DE10036401B4 - Vorrichtung zum Verringern der schädlichen Bestandteile im Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1) zum Verringern von schädlichen Bestandteilen im Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit einer Abgasleitung (2), in der in der Richtung der Abgasströmung hintereinander ein Oxidationskatalysator (5), ein NO2 produzierender Katalysator (6) und ein Partikelfilter (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (5), die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid vermindert und im Katalysatormonolithen eine Platinkonzentration von mindestens 50 g/ft3 im Frischzustand und eine Dispersion von 30% aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung von schädlichen Bestandteilen des Abgases einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Zur Beseitigung von Partikeln im Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, wird vorzugsweise ein Partikelfilter verwendet, der in die Abgasleitung eingebaut ist. Allerdings setzt sich der Partikelfilter mit der Zeit zu, so daß eine Regeneration notwendig ist, was beispielsweise durch Frei- bzw. Abbrennen der Partikel am Filter erfolgen kann. Dazu ist jedoch eine Abbrenntemperatur von etwa 550°C notwendig, die unter normalen Betriebsbedingungen nicht erreicht wird.
  • Es ist daher ein kontinuierliches Regenerieren des Partikelfilters durch Abbrennen wünschenswert. Hierzu ist bereits bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art vorgeschlagen worden, dem Partikelfilter in der Abgasleitung einen Oxidationskatalysator vorzuschalten, siehe z. B. EP 0 341 832 B1 , der aus dem im Abgas enthaltenen NO weiter zu NO2 oxidiert, mit dem die im Partikelfilter gespeicherten Partikel im wesentlichen kontinuierlich oxidiert werden können. Hierdurch läßt sich die Umsetztemperatur für die Partikel auf einen Temperaturbereich etwa oberhalb 200°C senken. Ein solches System ist auch unter der Bezeichnung CRT-System bekannt. Ein Nachteil dieses Systems ist, das für die Regeneration des Partikelfilters verhältnismäßig große Mengen Stickoxide, benötigt werden, die selbst Schadstoffe sind und gesetzlichen Limitationen unterliegen. Andererseits neigt der NO2 produzierende Katalysator dazu, insbesondere bei Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen oder CO in seinem Funktionsbereich eine Rückreaktion von NO2 zu NO stattfinden zu lassen.
  • Aus der WO 00/34632 ist ein System zur Abgasnachbehandlung bekannt, welches einen ersten Katalysator zur Kohlenwasserstoffoxidation, einen zweiten Katalysator zur Konvertierung von NO zu NO2 sowie eine Partikelfalle aufweist. Dabei kann eine Partikelbeladung der Partikelfalle mittels NO2 verbrannt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der eine Rückreaktion von NO2 zu NO vermieden oder vermindert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dem NO2 produzierenden Katalysator (NO2-Katalysator) ein Oxidationskatalysator so vorgeschaltet, daß das Abgas zunächst zum Oxidationskatalysator und dann zum NO2-Katalysator gelangt, wobei der Oxidationskatalysator ein Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid vermindernder Katalysator ist, d. h. er oxidiert die im Abgasstrom befindlichen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasser. Da die Rückreaktion von NO2 in NO im nachfolgenden NO2-Katalysator durch Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid begünstigt wird, die durch den vorgeschalteten Oxidationskatalysator vermieden bzw. vermindert werden, wird diese Rückreaktion nunmehr zumindest vermindert und die Effizienz des NO2-Katalysators wird wesentlich gesteigert.
  • Insbesondere werden Zeolithe und Platin als Beschichtungswerkstoffe für den Oxydationskatalysator verwendet.
  • Gemäß einer Weiterbildung weist der Oxidationskatalysator einen Katalysatormonolithen mit einer Platinkonzentration von mindestens 50 g/ft3 und eine Dispersion von 30% (im Frischzustand) auf. Hierdurch werden Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid weitgehend entfernt oder wenigstens vermindert, so daß die Effizienz des NO2-Katalysators wesentlich gesteigert wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung und weitere durch sie erzielbare Vorteile anhand von vorteilhaften Ausgestaltungen eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert.
  • Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung. Die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Vorrichtung weist eine Abgasleitung 2 auf, die sich von einer Brennkraftmaschine 3, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, erstreckt, und die im Funktionsbetrieb der Brennkraftmaschine 3 vom Abgas in der mit dem Pfeil 4 verdeutlichten Strömungsrichtung durchströmt wird. In der Abgasleitung 2 sind in der Strömungsrichtung 4 hintereinander ein Oxidationskatalysator 5, ein NO2 erzeugender Katalysator 6 (NO2-Katalysator) und ein Partikelfilter 7 angeordnet. Bei dem NO2-Katalysator kann es sich um einen üblichen zweiten Oxidationskatalysator handeln.
  • Der Oxidationskatalysator 5 adsorbiert Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid. Hierzu weist er eine Beschichtung auf. Als Beschichtungswerkstoff eignen sich beispielsweise Zeolithe oder Platin. Die Beschichtung des ersten Oxidationskatalysators 5 ist so beschaffen, daß die Platinkonzentration im Katalysatormonolith mindestens 50 g/ft3 bei einer Dispersion von mindestens 30% (im Frischzustand) beträgt. Außerdem hat der Oxidationskatalysator 5 bei einer Raumzahl von 15.000 h–1 mit einem Abgas, das 50 Massen-ppm (bezogen auf Propan) Kohlenwasserstoffe und 400 Massen-ppm Kohlenmonoxid enthält, eine HC-Anspringtemperatur von höchstens 160/150/140°C und eine CO-Anspringtemperatur von höchstens 150/140/130°C haben (Anspringtemperatur = 50% Umsatz).
  • Im Funktionsbetrieb der Vorrichtung 1 strömt das Abgas von der Brennkraftmaschine durch die Abgasleitung 2. Dabei setzt der Oxydationskatalysator 5 Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid um. Hierdurch wird eine Rückreaktion von NO2 zu NO im NO2-Katalysator 6 verhindert oder wenigstens vermindert. Die Rückreaktion wird nämlich durch Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid begünstigt. Diese werden durch den Oxidationskatalysator 5 weitgehend entfernt, so daß die Effizienz des NO2-Katalysators 6 gesteigert wird.
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Abgasleitung
    3
    Brennkraftmaschine
    4
    Strömungsrichtung
    5
    Oxidationskatalysator
    6
    Katalysator
    7
    Partikelfilter

Claims (5)

  1. Vorrichtung (1) zum Verringern von schädlichen Bestandteilen im Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit einer Abgasleitung (2), in der in der Richtung der Abgasströmung hintereinander ein Oxidationskatalysator (5), ein NO2 produzierender Katalysator (6) und ein Partikelfilter (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (5), die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid vermindert und im Katalysatormonolithen eine Platinkonzentration von mindestens 50 g/ft3 im Frischzustand und eine Dispersion von 30% aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator (5) mit einem Abgas, das 50 Massen-ppm (bezogen auf Propan) HC und 400 Massen-ppm CO enthält, eine HC-Anspringtemperatur von höchstens 160°C und eine CO-Anspringtemperatur von höchstens etwa 150°C hat, wobei die Raumzahl des Oxidationskatalysators (5) 15000 h–1 beträgt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator (5) eine Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid adsorbierende Beschichtung aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator (5) mit Zeolithen beschichtet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der NO2-Katalysator (6) ein Oxidationskatalysator ist.
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