5 zeigt, daß ein größerer Luft/
Brennstoff-Fensterbereich durch Zuführen von Sekundärluft in das Abgassystem erhalten werden könnte, während das
Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches in dem Ansaugsystem
konstant gehalten wird.
20
20
Während bei einem derartigen Fall die erhaltene Abgaszusammensetzung von dem gegebenen Luft-Brennstoff-Verhältnis
des Gemisches in dem Ansaugsystem abhängt, würde sich in dem vorliegenden Fall (das Ansaugsystem-Gemisch-Verhältnis
ist 13 : 1) die entstehende Abgaszusammensetzung wie in Fig. 6 gezeigt ergeben. Ein Vergleich zwischen den
Fig. 6 und 2 zeigt klar, daß diese Abgaszusammensetzungsdiagramme
sich stark voneinander unterscheiden.
Der wichtigste Unterschied zwischen den beiden Zusammensetzungsdiagrammen besteht darin, daß bei einer
Veränderung (Fig. 2) des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Gemisches in dem Ansaugsystem mit dem stöchiometrischen Verhältnis
als Schwellenwert die CO-, O2" und H_-Gehalte wie
vorbeschrieben stark variieren und darüber hinaus die NO-
809826/099 0
" 19 " B 8631
und HC-Gehalte ebenfalls relativ stark variieren, wohingegen
bei Zufuhr von Sekundärluft in das Abgassystem (Fig. 6) die ansaugseitig festgelegte Zusammensetzung nur mit der
Sekundärluft verdünnt wird, mit dem Resultat, daß die CO-, H2"/ NO- und HC-Gehalte nur sehr gleichmäßig bzw.
sachte verändert werden und einzig der O2-Gehalt in größerem
Maße praktisch in linearer Abhängigkeit von der Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses verändert wird.
Brennstoff-Verhältnisses kann im Hinblick auf die Reinigungskapazität des Dreiwegekatalysators eine größere wirksame
Fläche (der Luft-Brennstoff-Verhältnisbereich, in dem mehr als 80 % der drei Komponenten CO, HC und NO entfernt werden
kann) für den Dreiwegekatalysator sichergestellt werden, wenn, wie in Fig. 5 gezeigt, Sekundärluft in die Abgasleitung eingeführt wird; der Grund hierfür kann in dem Unterschied zwischen den sich ergebenden Abgaszusammensetzungen
gesucht werden. Fig. 7 zeigt vergleichend Komponenten-
Verhältnisse, d- h. die CO-, H2-, HC/O - und NO/CO-Verhält-
nisse, die typischerweise aus den Zusammensetzungsdiagrammen der Fig. 2 und 6 entsprechend den Reaktionsformeln (1) bis
(6) erhalten wurden. Die Unterschiede der in Fig. 5 dargestellten prozentualen Reinigung können auf der Grundlage von
2^ Fig. 7 wie folgt erklärt werden:
in dem Ansaugsystem bei magerer werdendem Luft-Brennstoff-
Verhältnis und größer werdendem NO-Gehalt verringert sich
der Gehalt an CO oder an Reduktionsmittel von NO, so daß die Reduktionsreaktion der Reaktionsformel (4) verändert
wird, mit dem Ergebnis, daß die prozentuale Reinigung von NO geringer wird. Wenn andererseits die Sekundärluft in
das Abgassystem eingeführt wird, bleibt das NO/CO-Verhältnis
praktisch unverändert und somit die befriedigenden Bedingungen im Hinblick auf das äquivalente Verhältnis von NO/CO = 1
erhalten; damit wird die Wirksamkeit dieses Verfahrens für
" 20 ~ B 8631
eine Reduzierung von NO-Emissionen auf der mageren Seite bewiesen. Das CO-, H3-, HC/O2~Verhältnis hat selbstverständlich
ebenfalls Einfluß auf die Wirksamkeit, wie dies nachstehend beschrieben wird, und es besteht ein Grenzwert
für die Reinigung von NO auf der mageren Seite.
(Da die Reinigung von NO gestoppt wird, wenn die Reduzierungsmittel,
wie beispielsweise CO, H2, HC usw., durch
Reaktion mit 0~ entfernt werden.)
CO-, H2-, HC/O2-Verhältnis:
Dies ist das Verhältnis des O2~Gehaltes in dem Abgas zu
dem für eine vollständige Oxydierung der CO-, H2~ und HC-Gehalte
in dem Abgas erforderliche O2~Gehalt für die Reaktionsformeln
(1), (2) und (3), mit dem in Form von C,H0
(Propan) für die Reaktionformel (3) berechneten HC in dem Abgas, wobei das Verhältnis 1 der äquivalenten Menge entspricht
(dies stellt jedoch nur einen Bezugswert dar, da die Werte von CO, H2 und HC für die Reduzierung von NO vernachlässigt
sind).
Unter der Annahme, daß ein Verhältnis von weniger als 1 einen unvollständigen Oxydationszustand darstellt,
bei dem die zu oxydierenden Substanzmengen groß sind, und daß ein Verhältnis von größer als 1 einen vollständigen
Oxydationszustand darstellt, bei dem die O_-Menge groß ist,
wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, kreuzen sich die Kurve, die das durch Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
der Gemische in dem Ansaugsystem erhaltene Verhältnis darstellt, und die Kurve, die das durch Änderung des Gemischverhältnisses
mittels Sekundärluft in dem Abgassystem erhaltene Verhältnis darstellt,bei dem Luft-Brennstoff-Verhältnis
von 14,5 : 1 , wo das Verhältnis 1 ist; bei den Luft-Brennstoff-Verhältnissen auf beiden Seiten
dieses Verhältnisses trennen sich die Kurven voneinander.
Dies erklärt deutlich den Unterschied in der prozentualen
θ 0 9 β 2 6 / D 9 91D
- 21 - B 8631
Reinigung zwischen den Verfahren, d. h. im Falle des ersteren (bei dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis in dem
Ansaugsystem verändert wurde) wird die für eine Oxydation von CO und HC erforderliche O2-Menge auf der mageren Seite
äußerst knapp, während die O2-Menge auf der fetten Seite
in großem Überschuß vorhanden ist, mit dem Ergebnis, daß die vollständige Oxydation von CO und HC gefördert und
eine Reduktionsreaktion von NO verhindert wird; auf diese Weise wird zusammen mit den.vorbeschriebenen NO/CO-Diagrammen
nachgewiesen, daß die Reinigungsbedingungen für NO auf der mageren Seite unbefriedigend sind. Dagegen verläuft im Falle
des letzteren Verfahrens (wo Sekundärluft in das Abgassystem eingeführt wird) die sich ergebende Kurve sehr
glatt bzw. übergangslos, womit gezeigt ist, daß das
Verhältnis auf der fetten Seite kleiner ist als im ersteren
Fall, womit es sich für eine Oxydation von CO und HC als vorteilhaft herausstellt, wohingegen das Verhältnis auf der
mageren Seite größer ist als in dem ersteren Fall, womit es sich für eine Reduktion von NO aufgrund der Abwesenheit
jeglichen großen Überschusses von O2 zusätzlich zu dem NO/
CO-Verhältnis als vorteilhaft erweist.
Zusätzlich zu dem Vorstehenden kann die exotherme Reaktion eine Ursache für die Unterschiede in Fig. 5 sein.
Die Oxydationsreaktionen der Reaktionsformeln (1) bis (3) sind exotherme Reaktionen. Bei Betrachtung der Gehalte an
CO, HC und H2 oder der Oxidation unterworfenen Substanzen
in diesen Reaktionen verringern sich im Falle der ersteren Gehalte rapid mit magerer werdendem Luft-Brennstoff-Ver
hältnis (s. Fig. 2), während im Falle der letzteren die
Gehalte auf bestimmten Niveaus bleiben (s. Fig. 6), so daß die Reaktionswärme auf der Katalysatoroberfläche im letzteren
Fall größer ist; dies scheint für eine Förderung der Reaktionen auf der Katalysatoroberfläche wirksam zu sein.
809326/0990
- 22 - B 8673
Versuch 2
Unter den gleichen Bedingungen wie bei Versuch 1 wurde das elektromagnetische Ventil 16 in der AUF-oder
geöffneten Stellung gehalten und die zugeführte Sekundärluftmenge so eingestellt, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis
des Gemisches in dem Abgassystem bei 16:1 gehalten wurde. In diesem Zustand wurde das elektromagnetische
Ventil 16 wiederholt an- und ausgeschaltet, wodurch das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Abgase wiederholt abwechselnd
zwischen der fetten Seite oder 13:1 (ZU ) und der mageren Seite 16:1 (AUF) geändert wurde. Bei der auf
1 Hz eingestellten Schwingungsfrequenz des Oszillators wurde das elektromagnetische Ventil 16 betrieben durch
Änderung des Verhältnisses der "AUF"-Zeit zur "zu "-Zeit
(das Verhältnis des Zyklus der Verstellung zur fetten Seite zum Zyklus der Verstellung zur mageren Seite des Luft-Brennstoff-Verhältnisses)
von AUF/ZU = 0 sec/1 see über 0,5 sec/0,5 see zu 1 sec/0 see, und das Luft-Brennstoff-Verhältnis
(Durchschnitt) der Abgase am Einlaß des Dreiwegekatalysators
14 und das Reinigungsverhalten des Dreiwegekatalysators 14 wurden gemessen. Die erhaltenen Resultate
sind mit ausgezogenen Linien in Fig. 8 gezeigt. In der Figur betrug das Verhältnis der "AUF"-Zeit zur "ZU "-Zeit
oder das AUF/ZU -Verhältnis am Kreuzungspunkt der Reinigungskurven von NO und CO oder der Punkt mit der
größten prozentualen Reinigung der drei Komponenten 0,45 see/
0,55 see.
Aus Gründen des Vergleichs zwischen den Ergebnissen des Versuchs 1 mit dem Ergebnissen des Versuchs 2 sind die
unterbrochenen Linien in Fig. 5 so wie die unterbrochenen Linien in Fig. 8 gezeigt. Die unterbrochenen Linien in
Fig. 8 stellen die Reinigungskurven der drei Komponenten dar, die erhalten wurden durch Aufrechterhalten des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
des Gemisches in dem Ansaugsystem
9826/0 990
" 23 B 8631
bei 13:1 und allmählichem Verändern des Abgas-Luft-Brennstoff -Verhältnisses von 13 auf 16 : 1, indem nach
und nach Sekundärluft in das Abgassystem eingeführt wurde. Die ausgezogenen Linien in Fig. 8 stellen demgegenüber
die Reinigungskurven der drei Komponenten dar, die erhalten wurden durch Aufrechterhalten des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in dem Ansaugsystem bei 13:1 und intermittierende Zufuhr von Sekundärluft in das Abgassystem,
wodurch das Abgas-Luft-Brennstoff-Verhältnis zwischen 13 : 1 und 16 : 1 hin und her bewegt wurde; hierdurch wurde
das durchschnittliche Luft-Brennstoff-Verhältnis der Abgase von 13:1 auf 16 :1 verändert.
Aus einem Vergleich zwischen den beiden Verfahren ist ersichtlich, daß von diesen beiden Verfahren der
Sekundärluftzufuhr das Verfahren der intermittierenden Sekundärluftzufuhr für ein Vergrößern des Luft/Brennstoff-Fensterbereiches wirksamer sein Wird als die allmähliche
(kontinuierliche) Sekundärluftzufuhr. 20
Versuch 3
durchgeführt, wie Versuch 2, wobei anstelle des Dreiwege-
katalysators von Versuch 2 ein 2,5 1-Dreiwegekatalysator
vom Pellet-Typ mit 1,5 g/l eines Pt-Rh-Katalysatormetalls
verwendet wird, der kein Sauerstoffspeichermaterial (CeO2) enthält.
Die erhaltenen Ergebnisse sind mit unterbrochenen Linien in Fig. 9 gezeigt. Am Xreuzungspunkt der NO- und
CO-Reinigungskurven war das Verhältnis von "AUF"-zeit zu " ZU "-Zeit des elektromagnetischen Ventils AUF/ZU = 0,5 see/
0,5 see und der Betrag der Verstellung zur fetten Seite war praktisch der gleiche wie der zu der mageren Seite.
- 24 - B 8631
Aus Gründen des Vergleichs zwischen den Ergebnissen der Versuche 2 und 3 sind die ausgezogenen Linien in Fig. 8
so wie die ausgezogenen Linien in Fig. 9 dargestellt.
stoffspeichermaterial bei dem Verfahren der intermittierenden Sekundärluftzufuhr, dann würde, wie aus den Ergebnissen
des Versuchs 3 (die ausgezogenen Linien in Fig. 9) ersichtlich ist, kein Luft-Brennstoff-Verhältnis auftreten, bei dem
die schädlichen Komponenten (CO, HC, NO) in den Abgasen gleichzeitig mit einer prozentualen Reinigung von über
80 % entfernt werden können. Ferner zeigt ein Vergleich zwischen den ausgezogenen und unterbrochenen Linien in
Fig. 9, daß der das Sauerstoffspeichermaterial enthaltende
Dreiwegekatalysator eine weitaus größere Reinigungswirksamkeit hat als der Dreiwegekatalysator, der kein Sauerstoff speichermaterial enthält.
In Versuch 2 (die ausgezogenen Linien in Fig. 8) betrug das Verhältnis von "AUF"-Zeit zu "zu "-Zeit des
elektromagnetischen Ventils entsprechend der Zufuhrrate von Sekundärluft, bei der die Reinigung der schädlichen
Komponenten in den Abgasen mit der größtmöglichen Wirksamkeit sichergestellt werden konnte, oder das Verhältnis
am Kreuzungspunkt der Reinigungskurven (die ausgezogenen Linien in Fig. 8)AUF/ZU -Verhältnis - 0,45/0,55. Der folgende Versuch wurde durchgeführt, um die Ursache für dieses Ergebnis ersichtlich zu machen.
Versuch 4
Unter den gleichen Bedingungen wie bei den Versuchen 2 und 3 wurde das elektromagnetische Ventil 16 an- und ausgeschaltet und die Luft-Brennstoff-Verhältnisse auf den
stromauf und stromab gelegenen Seiten des Dreiwegekatalysators 14 wurden von den Detektoren 18 und 19 gemessen, wenn das
AUF/ZU -Verhältnis des elektromagnetischen Ventils 16 0,5/0,5
809826/0990
- 25 - B 8
5^57782
bzw. 0,45/0,55 war. Das sich ergebende wellenförmige
Ausgangssignal der Detektoren 18 und 19 1st jeweils In den Flg. 1OA und 1OB gezeigt.
auf der Ordinate das Detektorausgangssignal (Spannung) aufgetragen. Die ausgezogene Linie a bezeichnet das wellenförmige Ausgangssignal des Detektors 18 am Einlaß (auf
der stromauf gelegenen Seite) des Dreiwegekat^alysators,
die unterbrochene Linie b bezeichnet das wellenförmige
Ausgangssignal des Detektors 19 am Auslaß (auf der stromab
gelegenen Seite) des Dreiwegekatalysators, der kein Sauerstoff speichermaterial enthält, und die Strichpunktlinie c
bezeichnet das wellenförmige Ausgangssignal des Detektors
19 am Auslaß des Dreiwegekatalysators, der das Sauerstoffspeichermaterial (CeO2) enthält.
Wie aus den Fig. 10A und 1OB ersichtlich ist, ändert
sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis am Einlaß des Dreiwege
katalysators in Abhängigkeit von dem AUF-ZU (Zuführen-
Nichtzufuhren) von Sekundärluft, und der Betrag der Verschiebung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zur fetten
Seite (die durch den gestrichelten Abschnitt A in Fig. 1OA gekennzeichnete Fläche) wird gleich groß mit dem Betrag
der Verschiebung zur mageren Seite (die durch den gestrichelten Abschnitt B in 1OA gekennzeichnete Fläche).
Das Luft-Brennstoff-Verhältnis am Auslaß des Dreiwegekatalysators, der kein Sauerstoffspeichermaterial ent-
hält, ändert sich (wie durch die unterbrochene Linie b in der Figur gezeigt) praktisch in Abhängigkeit von der Änderung (die ausgezogene Linie a) des Luft-Brennstoff-Verhältnisses am Einlaß des Dreiwegekatalysators mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung.
Θ09826/0990
- 26 - B 8631
Das Luft-Brennstoff-Verhältnis am Auslaß des Dreiwegekatalysators,
der Sauerstoffspeichermaterial enthält, ändert sich andererseits, wie durch die Strichpunktlinie
c in der Figur angedeutet, wobei diese Änderung sich beträchtlich von der Änderung (die ausgezogene Linie a) des
Luft-Brennstoff-Verhältnisses am Katalysatoreinlaß unterscheidet. Diese Änderung erfolgt wegen der Sauerstoffspeicher-
und Abgabevorgänge des SauerstoffSpeichermaterials.
Eine weitere überprüfung der Änderung dieses Luft-Brennstoff-Verhältnisses
(die strichpunktierte Linie c) zeigt, daß der Zeitintervall in Fig. 1OA von dem Moment
an, an dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis am Einlaß des
Dreiwegekatalysators sich von der fetten zur mageren Seite hin ändert (der Moment ,an dem das Detektorausgangssignal von
dem hohen zu dem niedrigen Niveau mit 0,5 V als Schwellenwert wechselt), bis das Luft-Brennstoff-Verhältnis am
Auslaß des Katalysators sich von der fetten zur mageren Seite hin ändert (nachfolgend als Fett-Mager-Umschaltrate
bezeichnet) kürzer ist als das Zeitintervall von dem Moment an,an dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis am Einlaß
des Dreiwegekatalysators von der mageren zur fetten Seite wechselt, bis das Luft-Brennstoff-Verhältnis am Auslaß des
Katalysators von der mageren zur fetten Seite wechselt (nachfolgend als Mager-Fett - Umschaltrate bezeichnet).
Die Fett-Mager - Umschaltrate ist mit anderen Worten schneller als die Mager-Fett -Umschaltrate. Dies bedeutet, daß
die Rate, mit der Sauerstoff in dem Sauerstoffspeichermaterial
(CeO2) gespeichert wird, nicht die gleiche ist,
wie diejenige Rate, mit der das Material den gespeicherten
Sauerstoff abgibt.
Aufgrund der Tatsache, daß die Speicher- und Abgaberate des Sauerstoffspeichermaterials nicht die gleiche ist,
(die Speicherrate ist größer als die Abgaberate) und wenn
8 0 9 8 26/09 9 0
- 27 - B 8
5^57782
das AUF-ZU -verhältnis des elektromagnetischen Ventils mit
0,5/0,5 ausgewählt wird, dann kann angenommen werden, daß die aus dem Sauerstoffspeichermaterial in Abhängigkeit von
der Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses abgegebene Sauerstoffnenge zur
fetten Seite hin geringer ist als diejenige Menge, die von dem
Sauerstoffspeichermaterial in Abhängigkeit zu der Änderung
des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zur mageren Seite hin gespeichert wird,
womit die .Abgasatmosphäre in der NU he ' des Dreiwegekatalysators zur mageren Seite hin eingestellt wird. Wie
aus der Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses am Auslaß des Dreiwegekatalysators, der Sauerstoffspeichermaterial
enthält, in Fig. 1OA ersichtlich, zeigt ferner die Tatsache, da G am Auslaß der Betrag der Verschiebung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zur fetten Seite hin (die durch die Strich-
punktlinie c auf der fetten Seite bestimmte Fläche) kleiner ist als der Verschiebungsbetrag zur mageren Seite hin
(die Fläche, die durch die Strichpunktlinie c auf der mageren Seite bestimmt ist), daß sogar bei einem dem Dreiwegekatalysator zugeführten, auf das stöchiometrische Ver-
hältnis eingestellten durchschnittlichen Luft-Brennstoff-Verhältnis die Abgasatmosphäre in der Nähe des Dreiwegekatalysators durch die Wirkung des Sauerstoffspeichermaterials auf der mageren Seite eingestellt wird.
Bei einem Versuch, die Atmosphäre um den Dreiwegekatalysator herum auf das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis einzustellen, wurde somit das ÄUF-zu -Verhältnis
des elektromagnetischen Ventils 16 auf 0,45/0,55 eingesteuert, wodurch die in Fig. 10B gezeigten Ergebnisse er-
halten wurden. Dies führte dazu, daß am Auslaß des Dreiwegekatalysators der Betrag der Verschiebung zur fetten Seite
hin (das Gebiet C) gleich groß mit dem Betrag der Verschiebung zur mageren Seite hin (das Gebiet D) gemacht wurde,
wie dies durch die gestrichelten Abschnitte C und D in
Fig. 1OB gekennzeichnet ist. Durch Einstellung des AUF-ZU-Verhältnisses des elektromagnetischen Ventils auf 0,45/0,55
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- 28 - B 8
f/57782
wurde es möglich, die Sauerstoffspeichermenge nahezu
gleich groß der Abgabemenge zu machen und auf diese Weise die Atmosphäre um den Dreiwegekatalysator herum auf das
stöchiometrische Verhältnis einzustellen.
Versuch 5
Unter Verwendung des bei dem vorbeschriebenen Versuch
4 erhaltenen AUF-ZU ^-Verhältnisses = 0,45/0,55 des elektromagnetischen Ventils wurde die Frequenz der AUF-ZU-Vorgänge
des elektromagnetischen Ventils verändert und die erhaltene prozentuale Reinigung der Abgaskomponenten gemessen.
Mit anderen Worten, unter den gleichen Bedingungen wie bei Versuch 2 wurde das AUF-ZU-Verhältnis des elektromagnetischen
Ventils 16 konstant bei 0,4 5/0,55 gehalten, die Frequenz der AUF-ZU -Vorgänge des elektromagnetischen
Ventils 16 wurde jedoch von 0,5 bis 10 Hz verändert und die erhaltene prozentuale Reinigung der Abgaskomponenten geroessen.
Fig. 11 zeigt die Ergebnisse dieser Messungen.
Bei größer als 5 Hz werdender Frequenz verringert sich, wie aus Fig. 11 zu sehen, die prozentuale Reinigung
von CO und HC und insbesondere die prozentuale Reinigung von CO. Um die prozentuale Reinigung der Komponenten
(NO, CO, HC) bei 80 %oder darüber zu halten, muß die Frequenz in dem Bereich von 0,5 bis 5 Hz gewählt werden.
Dies hängt natürlich von dem Gehalt an Sauerstoffspeichermaterial ab, wie dies aus dem folgenden Versuch 6 hervorgeht;
daraus folgt, daß die Frequenz von 0,5 bis 5 Hz für diesen Fall angemessen ist (wo 20 g/l CeO- als Sauerstoffspeichermaterial
verwendet wird).
809826/0990
- 29 - B 8631
Versuch 6
Bei Versuch 5 war der Gehalt an Sauerstoffspeichermaterial (CeO2) 20 g/l, und es war natürlich
anzunehmen / daß die Menge an gespeichertem Sauerstoff
von der Größe des Gehaltes abhängt; ebenso muß sich die Summe der Sauerstoffspeicherzeit und der Abgabezeit unterscheiden. Dieser Versuch wurde deswegen auf die gleiche
Art und Weise und unter gleichen Bedingungen wie bei Ver
such 5 ausgeführt, jedoch wurde der Gehalt an Sauerstoff-
speichermaterial (CeO2) von 5 g/l auf 30 g/l geändert. Die
erhaltenen Ergebnisse wurden auf gleiche Weise wie bei Fig. 11 aufgezeichnet, und aus den sich ergebenden Diagrammen wurde Fig. 12 erhalten, die die Beziehung zwischen dem
Gehalt an Sauerstoffspeichermaterial und dem Frequenzbereich zeigt, bei dem eine Reinigung der Abgaskomponenten
mit mehr als 80 % sichergestellt ist.
Versuche 5 und 6, daß bei vergrößertem Gehalt an Sauerstoffspeichermaterial der Frequenzbereich der AUF-ZU-Vorgänge
des elektromagnetischen Ventils, die eine hochprozentige (über 80 %) Reinigung der Abgaskomponenten sicherstellt,
in der Richtung verschoben wird, in der die Frequenz kleiner wird.
Der folgende Versuch 7 wurde zur Untersuchung der Beziehung zwischen der Frequenz und dem Katalysatorbett durchgeführt.
30
Versuch 7
Unter Verwendung eines Dreiwegekatalysators mit einem Paar kreisförmiger monolithischer Katalysatorbetten, die jeweils in Reihe zueinander angeordnet und aus einem als
809826/0990
- 30-
Cojelite bekanntem Material hergestellt und mit bekannter Technik bedeckt waren und 0,75 g Pt-Rh und
5 g CeO2 (Pt-Rh = 1,5 g/l und CeO2 = 10 g/l) trugen, und
unter Auswahl des AUF/ZU -Verhältnisses von 0,45/0,55,
wurde die Schwingungsfrequenz bei 15 Hz gehalten und die sich ergebende prozentuale Reinigung der drei Komponenten
gemessen. Gleichzeitig wurden in dem Versuch 6 die gleichen Tests mit dem 10 g/l CeO2 enthaltenden Dreiwegekatalysator
durchgeführt und die sich ergebende prozentuale Reinigung gemessen. Folgende Werte wurden aus diesen Testergebnissen
erhalten:
| Katalysatorbett typ |
Prozentuale Reinigung der Abgaskomponenten (%) |
| Monolithischer Typ |
NO CO HC |
| Pellettyp | 92,4 96,0 98,0 |
| 98,5 70,0 72,5 |
Bei Verwendung im Hochfrequenzbereich (z. B. über 10 Hz) ist aus diesen Ergebnissen ersichtlich, daß die prozentuale
Reinigung von CO und HC zerstört wird und die Atmosphäre auf dem Katalysator im Falle des Katalysators vom Pellet-Typ
zur fetten Seite hin abweicht. Das Katalysatorbett vom monolithischen Typ kann deswegen bei Verwendung im Hochfrequenzbereich
wünschenswerter sein als das Katalysator bett vom Pellet-Typ.
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- 31 - B 8631
Versuch 8
Unter den gleichen Bedingungen wie bei Versuch 1 mit in der"AUF"-Stellung gehaltenem elektromagnetischen
Ventil 16 wurde die zugeführte Menge an Sekundärluft auf einem konstanten Wert gehalten, so daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis abgasseitig bei 15 : 1 gehalten wurde. Bei konstanter Aufrechterhaltung der Menge an zugeführter Sekundärluft wurde durch wiederholtes An- und Ausschalten des
elektromagnetischen Ventils 16 bei einer Frequenz von 1 Hz
mit dem AUF/ZU -Verhältnis * 0,45/0,55 die Sekundärluft
intermittierend zugeführt. Auf diese Weise wurde das Luft-Brennstoff-Verhältnis der Abgase im Bereich zwischen 13 : 1
und 16 : 1 verändert, und die sich ergebende prozentuale Reinigung der Abgaskomponenten wurde gemessen. Auf gleiche
daß das abgasseitige Luft-Brennstoff-Verhältnis jeweils bei
15,5 : 1, 16,0 : 1, 16,5 :1, ...., 18,0 : 1 gehalten wurde; auf diese Weise wurde das Luft-Brennstoff-Verhältnis des
Abgases entsprechend verändert und die sich ergebende pro
zentuale Reinigung der Abgaskomponenten gemessen. Die er
haltenen Ergebnisse sind in Fig. 13 gezeigt. Der wirksame. Luft-Brennstoff-Verhältnis-Arbeitsbereich
in der Figur ist der abgasseitige Luft-Brennstoff-Verhältnis-Bereich , bei dem die prozentuale
Reinigung der Abgaskomponenten NO « 80 % oder darüber und CO, HC ■ 90 % oder darüber betrug. In diesem Versuch entsprach dieser Bereich praktisch dem Bereich zwischen 16,0 :
und 16,5:1.
Versuch 9
Bei Versuch 8 wurde da· ansaugseitige Luft-Brennstoff-Verhältnis bei 13:1 gehalten und der sich ergebende wirksame Luft-Brennstoff-Verhältnis-Arbeitsbereich gemessen.
Bei diesem Versuch wurde das ansaugseitige Luft-Brennstoff-
809826/0990
^57782
Verhältnis fortlaufend bei 13 : 1 bis 14 : 1 gehalten und die wirksamen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Arbeitsbereiche
entsprechend den jeweiligen ansaugseitigen Luft-Brennstoff-Verhältnissen
auf gleiche Weise wie bei Versuch 8 gemessen. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind durch den gestrichelten
Abschnitt a in Fig. 14 gezeigt.
Versuch 10
Während bei Versuch 9 der wirksame Luft-Brennstoff-Verhältnis-Arbeitsbereich
des das Sauerstoffspeichermaterial enthaltenden Dreiwegekatalysators gemessen wurde, wurden bei
diesem Versuch gleiche Tests mit dem Dreiwegekatalysator durchgeführt, der kein Sauerstoffspeichermaterial enthielt,wo·
bei das AUF/ZU-Verhältnis des elektromagnetischen Ventils bei 0,5/0,5 gehalten wurde; die Meßergebnisse sind durch einen
gestrichelten Abschnitt b in Fig. 14 gezeigt.
Versuch 11
Während bei den Versuchen 9 und 10 die Messungen bei Halten der AUF/ZU -Frequenz des elektromagnetischen Ventils
16 bei 1 Hz durchgeführt wurden, wurde bei diesem Versuch
die Frequenz bei 2 Hz gehalten und der sich ergebende wirksame Luft-Brennstoff-Verhältnis-Arbeitsbereich auf gleiche
Weise wie bei den Versuchen 9 und 10 gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 15 gezeigt. Der gestrichelte Abschnitt
a in der Figur kennzeichnet den wirksamen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Arbeitsbereich
des das Sauerstoffspeichermaterial enthaltenden Dreiwegekatalysators, und der gestrichelte Abschnitt b bezeichnet den wirksamen Luft-Brennstoff-Verhältnis-Arbeitsbereich
des kein Sauerstoffmaterial enthaltenden Dreiwegekatalysators.
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Wie aus den Figuren 13 bis 15ersichtlich, existiert praktisch für den kein Sauerstoffspeichermaterial enthaltenden
Dreiwegekatalysator kein wirksamer Luft-Brennstoff-Verhältnis-Arbeitsbereich. Bei dem das Sauerstoffspeichermaterial
enthaltenden Dreiwegekatalysator existiert auf der anderen Seite ein befriedigender wirksamer Luft-Brennstoff-Verhältnis-Arbeitsbereich
mit einem ansaugseitigen Luft-Brennstoff-Verhältnis in dem Bereich von 13:1 bis 14 : 1, mit dem Ergebnis, daß im Falle einer Montage der
aktuellen Maschine auf ein Fahrzeug sogar bei ansaugseitigem Verändern des Luft-Brennstoff-Verhältnisses das erfindungsgemäße
Dreiwegekatalysator-Arbeitsverfahren geeignet ist, den Dreiwegekatalysator mit hoher prozentualer Reinigung
zu betreiben. Im folgenden wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Durchführung des Dreiwegekatalysator-Arbeitsverfahrens
gemäß der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Bei dem in den Fig. 16 bis 18 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist eine Brennkraftmaschine 100 mit
einem Abgaskrümmer 102 und einem Ansaugkrümmer 103 versehen, und stromauf des Ansaugkrümmers 103 ist eine Drosselklappe
104 angeordnet. Stromauf der Drosselklappe 104 ist ein Vergaser 105 und ein Venturi-Rohr 106 vorgesehen. Eine Abgasleitung
107 ist mit dem stromab gelegenen Ende des Abgaskrümmers 102 verbunden; in der Abgasleitung 107 ist ein
Pt-Rh-Dreiwegekatalysator 108 angeordnet, der ein Sauerstoffspeichermaterial
wie beispielsweise CeO2 enthält. Der Vergaser 105 ist so eingestellt, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis
des der Maschine 100 zugeführten Gemisches über den Bereich der Arbeitsbedingungen der Maschine 100 oder den
Steuerbereich des Reinigungssystems konstant und kleiner (z. B. 13 : 1) als das stöchiometrische Luft-Brennstoff-Verhältnis
gehalten wird.
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Eine Sekundärluftzufuhreinheit 110 hat eine Luftpumpe
111, eine Sekundärluftzufuhrleitung 112, ein Rückschlagventil
113 und eine Sekundärlufteinführdüse 114.
Die Luftpumpe 111 ist über einen Riemen mit der Maschine 100 verbunden und wird von der Maschine angetrieben.
Die Sekundärluftzufuhrleitung 112 ist mit ihrem einen
Ende mit dem Auslaß der Luftpumpe 111 verbunden, und mit ihrem anderen Ende über das Rückschlagventil 113 mit der
Einführdüse 114. Die Einführdüse 114 mündet unmittelbar
vor dem Einlaß in den Dreiwegekatalysator 108 in die Abgasleitung 107. Die Sekundärluftzufuhrleitung 112 und die
Einführdüse 114 bilden eine Luftleitung für die Luftzufuhr aus der Luftpumpe 111 in die Abgasleitung 107. Die Sekundärluftzufuhrleitung
112 ist mit einer Luftaustrittsleitung
115 versehen, so daß das Verhältnis der Leitungsfläche der
Sekundärluftzufuhrleitung 112 zu der Fläche der Luftaustrittsleitung
115 von einem teller- bzw. rohrventilartigen Steuerventil 130 gesteuert wird, das von einer Betätigungseinrichtung
140 betätigt werden kann. Das Steuerventil ist stromauf vom Rückschlagventil 113 angeordnet.
Die Vorrichtung hat ferner einen Vergleicher 160 für die Erzeugung eines ersten Steuersignals in Beantwortung
eines für die Ansaugluftmenge kennzeichnenden Signals und eines weiteren für die Sekundärluftmenge kennzeichnenden
Signals, ein Umschaltventil 109 mit beispielsweise einem elektromagnetischen Dreiwegeventil für das Weiterleiten
entweder des ersten Steuersignals oder eines zweiten Steuersignals, und eine elektrische Schaltung 170 für eine periodische
Betätigung des Umschaltventils 109, wodurch die Betätigungseinrichtung 140 entweder von dem ersten Steuersignal
oder dem zweiten Steuersignal betätigt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Druckunterschied an einer
Drossel 150 (der Unterschied zwischen dem Druck vor und
hinter der Drossel), die stromab der Austrittsleitung 115 in der Sekundärluftzufuhrleitung 112 ausgebildet ist, als
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die Sekundärluft kennzeichnendes Signal verwendet; der Druck vor und hinter der Drossel 150 wird jeweils durch
eine erste und zweite Druckleitung 151 und 152 zu dem Vergleicher 160 geführt. Andererseits wird der im Venturi-Rohr 106 erzeugte Venturi-Unterdruck als für die Ansaug-
luftmenge kennzeichnendes Signal verwendet; der Venturi-Unterdruck wird über eine dritte Druckleitung 153 zu dem
Vergleicher 160 geführt. Der stromab der Drosselklappe 104 erzeugte Ansaugunterdruok wird als Druckquelle für
das erste Steuersignal verwendet, und der Unterdruck über
eine vierte Druckleitung 154 dem Vergleicher 160 zugeführt, der seinerseits den Betrag des Ansaugunterdruckes steuert
und diesen als erstes Steuersignal über eine fünfte Druckleitung 155 dem Umschaltventil 109 zuleitet. Der Ansaug-
unterdruck selbst wird ferner als zweites Steuersignal
verwendet und über eine sechste Druckleitung 156, die von
der vierten Druckleitung 154 abzweigt, dem Umschaltventil 109 zugeführt. In Beantwortung des Steuersignals der
elektrischen Schaltung 170 läßt das Umschaltventil 109
wahlweise das erste und zweite Steuersignal hindurch, und
das eine oder das andere Steuersignal wird über eine siebte Druckleitung 157 der Betätigungseinrichtung 140
zugeleitet.
kammern 144 und 145, die von einem Gehäuse 141
und einem darin angeordneten Diaphragma 142 begrenzt werden. Das von
dem Umschaltventil 109 ausgewählte erste oder zweite Steuersignal wird über die siebte Druckleitung 157 der ersten
Druckkammer 144 in der Figur links zugeführt und die Luft über einen Atmosphärenlufteinlai 147 in die zweite Druckkammer 145 eingeleitet.Eine Stange 148 ist mit einem Ende
mit dem Diaphragma 142 und mit dem anderen Ende mit dem Steuerventil 130 verbunden. In der ersten Druckkammer 144
ist eine Feder 143 so angeordnet, daß das Diaphragma 142 in der Figur nach rechts gedrückt wird. Die Druckkraft
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der Feder 143 ist so ausgelegt, daß bei Einleitung des zweiten Steuersignals in die erste Druckkammer 144 die
Austrittsleitung 115 auch dann vollständig geöffnet ist, wenn das zweite Steuersignal ein geringer Unterdruck ist,
der bei Vollast erzeugt wird.
Führt man bei wie vorbeschrieben aufgebauter Betätigungseinrichtung 140 und Steuerventil 130 den Unterdruck
des ersten Steuersignals in die erste Druckkammer 144 ein, wirkt eine Kraft auf das Diaphragma 142, die das
Diaphragma in der Figur nach links zieht; ferner übt die Feder 143 eine entgegengesetzte Kraft auf das Diaphragma
142 aus, so daß damit der Betrag der Anhebung des Steuerventils
130 in Übereinstimmung mit dem Gleichgewicht der zwei Kräfte bestimmt ist. Bei Einführung des zweiten Steuersignals
in die erste Druckkammer 144 wie vorbeschrieben, wird die Luftaustrittsleitung 115 vollständig geöffnet,
so daß keine Sekundärluft in die Abgasleitung 107 eingeführt wird, da die Einführdüse 114 in die übliche
Uberdrucklage geöffnet ist. Führt man andererseits das erste Steuersignal in die erste Druckkammer 144 ein
und ist die Zugkraft des ersten Steuersignals größer als die Gegenkraft der Feder 143, wird die Fläche der Austrittsleitung 115 vergrößert und der Sekundärluftstrom verhindert;
ist dagegen die Druckkraft der Feder 143 größer als die Zugkraft, wird die Fläche der Austrittsleitung 115 durch
das Steuerventil 130 verkleinert und der Sekundärluftstrom
erleichtert.
Der Aufbau und die Arbeitsweise des bei diesem Ausführungsbeispiel
verwendeten Vergleichers 1 60 wird nachstehend anhand Fig. 17 beschrieben. Von einem Gehäuse 161
werden fünf Druckkammern 166, 167, 168, 169 und 170 begrenzt;
in dem Gehäuse 161 sind vier Diaphragmen 162, 163, 164 und 165 angeordnet. Der Venturi-Unterdruck wird über
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eine erste Leitung 171 und die in Fig. 16 gezeigte dritte
Druckleitung 153 in die von dem Gehäuse 161 und dem ersten Diaphragma 162 begrenzte erste Druckkammer 166 eingeleitet.
Der Atmosphärendruck wird über einen ersten Atmosphärenlufteinlaß 172 in die von dem Gehäuse 161 und dem ersten
und zweiten Diaphragma 162 und 163 begrenzte zweite Druckkammer 167 eingeleitet. Der unmittelbar hinter der
Drossel 150 entstehende Druck wird über eine zweite Leitung 173 und die in Fig. 16 gezeigte zweite Druckleitung
152 in die von dem Gehäuse 161 und dem zweiten und dritten Diaphragma 163 und 164 begrenzte dritte Druckkammer 168
eingeführt. Der Druck unmittelbar vor der Drossel 150 wird über eine dritte Leitung 174 und die in Fig. 16 gezeigte
erste Druckleitung 151 in die von dem Gehäuse 161 und den
dritten und vierten Diaphragma 164 und 165 begrenzte vierte Druckkammer 169 eingeleitet. Der in die vierte Druckkammer
169 eingeleitete Druck ist in diesem Fall infolge der Wirkung der Drossel 150 größer als der in die dritte Druckkammer 168 eingeleitete Druck. Diese Drücke sind alle
positiv bzw. Überdrücke. Der Atmosphärendruck wird über einen zweiten AtmosphärenlufteinlaB 175 in die von dem
Gehäuse 161 und dem vierten Diaphragma 165 begrenzte fünfte Druckkammer 170 eingeleitet. Die vier Diaphragmen 162, 163,
164 und 165 sind miteinander über eine Stange 176 verbun
den. An einem Ende der Stange 176 ist ein Ventilsitzteil
177 angebracht, das eine Verbiiidungsöffnung 179 öffnet
und schließt, die die fünfte Druckkammer 170 mit einer vierten Leitung 178 verbindet. Ein Ende der vierten Leitung 178 ist mit der in Fig. 16 gezeigten vierten Leitung
verbunden und leitet in diese den Ansaugunterdruck stromab der Drosselklappe 104 ein. Das andere Ende
der vierten Leitung 178 ist mit der in Fig. 16 gezeigten fünften Druckleitung 155 verbunden und führt dieser das
von dem Vergleicher 160 gesteuerte erste Steuersignal zu.
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Diaphragma 164 hat eine kleinere Druckaufnahmefläche als
diejenigen der anderen Diaphragmen 162, 163 und 165.
Mit dem vorbeschriebenen Vergleicher 160 wird das erste Diaphragma 162 durch den in die erste Druckkammer
eingeleiteten Venturi-Unterdruck nach oben gezogen. Durch den in die dritte Druckkammer 168 eingeleiteten Druck
(überdruck) wird andererseits das zweite Diaphragma 163 in der Figur nach oben gedruckt und durch den in die vierte
Druckkammer 169 eingeleiteten Druck (überdruck) wird das
vierte Diagramm 165 in der Figur nach unten gedrückt. In Beantwortung des Druckunterschiedes zwischen der dritten
und vierten Druckkammer 168 und 169 wird das dritte Diaphragma 164 durch eine geringfügige Kraft in der Figur
'-* nach oben gedrückt. Bei Betrachtung der auf das zweite,
dritte und vierte Diaphragma 163, 164 und 165 insgesamt wirkenden Kräfte ist die in der Figur nach unten wirkende
Druckkraft infolge des Druckunterschiedes zwischen der dritten und vierten Druckkammer 168 und 169 größer. Diese
sich ergebende Kraft ist nachstehend als resultierende Kraft W bezeichnet. Die Stange 176 und das Ventilsitzteil
177 werden in Abhängigkeit von dem Druck zwischen der resultierenden Kraft W und der nach oben ziehenden Kraft
aufgrund des Venturi-Unterdruckes bewegt. Unter der Annahme
" einer Ausbalancierung der zwei Kräfte unter den geschilderten
Umständen und bei Vergrößerung der Ansaugluftmenge mit dem daraus sich ergebenden erhöhten Venturi-Unterdruck,
der der ersten Druckkammer 166 zugeführt wird, werden die
Stange 176 und das Ventilsitzteil 177 in der Figur nach oben bewegt, so daß die durch die Verbindungsöffnung 179
in die vierte Leitung 178 fließende Atmosphärenluft vermehrt und der Betrag des durch die vierte Leitung 178 geführten
Unterdruckes des ersten Steuersignals verringert. Verkleinert man im Gegensatz dazu den Venturi-Unterdruck,
bewegt sich das Ventilsitzteil 177 in der Figur nach unten.
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so daß die in die vierte Leitung 178 fließende Atmosphärenluft verringert oder vollständig abgeschlossen
wird, wobei der Betrag des durch die vierte Leitung 178 geführten Unterdruckes des ersten Steuersignals im Vergleich mit dem unmittelbar zuvor bestehenden erhöht
ist. Wird andererseits die Sekundärluftmenge erhöht, wodurch der in die dritte und vierte Druckkammer 168 und
eingeführte Druckunterschied vor und hinter der Drossel 150 außerordentlich groß wird, werden die Stange 176 und
das Ventilsitzteil 177 in der Figur nach unten bewegt,
so daß die durch die vierte Leitung 178 fließende Atmosphärenluft verringert oder vollständig abgeschlossen und
der Betrag des durch die vierte Leitung 178 geführten Unterdruckes des ersten Steuersignals im Vergleich mit
dem unmittelbar zuvor bestehenden erhöht wird. Wenn im
Gegensatz dazu der Unterschied zwischen dem in die dritte
und vierte Druckkammer 168 und 169 eingeleiteten Druck vor und hinter der Drossel 150 äußerst klein wird, dann wird
das Ventilsitzteil 177 in der Figur nach oben bewegt, so
daß die Menge der in die vierte Leitung 178 fließenden
Atmosphärenluft erhöht wird und der Betrag des durch die vierte Leitung 178 geführten Unterdruckes des ersten
Steuersignals verkleinert wird.
die von der Maschine 100 in einer von der öffnung der
Drosselklappe 104 bestimmten Menge angesaugte Luft mit dem Brennstoff in dem Vergaser 105 vermischt, das Gemisch wird
in die Maschine 100 eingefüllt und verbrannt und die Abgase
werden über den Abgaskrümmer 102 und die Abgasleitung
dem Dreiwegekatalysator 108 zugeführt.
In diesem Fall wird, wie aus Fig. 19 ersichtlich, am Venturi-Rohr 106 des Vergasers 105 ein Venturi-Unterdruck
erzeugt, der in Bezug steht zu der Menge der von der
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Maschine 100 angesaugten Luft (Q = ciAi VΛΡ1; Q - Ansaugluftmenge,
A = Querschnittsfläche des Venturi-Rohrs 106,
AP = absoluter Betrag des Venturi-Unterdruckes, C1 == Austragungskoeffizient)
.
Bei Einleitung des ersten Steuersignals in die erste
Druckkammer 144 der Betätigungseinrichtung 140 wird andererseits Sekundärluft unter Druck von der Luftpumpe 111 der
Sekundärluftzufuhreinheit 110 zugeführt" die von der Maschine
100 angetrieben wird- so daß das Rückschlagventil 113 durch diese Sekundärluft über die Zufuhrleitung 112 geöffnet
und die Sekundärluft der Einführdüse 114 zugeführt wird, die ihrerseits die Luft in die Abgasleitung 107 der
Maschine 100 einleitet.
In diesem Fall hat die Druckdifferenz an der Drossel
150 in der Zufuhrleitung 112 einen auf die zugeführte Menge
an Sekundärluft bezogenen Wert (q = C^A-XäTF7; q - Menge
der zugeführten Sekundärluft, A2 = Querschnittsfläche der
Drossel 150, 4P1 = Betrag der Druckdifferenz an der Drossel
150, C2 = Austragungskoeffizient).
Der Betrag des Ansaugunterdruckes wird von dem Vergleicher 160 gesteuert, der den Venturi-Unterdruck der
Maschine 100 mit dem Betrag des Druckunterschiedes an der Drossel 150 vergleicht, so daß das Sekundärluft-Steuerventil
130 entsprechend dem Druckwert des auf diese Weise gesteuerten ersten Steuersignals von der Betätigungseinrichtung
140 betätigt wird, um die Fläche der Austrittsleitung 115 in der Sekundärluftzufuhrleitung 112 zu steuern,
so daß die Druckdifferenz an der Drossel 150 proportional
zu dem absoluten Betrag des Venturi-Unterdruckes wird. Wenn mit anderen Worten der Leitungsquerschnitt so gesteuert
wird, daß £P = K1AP1 (wobei K1 ein Proportionalitätsfaktor
ist), dann wird Q = qK2 erhalten (wobei K2 ein Proportionalitätsfaktor
ist), so daß die Sekundärluftmenge
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proportional der Ansaugluftmenge wird.
Als nächstes wird die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispieles beschrieben. Die Arbeitsweise bezieht sich auf
den Fall, bei dem das erste Steuersignal der ersten Druckkammer 144 der Betätigungseinrichtung 140 zugeleitet wird.
Es wird angenommen, daß unter den in Fig. 16 gezeigten Bedingungen das die Ansaugluftmenge darstellende Signal proportional ist dem die Sekundärluftmenge darstellenden Signal.
Bei Vergrößerung der Ansaugluftmenge, so daß der Venturi-Unterdruck erhöht ist, wird unter diesen Bedingungen der
Betrag des Unterdruckes des in die erste Druckkammer 144
der Betätigungseinrichtung 140 geleiteten ersten Steuersignals verringert und das Sekundärluft-Steuerventil 130
in Schließrichtung bewegt, wodurch die Fläche der Austrittsleitung 115 verkleinert und damit die Menge der Sekundärluft erhöht, die über die Sekundärluftzufuhrleitung 112,
das Rückschlagventil 113 und die Einführdüse 114 in die
Abgasleitung 107 strömt. Wenn im Gegensatz dazu die Menge
an Ansaugluft verringert wird, so daß der Venturi-Unterdruck
ebenfalls verringert wird, wird in Abhängigkeit von der zuvor beschriebenen Betätigung des Vergleichers 160 der
Betrag des Unterdruckes des der ersten Druckkammer 144 der Betätigungseinrichtung 140 zugeführten ersten Steuer
signals erhöht und folglich das Sekundärluft-Steuerventil
130 in eine Offenstellung bewegt, so daß die in die Abgasleitung 107 einströmende Sekundärluftmenge verringert wird.
Erhöht man andererseits die Sekundärluftmenge, so daß die
Druckdifferenz an der Drossel 150 außerordentlich groß wird,
wird infolge der zuvor beschriebenen Betätigung des Vergleichers 160 der Unterdruckbetrag des der ersten Druckkammer 144 der Betätigungseinrichtung 140 zugeführten ersten
Steuersignals erhöht und das Sekundärluft-Steuerventil 130 in üffnungsrichtung bewegt, so daß die Fläche der Austritts-
leitung 115 vergrößert und damit die in die Abgasleitung
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einströmende Sekundärluftmenge verringert wird. Verringert
man im Gegensatz dazu die Sekundärluftmenge, so daß der Betrag des Druckunterschiedes an der Drossel 150 außerordentlich
klein wird, wird der Betrag des Unterdruckes des der ersten Druckkammer 144 zugeführten ersten Steuersignals
verringert und das Sekundärluft-Steuerventil 130 in Schließrichtung bewegt, so daß die in die Abgasleitung
107 einströmende Sekundärluftmenge erhöht wird.
Steuert man auf diese Weise das Sekundärluft-Steuerventil
130 so, daß das die Sekundärluftmenge kennzeichnende
Signal proportional dem die Ansaugluftmenge kennzeichnenden Signal wird, dann ist es möglich, während der Zeitperiode,
während der das erste Steuersignal in die erste Druckkammer 144 der Betätigungseinrichtung 140 eingeleitet wird, die
Sekundärluftmenge proportional der Ansaugluftmenge zu machen.
Als nächstes wird die in Fig. 18 gezeigte elektrische Schaltung 170 beschrieben. Die elektrische Schaltung 170
hat einen Schwingkreis mit Invertern 170a und 170b, Widerständen 17Oe und 17Of und einemKondensator 170g,
einen Frequenzteiler mit einem binären Zähler 17Od und einem Inverter 170c, und einen Arbeitsstromkreis mit Widerständen
170h, 17Oi und 17Oj, Transistoren 170k und 1702 und
einer Diode 170m. Das Umschaltventil 109 hat eine Spule 109a; ferner ist ein schlüsselbetätigter Schalter 171 und
eine Batterie 172 vorgesehen. Bei dem beschriebenen Aufbau werden die Ausgangssignale des Schwingkreises in dem Frequenzteiler.
einer Frequenzteilung unterworfen,der seinerseits Signale einer festgelegten, von dem System geforderten
Frequenz erzeugt . Die sich ergebenden geteilten Signale werden über den Inverter 170c dem .Arbeitsstrortureis
zugeführt,so daß der zu der Spule 109a fließende Strom mit der festgelegten
Frequenz ein-und ausgeschaltetwird und das Umschaltventil 109 mit der festgelegten Frequenz betätigt wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das AUF/ZU-Verhältnis
des Umschaltventils 109 mit 1 : 1 vorgegeben.
Systems beschrieben. Die elektrische Schaltung 170 betätigt bei der festgelegten Frequenz das Umschaltventil 109, so
daß das Umschaltventil 109 abwechselnd die fünfte Druckleitung 15.5 mit der siebten Druckleitung 157 und die
sechste Druckleitung 156 mit der siebten Druckleitung 157 verbindet; das erste und zweite Steuersignal wird folglich
abwechselnd zu der ersten Druckkammer 144 der Betätigungseinrichtung 140 geleitet.
Wenn das zweite Steuersignal in die erste Druckkammer 144 der Betätigungseinrichtung 140 geleitet wird,
öffnet das Sekundärluft-Steuerventil 130 vollständig die
Austrittsleitung 115 und die Einführdüse 114 führt keine
Sekundärluft mehr in die Abgasleitung 107 ein. Die in den Dreiwegekatalysator 108 strömenden Abgase werden also
durch das Verbrennen des von dem Vergaser 105 vorgebenen Gemisches mit kleinem Luft-Brennstoff-Verhältnis erzeugt,
und das sich ergebende Luft-Brennstoff-Verhältnis des Abgases ist kleiner als das stöchiometrische Verhältnis.
144 der Betätigungseinrichtung 140 eingeleitet wird, steuert das Sekundärluft-Steuerventil 130 die Austrittsleitung
so, daß die Sekundärluft in einer zur Ansaugluftmenge proportionalen Menge zugeführt wird. Diese zur Ansaugluftmenge
proportionale Sekundärluftmenge ist auf eine Weise vorgegeben, daß das durchschnittliche Luft-Brennstoff-Verhältnis
des Abgases der durch Zufuhr von Sekundärluft erzeugten Abgase und der ohne Zufuhr von Sekundärluft erzeugten Abgase
in den gestrichelten Bereich in Fig. 1 fällt.
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Es ist somit ersichtlich, daß bei intermittierender Zufuhr einer der Ansaugluftmenge proportionalen Luftmenge
inform von Sekundärluft in die Abgasleitung stromauf des Dreiwegekatalysators, auch wenn die Ansaugluftmenge in Abhängigkeit
von den Arbeitsbedingungen der Maschine verändert wird, das dem Dreiwegekatalysator zugeführte Luft-Brennstoff-Verhältnis
der Abgase beständig bzw. stetig abwechselnd zur fetten und mageren Seite veränderbar ist.
Als nächstes wird das in Fig. 20 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird zur Ansaugluftmenge proportionale Sekundärluft intermittierend zugeführt und Zusatzluft ständig in einer
zur Ansaugluftmenge proportionalen Menge in die Abgasleitung
stromauf des Dreiwegekatalysators eingeleitet. In der Figur sind die Bauteile, die die gleichen Bezugszeichen wie in
dem ersten Ausführungsbeispiel haben, die gleichen oder
äquivalente Bauteile wie die entsprechenden Gegenstücke des ersten Ausführungsbeispiels. Das zweite Ausführungsbeispiel
wird demgemäß mit Schwerpunkt auf die Unterschiede zwischen dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In Fig. 20 ist eine Zufuhrleitung 222 mit einer Luftpumpe
111 verbunden, wobei die von der Luftpumpe 111 bereitgestellte und durch eine in der Leitung 222 ausgebildete
Drossel 150 hindurchgeführte Luftmenge durch eine Betätigungseinrichtung
140 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel pro* portional der Ansaugluftmenge gemacht wird. Die Leitung 222
ist über die Betätigungseinrichtung 140 mit einer Uberdruckleitung
223 mit dem Einlaß der Luftpumpe 111 verbunden. Die Leitung 222 ist ferner mit einer ersten und zweiten Sekundärluftzufuhrleitung
222A und 222B, die in eine Abgasleitung 107 stromauf eines Dreiwegekatalysators 108 münden, und mit einer
Überbrückungsleitung 224 verbunden, die stromab des Dreiwegekatalysators
108 in die Abgasleitung 107 mündet; die erste
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Zufuhrleitung 222A und die Überbrückungsleitung 224 werden
alternativ durch ein Umschaltventil 230 mit der Leitung 222 verbunden. Die Leitungen 222A und 222B und die Leitung 224
sind jeweils mit Drosseln 225A, 225B und 225C für eine Ein
stellung der Durchflußrate ausgebildet, wobei diese Drosseln
in diesem Ausführungsbeispiel so vorgewählt sind, daß die Drosseln 225A und 225C einander gleich sind und die Durchflußrate der Drossel 225Ά ungefähr das Vierfache der Durchflußrate der Drossel 225B beträgt. Auf diese Weise wird
ständig eine der Ansaugluftmenge proportionale Sekundärluftmenge durch die zweite Sekundärluftzufuhrleitung 222B in
die Abgasleitung 107 stromauf des Dreiwegekatalysators 108 eingeführt und somit das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Abgases im Vergleich mit dem ansaugseitigen Luft-Brennstoff-
Verhältnis leicht auf der mageren Seite eingestellt. Andererseits wird eine der Ansaugluftmenge proportionale Sekundärluftmenge intermittierend aus der ersten Sekundärluftzufuhrleitung 222A durch das Umschaltventil 230 zugeführt und dementsprechend das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Abgases ab-
wechselnd zur fetten und mageren Seite hin verändert, wobei das stöchiometrische Verhältnis einen Schwellenwert bildet.
In dem Ausführungsbeispiel ist das ansaugseitige Luft-Brennstoff-Verhältnis (das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Gemisches)
mit 13 : 1 angesetzt, während die aus der zweiten Sekundär
luftzufuhrleitung 222B zugeführte Sekundärluftmenge mit 0,5/
13 der Ansaugluftmenge und die aus der ersten Sekundärluftzufuhrleitung 222A zugeführte Sekundärluftmenge mit 2/13,0
der Ansaugluftmenge gewählt ist. Das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Abgases ist folglich durch die aus der zweiten Zu-
fuhrleitung 222B zugeführte Sekundärluft auf 13,5 : 1 eingestellt, und das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Abgases wird
durch die intermittierend aus der ersten Zufuhrleitung 222A zugeführte Sekundärluft zwischen 13,5 : 1 und 15,5 : 1 abwechselnd verändert. Das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Ab-
gases wird mit anderen Worten abwechselnd mit gleichen Intervallen zur fetten Seite (13,5 : 1) und zur mageren Seite
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(15,5) verändert, wobei das stöchiometrische Verhältnis
(14,5 : 1) einen Schwellenwert darstellt.
Das Umschaltventil 230 hat zwei Druckkammern 233 und 234, die von einem Diaphragma 232 begrenzt sind, und
eine an dem Diaphragma 232 befestigte Stange 237, die in einem Gehäuse 231 hin- und herbewegbar ist. Die Zufuhrleitung
222, die erste Sekundärluftzufuhrleitung 222A und die Überbrückungsleitung 224 münden in eine Kammer
des Gehäuses 231, wobei die Zufuhrleitung 222A und die
Überbrückungsleitung 224 durch ein Ventil 238 geöffnet und geschlossen werden. Das Ventil 238 ist am Vorderende
der Stange 237 angebracht, wobei die oberen und unteren konischen Flächen Öffnungen (Ventilsitze) der Leitungen 222A und
gegenüberstehen, die in die Kammer 239 des Gehäuses 231 münden. Druckkammern 233 und 234 des Umschaltventils
sind jeweils mit elektromagnetischen Dreiwegeventilen und 236 verbunden, so daß über die Dreiwegeventile 23b
und 236 Atmosphärendruck in die eine Kammer und Ansaugkrümmerunterdruck
in die andere Kammer eingeleitet wird, wobei die Ventile 235 und 236 für ein Wechseln bzw. Umschalten
der Druckkammern betätigt werden, in die Atmosphärenluft
und der Ansaugkrümmerunterdruck eingeleitet werden. Die elektromagnetischen Dreiwegeventile 23 5 und 236 werden
von einer elektrischen Schaltung 170 betrieben, die die gleiche wie ihr Gegenstück in dem ersten Ausführungsbeispiel
sein kann.
Mit dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel kann ständig eine feste Sekundärluftmenge stromauf des Dreiwegekatalysators
in die Abgasleitung eingeführt und auch intermittierende Sekundärluft stromauf des Dreiwegekatalysators
in die Abgasleitung eingeleitet werden, womit der Luft-Brennstoff-Fensterbereich
vergrößert und insbesondere die prozentuale Reinigung von CO und HC mittels der zu jeder Zeit
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zugeführten festen Menge an Sekundärluft vergrößert werden.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel nimnt die aus der
ersten Sekundärluftzufuhrleitung in die Abgasleitung 107
zugeführte Sekundärluft eine rechtwinklige Wellenform ein;
es ist aber auch möglich, daß die intermittierend zugeführte
Sekundärluft für die Erzielung der gleichen funktionalen Wirkungen Sägezahnform hat. Das Verfahren der intermittierenden Zufuhr von Sekundärluft wird somit anhand der in
Fig. 20 gezeigten Vorrichtung beschrieben. Durch Anordnung von Drosseln 240 und 241 in den jeweils die elektromagnetischen Dreiwegeventile 235 und 236 mit den Druckkammern 233
und 234 des Umschaltventils 230 verbindenden Leitungen ist es möglich, den Druck in den Druckkammern 233 und 234 all
mählich und nicht rapide veränderbar zu machen, so daß da
mit die Sekundärluft mit Sägezahnwellenform zugeführt wird.
Nachstehend wird das in Fig. 21 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel beschrieben. Eine in diesem Ausführungs
beispiel verwendete Brennkraftmaschine 100 ist eine Vier
takter-, Vierzylindermaschine, deren Zylinder mit C1 bis C.
bezeichnet sind, wie dies in der Figur unten gezeigt ist, wobei der erste Zylinder C1, der zweite Zylinder C2, der
dritte Zylinder C3 und der vierte Zylinder C4 bezeichnet
ist; die Zündfolge ist dann 1 - 3 - 4 - 2. Es ist ein zweiteiliger Abgaskrümmer 1 und 2 vorgesehen, dessen erster
Krümmerteil 102a mit dem ersten und vierten Zylinder C. und
C4 verbunden ist, deren ZUndseiten um 360° gegeneinander
verschoben sind, und dessen zweiter Krümmerteil 102b mit
dem zweiten und dritten Zylinder C- und C3 verbunden ist,
deren ZUndseiten auf gleiche Weise um 360° gegeneinander verschoben sind. Der zweiteilige Abgaskrümmer 102 ist mit
einer zweiteiligen Abgasleitung 107 verbunden, die eine erste mit dem ersten Abgaskrümmerteil 102a verbundene Ab
gasleitung 107a und eine zweite mit dem zweiten Abgas-
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krümmerteil 102b verbundene Abgasleitung 107 b hat.
Stromab der Verbindungsstelle der ersten und zweiten Abgasleitung 107a und 1o7b ist ein Dreiwegekatalysator 108 angeordnet.
5
Auf gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Vergaser 105 so angeordnet, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis des der Maschine 100 zugeführten Gemisches über den gesamten Bereich der Arbeitsbedingungen
der Maschine 100 oder den Steuerbereich des Reinigungssystems konstant und kleiner als das stöchiometrische Verhältnis gehalten wird.
Einführdüse 114 nur auf der Seite des vierten Zylinders C^
des ersten Abgaskrümmerteils 102a und folglich wird während des Ansaug- und Arbeitstaktes des vierten Zylinders C4
Sekundärluft aus der Einführdüse 114, wie nachstehend ausführlicher beschrieben, eingeführt. Ferner sind eine Be-
tätigungseinrichtung 140 und ein Vergleicher 160 identisch mit ihren Gegenstücken bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ständig ein erstes Steuersignal mit einem von dem Vergleicher 160 gesteuerten
Druckbetrag durch eine fünfte Druckleitung 155 in eine
erste Druckkammer 144 der Betätigungseinrichtung 140 eingeleitet, wobei die Fläche der Austrittsleitung 115 von
einem Sekundärluft-Steuerventil 130 gesteuert wird, so daß
damit die durch die vorbeschriebene Sekundärlufteinführung zugeführte Sekundärluftmenge proportional der Ansaugluft
menge ist. Diese zu der Ansaugluftmenge proportionale
Sekundärluftmenge wird so voreingestellt, daß das durchschnittliche Luft-Brennstoff-Verhältnis des Abgases der
mit Sekundärluftzufuhr und der ohne Sekundärluftzufuhr erzeugten Abgase in die gestrichelte Fläche von Fig. 1 fällt.
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gebende Luft-Brennstoff-Verhältnis des Abgases größer als
das stöchiometrische Verhältnis.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung im dritten Ausführungsbeispiel mit dem vorbeschriebenen Aufbau ist wie
folgt. Die Vorrichtung benützt das Pulsieren des Gegendruckes der Maschine 100; da das erste Abgaskriimmerteil
102a, in das die Einführdüse 114 mündet, mit dem ersten und vierten Zylinder C. und C4 verbunden ist, deren Zünd
zeiten um 360° gegeneinander verschoben sind, und weil der
vierte Zylinder C4 einen Verdichtungstakt hat, wenn der
erste Zylinder C1 einen Ausstoßtakt hat, wird der Gegendruck in dem ersten Abgaskrümmerteil 102a während des Ansaug- und Arbeitstaktes des vierten Zylinders C4 kleiner
und folglich Sekundärluft jeweils während des Ansaug- und Arbeitstaktes aus der Einführdüse 114 in den ersten Abgaskrümmerteil 102a auf der Seite des vierten Zylinders C4
eingeführt. Die Abgase aus dem vierten Zylinder C4 werden
durch die eingeführte Sekundärluft verdünnt, und die der
maßen verdünnten Abgase (λ>
1) mit den Abgasen (X < 1) aus dem ersten Zylinder C. vereint und dann in die erste
Abgasleitung 107a der geteilten Abgasleitung 107 eingeführt. Die durchgeführten Versuche zeigten, daß sich die Größe des
Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Abgases bezüglich des
stöchiometrischen Verhältnisses am Einlaß der ersten Abgasleitung 107a wie in Fig. 22a verändert; es nimmt eine
schwingungsartige Form mit einer Periode an, die einem Zyklus (Ansaugen - Verdichten - Arbeiten - Ausstoßen) der
Maschine 100 entspricht. Die Abgase mit dem sich schwingungs
artig verändernden Luft-Brennstoff-Verhältnis werden beim
Durchströmen der ersten Abgasleitung 107a grob durchmischt und das sich ergebende durchschnittliche Luft-Brennstoff-Verhältnis des Abgases ist größer als das stöchiometrische
Verhältnis ( λ = 1). Dies resultiert aus der Tatsache, daß
wie vorstehend erwähnt die Zufuhr von Sekundärluft so einge-
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stellt ist, daß das durchschnittliche Luft-Brennstoff-Verhältnis
des Abgases am Einlaß des Dreiwegekatalysators 108 sich dem stöchiometrischen Verhältnis annähert. Die
erste Abgasleitung 107a, durch die die Abgase mit dem relativ großen durchschnittlichen Luft-Brennstoff-Verhältnis
des Abgases strömen, und die zweite Abgasleitung 107b, durch die die Abgase mit dem relativ kleinen durchschnittlichen
Abgas-Luft-Brennstoff-Verhältnis strömen, treffen einander an einer Stelle vor dem Einlaß des Dreiwegekatalysators
108. Die durchgeführten Versuche zeigten ferner, daß die Größe des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
der in den Dreiwegekatalysator 108 strömenden Abgase bezüglich des stöchiometrischen Verhältnisses wie in Fig. 22b
gezeigt variiert, wobei die Änderung eine schwingungsartige Form mit einer Periode hat, die einem halben Zyklus der
Maschine 100 entspricht.
In dem dritten Ausführungsbeispiel wird Sekundärluft nur auf der Seite des vierten Zylinders C4 in das erste
Abgaskrümmerteil 102a eingeführt; dies ist nicht unbedingt notwendig, es ist vielmehr möglich, das Luft-Brennstoff-Verhältnis
der Abgase am Einlaß des Dreiwegekatalysators 108 schwingungsförmig mit einer Periode zu ändern, die einem
halben Zyklus der Maschine 100 entspricht, wie im Falle des dritten Ausführungsbeispieles, indem Sekundärluft in
irgendeinen der vier Zylinder oder in die zwei Zylinder eingeführt wird, die mit dem einen oder dem anderen Abgaskrümmerteil
102a oder 102b verbunden sind.
Bei Verwendung eines geteilten Abgaskrümmers mit zwei Abgaskrümmerteilen, die jeweils mit einem Zylinderpaar
verbunden sind, deren Zündzeiten um 180° gegeneinander verschoben sind, kann Sekundärluft ferner nur in einen der
vier Zylinder oder in die zwei Zylinder eingeführt werden, die mit dem einen oder dem anderen Abgaskrümmerteil ver-
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bunden sind, so daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis der
Abgase am Einlaß des Dreiwegekatalysators 108 schwingungsartig mit einer Periode variiert , die einem Zyklus der
Maschine 100 entspricht; hierdurch sind die gleichen Aus-Wirkungen wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel erzielbar.
Als nächstes wir das in Fig. 23 gezeigte vierte Ausführungsbeispiel beschriebenϊ Dieses Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem dritten dadurch, daß die Luft
pumpe 111 durch ein in die Luftleitung eingesetztes Klappen
oder Zungenventil 116 ersetzt ist, daß die Austrittsleitung 115 mit einer Faltenmanschette 149 geschlossen ist und daß
ein Sekundärluft-Steuerventil 330 vom Drosselklappentyp in der Luftleitung angeordnet ist. Bei diesem Aufbau öffnet
das Zungenventil 116 mit einer relativ dünnen Metallzunge
und ermöglicht das Strömen von Sekundärluft nur dann, wenn in dem ersten Abgaskrümmerteil 102a ein Unterdruck herrscht;
das Sekundärluft-Steuerventil 330 wird durch den Vergleicher 160 und die Betätigungseinrichtung 140 gesteuert, um die
die Sekundärluftmenge proportional der Ansaugluftmenge zu
machen. Da nur dann Sekundärluft zugeführt wird, wenn in dem ersten Abgaskrümmerteil 102a Unterdruck herrscht, verändert sich bei diesem Ausführungsbeispiel das Luft-Brenn-
stoff-Verhältnis der Abgase schwingungsartig und die Frequenz ist die gleiche wie im Falle des dritten AusfUhrungsbeispiels, so daß damit die gleichen Auswirkungen wie bei
dem ersten Ausführungsbeispiel sichergestellt sind.
wird infolge der Tatsache, daß bei Zufuhr von Sekundärluft, wenn diese zugeführt wird, die Sekundärluftzufuhrmenge proportional der Ansaugluftmenge ist und das entstehende Abgas-Luft-Brennstoff-Verhältnis bei den Arbeitsbedingungen der
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Brennstoff-Verhältnis des zugeführten Gemisches auf einen
konstanten Wert voreingestellt ist, so daß als Folge das sich ergebende durchschnittliche Abgas-Luft-Brennstoff-Verhältnis ständig auf einem bestimmten Wert gehalten wird.
Auf diese Weise resultiert eine Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des der Maschine 100 unter gleichbleibenden
und übergangsmäßigen Arbeitsbedingungen zugeführten Gemisches in einer Änderung des durchschnittlichen Abgas-Luft-Brennstoff-Verhältnisses, wodurch der Bereich (der Luft-Brenn-
stoff-Fensterbereich) der durchschnittlichen Abgas-Luft-Brennstoff-Verhältnisse, die eine hohe prozentuale Reinigung aufrechterhalten, wie vorbestehend beschrieben, vergrößert wird, so daß damit der Dreiwegekatalysator ständig
wirksam arbeiten kann, unabhängig von Veränderungen in dem
durchschnittlichen Luft-Brennstoff-Verhältnis des Abgases.
Mit der Erfindung wird somit ein Verfahren zum Betreiben eines Dreiwegekatalysators geschaffen, der ein
Sauerstoffspeichermaterial enthält und der in das Abgassystem einer Brennkraftmaschine eingebaut ist. Für ein wirksames Arbeiten des Dreiwegekatalysators wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis des der Maschine zugeführten Gemisches
fetter als das stöchiometrische Verhältnis eingestellt, und stromauf des Dreiwegekatalysators wird Sekundärluft
intermittierend in das Abgassystem eingeführt, wodurch das Luft-Brennstcff-Verhältnis der dem Dreiwegekatalysator zugeführten
Abgase bezüglich des stöchiometrischen Verhältnisses abwechselnd zur fetten und mageren Seite verändert wird.
Bei einer Brennkraftmaschine mit einem Dreiwegekatalysator
von dem Typ, der in das Abgassystem der !Maschine eingebaut ist und ein Element enthält, das
eine SauerstoffSpeicherkapazität hat (Sauerstoffspeichermaterial)
wird lionii t ein Verfahren zum Betreiben des Dreiwegekal a]ysai ors angegeben, wobei das huft-Brennstof
f-Verhäl tni:; des Luf t-Brennstof f-Gemisches in dem
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Maschinenansaugsystem (d.h. das der Maschine zugeführte Gemisch) kleiner eingestellt wird als das stöchiometrische
Verhältnis, d.h. die Gemischanreicherung wird zur fetten Seite hin eingestellt, und Sekundärluft wird auf
der stromauf gelegenen Seite des Dreiwegekatalysators in das Abgassystem intermittierend mit einer bestimmten
Frequenz eingeführt, so daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis
der Abgase abwechselnd zur fetten und mageren Seite hin variiert, wobei das stöchiometrische Verhältnis
einen Schwellenwert bildet.
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Leerse i t e
Claims (9)
- PatentansprücheV· Verfahren zum Betreiben eines Dreiwegekatalysators im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, wobei der Dreiwegekatalysator ein Sauerstoffspeichermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschine ein Luft-Brennstoff-Gemisch mit einem kleineren Luft-Brennstoff- Verhältnis als dem s töchiome tr i sehen Luft-Brennstoff-Verhältnis für den verwendeten Brennstoff zugeführt und dem Abgassystem der Maschine stromauf des Dreiwegekatalysators Sekundärluft mit einer Frequenz intermittierend zugeführt wird, um damit die Luft-Brennstoff-Verhältnisse der Abgase zur fetten Seite hin, bei der das Luft-Brennstoff-Verhältnis kleiner ist als das stöchiometrische, und zur mageren Seite hin zu verändern, bei der das Luft-Brennstoff-Verhältnis größer ist als das stöchiometrische.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Luft-Brennstoff-Verhältnisse der Abgase ausgehend vom stöchiometrisehen Zustand um gleiche Beträge zur fetten und mageren Seite hin verschoben werden, wobei der Zyklus der Verschiebung zur mageren Seite kürzer ist als derjenige zur fetten Seite.Dresdner Bank (München) KIO. 3939844PoMSdMGk (München) KIo. »70-43-β04- 2 - B 8631
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Zyklus der Verschiebungzur mageren Seite zu demjenigen der fetten Seite 0,45/ 0,55 beträgt.
5 - 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Änderungen der Luft-Brennstoff-Verhältnisse größer als 1 Hz ist.
- 5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Luft-Brennstoff-Verhältnisse der Abgase größer ist als eine Einheit des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zur fetten und mageren Seite hin, ausgehend von dem stöchiometrischen Zustand.
- 6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysatorbett für den Dreiwegekatalysator monolithisch ist.
- 7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Katalysatorbett als Sauerstoffspeichermaterial 20 g/l eines Ceriumoxydes zugefügt wird, wobei die Frequenz der Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses für eine Änderung des Luft-Brennstoff -Verhältnisses im Bereich zwischen 0,5 und 5 Hz liegt.
- 8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Katalysatorbett als Sauerstoffspeichermaterial 10 g/l eines Ceriumoxydes zugefügt wird, wobei die Frequenz der Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zur Änderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in dem Bereich zwischen 5 und 10 Hz liegt. 35- 3'- B 8631
- 9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Intermittierenden Zufuhr von Sekundärluft kontinuierlich Zusatzluft in das Abgassystem stromauf des Dreiwegekatalysators eingeführt wird.
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