DE19955542A1

DE19955542A1 - Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Betrieb der Katalysatoranordnung

Info

Publication number: DE19955542A1
Application number: DE19955542A
Authority: DE
Inventors: Werner Engeler; Olaf Bechmann; Thorsten Duesterdiek
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschie, mit einem porösen Katalysator, der in einem Abgaskanal angeordnet ist und durch den das Abgas strömt, und ein Verfahren zum Betrieb einer Katalysatoranordnung. DOLLAR A Es ist vorgesehen, daß die Katalysatoranordnung (10) eine Einrichtung zur elektromagnetischen Bestrahlung (20) eines Eintrittsbereiches (16) des Abgases in den Katalysator (14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen und ein Verfahren zum Betrieb der Katalysatoranordnung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 8 genannten Merkmalen.

Zur Reduktion von Schadstoffemissionen ist es bekannt, in einem Abgaskanal von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Dieselbrennkraftmaschinen, wenigstens einen Katalysator anzuordnen. Dabei durchströmt das zu reinigende Abgas den porösen Katalysator und an einer Katalysatoroberfläche erfolgt die Umsetzung von Schadstoffen, wie Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen oder Stickoxiden. Neben diesen gasförmigen Schadstoffen treten, insbesondere bei dieselbetriebenen Motoren, in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus Verunreinigungen, wie Rußpartikel, auf. Die Ruß partikel können sich dabei in einem Eintrittsbereich des Abgases in dem Katalysator festsetzen und führen demnach zu einem allmählichen Zusetzen des Katalysators.

Zur Vermeidung derartiger Ablagerungen ist es beispielsweise bekannt, kurzfristig die Abgastemperatur durch eine entsprechende Beeinflussung des Verbrennungsvorganges zu erhöhen. Infolgedessen verbrennt der in dem Eintrittsbereich des Katalysators abgelagerte Ruß. Allerdings ist an einem solchen Verfahren nachteilig, daß es dabei zu einer erheblichen thermischen Belastung des Katalysators kommt, die zu einer irreversiblen Schädigung des Katalysators führen kann. Es ist daher bekannt, den Eintrittsbereich gezielt vorzuheizen, indem beispielsweise geeignete Heizwiderstandselemente integriert werden. Eine derartige Anordnung ist allerdings relativ aufwendig und führt somit zu erheblichen Mehrkosten bei der Fertigung und beim Betrieb des Katalysators.

Des weiteren ist bekannt, eine Zündtemperatur des Partikelrußes durch Beigabe von Additiven in das zu verbrennende Luft-Kraftstoff-Gemisch herabzusetzen. Dazu eignen sich beispielsweise Cer- oder Eisenverbindungen, die während des Verbrennungsvorganges in ihre Oxide überführt werden. Die entstehenden Cer- oder Eisenionen katalysieren die Verbrennung des Partikelrußes, indem sie die Zündtemperatur senken. Nachteilig an einem solchen Verfahren zur Entfernung des Partikelrußes ist der erhebliche technische Aufwand, der zur gezielten Dosierung und Bereitstellung der Additive erforderlich ist. So sind Dosierpumpen, Steuerungseinrichtungen, Vorratsbehälter und dergleichen zusätzlich im Bereich der Verbrennungskraftmaschine anzuordnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katalysatoranordnung und ein Verfahren zum Betrieb der Katalysatoranordnung anzugeben, mit denen die Ablagerung des Partikelrußes verhindert beziehungsweise ein Entfernen des Partikelrußes aus dem Eintrittsbereich in einfacher Weise ermöglicht wird. Dabei soll auf die Zugabe von Additiven oder auf eine bauliche Veränderung des Katalysators verzichtet werden. Weiterhin soll die thermische Belastung des Katalysators bei der Entfernung der Rußpartikel möglichst gering gehalten werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen und ein Verfahren zum Betrieb der Katalysatoranordnung mit den im Anspruch 8 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß die Katalysatoranordnung eine Einrichtung zur elektromagnetischen Bestrahlung eines Eintrittsbereiches des Abgases in den Katalysator aufweist, ist es möglich, die Rußpartikel durch Bestrahlung zu entfernen. Der Eintrittsbereich des Katalysators kann dabei auch einen Partikelfilter umfassen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bestrahlungseinrichtung in einer Auslassung einer Seitenwand des Abgaskanales, insbesondere stromauf des Katalysators, angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Bestrahlungseinrichtung vor dem schädigenden Einfluß des Abgases geschützt werden. Die Auslassung kann dazu bevorzugt zum Abgaskanal hin durch eine transparente Schicht, insbesondere aus Glas, begrenzt werden.

Weiterhin ist vorteilhaft, wenn als Strahlungsquelle der Bestrahlungseinrichtung ein Laser eingesetzt wird, da dieser sehr kompakt ist und damit der Bauraum der Bestrahlungseinrichtung gering gehalten wird. Außerdem kann durch die Verwendung eines Lasers eine hohe Strahlungsintensität erzielt werden.

Ferner ist vorteilhaft, der Bestrahlungseinrichtung ein Linsen- oder Spiegelsystem zuzuordnen, mittels dem die Strahlung auf dem Eintrittsbereich des Katalysators fokussiert werden kann. Durch eine geeignete Steuerung des Linsen- und Spiegelsystems kann dann die Bestrahlung des Eintrittsbereiches auch punktuell nach einem vorgegebenen Schema erfolgen.

Als vorteilhaft hat sich eine Bestrahlung in einem Wellenlängenbereich von 0,1 bis 12 µm erwiesen. Besonders vorteilhaft ist es, die Bestrahlung entweder im Bereich von 0,1 bis 0,8 µm, insbesondere 0,15 bis 0,6 µm, oder im Bereich von 1,5 bis 11 µm, insbesondere 3 bis 11 µm durchzuführen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die eine Schnittansicht durch eine Katalysatoranordnung mit einer Bestrahlungseinrichtung zeigt, näher erläutert.

In der Figur ist eine Katalysatoranordnung 10 dargestellt, die zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, geeignet ist. Dazu ist in einem Abgaskanal 12 der Katalysatoranordnung 10 ein poröser Katalysator 14 angeordnet. Der Katalysator 14 wird von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt und innerhalb des Katalysators 14 erfolgt in bekannter Weise eine Umsetzung von gasförmigen Schadstoffen. Während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine entstehen neben den gasförmigen Schadstoffen auch Rußpartikel, die sich in einem Eintrittsbereich 16 des Katalysators 14 ablagern können. Gegebenenfalls weist der Katalysator 14 in dem Eintrittsbereich 16 ein Partikelfilter auf, in dem die Rußpartikel aufgefangen werden.

Ferner besitzt die Katalysatoranordnung 10 eine Aussparung 18, in der eine Bestrahlungseinrichtung 20 zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen untergebracht ist. Die Aussparung 18 wird abgaskanalseitig durch eine transparente Schicht 22, insbesondere aus Glas, begrenzt. Innerhalb der auf diese Weise vor dem Abgas geschützten Aussparung 18 befindet sich ferner ein Linsen- oder Spiegelsystem 24 und eine Lichtquelle 26.

Zur Entfernung der Rußpartikel, die sich in dem Eintrittsbereich 16 des Katalysators 14 abgelagert haben, oder gegebenenfalls zur Regeneration des Rußpartikelfilters erfolgt eine Bestrahlung mittels der Bestrahlungseinrichtung 20. Die Bestrahlung wird vorteilhafterweise in einem Wellenlängenbereich von λ = 0,1 bis 12 µm durchgeführt. Besonders vorteilhaft ist es, die Bestrahlung entweder im Bereich von 0,1 bis 0,8 µm, insbesondere 0,15 bis 0,6 µm, oder im Bereich von 1,5 bis 11 µm, insbesondere 3 bis 11 µm durchzuführen. Die Absorption der Strahlung durch die Rußpartikel führt daher zu einer Herabsetzung der Zündtemperatur, so daß auf zusätzliche, motorseitige Aufheizmaßnahmen verzichtet werden kann.

Zur Steigerung der Strahlungsintensität ist es vorteilhaft, als Lichtquelle einen Laser zu verwenden. Durch das Spiegel- oder Linsensystem 24 und durch die transparente Schicht 22 wird die Strahlung auf dem Eintrittsbereich 16 fokussiert. Mittels einer geeigneten Steuerung des Linsen- oder Spiegelsystems 24 ist es dabei möglich, die Oberfläche des Eintrittsbereiches 16 punktuell nach einem vorgegebenen Schema zu bestrahlen.

Claims

1. Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einem porösen Katalysator, der in einem Abgaskanal angeordnet ist und durch den das Abgas strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoranordnung (10) eine Einrichtung zur elektromagnetischen Bestrahlung (20) eines Eintrittsbereiches (16) des Abgases in den Katalysator (14) aufweist.

2. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (20) in einer Aussparung (18) einer Seitenwand des Abgaskanales (12) angeordnet ist.

3. Katalysatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (18) stromauf des Katalysators (14) angeordnet ist.

4. Katalysatoranordnung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (18) zum Abgaskanal (12) hin durch eine transparente Schicht (22), insbesondere aus Glas, begrenzt wird.

5. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (26) der Bestrahlungseinrichtung (20) ein Laser ist.

6. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (20) ein Linsen- oder Spiegelsystem (24) aufweist.

7. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsbereich (16) des Katalysators (14) einen Partikelfilter umfaßt.

8. Verfahren zum Betrieb einer Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einem porösen Katalysator, der in einem Abgaskanal angeordnet ist und durch den das Abgas strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoranordnung (10) eine elektromagnetische Bestrahlungseinrichtung (20) umfaßt und durch die Bestrahlungseinrichtung (20) zumindest ein Eintrittsbereich (16) des Abgases in den Katalysator (14) mit elektromagnetischen Wellen bestrahlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mittels eines Lasers durchgeführt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (26) der Bestrahlungseinrichtung (20) über ein Linsen- oder Spiegelsystem (24) auf den Eintrittsbereich (16) des Katalysators (14) fokussiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung des Eintrittsbereiches (16) punktuell nach einem vorgegebenen Schema erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung in einem Wellenlängenbereich von λ = 0,1 µm bis 12 µm erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung in einem Bereich von λ = 0,1 bis 0,8 µm, insbesondere 0,15 bis 0,6 µm, durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung in einem Bereich von λ = 1, 5 bis 11 µm, insbesondere 3 bis 11 µm, durchgeführt wird.