DE102009032086A1

DE102009032086A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung

Info

Publication number: DE102009032086A1
Application number: DE102009032086A
Authority: DE
Inventors: Gerald Dipl.-Ing.(FH) Büchler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung (1) für Kraftfahrzeugverbrennungsmaschinen, wobei die Katalysatorvorrichtung (1) ein Gehäuse (1') umfasst, in dem ein monolithischer Katalysatorblock (2) angeordnet ist, der aus einer Vielzahl zylindrischer, parallel zueinander angeordneter Strömungskanäle besteht, und wobei das Gehäuse (1') an einem ersten Ende einen Abgas-Einlassstutzen (3) und an einem von dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende einen Abgas-Auslassstutzen (4) aufweist, wobei ein Abgas-Flusspfad (a) von dem Abgas-Einlassstutzen (3) in das Gehäuse (1') und durch Katalysatorblock (2) über den Abgas-Auslassstutzen (4) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abgas-Einlassstutzen (3) ein erster Deckel (5) angeordnet ist, der geeignet ist, den Abgas-Einlassstutzen (3) während eines Reinigungsvorgangs druckdicht zu verschließen und wobei an dem Abgas-Auslassstutzen (4) ein zweiter Deckel (6) angeordnet ist, der geeignet ist, den Abgas-Auslassstutzen (4) während des Reinigungsvorgangs druckdicht zu verschließen, und wobei eine mit einer Druckluftquelle verbindbare Druckluftzuführ-Vorrichtung (7, 7') an dem zweiten Deckel (6) angeordnet ist, um einen Druckluft-Flusspfad (b) dem Abgas-Flusspfad (a) entgegen gerichtet von der Druckluftquelle über die Druckluftzuführ-Vorrichtung (7, 7') in den monolithischen Katalysatorblock (2) bereitzustellen. Ferner wird ein entsprechendes Reinigungsverfahren ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung für Kraftfahrzeugverbrennungsmaschinen und auf das entsprechende Reinigungsverfahren.
Ehe bei der Verbrennung von Verbrennungsmaschinen in Kraftfahrzeugen die Abgase aus der Maschine in die Umwelt entlassen werden, sollen die Abgase einer möglichst geeigneten und umfassenden Reinigung unterzogen werden. Dazu gehören Filter- und Katalysevorgänge. Die zur Reinigung eingesetzten Vorrichtungen unterliegen der Verschmutzung und müssen daher regelmäßig ausgetauscht oder regeneriert werden.
Die Regeneration von Filtervorrichtungen wie beispielsweise von Partikelfiltern wie Rußfiltern, durch die im Betrieb der Brennkraftmaschine die Abgase strömen, wird in der DE 10 312 995 A1 beschrieben. Dort soll das Partikelfilter von nicht brennbaren Ablagerungen befreit werden, um den durch Verschmutzung zunehmenden Durchströmungswiderstand zu reduzieren. Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst, indem das Partikelfilter mit einem pneumatischen Druckstoß rückgespült wird.
Auch die US 5,253,476 adressiert das Problem der Reinigung von Filtersystemen, insbesondere von Filtersystemen, in denen bei der Dieselverbrennung anfallende Partikel und aromatische Kohlenwasserstoffablagerungen anfallen. Dazu wird eine Fangvorrichtung für Ruß und weitere Partikel offenbart, die mit einer Abfallvorrichtung gekoppelt ist, und die ein Überführen der aufgefangenen unerwünschten Partikel durch Erzeugen eines Luftströmungspfades in die Abfallvorrichtung ermöglicht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, eine verbesserte Reinigung für Katalysatorvorrichtungen von Kraftfahrzeugverbrennungsmaschinen bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Die weitere Aufgabe der Bereitstellung eines Verfahrens zur Reinigung solcher Katalysatorvorrichtungen wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung für Kraftfahrzeugverbrennungsmaschinen bezieht sich auf eine Katalysatorvorrichtung, die in einem Gehäuse untergebracht ist. Der Katalysator kann ein monolithischer Block sein. Derartige monolithische Katalysatorblöcke sind bekannt und können als poröse Keramikblöcke ausgeführt werden, die eine Vielzahl parallel zu einer Längsachse des Katalysators verlaufender Kanäle aufweisen. Das Gehäuse, das diesen Block umgibt, weist an dem einen Ende einen Einlassstutzen für Abgas und an dem anderen Ende einen Auslassstutzen für Abgas auf. Die „Enden” beziehen sich darauf, dass die Katalysatorstruktur derart in das Gehäuse eingebettet ist, dass die Längsachse des Gehäuses gleich ausgerichtet ist wie die Kanäle des Monolith-Blocks, so dass das Abgas an einem Ende des Gehäuses in dieses und nachfolgend in den Katalysatorblock eintritt und das Gehäuse über das entsprechende zweite Ende verlässt.
Folglich wird ein Abgasflusspfad von dem Abgaseinlassstutzen über den Katalysatorblock und den Abgasauslassstutzen bereitgestellt.
Erfindungsgemäß wird nun eine einfache und geschickte Reinigungsvorrichtung geschaffen, indem sowohl der Einlass- als auch der Auslassstutzen mit einem druckdichten und gasdichten Deckel versehen werden, wobei der eine Deckel, an dem üblicher Weise das Abgas austritt, mit einer Druckluftzuführvorrichtung versehen ist. So kann über die Druckluftzuführvorrichtung, die entsprechend mit einer Druckluftquelle verbunden ist, Druckluft auf einfache Weise entgegen dem üblichen Abgasfließpfad in das Gehäuse hinein und durch den Katalysator strömen gelassen werden. Dabei baut sich ein Druck im Gehäuse auf, und an dem Monolithen anhaftende Partikel, wie sie beispielsweise Ruß, Filz, Staub, Ablagerungen, aber auch Flüssigkeiten, wie AdBlue^® dessen Kristallisationsprodukte bereitstellen, werden abgerissen, wenn der aufgebaute Druck spontan durch das Lösen des zweiten Deckels, der den Abgaseinlassstutzen verschließt, da der zuvor aufgebaute Druck, der sofort vollständig abgelassen wird, eine Druckwelle erzeugt, die die anhaftenden Partikel mitreißt und abtransportiert
Damit stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Reinigung monolithischer Katalysatoren bereit, die es erlaubt, auf einfachste Weise und zu beliebigen Zeitpunkten bei zur Verfügung Stehen einer Druckluftquelle das Reinigungsverfahren zu ermöglichen. Damit erübrigt sich ein Austausch der Katalysatoren, was vorteilhaft zu einer Verringerung der Wartungskosten des Kraftfahrzeugs führt. Schließlich ist es auch erlässlich, für das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren, das mit der vorgenannten Vorrichtung ausführbar ist, eine Werkstatt aufzusuchen, da lediglich das Vorhandensein der Druckluftquelle gegeben sein muss.
Um zugleich ein ideales Abdichten des Deckels über dem Abgaseinlassstutzen zu ermöglichen, der in der Folge nach Aufbau des Drucks spontan und rasch zu öffnen sein sollte, kann der Deckel über einen Flansch an dem Abgaseinlassstutzen angebracht sein, wobei der Deckel eine schlitzförmige Ausnehmung aufweist und der Flansch einen hervorstehenden Stift umfasst. Der Deckel wird nunmehr über einen zweiten Stift drehbar an dem Flansch gelagert und kann auf einfache Weise über die Einlassöffnung geschoben werden. Dabei greift die Ausnehmung, die sich in das Innere des Deckels erstreckt und eine Schlitzform aufweist, über den von dem Flansch hervorstehenden Stift, und es wird ein festlegender Eingriff bereitgestellt.
Dieser Eingriff kann weiter verbessert werden, indem sowohl der Stift, an dem der Deckel drehbar in der Einlassöffnungsebene gelagert ist, und der zweite Stift, der zum Eingriff mit dem schwenk- oder drehbaren Deckel vorgesehen ist, an der von der Einlassöffnungsebene weg weisenden Seite jeweils ein Außengewinde aufweisen, auf das eine Schraubkappe aufgesetzt werden kann, die entsprechend ein Innengewinde hat. Durch Eindrehen der Schraubkappe auf den Stift wird somit der Deckel durch Anziehen drucksicher auf dem Flansch befestigt. Diese Anordnung ist insbesondere deswegen besonders geeignet, da durch das Bereitstellen der Schlitzausnehmung des Deckels mit dem Stift des Flansches ein Halten des Deckels auch dann gewährleistet ist, wenn die Schraubkappen vorgelöst werden, so dass es zum spontanen Druckabfall lediglich ein spontanes Lösen der schlitzförmigen Ausnehmung von dem Stift braucht.
Um den im Gehäuse vorliegenden Druck zu kontrollieren, kann an einem der beiden Deckel, vorzugsweise an dem Deckel, der über die Druckluftzuführvorrichtung mit der Druckluftquelle verbunden ist, ein Manometer verbunden sein.
So erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung das Ausführen eines Verfahrens zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Reini gungsvorrichtung, indem zunächst der an dem Abgasauslassstutzen vorgesehene Deckel druckdicht verschlossen wird und indem der an dem Abgaseinlassstutzen angeordnete ebenfalls druckdicht verschlossen wird, ehe das Gehäuse der Katalysatorvorrichtung über die mit der Druckluftquelle verbundene Druckluftzuführvorrichtung, die an dem zweiten Deckel angeordnet ist, mit Druckluft beaufschlagt wird, wobei das einströmen Lassen der Druckluft entlang dem Druckluftflusspfad von der Druckluftquelle über die Druckluftzuführvorrichtung in den monolithischen Katalysatorblock zum Aufbau eines Luftdrucks führt.
Durch spontanes, vollständiges Lösen des ersten Deckels, der auf dem Abgaseinlassstutzen sitzt, wird Druckluft ausgelassen und reißt dabei eine Vielzahl von Anhaftungen mit, die in dem monolithischen Katalysatorblock Verschmutzung herbeigeführt haben. Die gelösten Schmutzpartikel werden durch den Abgaseinlassstutzen aus dem Gehäuse transportiert.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt, wobei der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung der Unterstützung des Verständnisses des Gegenstands dient. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1a eine schematische Seitenansicht eines Gehäuses eines monolithischen Katalysators mit eingezeichnetem Abgas-Flusspfad und Druckluft-Flusspfad,
1b die Ansicht des Katalysatorgehäuses aus 1a, wobei die erfindungsgemäßen Verschlussdeckel der Abgasein- und Auslassstutzen gezeigt sind,
2 eine perspektivische Draufsicht auf einen auf den Abgasauslassstutzen einer Katalysatorvorrichtung aufgesetzten Deckel mit Druckluftzuführvorrichtung,
3a eine perspektivische Draufsicht auf einen an dem Katalysatorvorrichtungs-Gehäuse vorliegenden Abgaseinlassstutzen mit verschlossenem Deckel,
3b den Gegenstand aus 3a mit bei Seite geschwenktem Deckel.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung für Kraftfahrzeugverbrennungsmaschinen, wobei vorliegend unter der Ka talysatorvorrichtung ein monolithischer Katalysatorblock zu verstehen ist, wie er in 1a gezeigt ist:
Der monolithische Katalysatorblock 2 ist an einem Gehäuse 1' angeordnet und weist eine Vielzahl kleiner, parallel zur Längsachse des Gehäuses 1' angeordneter Kanäle auf, durch die das in Abgaseinlass 3 eintretende Gas zur katalytischen Reinigung geführt wird, und weiter einem Abgasflusspfad a folgend, durch den Abgasauslass strömt, um das Gehäuse 1' wieder zu verlassen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dem Abgasflusspfad einen Druckluftflusspfad entgegen zu richten, wie durch die Pfeile a, b gezeigt ist.
Weiter beruht das erfindungsgemäße Verfahren darauf, dass das Katalysatorgehäuse 1' abschließbar ist; so dass in der Monolithstruktur des Katalysators ein Druckluft-Überdruck erzeugt werden kann, der durch spontanes Ablassen einer Art „Schockwelle” erzeugt und dabei anhaftende Partikel, aber auch anhaftende Flüssigkeiten mitreißt und diese aus der Monolithstruktur und folglich aus dem Katalysatorgehäuse abführt.
Die abgeführten Partikel verlassen das Gehäuse aufgrund der umgekehrten Flusspfadrichtung durch den Abgaseinlass 3. Die zu beseitigenden Fremdkörper können Ruß, Filz oder Staub sein, aber auch Schwefel, Phosphat oder andere Ablagerungen, auch Flüssigkeiten wie Brennstoffzusätze, beispielsweise AdBlue^® können störend anhaften. Weitere Fremdkörper können Niederschläge von AdBlue^®, Kraftstoffablagerungen, Biodiesel, FAME, Öle oder weitere fluide Komponenten sein. Diese verstopfen die Waben der Monolithstruktur und setzen die Wirkweise und den Durchsatz herab. Die Leistung der Antriebsmaschine wird hierdurch vermindert, und der Kraftstoffverbrauch steigt.
Damit eine günstige Reinigung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden kann, ist es nunmehr vorgesehen, wie in 1a gezeigt, den Einlassstutzen 3 mit einem ersten Deckel 5 und den Auslassstutzen 4 mit einem zweiten Deckel 6 zu versehen.
Der erste Deckel 5 ist geeignet, den Abgaseinlassstutzen während eines Reinigungsvorgangs druckdicht zu verschließen. Der Abgasauslassstutzen 4, der mit dem zweiten Deckel 6 verschließbar ist, erlaubt über den zweiten Deckel 6, der eine Druckluftzuführvorrichtung aufweist, die Bereitstellung eines Druckluftflusspfades. Die Druckluftzuführ vorrichtung kann einen Aufnahmestutzen 7 für einen Druckluftschlauch 7' umfassen, der wiederum mit einer Druckluftquelle, vorliegend nicht gezeigt, verbunden werden kann.
Ein Druckluftflusspfad b wird somit dem Abgasflusspfad a entgegen gerichtet erzeugt. Um den gewünschten Druckaufbau in dem Gehäuse 1' der Katalysatorvorrichtung 1 zu erzeugen und um zugleich den bereit gestellten Druck zu überprüfen, kann der zweite Deckel 6, der den Stutzen 7 und den Druckluftschlauch 7' als Druckluftzuführvorrichtungen aufnimmt, gemäß 2 auch ein Manometer 8 aufweisen.
3a hingegen zeigt den Abgaseinlassstutzen 3, der vorliegend als Krümmer 9 an dem Gehäuse 1' vorliegt. Der Krümmer 9 mündet in einen Flansch 5', auf dem der Deckel 5 sitzt. Die Befestigung des Deckels 5, der in 3a im verschlossenen Zustand gezeigt ist, umfasst, wie aus 3b deutlich wird, einen in dem Flansch 5' verankerten Stift 12, der gerade mit einer schlitzförmigen Ausnehmung 12' in dem Deckel 5 korrespondiert. Der Deckel 5 ist über einen Stift 11 in der Einlassöffnungsebene drehbar gelagert, so dass nun die schlitzförmige Ausnehmung 12' mit dem Stift 12 in festlegenden Eingriff kommt, wenn der Deckel 5 zum Verschließen geschwenkt wird. Um darüber hinaus den Deckel druck- und luftdicht an dem Flansch 5' festzulegen, können die sich aus der Einlassöffnungsebene nach oben erstreckenden Stifte 12 und 11 an ihren nach oben ragenden Enden mit einem Außengewinde versehen sein, auf das entsprechende Schraubkappen 13, 13' aufgesetzt werden können. Nunmehr wird der Deckel 5 über den Flansch 5' verschließend eingeschwenkt, so können die Schraubkappen 13' und 13 zugeschraubt werden, wodurch der Deckel 5 auf dem Flansch angedrückt wird.
Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden entsprechend zunächst die über den Ein- und Auslassstutzen vorliegenden Deckel geschlossen, dann wird das Gehäuse mit Druckluft beaufschlagt und es wird ein Druck in dem Monolithen aufgebaut. Nun kann durch Vorlösen der Schraubkappen das spontane vollständige Lösen des Deckels, der den Abgaseinlassstutzen verschließt, vorbereitet werden, so dass unmittelbar mit der Ausführung des spontanen vollständigen Lösens eine Schockwelle entsteht, die die zu lösenden Partikel aus dem Monolithen mit Struktur reißt und diese über den Abgaseinlassstutzen abführt. So wird eine günstige, zuverlässige und überall ausführbare Reinigung monolithischer Katalysatorstrukturen geschaffen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10312995 A1 [0003]
- US 5253476 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung (1) für Kraftfahrzeugverbrennungsmaschinen, wobei die Katalysatorvorrichtung (1) ein Gehäuse (1') umfasst, in dem ein monolithischer Katalysatorblock (2) angeordnet ist, der aus einer Vielzahl zylindrischer, parallel zueinander angeordneter Strömungskanäle besteht, und wobei das Gehäuse (1') an einem ersten Ende einen Abgas-Einlassstutzen (3) und an einem von dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende einen Abgas-Auslassstutzen (4) aufweist, wobei ein Abgas-Flusspfad (a) von dem Abgas-Einlassstutzen (3) in das Gehäuse (1') und durch Katalysatorblock (2) über den Abgas-Auslassstutzen (4) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – an dem Abgas-Einlassstutzen (3) ein erster Deckel (5) angeordnet ist, der geeignet ist, den Abgas-Einlassstutzen (3) während eines Reinigungsvorgangs druckdicht zu verschließen, – an dem Abgas-Auslassstutzen (4) ein zweiter Deckel (6) angeordnet ist, der geeignet ist, den Abgas-Auslassstutzen (4) während des Reinigungsvorgangs druckdicht zu verschließen, und wobei eine mit einer Druckluftquelle verbindbare Druckluftzufuhr-Vorrichtung (7, 7') an dem zweiten Deckel (6) angeordnet ist, um einen Druckluft-Flusspfad (b) dem Abgas-Flusspfad (a) entgegen gerichtet von der Druckluftquelle über die Druckluftzufuhr-Vorrichtung (7, 7') in den monolithischen Katalysatorblock (2) bereitzustellen.
Vorrichtung zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Deckel (5) über einen Flansch (5') an dem Abgas-Einlassstutzen (3) angeordnet ist, wobei der erste Deckel (5) eine sich von seinem äußeren Umfang nach innen erstreckende schlitzförmige Ausnehmung (12') aufweist und mittels eines ersten Stiftes (11) entlang einer Einlass-Öffnungsebene schwenkbar an dem Flansch (5') festgelegt ist, wobei sich von dem Flansch (5') ein zweiter Stift (12) von der Einlass-Öffnungsebene nach oben weg erstreckt, der bei einer Verschlussposition des Deckels (5) über dem Flansch (5') mit der schlitzförmige Ausnehmung (12') in Eingriff bringbar ist.
Vorrichtung zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stift (11) und/oder der zweite Stift (12) an einem von der Einlass-Öffnungsebene weg weisenden Ende ein Außengewinde aufweisen, das mit einer Schraubkappe (13, 13'), die ein korrespondierendes Innengewinde aufweist, in Eingriff bring bar ist.
Vorrichtung zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Deckel (6) ein Manometer angeordnet ist.
Verfahren zur Reinigung einer Katalysatorvorrichtung (1) für Kraftfahrzeugverbrennungsmaschinen unter Verwendung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend die Schritte – druckdicht Verschließen eines an dem Abgas-Auslassstutzen (4) angeordneten zweiten Deckels (6), – druckdicht Verschließen eines an dem Abgas-Einlassstutzen (3) angeordneten ersten Deckels (5), – beaufschlagen des Gehäuses (1') der Katalysatorvorrichtung (1) über die mit der Druckluftquelle verbundene Druckluftzufuhr-Vorrichtung (7, 7'), die an dem zweiten Deckel (6) angeordnet ist, mit Druckluft und – einströmen Lassen der Druckluft entlang einem Druckluft-Flusspfad (b) von der Druckluftquelle über die Druckluftzufuhr-Vorrichtung (7, 7') in den monolithischen Katalysatorblock (2), bis ein gewünschter Druck aufgebaut ist, – spontan vollständig Lösen des ersten Deckels (5) und – Auslassen der Druckluft, wobei eine Vielzahl von in dem monolithischen Katalysatorblock (2) vorliegenden Anhaftungen abgerissen und durch den Abgaseinlassstutzen (3) aus dem Gehäuse (1') transportiert werden.