Druckwellenmaschine

Abstract

 Zur Verbesserung der katalytischen Effekte für die Abgase bei mittels Druckwellenmaschinen aufgeladenen Verbrennungsmotoren wird vorgeschlagen, die Zellen 2 des Zellenrades 1 mit einem bekannten Katalysator-Material 4 zu beschichten.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasdynamische Druckwellenmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches.

[0002] Zur Abgasentgiftung werden sowohl bei Otto-, als auch bei Dieselmotoren im Abgassystem Katalysatoren verwendet. Diese bestehen bei Ottomotoren aus mit Katalysatormaterialien, beispielsweise Platinpulver, beschichteten Keramikfiltern. Dadurch werden die Emissionen von Schadstoffen in den Abgasen, wie Kohlenmonoxyd, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxyde verringert. Die gebräuchlichsten Abgaskatalysatoren sind sogenannte Dreiwegkatalysatoren, d.h. NO wird zu N₂ reduziert, CO wird zu C0₂ oxydiert, wobei der Sauerstoff aus NO in diese Verbindung überführt wird, und es werden die Kohlenwasserstoffe oxydiert. Diese Katalysatoren arbeiten bei Lambdawerten, d.h. bei Luftüberschusswerten von 1^± 0.02. Zur entsprechenden Gemischeinstellung auf diesen Wert ist eine Lambda-Sonde erforderlich.

[0003] Für Dieselmotoren werden ähnliche Katalysatoren verwendet, wobei ebenfalls keramische oder metallische Trägermaterialien angewendet werden. Jedoch ist beim Dieselmotor die Aufgabenstellung eine reine Oxydation, weil wegen des Luftüberschusses eine Reduktion nicht möglich ist. Beim Dieselmotor hat ein Katalysator also die Aufgabe, Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoffe und Russ zu verbrennen. Daneben werden bei Dieselmotoren zwecks Reduzierung des Russanstosses Russpartikelfilter verwendet, wobei diese ebenfalls katalytisch beschichtet sein können, um die Zündtemperatur des angesammelten Russes herabzusetzen und damit die Russpartikel zu verbrennen. Damit kann dann eine Filterregenerierung erzielt werden. Gleichzeitig wird auch die Abgasemission damit günstig beeinflusst.

[0004] Bei der Aufladung eines Ottomotors durch einen gasdynamischen Druckwellenlader muss der Dreiweg-Katalysator auf der Hochdruckseite angeordnet sein, da infolge der Spülung des Zellenrades des Druckwellenladers der Luft- überschuss im Niederdruck-Auspuff sehr hohe Werte erreichen kann und somit die Bedingung für den Lambdawert l^Z 0,02 nicht zu erfüllen ist. Weiterhin steigt bei der Anordnung des Katalysators im Niederdruck-Auspuff dessen Gegendruck stark an, so dass damit eine ausreichende Spülung der Zellen des Zellenrades nicht sichergestellt wäre.

[0005] Es ist Aufgabe der im Patentanspruch gekennzeichneten Erfindung, ein Zellenrad für einen Druckwellenlader zu schaffen, welcher auch bei erhöhten Kriterien betreffend Senkung der Abgasemissionen betrieben werden kann, indem er die Oxydationswirkung eines Katalysators ausübt.

[0006] Durch das Beschichten der dem Luft- und Gasstrom ausgesetzten Zellenoberflächen des Zellenrades mit einem Katalysatormaterial kann das Aufladeaggregat bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen zusätzlich die Funktion eines Katalysators zur Abgasentgiftung erfüllen. Es kann die Oxydationswirkung alleine oder zusätzlich zu einem herkömmlichen Katalysator übernehmen.

[0007] Die Dreiweg-Katalytwirkung im Zellenrotor ist nicht möglich, die Reduzierung von NO zu N₂ ist wegen des Luftüberschusses nicht möglich. Die Katalytwirkung des Rotors genügt aber den Oxydationsforderungen des Dieselmotors; beim Ottomotor genügt sie bloss den reinen Oxydationsforderungen.

[0008] Gegenüber einem herkömmlichen statischen Katalysator hat dieser dynamische Zellenrotor-Katalysator die folgenden Vorteile:

- Die in der Druckwellenmaschine neben der Ladeluft geförderte Spülluft, welche auf die Gasseite des Zellenrades und von dort in den Auspuff überspült wird, weist einen hohen Sauerstoffgehalt auf, wodurch gegenüber dem herkömmlichen angebrachten Katalysator die Reaktion verstärkt wird.

- Weiterhin werden die Gasmassen im Zellenrad der Druckwellen einer starken Turbulenz und - bedingt durch den Druckwellenprozess - einer langen Verweilzeit in den Zellen unterworfen, wodurch der Kontakt zwischen dem Katalysator und dem Gas verbessert und die Katalysator-Wirksamkeit erhöht wird. Dabei wird die strömungstechnische Funktion des Zellenrades nicht beeinträchtigt.

- In den Rotorzellen herrscht zudem ein starkes Fliehkraftfeld, so dass sich der Rotor der Druckwellenmaschine auch als Partikelfänger auszeichnet. Zusammen mit der katalytischen Beschichtung und der damit verbundenen Herabsetzung der Entzündungstemperatur für Russ kommt es bereits im Zellenrotor zum Abbrennen des angesammelten Russes.

[0009] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.

[0010] Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Frontansicht eines metallischen Zellenrades mit Katalysatormaterial-Beschichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht eines Keramikzellenrades mit Katalysatormaterial-Beschichtung.

[0011] Was den Aufbau und die Funktionsweise einer Druckwellenmaschine betrifft, so wird auf die Druckschrift Nr. CH-T 123 143 D der Anmelderin verwiesen.

[0012] Gemäss Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 die Nabe des Zellenrades einer Druckwellenmaschine bezeichnet, das aus einzelnen, den Luft- und Gasstrom führenden Zellen 2 gebildet ist, die aussen von einem Mantel 3 umhüllt sind. Die von Abgas und Luft umstrichenen Oberflächen der einzelnen Zellen 2 sind mit einem an sich bekannten Katalysator-Material 4, beispielsweise Platin oder Rhodium beschichtet. In üblicher Weise wird auf dem Metallrotor eine Oberflächen-vergrössernde keramische Unterschicht aufgetragen, auf welche dann das eigentliche Katalyt-Material aufgebracht wird. Die Oberflächenvergrösserung kann zusätzlich durch Erhöhung der Zellenzahl und/oder der Flutenzahl_.des Rotors erfolgen.

[0013] Bei einer Ausführung des Zellenrades 1 nach der Fig. 2 besteht dieses aus einem Keramikmaterial. Das Aufspritzen des Katalysatormaterials 4 auf die Keramikzellen 2 kann entweder vor dem Brennen des Zellenrades 1 oder erst nach dem Brennvorgang in einem zusätzlichen Arbeitsgang erfolgen.

[0014] Da die Eindringtiefe der Abgase in das Zellenrad 1 nur über einen Teil der axialen Länge derselben erfolgt, ist eine örtlich begrenzte Beschichtung der Zellen 2 bzw. Beimischung von Katalysator-Material 4 zum Material des Zellenrades 1 möglich. Bei einer derartigen Ausbildung können erhebliche Kostenreduktionen erzielt werden.

Ansprüche

Gasdynamische Druckwellenmaschine zur Aufladung von Verbrennungskraftmaschinen, im wesentlichen bestehend aus einem Statorgehäuse mit einem darin angeordneten, aus einzelnen Zellen (2) gebildeten Zellenrad, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die dem Gasstrom ausgesetzten Oberflächen der einzelnen Zellen (2) des Zellenrades (1) einen aus Katalysator-Material (4) bestehenden Ueberzug aufweisen.

Zeichnung