Verfahren zur Reinigung eines Speicherkatalysators und Vorrichtung hierzu

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Kohlenwasserstoffen in einem Speicherkatalysator für Kohlenwasserstoffe, wobei der Speicherkatalysator in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und dazu eingerichtet ist unverbrannte Kohlenwasserstoffe aus dem Abgasstrom aufzunehmen, wobei eine Spülpumpe vorgesehen ist, welcher dazu eingerichtet ist einen Frischluftstrom durch den Speicherkatalysator zu leiten. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

Zum Zwecke der Abgasnachbehandlung werden unterschiedliche Katalysatoren zur chemischen Umwandlung des Abgases eingesetzt. Die chemische Umwandlung an den Katalysatoren kann erst ab einer vom jeweils verwendeten Katalysator abhängigen Mindesttemperatur stattfinden. Daneben werden auch sogenannte Speicherkatalysatoren verwendet, die der Zwischenspeicherung von Schadstoffen, beispielsweise Stickoxiden oder Kohlenwasserstoffen dienen. Hier wird insbesondere das Ziel verfolgt freie Stickoxide und Kohlenwasserstoffe im Abgasstrom zumindest temporär zu binden, und diese bei geeigneten Betriebsbedingungen wieder freizusetzen, um diese dann im Abgastrakt möglichst vollständig umzusetzen, um ein unkontrolliertes Austreten in die Umwelt zu verhindern.

Die Speicherkatalysatoren sind dabei abhängig von den jeweils vorherrschenden Bedingungen, wie beispielsweise der Temperatur entweder dazu ausgelegt die Stickoxide oder die Kohlenwasserstoffe aufzunehmen oder diese abzugeben.

Das Aufnehmen, die Adsorption, beziehungsweise die Abgabe, die Desorption, hängen im Falle eines Speicherkatalysators für Kohlenwasserstoffe vom Sätti- gungsgrad der Beschichtung des Katalysators, der Konzentration der Kohlenwasserstoffe in der Gasphase, sowie der Temperatur ab. Kohlenwasserstoffe werden am Speicherkatalysator beispielsweise gebunden, solange die Temperatur unter einem gewissen Wert liegt, die Konzentration in der Gasphase höher ist als an der Katalysatoroberfläche und solange die Beschichtung nicht bereits gesättigt ist. Die jeweils relevanten Temperaturschwellen hängen dabei beispielsweise von der per Washcoat auf das Substrat des Katalysators aufgetragenen Beschichtung ab.

Beim Übersteigen dieser Temperaturschwelle werden die gebundenen Kohlenwasserstoffe freigesetzt und können an den nachfolgenden Katalysatoren, beispielsweise dem Drei-Wege-Katalysator konvertieren. Kommt es zu dem Fall, dass die notwendige Temperaturschwelle nicht erreicht wird, beispielsweise bei einer sehr kurzen Fahrt, kann es vorkommen, dass die gebundenen Kohlenwasserstoffe nicht vollständig desorbiert werden. Ein Teil der Kohlenwasserstoffe verbleibt somit am Speicherkatalysator und besetzt einen gewissen Anteil der Speicherkapazität. Bei einem erneuten Start der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere nach einem Kaltstart, können nicht alle im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe an dem Speicherkatalysator gebunden werden. Da aber aufgrund der noch niedrigen Abgastemperatur auch die nachfolgenden Katalysatoren noch nicht vollfunktionsfähig sind, werden diese nicht speicherbaren Kohlenwasserstoffe in die Umwelt abgegeben. Dies ist insbesondere nachteilig, da es hierdurch zu deutlich erhöhten Umweltbelastungen kommt, was grundsätzlich verhindert werden soll.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu schaffen, welches es ermöglicht die im Speicherkatalysator verbleibende Restmenge an Kohlenwasserstoffen weitestmöglich zu reduzieren und somit die Umweltbelastung möglichst gering zu halten. Außerdem ist es die Aufgabe eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Kohlenwasserstoffen in einem Speicherkatalysator für Kohlenwasserstoffe, wobei der Speicherkatalysator in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und dazu eingerichtet ist unverbrannte Kohlenwasserstoffe aus dem Abgasstrom aufzunehmen, wobei eine Spülpumpe vorgesehen ist, welcher dazu eingerichtet ist einen Frischluftstrom durch den Speicherkatalysator zu leiten und die hierdurch aus dem Speicherkatalysator ausgelösten Kohlenwasserstoffe in einem Speicherbehälter für Kohlenwasserstoffe zwischenzuspeichern, wobei durch das Verfahren ein von einem Abgasstrom im Abgastrakt unabhängiger Luftstrom erzeugt wird und durch den Speicherkatalysator geleitet wird und anschließend durch einen Speicherbehälter geleitet wird.

Die Spülpumpe ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie einen Luftstrom erzeugen kann, welcher über geeignete Leitungen in den Abgastrakt geführt werden kann und durch den Speicherkatalysator geleitet werden kann. Hierzu kann beispielweise Luft aus der Umgebung angesaugt werden und durch den Speicherkatalysator geleitet werden. Der so erzeugte Luftstrom reichert sich beim Durchströmen des Speicherkatalysators mit Kohlenwasserstoffen an, wodurch die im Speicherkatalysator verbleibende Menge an Kohlenwasserstoffen reduziert wird. Der mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Luftstrom wird schließlich in einen Speicherbehälter geleitet, wo die Kohlenwasserstoffe aufgenommen und zurückgehalten werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Frischluftstrom durch den Speicherkatalysator geleitet wird, während die Verbrennungskraftmaschine nicht betrieben wird. Dies ist bevorzugt der Fall, da so einerseits verhindert wird, dass die unverbrannten Kohlenwasserstoffe mit dem normalen Abgasstrom in die Umgebung ausgeblasen werden und weiterhin wird vermieden, dass die Spülpumpe entgegen dem Abgasstrom arbeiten muss. Dadurch kann die Spülpumpe kleiner dimensioniert werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Spülpumpe Frischluft aus der Umgebung ansaugt und entgegen der gewöhnlichen Hauptströmungsrichtung des Abgases durch den Speicherkatalysator fördert.

Frischluft aus der Umgebung ist vorteilhaft, da diese in aller Regel eine deutlich geringere Konzentration an Kohlenwasserstoffen aufweisen wird, so dass ein deutliches Konzentrationsgefälle zwischen dem Speicherkatalysator und dem Frischluftstrom vorherrschen wird. Dies begünstigt das Auslösen der Kohlenwasserstoffe aus dem Katalysator in den Luftstrom hinein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die im Speicherbehälter gespeicherten Kohlenwasserstoffe zu einem definierten Zeitpunkt in die Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine abgegeben werden.

Der Speicherbehälter ist dazu ausgelegt, die Kohlenwasserstoffe aus dem durch den Speicherbehälter geleiteten Luftstrom herauszulösen. Hierzu kann ein Bindemittel im Speicherbehälter, beispielsweise Aktivkohle, vorgesehen sein. Der Speicherbehälter bevorratet die ausgelösten Kohlenwasserstoffe dann für eine gewissen Zeit. Zu günstigen Zeitpunkten, können die im Speicherbehälter aufgefangenen Kohlenwasserstoffe dann wieder der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Somit wird verhindert, dass unverbrannten Kohlenwasserstoffe in die Umgebung austreten und so zu einer unerwünschten Umweltbelastung führen.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn der durch den Speicherkatalysator geleitetet Frischluftstrom aufgrund der Konzentrationsunterschiede von Kohlenwasserstoffen zwischen der Frischluft und dem Speicherkatalysator mit im Speicherkatalysator befindlichen Kohlenwasserstoffen angereichert wird.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn durch zumindest ein Regelventil der von der Spülpumpe erzeugte Frischluftstrom lenkbar ist, wobei das Regelventil Strömungswege zum Speicherkatalysator und/oder zu einem Kraftstofftank freigibt oder verschließt. Je nach Aufbau des Systems, kann die Spülpumpe neben dem erfindungsgemäßen Zweck auch dafür verwendet werden gelöste Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftstofftank abzuleiten, oder andere Systeme mit einem Luftstrom zu versorgen. Um einen jeweils für den entsprechenden Anwendungsfall passenden Luftstrom zu erzeugen ist das Vorsehen von Regelventilen vorteilhaft.

Bevorzugt ist der Speicherbehälter derart ausgelegt, dass es Kohlenwasserstoffe aus mehreren Anwendungen, beispielsweise aus dem Kraftstofftank und dem Speicherkatalysator, Zwischenspeichern kann.

Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auslösen von Kohlenwasserstoffen aus einem Speicherkatalysator für Kohlenwasserstoffe, wobei die Vorrichtung eine Strömungsstrecke für Abgase einer Verbrennungskraftmaschine aufweist, in welcher der Speicherkatalysator angeordnet ist, wobei eine Spülpumpe vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, einen Frischluftstrom durch den Speicherkatalysator hin zu einem Speicherbehälter zu führen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Speicherbehälter ein Bindemittel zur Auslösung der im von der Spülpumpe erzeugten Luftstrom enthaltenen Kohlenwasserstoffe aufweist. Ein solches Bindemittel kann beispielsweise eine Aktivkohle sein, die die im Luftstrom mitgeführten freien Kohlenwasserstoffe, die beispielsweise als feine Tröpfchen vorliegen können, zu binden und aus dem Luftstrom zu entfernen.

Auch ist es zweckmäßig, wenn die Spülpumpe ebenfalls dazu eingerichtet ist gasförmige Kohlenwasserstoffe aus einem Kraftstofftank auszuspülen. Bevorzugt wird die Spülpumpe verwendet, die bereits zur Entlüftung des Kraftstofftanks genutzt wird, da dadurch die Systemkosten insgesamt niedrig gehalten werden können und lediglich zusätzliche Leitungen und Ventile vorgesehen werden müssen, um den Luftstrom zum Speicherkatalysator und vom Speicherkatalysator in den Speicherbehälter und gegebenenfalls vom Speicherbehälter in den Ansaugtrakt zu leiten.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Regelventil vorgesehen ist, welches dazu eingerichtet ist, den von der Spülpumpe erzeugten Frischluftstrom entweder durch den Kraftstofftank in den Speicherbehälter oder durch den Speicherkatalysator in den Speicherbehälter zu führen. Auf diese Weise kann die Spülpumpe für mehrere Applikationen verwendet werden, wodurch der Hardwareaufwand reduziert wird und somit die Vorrichtung kostengünstiger wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Abgastrakts mit einem Speicherkatalysator, einer Spülpumpe, einem Speicherbehälter.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 1 zur Spülung eines Speicherkatalysators 3. Der Speicherkatalysator 3 ist in einem Abgastrakt 2 einer Verbrennungskraftmaschine 9 installiert und dient zur Speicherung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas, welches entlang der durch den Pfeil 4 markierten Richtung durch den Abgastrakt 2 strömbar ist. Speicherkatalysatoren 3 und deren Funktionsweise sind im Stand der Technik bekannt. Bevorzugt ist der Speicherkatalysator 3 als metallisches Substrat mit einer entsprechenden Beschichtung aufgebaut.

In Strömungsrichtung 4 können dem Speicherkatalysator 3 weitere Komponenten zur Abgasnachbehandlung nachgelagert sein. Besonders vorteilhaft ist es, den Speicherkatalysator 3 in der Nähe des Unterbodens des Fahrzeugs einzusetzen. Im Falle einer Anordnung am oder in der Nähe des Unterbodens, ist die Anordnung des Drei-Wege-Katalysators in kurzer Entfernung zur Verbrennungskraftmaschine 9 zu bevorzugen, um insbesondere auch die schnell erreichten hohen Temperaturen direkt nach der Verbrennungskraftmaschine 9 im Falle eines Kaltstarts zu nutzen.

Mit dem Bezugszeichen 5 ist eine Spülpumpe dargestellt, die einen Luftstrom erzeugen kann. Bevorzugt wird hier Frischluft aus der Umgebung angesaugt. Der Luftstrom durchströmt dann den Speicherkatalysator 3 entgegen der Hauptdurchströmungsrichtung 4 des Abgastrakts 2. Im Speicherkatalysator 3 nimmt der Luftstrom die Kohlenwasserstoffe auf und strömt entlang einer Abführleitung 7 aus dem Abgastrakt 2 hinaus. Entlang der Spülpumpe 5 strömt der Luftstrom in den Speicherbehälter 6 in welchem die im Luftstrom mitgeführten Kohlenwasserstoffe in der durchströmten Aktivkohle gebunden werden. Der Luftstrom strömt sodann über eine Ausführleitung 11 in die Umgebung aus. Die im Speicherbehälter 6 gespeicherten Kohlenwasserstoffe können entlang der Zuführleitung 8 erneut der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden.

In der Zuführleitung 8 und/oder der Abführleitung 7 können zusätzlich Regelventile vorgesehen werden, die den Luftstrom steuern. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Spülpumpe 5 beispielsweise auch dazu eingesetzt wird, den Kraftstofftank 10 zu entlüften beziehungsweise die dort oberhalb des Kraftstoffspiegels befindlichen Kohlenwasserstoffe auszuspülen. Die Spülpumpe 5 und der Speicherbehälter 6 können dann für beide Zwecke verwendet werden.

Die Figur 1 zeigt zur Ergänzung der Erfindung einen Kraftstofftank 10, welcher über eine Verbindungsleitung 12 mit dem Speicherbehälter 6 verbunden ist. Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dient der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.