DE19955542A1 - Catalyst arrangement for purifying IC engine exhaust gas comprises a porous catalyst arranged in the exhaust gas channel and a device for electromagnetically radiating an inlet region - Google Patents

Catalyst arrangement for purifying IC engine exhaust gas comprises a porous catalyst arranged in the exhaust gas channel and a device for electromagnetically radiating an inlet region

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Abstract

A catalyst arrangement (10) comprises a porous catalyst (14) arranged in the exhaust gas channel (12) and a device for electromagnetically radiating (20) an inlet region (16) of the exhaust gas in the catalyst. An Independent claim is also included for a process for operating the catalyst arrangement. Preferred Features: The radiating device is arranged in a recess of a side wall of the exhaust gas channel. The recess is limited by a transparent layer (22), especially made of glass. The radiating source of the radiating source is a laser. The radiating device has a lens or mirror system.

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.The invention relates to a catalyst arrangement for cleaning an exhaust gas Internal combustion engine with those mentioned in the preamble of claim 1 Features and a method for operating the catalyst arrangement with the in The preamble of claim 8 mentioned features.

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.In order to reduce pollutant emissions, it is known in an exhaust duct of Internal combustion engines, especially diesel engines, at least to arrange a catalyst. The exhaust gas to be cleaned flows through the porous one Catalyst and on a catalyst surface the conversion of pollutants takes place, such as carbon monoxide, unburned hydrocarbons or nitrogen oxides. Next these gaseous pollutants occur, especially in diesel-powered engines Depending on the operating mode, contaminants such as soot particles. The soot Particles can accumulate in an inlet area of the exhaust gas in the catalytic converter fix and therefore lead to a gradual clogging of the catalyst.

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.To avoid such deposits, it is known, for example, the short term Exhaust gas temperature by influencing the combustion process accordingly to increase. As a result, it burns in the entry region of the catalyst deposited soot. However, a disadvantage of such a method is that it does a significant thermal load on the catalyst, which leads to a irreversible damage to the catalyst. It is therefore known that Preheat the entrance area in a targeted manner, for example by using suitable ones Heating resistor elements are integrated. Such an arrangement is, however relatively complex and thus leads to considerable additional costs in manufacturing and Operation of the catalyst.

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.It is also known to ignite the particle soot by adding Reduce additives in the air-fuel mixture to be burned. Suitable for this for example cerium or iron compounds, which during the  Combustion process are converted into their oxides. The emerging cerium or Iron ions catalyze the combustion of the particle soot by the Lower ignition temperature. A disadvantage of such a method for removing the Particulate black is the considerable technical effort required for targeted dosing and Provision of the additives is required. So dosing pumps are Control devices, storage containers and the like in addition in the area of To arrange internal combustion engine.

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.The invention has for its object a catalyst arrangement and a method to specify the operation of the catalyst assembly with which the deposition of the Particulate soot prevents or a removal of the soot from the Entry area is made possible in a simple manner. The aim is to add Additives or a structural change in the catalyst can be dispensed with. Furthermore, the thermal load on the catalyst should remove the Soot particles are kept as low as possible.

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.According to the invention, this object is achieved by a catalyst arrangement for cleaning an exhaust gas of an internal combustion engine with those mentioned in claim 1 Features and a method for operating the catalyst arrangement with the in Features mentioned claim 8 solved. The fact that the catalyst assembly Device for electromagnetic radiation of an inlet area of the exhaust gas in has the catalyst, it is possible to remove the soot particles by irradiation. The inlet area of the catalyst can also include a particle filter.

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.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the Irradiation device in an outlet of a side wall of the exhaust duct, in particular upstream of the catalyst. In this way, the Irradiation device are protected from the damaging influence of the exhaust gas. For this purpose, the omission can preferably be through a transparent one towards the exhaust gas duct Layer, especially made of glass, are limited.

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. It is also advantageous if a laser is used as the radiation source of the radiation device is used because it is very compact and thus the installation space of the Irradiation device is kept low. In addition, by using of a laser a high radiation intensity can be achieved.  

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.It is also advantageous for the irradiation device to have a lens or mirror system assign by means of which the radiation on the entry region of the catalyst can be focused. By appropriate control of the lens and Mirror system can then selectively irradiate the entrance area according to a predetermined scheme.

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.Irradiation in a wavelength range from 0.1 to 12 μm has proven advantageous proven. It is particularly advantageous to either irradiate in the range from 0.1 to 0.8 µm, in particular 0.15 to 0.6 µm, or in the range of 1.5 to 11 µm, in particular 3 to 11 µm.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred refinements of the invention result from the others in the Characteristics mentioned subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die eine Schnittansicht durch eine Katalysatoranordnung mit einer Bestrahlungseinrichtung zeigt, näher erläutert.The invention is described in an exemplary embodiment based on the associated Drawing showing a sectional view through a catalyst assembly with a Irradiation device shows, explained in more detail.

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.The figure shows a catalyst arrangement 10 which is suitable for cleaning an exhaust gas from an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine. For this purpose, a porous catalyst 14 is arranged in an exhaust duct 12 of the catalyst arrangement 10 . The catalyst 14 is flowed through by the exhaust gas of the internal combustion engine and inside the catalyst 14 in a known manner a conversion of gaseous pollutants. In addition to the gaseous pollutants, soot particles are formed during the operation of the internal combustion engine, which can be deposited in an inlet area 16 of the catalytic converter 14 . Optionally, the catalytic converter 14 has a particle filter in the inlet area 16 , in which the soot particles are collected.

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. Furthermore, the catalyst arrangement 10 has a cutout 18 in which an irradiation device 20 for generating electromagnetic waves is accommodated. The recess 18 is delimited on the exhaust duct side by a transparent layer 22 , in particular made of glass. A lens or mirror system 24 and a light source 26 are also located within the recess 18, which is protected from the exhaust gas in this way.

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.To remove the soot particles that have been deposited in the inlet area 16 of the catalyst 14 or, if appropriate, to regenerate the soot particle filter, irradiation is carried out by means of the irradiation device 20 . The irradiation is advantageously carried out in a wavelength range from λ = 0.1 to 12 μm. It is particularly advantageous to carry out the irradiation either in the range from 0.1 to 0.8 μm, in particular 0.15 to 0.6 μm, or in the range from 1.5 to 11 μm, in particular 3 to 11 μm. The absorption of the radiation by the soot particles therefore leads to a reduction in the ignition temperature, so that additional engine-side heating measures can be dispensed with.

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.To increase the radiation intensity, it is advantageous to use a laser as the light source. The radiation is focused on the entrance area 16 through the mirror or lens system 24 and through the transparent layer 22 . By means of a suitable control of the lens or mirror system 24 , it is possible to irradiate the surface of the entrance area 16 selectively according to a predetermined scheme.

Claims (14)

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.1. A catalyst arrangement for cleaning an exhaust gas of an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, with a porous catalyst which is arranged in an exhaust gas duct and through which the exhaust gas flows, characterized in that the catalyst arrangement ( 10 ) has a device for electromagnetic radiation ( 20 ) Entry area ( 16 ) of the exhaust gas in the catalyst ( 14 ). 2. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (20) in einer Aussparung (18) einer Seitenwand des Abgaskanales (12) angeordnet ist.2. Catalyst arrangement according to claim 1, characterized in that the irradiation device ( 20 ) is arranged in a recess ( 18 ) in a side wall of the exhaust duct ( 12 ). 3. Katalysatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (18) stromauf des Katalysators (14) angeordnet ist.3. A catalyst arrangement according to claim 2, characterized in that the recess ( 18 ) is arranged upstream of the catalyst ( 14 ). 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.4. A catalyst arrangement according to claims 2 or 3, characterized in that the recess ( 18 ) to the exhaust duct ( 12 ) by a transparent layer ( 22 ), in particular made of glass, is limited. 5. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (26) der Bestrahlungseinrichtung (20) ein Laser ist.5. Catalyst arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source ( 26 ) of the irradiation device ( 20 ) is a laser. 6. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (20) ein Linsen- oder Spiegelsystem (24) aufweist.6. Catalyst arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the irradiation device ( 20 ) has a lens or mirror system ( 24 ). 7. Katalysatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsbereich (16) des Katalysators (14) einen Partikelfilter umfaßt. 7. Catalyst arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet region ( 16 ) of the catalyst ( 14 ) comprises a particle filter. 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.8. A method for operating a catalyst arrangement for cleaning an exhaust gas of an internal combustion engine, in particular a diesel internal combustion engine, with a porous catalyst which is arranged in an exhaust gas duct and through which the exhaust gas flows, characterized in that the catalyst arrangement ( 10 ) is an electromagnetic radiation device ( 20 ) and the radiation device ( 20 ) irradiates at least one entry region ( 16 ) of the exhaust gas into the catalyst ( 14 ) with electromagnetic waves. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mittels eines Lasers durchgeführt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the radiation is carried out by means of a laser. 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.10. The method according to claims 8 or 9, characterized in that the radiation source ( 26 ) of the irradiation device ( 20 ) via a lens or mirror system ( 24 ) is focused on the entry region ( 16 ) of the catalyst ( 14 ). 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung des Eintrittsbereiches (16) punktuell nach einem vorgegebenen Schema erfolgt.11. The method according to claim 10, characterized in that the irradiation of the entrance area ( 16 ) is carried out selectively according to a predetermined scheme. 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.12. The method according to any one of the preceding claims 8 to 11, characterized characterized in that the radiation in a wavelength range of λ = 0.1 µm to 12 µm. 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.13. The method according to claim 12, characterized in that the radiation in a range of λ = 0.1 to 0.8 µm, in particular 0.15 to 0.6 µm becomes. 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.14. The method according to claim 12, characterized in that the radiation in a range of λ = 1.5 to 11 μm, in particular 3 to 11 μm becomes.
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