DE10050464A1 - Abgasreinigungseinheit einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Abgasreinigungseinheit einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Es wird eine Abgasreinigungseinheit einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator (1), der einen von Abgas durchströmten Träger und eine katalytisch aktive Belegung auf dem Täger aufweist, vorgeschlagen, die den systembedingten Aufwand deutlich reduziert und gleichzeitig das Anspringverhalten wesentlich verbessert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Katalysator (1) wenigstens ein Heizelement (3) umfasst.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungseinheit einer
Brennkraftmaschine mit einem Katalysator nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Entsprechend dem fortschreitenden Kenntnisstand werden zum
Schutz der Gesundheit und der Umwelt gesetzliche Vorgaben,
die die Emissionen von Kraftfahrzeugen regeln, ständig
verschärft. Zur Erfüllung dieser Vorgaben werden
beispielsweise, neben der Verwendung von entsprechend
modifizierten Treibstoffen, schädliche Abgasbestandteile
mittels einem Katalysator aus dem Abgas entfernt.
Katalysatoren benötigen jedoch zur Erfüllung ihrer Funktion
bestimmte Betriebstemperaturbedingungen, die insbesondere
beim Start einer entsprechenden Brennkraftmaschine noch nicht
gegeben sind.
In handelsüblichen Fahrzeugen wird beispielsweise mittels in
der Abgasleitung vor dem Katalysator angeordneter
Heizwicklungen das Abgas beim Startvorgang erwärmt und somit
die katalytische Belegung des Katalysators zusätzlich
erwärmt, damit diese ihre Funktion erfüllen kann.
Auch werden in gängigen Fahrzeugen bereits innermotorische
Maßnahmen durchgeführt, wie die Veränderung im Zündwinkel, so
dass insbesondere mittels sogenannter "Spätzündung" heißeres
Abgas erzeugt wird, das anschließend den Katalysator
durchströmt und diesen hierdurch zusätzlich erwärmt. Ebenso
ist das Beströmen des Katalysators mit fettem Abgas unter
Einblasung von Nebenluft bereits bekannt, wobei die hierdurch
erhöhte Reaktionsrate von brennbaren Gasen mit Sauerstoff
wiederum das Abgas und somit indirekt den Katalysator
zusätzlich erwärmt.
Diese bereits bekannten Vorrichtungen zur zusätzlichen
Erwärmung des Abgases sind jedoch vergleichsweise aufwendig,
führen zu einem erhöhten, nachteiligen Kraftstoffverbrauch
und/oder weisen nachteilige thermische Übergangswiderstände
auf, so dass beispielsweise von der Heizwicklung auf das
Abgas und/oder vom Abgas auf die katalytische Beschichtung
entsprechende thermische Übergangswiderstände überwunden
werden müssen. Diese Vorrichtungen führen zu einem
vergleichsweise langsamen bzw. nachteiligen Anspringverhalten
des Katalysators.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Abgasreinigungseinheit einer Brennkraftmaschine mit einem
Katalysator, der einen von Abgas durchströmten Träger und
eine katalytisch aktive Belegung auf den Träger aufweist,
vorzuschlagen, die den systembedingten Aufwand deutlich
reduziert und gleichzeitig das Anspringverhalten des
Katalysators wesentlich verbessert.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Abgasreinigungseinheit
der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind
vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung
möglich.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße
Abgasreinigungseinheit dadurch aus, dass der Katalysator
wenigstens ein Heizelement umfasst, das als Teil seines
Körpers ausgebildet ist oder vorgeschaltet ist.
Mit Hilfe eines derartigen Katalysators ist die katalytisch
aktive Belegung wesentlich schneller und verlustärmer
erwärmbar. Beispielsweise entfallen thermische
Übergangswiderstände zwischen dem Abgas und der katalytisch
aktiven Belegung. Vorteilhafterweise kann hierbei auf eine
nachteilige Gas-Feststoff-Wärmeübertragung einer
konventionellen Heizung vollständig verzichtet werden.
Erfindungsgemäß kann eine unmittelbare Erwärmung der
katalytischen Zentren des Katalysators umgesetzt werden. Vor
allem durch Vermeidung nachteiliger
Wärmeübergangswiderstände, einschließlich entsprechender
Verluste, verringert sich der erforderliche Energieeinsatz,
der insbesondere zur Erwärmung der katalytisch aktiven
Belegung auf die entsprechende Betriebstemperatur benötigt
wird. Aufgrund des verbesserten Anspringverhaltens ist
hierdurch eine effizientere und umweltschonendere
Abgasreinigungseinheit realisierbar.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist ein
keramischer Träger vorgesehen. Hierdurch kann auf bereits
bewährte Materialien zur Herstellung von Katalysatorträgern
zurückgegriffen werden. So ist eine vorteilhafte Herstellung
erfindungsgemäßer Katalysatoren realisierbar, was zu einem
besonders wirtschaftlichen Einsatz erfindungsgemäßer
Katalysatoren führt.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Träger eine dem Stand
der Technik vergleichbare, oberflächenvergrößernde Struktur
auf, einschließlich einer entsprechend vorteilhaften
Beschichtung. Hierzu wird beispielsweise der Träger von
zahlreichen kleinen Kanälen durchzogen und eine vorteilhafte
Trägerschicht zur Oberflächenvergrößerung, gegebenenfalls aus
Aluminiumoxid, aufgebracht.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung weist der
Katalysator Bereiche mit unterschiedlicher Heizelement-
Anzahl auf. Hierdurch ist ein örtlich differenzierbarer
Energieeintrag im Katalysator realisierbar. Vorzugsweise kann
hiermit ein den Strömungsbedingungen angepasster
Energieeintrag umgesetzt werden, wodurch sich das
Anspringverhalten einer erfindungsgemäßen
Abgasreinigungseinheit weiter verbessert.
In vorteilhafter Weise umfasst ein in Strömungsrichtung vorne
angeordneter Bereich des Katalysators wenigstens ein
Heizelement. Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise
der Träger des Katalysators lediglich in dem entsprechenden
Teilbereich ein erfindungsgemäßes Heizelement umfassen.
Hierdurch kann die Fertigung bzw. der finanzielle Aufwand
einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinheit reduziert
werden. In vorteilhafter Weise wird zuerst der vorne
angeordnete Bereich des Katalysators sowohl vom Heizelement
als auch vom Abgas erwärmt, so dass hiermit der
vergleichsweise kleine Bereich eine wesentlich schnellere
Erwärmung der entsprechenden katalytisch aktiven Belegung bei
minimalem zusätzlichen Energieeinsatz erfährt. So wird
wenigstens ein Teil des Abgasstromes besonders schnell von
schädlichen Abgasbestandteilen befreit.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass
keine Zuleitungen zu Heizvorrichtungen am Katalysator
angebracht sein müssen.
Darüber hinaus kann durch die bei der katalytischen Reaktion
freiwerdende Wärme auch die katalytisch aktive Belegung des
Katalysatorteilbereiches, der kein Heizelement umfasst,
zusätzlich erwärmt werden, was zu einem besonders günstigen
Kaltstartverhalten führt.
In einer besonderen Ausführungsform kann der Katalysator
einen herkömmlichen Katalysatorträger sowie eine
erfindungsgemäße Katalysatorscheibe umfassen, bei der der
Durchmesser deutlich größer ist als die Dicke.
In vorteilhafter Weise umfasst der Träger das Heizelement.
Hierdurch wird gewährleistet, dass eine besonders einfache
Fertigung des Katalysators realisierbar ist. Beispielsweise
können elektrische Heizwicklungen in den Träger eingebracht
werden, so dass diese die katalytisch aktive Belegung des
Katalysators erwärmen und somit in einfacher Weise der
erfindungsgemäße Katalysator realisierbar ist. Bei dieser
Ausführungsform der Erfindung ist wiederum ein keramischer
Träger, der beispielsweise elektrisch isolierende
Eigenschaften aufweist, vorteilhaft.
Vorzugsweise ist ein in den Katalysator eingelagerter
Zusatzstoff für die Heizung vorgesehen. Hierdurch wird
ermöglicht, dass beispielsweise die Einbringung der
Heizenergie in den Katalysator und/oder die Wärmeleitung des
Katalysators verbessert wird.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist der
Zusatzstoff einen dielektrischen, magnetischen und/oder
ohmschen Widerstand auf. Insbesondere mittels der an den
kapazitiven, dielektrischen, induktiven und/oder ohmschen
Widerständen des Zusatzstoffes hervorgerufenen Verluste wird
unter Bestromung oder unter dem Einfluss eines elektrischen
und/oder magnetischen Feldes die erfindungsgemäße Erwärmung
der katalytisch aktiven Belegung umgesetzt. Bei einer
vorteilhaften, örtlich differenzierten Verteilung des
Zusatzstoffs im Katalysator kann hierdurch eine
schnellstmögliche Erwärmung der katalytisch aktiven Belegung
realisiert werden.
Vorzugsweise ist der Zusatzstoff metallisch und/oder
keramisch ausgebildet, wodurch eine vorteilhafte Realisierung
der erfindungsgemäßen Widerstände und somit der
entsprechenden Verluste, die zur Erwärmung des Katalysators
führen, ermöglicht wird.
Vorteilhafterweise umfasst ein keramischer Katalysatorträger,
beispielsweise bestehend aus Corderit, unter anderem
Übergangsmetalloxide, insbesondere Eisen-, Nickel- und
Kobaltoxide, und/oder elektrisch leitende Keramiken,
insbesondere Spinnellen, Perovkiten oder dergleichen.
Gegebenenfalls können die Zusatzstoffe bereits bei der
Fertigung des Katalysatorträgers und/oder der Belegung
beigemengt und/oder nachträglich eingebracht bzw. aufgebracht
werden. Hierbei können diese beispielsweise den sonstigen
Ausgangsstoffen zudosiert und/oder im Rahmen der Beschichtung
des Trägers mit der katalytisch aktiven Belegung auf den
Träger aufgebracht bzw. in die katalytisch aktive Belegung
eingebracht werden. Insbesondere die Beimengung der
Zusatzstoffe während des Fertigungsprozesses des Trägers oder
der Belegung ermöglicht eine wirtschaftlich vorteilhafte
Herstellung erfindungsgemäßer Katalysatoren.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die
Heizeinheit einen Sender zum Aussenden elektromagnetischer
Wellen. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Heizenergie in
vorteilhafter Weise in den Katalysator eingebracht werden
kann. Hierbei ist insbesondere der Träger und/oder die
Belegung als Absorber elektromagnetischer Heizstrahlung
ausgebildet, so dass die ausgesendeten elektromagnetischen
Wellen zur Erwärmung der katalytischen Belegung vorgesehen
werden können. Unter Verwendung erfindungsgemäßer
Zusatzstoffe ist hiermit, insbesondere bei entsprechend
vorteilhafter Verteilung der Zusatzstoffe, eine besonders
deutliche Verbesserung des Anspringverhaltens realisierbar.
Vorzugsweise sendet der Sender Hochfrequenz und/oder
Mikrowellen aus. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine
vorteilhafte Heizstrahlung zur Erwärmung der katalytisch
aktiven Belegung vorgesehen ist.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die
Einkopplung der elektromagnetischen Heizenergie
beispielsweise durch vorteilhafte Leitungszüge, die
insbesondere eine reflexionsarme Einkopplung der Heizenergie
realisieren können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird anhand der Figuren näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Katalysators,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines
Ausschnitts eines erfindungsgemäßen
Katalysators und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines
Ausschnitts eines weiteren
erfindungsgemäßen Katalysators.
Ein in Fig. 1 dargestellter Katalysator 1 weist eine in
Strömungsrichtung vorne angeordnete Scheibe 2 auf, die ein
nicht näher dargestelltes Heizelement 3 umfasst.
Beispielsweise besteht der Katalysatorträger aus Corderit,
der zahlreiche von Abgas durchströmte Kanäle aufweist.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt des Katalysators 1 dargestellt,
der Zusatzstoffe 4 aufweist, die beispielsweise aus
eingelagerten Übergangsmetalloxiden und/oder keramischen
Additiven bestehen. In der dargestellten Variante weist
lediglich ein Träger 5 die Zusatzstoffe 4 auf. Eine
katalytisch aktive Schicht 6 wird beispielsweise durch
elektromagnetisch induzierte Erwärmung der Zusatzstoffe 4
vergleichsweise schnell auf Betriebstemperatur erwärmt,
wodurch das Anspringverhalten deutlich verbessert wird.
Eine weitere Variante der Erfindung gemäß Fig. 3 weist einen
Katalysator 1 auf, wobei sowohl der Träger 5 als auch die
Schicht 6 Zusatzstoffe 4 umfassen. Hierdurch wird vor allem
die Einbringung der Heizenergie und somit die Erwärmung der
Schicht 6 zusätzlich verbessert.
1
Katalysator
2
Scheibe
3
Heizelement
4
Zusatzstoff
5
Träger
6
Schicht
Claims (11)
1. Abgasreinigungseinheit einer Brennkraftmaschine mit
einem Katalysator (1), der einen von Abgas durchströmten
Träger (5) und eine katalytisch aktive Belegung (6) auf dem
Träger (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Katalysator (1) wenigstens ein Heizelement (3) umfasst.
2. Abgasreinigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass ein keramischer Träger (5) vorgesehen
ist.
3. Abgasreinigungseinheit nach einem der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (1)
Bereiche (2, 5, 6) mit unterschiedlicher Heizelement-Anzahl
aufweist.
4. Abgasreinigungseinheit nach einem der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in
Strömungsrichtung vorne angeordneter Bereich (2) des
Katalysators (1) das Heizelement (3) umfasst.
5. Abgasreinigungseinheit nach einem der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) das
Heizelement (3) umfasst.
6. Abgasreinigungseinheit nach einem der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in den
Katalysator (1) eingelagerter Zusatzstoff (4) für die Heizung
vorgesehen ist.
7. Abgasreinigungseinheit nach einem der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff (4)
einen dielektrischen, magnetischen und/oder ohmschen
Widerstand aufweist.
8. Abgasreinigungseinheit nach einem der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff (4)
metallisch und/oder keramisch ausgebildet ist.
9. Abgasreinigungseinheit nach einem der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit einen
Sender von elektromagnetischen Wellen umfasst.
10. Abgasreinigungseinheit nach einem der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5)
und/oder die Belegung (6) als Absorber elektrischer bzw.
elektromagnetischer Heizstrahlung ausgebildet ist.
11. Abgasreinigungseinheit nach einem der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender
Hochfrequenz- und/oder Mikro-Wellen aussendet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10050464A DE10050464A1 (de) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Abgasreinigungseinheit einer Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10050464A DE10050464A1 (de) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Abgasreinigungseinheit einer Brennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10050464A1 true DE10050464A1 (de) | 2002-04-25 |
Family
ID=7659486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10050464A Ceased DE10050464A1 (de) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Abgasreinigungseinheit einer Brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10050464A1 (de) |
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Legal Events
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