DE4436754A1

DE4436754A1 - Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Adsorber für Kohlenwasserstoffe

Info

Publication number: DE4436754A1
Application number: DE4436754A
Authority: DE
Inventors: Heino Dipl Ing Flues
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1995-04-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Übliche Abgasreinigungsvorrichtungen enthalten einen Dreiwege- Katalysator, der aber den grundsätzlichen Nachteil hat, daß er eine Umwandlung schädlicher Abgasbestandteile, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, erst dann vornimmt, wenn nach einem Kalt start der Maschine er über die Abgase auf eine vorgegebene An springtemperatur aufgeheizt ist. Um die bis dahin verstreichende Zeit, während der also die noch relativ kalten Abgase ungerei nigt das Abgassystem der Maschine verlassen, zu verkürzen, ist es bekannt, einen relativ klein ausgelegten und sich daher schnell erwärmenden sogenannten Startkatalysator in unmittel barer Nähe der Brennräume der Maschine vorzusehen. Abgesehen davon, daß diese Anordnung des Startkatalysators im Hochlastbe trieb der Maschine leicht zu Beschädigungen des Katalysators durch Überhitzen führt, kann auf diesem Wege doch die definierte Zeitspanne nicht bis auf den Wert 0 verringert werden.

Die aus der EP 0 460 542 A2, F01N 3/20, bekannt gewordene gat tungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung sieht daher in Abgasströ mungsrichtung hinter einem maschinennah angeordneten und daher auch als Startkatalysator zu bezeichnenden ersten Katalysator eine Adsorber-Katalysator-Anordnung vor, deren Adsorber bis zum Vorliegen der Katalysatoranspringtemperatur Kohlenwasserstoffe adsorbiert und anschließend bei höheren Temperaturen wieder ab gibt. Diese desorbierten Kohlenwasserstoffe werden dann über auch den ersten Katalysator umgehende ventilbestückte Bypass leitungen wieder der Maschine bzw. dem ersten Katalysator zuge führt, wo sie in unschädliche Bestandteile umgewandelt werden. Der erste Katalysator und die Adsorber-Katalysator-Anordnung sind in getrennten Gehäusen angeordnet, die über eine mit einem Ventil bestückte Leitung verbunden sind, das bei zwischen den Anspringtemperaturen der beiden Katalysatoren liegenden Tempera turwerten die Abgase um die Adsorber-Katalysator-Anordnung herum ins Freie leitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß der beim Stand der Technik er hebliche Aufwand an Ventilen und Ventilsteuerungen vermieden ist. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß ein über längere Zeiten störungsfreier Betrieb von Ventilen im heißen Abgassystem einer Brennkraftmaschine nur schwer sicherzustellen ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Durch Anordnung der drei Hauptbestandteile, nämlich der beiden Katalysatoren und des Adsorbers, in einem gemeinsamen Gehäuse ist auch dann eine schnelle Erwärmung auf die Anspringtemperatu ren der Katalysatoren sichergestellt, wenn die Vorrichtung nicht unmittelbar an den Brennräumen der Maschine, sondern an einer Stelle des Abgassystems untergebracht ist, an der sonst üb licherweise ein Dreiwege-Katalysator eingebaut ist. Die Unter teilung der Adsorber-Katalysator-Anordnung in zwei diskrete Bauteile schafft klare Verhältnisse hinsichtlich der Umwandlung von dem Adsorber bei Erreichen seiner Desorptionstemperatur wieder abgegebener Kohlenwasserstoffe im zweiten Katalysator. Der relativ klein bemessene erste Katalysator sorgt dafür, daß gleichsam in der letzten Phase der adsorbierenden Wirkung des Adsorbers, also bei sich der Desorptionstemperatur nähernden Temperaturen, die Zufuhr von Kohlenwasserstoffen zum Adsorber zunehmend verringert wird. Dabei wird der erste Katalysator infolge seiner Lage vor Adsorber und zweitem Katalysator sowie infolge seiner kleineren Auslegung schneller wirksam als der zweite Katalysator, der aber seine Anspringtemperatur zumindest in wesentlichen Bereichen ebenfalls bereits vor Erreichen der Desorptionstemperatur des Adsorbers erreichen muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die einen Längsschnitt durch die Vor richtung wiedergibt.

In dem gemeinsamen Gehäuse 1, das eine für Katalysatoranord nungen übliche Form mit Eintritts- und Austrittskonus 2 bzw. 3 und Anschlußflanschen 4 und 5 aufweist, sind in Strömungsrich tung der Abgase (Pfeilrichtung) unmittelbar aufeinanderfolgend der erste Katalysator 6, der beispielsweise Zeolithe enthaltende Adsorber 7 und der zweite Katalysator 8 für im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe untergebracht. In diesem Fall ist eine Zwei liter-Otto-Maschine mit 85 kW angenommene. Bei einer lichten Gehäuseweite von etwa 117 mm besitzen Adsorber 7 und zweiter Katalysator 8 eine Länge von jeweils etwa 100 mm, dagegen der erste Katalysator 6 eine Länge von etwa 50 mm.

Die dargestellte Abgasreinigungsvorrichtung arbeitet beim Kalt start der Maschine mit zunehmenden Temperaturen so, daß zunächst beide Katalysatoren 6 und 8 ihre Anspringtemperaturen nicht er reichen und demgemäß die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe im Adsorber 7 adsorbiert werden. Mit zunehmender Abgastemperatur erwärmt sich zunächst der erste Katalysator 6 auf seine An springtemperatur, die aber niedriger als die Desorptionstempe ratur des Adsorbers 7 liegen muß. Je mehr sich die Temperatur des Adsorbers 7 seiner Desorptionstemperatur nähert, desto wirk samer wird der erste Katalysator 6.

Auch der zweite Katalysator 8 erwärmt sich, wenn auch langsamer aufgrund seiner (für den Vollastbetrieb bemessenen) größeren Masse und seiner Lage in Abgasströmungsrichtung hinter dem Adsorber 7. Wenn dieser seine Desorptionstemperatur erreicht, sind der erste Katalysator 6 voll und der zweite Katalysator 8 zumindest in wesentlichen Bereichen hinsichtlich der Abgasum setzung wirksam, so daß die vom Adsorber 7 nunmehr abgegebenen Kohlenwasserstoffe im zweiten Katalysator 8 unschädlich gemacht werden.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Abgasreini gungsvorrichtung geschaffen, die ohne Notwendigkeit zeitweiliger Abgasrückführungen oder dergleichen bei minimalem Bauaufwand eine fortlaufende Abgasreinigung auch bei Kaltstartvorgängen sicherstellt.

Claims

1. Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem ersten Katalysator zur Umwandlung von Kohlenwasser stoffen und einer diesem in Abgasströmungsrichtung nach geschalteten Adsorber-Katalysator-Anordnung zur bei niedrigen Temperaturen erfolgenden Adsorption bzw. zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anord nung einen diskreten Adsorber (7) und einen diesem in Abgas strömungsrichtung nachgeschalteten diskreten zweiten Kataly sator (8) enthält, und daß beide Katalysatoren (6, 8) und der Adsorber (7) von einem gemeinsamen Gehäuse (1) aufgenommen sowie derart ausgelegt sind, daß bei einem Warmlauf der Maschine nacheinander der erste und der zweite Katalysator (6, 8) ihre Anspringtemperatur erreichen, bevor der Adsorber (8) seine Desorptionstemperatur annimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator (6) eine kleinere Masse besitzt als der zweite Katalysator (8).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Maschine mit einer Leistung von etwa 85 kW Adsorber (7) und zweiter Katalysator (8) eine Erstreckung von jeweils etwa 100 mm, dagegen der erste Katalysator (6) eine etwa halb so große Erstreckung in Abgasströmungsrichtung haben.