ITRM950001A1

ITRM950001A1 - Procedimento per la riduzione delle emissioni di idrocarburi da motori a combustione interna.

Info

Publication number: ITRM950001A1
Application number: IT95RM000001A
Authority: IT
Inventors: Wolfgang Zahn; Gunter Loose; Erwin Strohmer
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1994-01-05
Filing date: 1995-01-02
Publication date: 1996-07-02
Also published as: FR2714696B1; ITRM950001A0; FR2714696A1; US5613359A; GB9500078D0; IT1277300B1; GB2285400B; DE4400202C1; GB2285400A

Abstract

L'invenzione concerne un procedimento per la riduzione delle emissioni di idrocarburi di un motore a combustione interna durante le sue fasi di partenza a freddo, dove in un tubo di scarico del motore a combustione interna è disposto almeno un catalizzatore e in un tubo di cortocircuito del tubo di scarico a monte del catalizzatore è disposto un adsorbitore che adsober idrocarburi al di sotto di una temperatura di deassorbimento e li deassorbe al di sopra della temperatura di deassorbimento. Fra l'altro, al di sotto di una temperatura di reazione del catalizzatore nonché al di sotto della temperatura di deassorbimento, il gas di scarico viene condotto lungo il tubo di cortocircuito e l'adsorbitore e, al di sopra della temperatura di deassorbimento, il tubo di cortocircuito viene chiuso. Per realizzare un procedimento del tipo in questione in modo da poter raggiungere una notevole riduzione dell'emissione di idrocarburi durante tutta la fase di avviamento a freddo di un motore a combustione interna viene proposto, secondo l'invenzione, di disporre, a monte del tubo di cortocircuito, un catalizzatore vicino al motore nel tubo di scarico dove, al raggiungimento della temperatura di reazione del catalizzatore vicino al motore, il tubo di cortocircuito viene chiuso almeno fino al rag

Description

DESCRIZIONE. a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: Procedimento perla riduzione delle emissioni di idrocarburi da motori a combustioneinterna"

L'invenzione concerne un procedimento per la riduzione delle emissioni di idrocarburi da un motore a combustione interna secondo il preambolo della rivendicazione1.

Dal brevetto statunitense US-PS 5 051 244 è già noto un procedimento del tipo in questione per la riduzione delle emissioni di idrocarburi.

In un tubo di scarico di un motore a combustione interna con un catalizzatore, a monte di detto catalizzatore si trova un adsorbitore per l'adsorbimento di idrocarburi, dove detto adsorbitore è disposto in un tubo di cortocircuito del tubo di scarico. Nel punto di sbocco del tubo di cortocircuito dal tubo di scarico è disposta una valvola di commutazione per la regolàzione di un collegamento di flusso tra il tubo di scarico e il tubo di cortocircuito, dove la regola-) zione viene eseguita, fra l'altro, in funzione della temperatura dell'adsorbìtore.

Per quanto riguarda là tecnica anteriore si rimanda ai brevetti DE 3928 760 C2, DE 4205 496 C1, 42 07 005 A1t DE-GM 9003 204, EP 0424 966 A1, EP 0 460 542 A2 e JP 2-135126.

Un inconveniente dei procedimenti noti per 1a riduzione delle emissionidi idrocarburi da motori a combustione interna sta nel fatto che la temperatura di deassorbimento dell'adsorbitore è molto inferiore alla temperatura di reazione del cata lizzatore a valle dell'adsorbitore, ragion per cui in determinati periodi della fase di avviamento a freddo si manifestano emissioni sgraditamente elevate di idrocarburi.

L'invenzione si prefigge il compito di realizzare un procedimento del tipo in questione e un dispositivo per l'esecuzione di questo procedi-· mento tali da poter raggiungere una notevole riduzione dell'emissione di idrocarburi durante tutta la fase di avviamento a freddo di un motore a combustione interna.

Il compito è risolto, secondo l'invenzione, con i particolari indicati nella parte caratterizzante della rivendicazione principale.

Un vantaggio del procedimento secondo la invenzione sta nel fatto che, 1 durante la fase di avviamento a freddo del motore a combustione interna, si può ottenere una riduzione dell'emissione di idrocarburi nettamente migliore di quella dello stato della tecnica.

Un altro vantaggio del procedimento secondo l'invenzione sta nel fatto che, grazie alla disposizione del catalizzatore vicino al motore a monte dell'adsorbìtore nell'adsorbitore giungono idrocarburi molto meno combusti che nel noto procedimento, ragion per cui la capacità di adsorbimento del sorbente è sufficiente anche in presenza di adsorbenti strutturalmente compatti per adsorbire gli idrocarburi incombusti che si ottengono fino al raggiungimento della temperatura di reazione del catalizzatore vicino al motore. Un deassorbimento dell'adsorbitore viene eseguito giusto dopo che il catalizzatore lontano dal motore (catalizzatore di base) ha raggiunto la sua temperatura di reazione.

Sfruttando vantaggiosamente le fasi di funzionamento del motore a combustione interna secondo le rivendicazioni 2 e 3 è possibile ottenere in modo semplice l'ossigeno necessario per il deassorbimento degli idrocarburi dal sorbente dell'adsorbitore.

Un vantaggio dell'esecuzione secondo l'invenzione del dispositivo per l'esecuzione del procedimento secondo le rivendicazioni 7 e 8 sta nel fatto che solo dopo il raggiungimento della temperatura di reazione del catalizzatore vicino al motore si raggiunge anche la temperatura di deassorbimento dell'adsorbitore per cui, durante tutta la fase di partenza a freddo ha luogo o un adsrobimento degli idrocarburi non combusti da parte delll'adsorbitore o la sua trasformazione catalitica nel catalizzatore vicino al motore.

Altre forme di realizzazione e vantaggi dell'invenzione emergono dalle altre rivendicazioni dipendenti e dalla descrizione.

Nel disegno l'invenzione è illustrata più dettagliatamente con riferimento ad un esempio di esecuzione. Esso mostra, in una rappresentazione schematica, un motore a combustione interna 1 con un tubo di scarico 2 in cui è disposto un catalizzatore 3 lontano dal motore (catalizzatore di base) e un catalizzatore 4 vicino al motore.

Tra il catalizzatore 4 vicino al motore e il catalizzatore 3 ad esempio catalizzatore a tre vie) è inserito un tubo di cortocircuito 5 che porta al tubo di scarico 2.

A monte del catalizzatore 3 è disposto, nel tubo di cortocircuito 5 del tubo di scarico 2, un adsorbitore 6 il cui sorbente adsorbe idrocarburi al di sotto di una temperatura di deassorbimento e li deassorbe al di sopra di una temperatura di deassorbimento.

Nel tubo di scarico 2 si trova unavalvola di commutazione 7 e nel tubo dj cortocircuito 5 si trova una valvola di commutazione 8 per la regolazione di un collegamento di flusso tra il tubo di cortocircuito 5 e il tubo di scarico 2.

Il procedimento per la riduzione delle emissioni di idrocarburi del motore a combustione interna 1 durante la sua fase di avviamento a freddo comprende, visto dall'azionamento della chiave di accensione fino a immediatamente dopo il raggiungimento della temperatura di reazione del catalizzatore 3 lontano dal motore, le seguenti fasi operative:

Al di sotto di una temperatura di reazione del catalizzatore 4 vicino al motore, disposto a monte del tubo di cortocircuito 5, nonché al di sotto della temperatura di deassorbimento del1'adsorbìtore 6, il gas di scarico viene condotto attraverso il tubo di cortocircuito 5 e l'adsorbitore 6.

2. Dal momento in cui si raggiunge la temperatura di deassorbimento dell'adsorbitore 6, il tubo di cortocircuito 5 viene chiuso dalla valvola di commutazione 8.

3 .Dalmo mento in cui si raggiunge la temperatura di reazione del catalizzatore 4 vicino al motore, il tubo di cortocircuito 5 viene chiuso almeno fino al raggiungimento della temperatura di reazione del catalizzatore 3 disposto a valle dell'adsorbitore 6.

4. Al di sopra della temperatura di reazione del catalizzatore 3 nonchè al di sopra della temperatura di deass rbimento dell'adsorbitore 6, per il deassorbimento di idrocarburi dal sorbente dell'adsorbente 6, una parte del gas di scarico può essere condotta attraverso il tubo di cortocircuito 5 e l'adsorbitore 6.

Variante 4. A: Il deassorbimento degli idrocarburi viene eseguito durante le fasi di servizio del motore a combustione interna 1 con disinserimento della spinta (nessuna alimentazione di carburante) dove una parte del gas di scarico (in caso di disinserimento della spinta, sostanzialmente aria) viene condotta lungo il tubo di cortocircuito 5 e lo adsorbitore 6.

Variante 4. B: Il motore a combustione interna 1 viene azionato, per il deassorbimento di idrocarburi nell'adsorbitore 6, brevemente con eccesso di aria dove una parte del gas di scarico viene condotta attraverso il tubo di cortocircuito 5 e l'adsorbitore 6

In un tubo di cortocircuito a monte dell'adsorbìtore 6 si può iniettare ariatramiteuntubo di alimentazione separato 13 e una valvola di commutazione 14. Questa aria serve principalmente a regolare una miscela stechiometrica del gas di scarico prima dell'entrata nel catalizzatore 3. Attraverso l'iniezione dell'aria a monte dell'adsorbitore 6, que ta può essere impiegata mediante regolazione opportuna dell'alimentazione dell'aria anche per il deassorbimento di idrocarburi, nell'adsorbitore 6.

La regolazione delle valvoledi commutazione 7 e 8 avviene tramite un dispositivo di valutazione e di regolazione 9 i cui parametri di entrata sono le temperature del catalizzatore 3, del caralizzatore 4 vicino al motore e dell'adsorbitore 6 misurate per mezzo di sensori di temperatura 10, 11 e 12. I sensori di temperatura 10-12 sono collegati tramite conduttori 10', 11' e 12, indicati a tratteggio, con il dispositivo di valutazione e di regolazione 9.

Il sorbente dell'adsorbitone 6 è costituito, in modo in linea di principio noto, da carbone attivo, idruro metallico o ceramica (zeolite) , dove il sorbente, in presenza,di temperature relativamente basse (ad esempio, inferiori a150- 200°C circa, a seconda del sorbente) adsorbe idrocarburi e, a partire da una determinata temperatura di deassorbimento (ad esempio, superiore a 150 - 200°C circa, a seconda del sorbente), deassorbe idrocarburi.

La temperatura di reazione del catalizzatore 3 lontano dal motore e del catalizzatore 4 vicino al motore è intorno a 300°C circa. Grazie alla disposizione del catalizzatore 4 vicina al motore e ad un isolamento del tubo di scarico tra il lato di uscita del motore a combustione interna 1 e il catalizzatore 4, la sua temperatura di reazione viene raggiunta entro 20 - 50 secondi circa dopo l'avviamento, mentre la temperatura di reazione del catalizzatore 3 lontano dal motore viene raggiunta, a seconda del tipo di servizio del motore a combustione interna, giusto nettamente dopo.

Per l'ottenimento di una emissione di idrocarburi più lieve possibile è vantaggioso realizzare il dispositivo per l'esecuzione del procedimento in modo che la temperatura di deassorbimento dell'adsorbitore venga raggiunta giusto al di sopra della temperatura di reazione del catalizzatore 4 vicino al motore, per cui le fasi operative 2 e 3 illustrate sopra coincidono temporalmente per cui, durante la fase di avviamento a freddo, ha luogo o un adsorbìmento o una trasformazione catalitica degli idrocarburi. Siccome la temperatura, di reazione del catalizzatore 4 è 100°C circa (a seconda del sorbente dell‘adsorbitore 6) maggiore della temperatura di deassorbimento dell 'adsorbitore 6, ciò viene raggiunto in quanto il gas di scarico, dopo aver abbandonato il catalizzatore 4 vicino al motore e prima di entrare nell'adsorbitore 6, viene raffreddato in modo che il raggiungimento della temperatura di reazione del catalizzatore 4, la temperatura del gas di scarico nell'adsorbitore 6 è ancora inferiore alla temperatura di deassorbimento di esso. Il raffreddamento del gas di scarico può avvenire o attraverso un tubo di scarico tra il catalizzatore 4 e l'adsorbitore 6 con una lunghezza corrispondente alla quantità di calore da scaricare dal gas di scarico o, in un'altra forma di realizzazione dell'invenzione, tra il catalizzatore 4 e l'adsorbitore 6 è disposto un dispositivo di raffreddamento dei ga di scarico nel tubo di cortocircuito 5 (ad esempio nel tubo di scarico con nervature di raffreddamento).

Per evitare un sovraccarico termico del catalizzatore 4 vicino al motore nel tubo di scarico L2, detto alizzatore é integrabile in modo in linea di principio noto in una scatola a doppio tubo che comprende un tubo interno e un tubo esterno che cinge concentricamente il primo .l lato frontale del lato di entrata della scatola a doppio tubo è collegato tramite una parte a diffusore della scatola con il tubo di scarico in modo che il gas di scarico carichi sia tubo interno sia la sezione trasversalé a forma di anello tra il tubo interno e il tubo esterno. Il lato frontale del lato di scarico della scatola a doppio tubo è collegata tramite una parte ad ugello della scatola con il tubo di scarico. Il catalizzatore 4 si trova tra il tubo interno e il tubo esterno. Fino al raggiungimento della temperatura di reazione del catalizzatore 4, la valvola a farfalla nel tubo interno viene chiusa e il gas di 5carico scorre lungo la parte a forma di anello cilindrico del doppio tubo e quindi lungo il catalizzatore 4. Quando la temperatura di reazione del catalizzatore 3 lontano dal motore è raggiunta, il catalizzatore 4 vicino al motore viene disinserito abbondantemente aprendo la valvola a farfalla, per cui la maggior parte del gas di Scarico percorre la via della minima resistenza . lungo il tubo interno della scatola a doppio tubo e soltanto una piccola parte del gas di Scarico scorre tramite il catalizzatore vicino al motore.

La protezione da sovraccarico termico catalizzatore 4 vicino al motore è raggiungibile quando questo è disposto nel tubo di cortocircuito 5 a monte dell'adsobitore 6. Si deve prestareparticolare attenzione poi ad una sufficiente sottrazione termica ad esempio attraverso un tubo con nervature di raffreddamento tra l'adsorbìtore e il catalizzatore vicino al motore, in presenza di temperature del catalizzatore superiori alla temperatura di deassorbimento dell'adsorbitore.

In un'altra forma di realizzazione dell'invenzione, al posto delle due valvole di commutazione 6 e 7 si può disporre anche un'unica valvola di commutazione nel punto di sbocco del tubo di cortocircuito 5 e del tubo di scarico 2

Claims

RIVENDICAZIONI 1 .P rocedimento per la riduzione delle emissioni di idrocarburi durante una fase di avviamento a freddo di un motore a combustione interna con elmeno un catalizzatore e un adsorbitore con un sorbente che adsorbe gli idrocarburi al di sotto di una tem peratura di deassorbimento e li deassorbe al di sopra della temperatura di deassorbimento, dove l'adsorbìtore è disposto a monte del catalizzatore in un tubo di cortocircuito di un tubo di scarico con almeno una valvola di commutazione per la regolazione di un collegamento di flusso tra il tubo di cortocircuito e il tubo di scarico, dove al di sotto di una temperatura di reazione del catalizzatore nonché al di sotto della temperatura di deassorbimento, il gas di scarico è conducibile attraverso il tubo di cortocircuito e l‘adsorbìtore, - al di sotto della temperatura di reazione del catalizzatore nonché al di sopra della temperatura di deassorbimento, il tubo di cortocircuito viene chiùso e - al di sopra della temperatura di reazione del catalizzatore nonché al di sopra della temperatura di deassorbimento, almeno una parte del gas di scarico è conducibile attraverso il tubo di cortocir cuito e l'adsorbìtore per il deassorbimento degli idrocarburi, caratterizzato da un catalizzatore (4) vicino al motore, disposto a monte del tubo di cortocircuito (5), nel tubo di scarico {2) dove, quando si raggiunge la temperatura di reazione del catalizzatore { vicino al motore, il tubo di cortocircuito (5) viene chiuso almeno fino al raggiungimento della temperatura di reazione del catalizzatore (3) disposto a valle dell'adsorbitone (6) 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il deassorbimento di idrocarburi durante le fasi di servizio del motore a combustione interna (1) viene eseguito con disinserimento della spinta. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il motore a combustione interna (1) viene azionato, per il deassorbimento di idrocarburi nell'adsorbitone (6), brevemente con eccesso di aria. 4. Dispositivo per l'esecuzione del procedimento secondo la rivendicazione 1, dove il dispositivo comprende almeno un catalizzatore e un adsorbitore con un sorbente che adsorbe gli idrocarburi al di sotto di una temperatura di deassorbimento e li deassorbe al di sopra delia temperatura di deassorbimen to, dove l'adsorbotore è disposto a monte del catalizzatore in un tubo di cortocircuito di un tubo di scarico con almeno una valvola di commutazione per la regolazione di un collegamento di flusso tra il tubo di cortocircuito e il tubo di scarico, carette rizzato da un catalizzatore (4) vicino al motore, disposto a monte del tubo di cortocircuito (5), nel tubo di scarico (2). 5, Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che le valvole di commutazine (7, 8) sono regolabili, nel tubo di scarico (2) e nel tubo di cortocircuito (5), tramite un dispositivo di valutazione e di regolazione (9). 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal datto che il catalizzatore (3) lontanoal motore, il catalizzatore (4) vicino al motore e l'adsorbitore (6) presentano di volta in volta un sensore di temperatura (10, 11, 12), dove i segnali di misura dei sensori di temperatura (10, 11, 12) sono segnali di entrata del dispositivo di valutazione e di regolazione (9). 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che per la sottrazione termica dal gas di scarico, la lunghezza del tubo di scarico (2) tra l’adsorbitore (6) e il catalizzatore (4) vicino al motore è adattata in modo che al raggiungimento della temperatura di reazione delicatalizzatore(4) vicino al motore, la temperatura dei gas di scarico prima dell'adsorbitore (6) è ancora inferiore alla temperatura di deassorbimento. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che nel tubo di cortocircuito (5) è disposto, a monte delladsorbitone (6), un dispositivo di raffreddamente dei gas di scarico. 9. Dispositivo seconda la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che in un tubo di alimentazione (13) dell'aria che sbocca a monte dell‘adsorbitore (6) nel tubo di cortocircuito (5) è disposta una valvola di commutazione (14) regolabile tramite il dispositivo di valutazione e di regolazione (9). 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il catalizzatore (4) vicino al motore è disposto nel tubo di cortocircuito (5) a monte dell'adsorbìtore (6).