DE4410022A1 - Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Abgasreinigungsanlagen mit Katalysatoren gehören seit langem zum Stand der Technik. Die Katalysatoren können entweder Oxidationskatalysatoren sein, die ohne zusätzliche Reduk­ tionsmittel arbeiten, oder sie können Reduktionskatalysatoren sein, die mit unterschiedlichen Reduktionsmitteln betrieben werden können. Diese beiden Systeme erreichen einen maximalen Wirkungsgrad nur in einem begrenzten Temperaturbereich, der sich nicht mit dem normalen Abgastemperaturbereich der Brenn­ kraftmaschine deckt.
Durch die DE-AS 22 22 498 ist eine Abgasanlage bekannt, bei der ein zum Katalysator führendes Vorrohr mit einer Hülle umgeben ist, in der ein Kühlluftstrom geführt ist, der von einer Abgasreinigungsvorrichtung gesteuert wird. Durch die DE-OS 41 27 634 ist es weiter bekannt, den Kühlluftstrom bis zu einem Endrohr der Abgasanlage zu führen, wobei das Endrohr und ein Kühlluftrohr mit dem aus dem Ende austretenden Abgas­ strom eine Saugstrahlpumpe für den Kühlluftstrom bilden.
Diese Abgasanlagen dienen dazu, eine gewisse Minimaltempera­ tur zu erzeugen, die bei Abgaskatalysatoren auch als An­ springtemperatur bezeichnet wird. Andererseits darf auch die Maximaltemperatur gewisse Grenzwerte nicht überschreiten, um eine thermische Zerstörung des Katalysators zu verhindern.
Aus den beiden Veröffentlichungen ist es daher bekannt, die Abgastemperatur in einem gewissen Bereich zu regeln, der sich durch eine Minimaltemperatur für das Anspringverhalten des Katalysators und einer Maximaltemperatur zur Verhinderung einer Zerstörung des Katalysators auszeichnet.
Wie eingangs erwähnt, liegt der beste Wirkungsgrad bei einem Katalysator in der Regel in einem Bereich, der von der Abgas­ temperatur der Brennkraftmaschine verschieden ist. Dabei ist dieser Bereich wesentlich enger als der obenerwähnte Bereich für die Minimaltemperatur und die Maximaltemperatur.
Im Zuge der immer strenger werdenden Abgasvorschriften ist es daher erforderlich, den optimalen Bereich als Betriebsbereich des Katalysators zu wählen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen mit möglichst einfa­ chen Mitteln aufzuzeigen, wie der optimale Betriebsbereich des Katalysators erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.
Die Erfindung wird nun anhand von drei Figuren näher erläu­ tert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung der relativen Änderung der Partikelkomponenten in Abhängigkeit von der Abgastempera­ tur am Beispiel eines Oxidationskatalysators;
Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Stickstoff-Konver­ sion des Katalysators in Abhängigkeit von der Abgastemperatur am Beispiel eines Magerkatalysators; und
Fig. 3 ein Abgassystem in schematischer Darstellung.
Bei der in Fig. 1 gezeigten graphischen Darstellung ist die relative Änderung der Partikelkomponenten in % in Abhängig­ keit von der Abgastemperatur in °C gezeigt. Man kann aus dieser Darstellung erkennen, daß der optimale Arbeitsbereich zwischen einer Abgastemperatur von etwa 175°C bis 300°C liegt. Bei einer höheren Temperatur steigt der Anteil der Sulfate stark an, während bei einer niedrigeren Temperatur der Anteil an organisch lösbaren Stoffen wie Kohlenwasser­ stoff stark ansteigt. Ein erhöhter Anteil an Sulfaten ist insbesondere aus dem Grund zu vermeiden, da dieser Anteil in einem Abgastest bei der Messung der Partikelmasse miterfaßt wird, so daß dies dazu führen kann, daß ein Abgastest nicht bestanden wird.
In Fig. 2 ist die Stickstoffoxid-Konversion des Magerkataly­ sators mit Wasserstoff als Reduktionsmittel in Abhängigkeit von der Abgastemperatur gezeigt. Man sieht daraus, daß die Konversion des Katalysators bei etwa 80°C am größten ist, wenn als Randbedingung 10% Sauerstoff, 1000 ppm NOx und 1% Wasserstoff gebildet wird. Daraus folgt, daß die optimale Abgastemperatur für den Betrieb des Katalysators bei etwa 80°C liegt.
In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, bei der eine Brennkraftmaschine 3 angedeutet ist, die mit einem Ansaug­ trakt 4 in Verbindung steht. Abgasseitig steht die Brenn­ kraftmaschine 3 mit einem Auspuffkrümmer 5 in Verbindung, der über ein Rohr 8 zu einem Wärmetauscher 2 führt. Ein weiteres Rohr 9 verbindet den Wärmetauscher 2 mit einem Katalysator 1, wobei die Abgase über ein sich daran anschließendes Rohr 10 ausgestoßen werden. Im gezeigten Fall mündet eine Zuführungs­ leitung 7 in das Rohr 9 ein, wobei die Zuführungsleitung mit einem Dosiersystem 6 für ein Reduktionsmittel in Verbindung steht. Je nach dem Typ des Katalysators kann die Reduktions­ mittelversorgung vorhanden sein oder weggelassen werden.
Links vom Wärmetauscher 2 ist durch die vier Pfeile die auf den Wärmetauscher auftreffende Kühlluft L angedeutet. Über eine nicht gezeigte Regeleinrichtung wird die Kühlluft so gesteuert, daß die Abgastemperatur auf einen Wert geregelt wird, bei der der betreffende Katalysator seinen optimalen Wirkungsgrad aufweist.

Claims (6)

1. Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine, insbe­ sondere für eine Diesel-Brennkraftmaschine, in deren Abgas­ strang ein Katalysator (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts des Katalysators (1) im Abgasstrang ein Wärmetauscher (2) angeordnet ist, durch den die Abgastempera­ tur auf einen gewünschten Temperaturbereich, bei dem der Katalysator einen optimalen Wirkungsgrad hat, regelbar ist.
2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch den Wärmetauscher (2) die ma­ ximale Abgastemperatur begrenzbar ist.
3. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das die Temperatur beeinflussende Medium Luft (L) ist.
4. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das die Temperatur beeinflussende Medium Kühlwasser für die Brennkraftmaschine ist.
5. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Katalysator (1) über ein Dosier­ system (6) zumindest ein Reduktionsmittel zuführbar ist, wobei die Temperatur des Wärmetauschers auf die optimale Konversions-Temperatur des Katalysators in Abhängigkeit vom Reduktionsmittel geregelt wird.
6. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einer Diesel-Brennkraftmaschine der gewünschte Temperaturbereich entsprechend dem Einsatz des Reduktionsmittels einstellbar ist.
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