DE19850762A1 - Device and method for aftertreatment of engine exhaust gases from an internal combustion engine - Google Patents
Device and method for aftertreatment of engine exhaust gases from an internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nachbehandlung der Motorabgase einer Brennkraftmaschine, und betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nachbehandlung von Rußpartikeln und/oder Stickoxiden im Abgasstrom.The invention relates to a device and a method for aftertreatment of the Engine exhaust gases from an internal combustion engine, and particularly relates to a device and a Process for the aftertreatment of soot particles and / or nitrogen oxides in the exhaust gas stream.
Bekannte NOx-Katalysatoren absorbieren die während des Magerbetriebs eines Motors erzeugten Stickoxide und reduzieren das gespeicherte NOx während eines Fettbetriebs des Motors, wobei die bekannten Verfahren diskontinuierlich sind und das Speichern und Reduzieren der Stickoxide in zeitlich unterschiedlichen Phasen abläuft. Um ein derartiges Verfahren durchführen zu können, muß der Speicher nach einer gewissen Zeit aufgrund seiner endlichen Aufnahmekapazität entleert werden. Dies geschieht entweder nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeit oder es muß der Füllungsgrad des Katalysators bestimmt werden. Wird der Speicher nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeit regeneriert, so hat dies den Nachteil, daß aus Sicherheitsgründen die Speicherkapazität des Katalysators nicht voll ausgenutzt wird, so daß kein optimaler Motorbetrieb hinsichtlich Verbrauch und Abgasverhalten möglich ist. Wird der Speicher regeneriert, wenn ein bestimmter Füllungsgrad des Speichers erreicht ist, so hat dies den Nachteil, daß eine zusätzliche Vorrichtung benötigt wird, die den Füllungsgrad des NOx-Speicherkatalysators bestimmt. Dabei ist die exakte Bestimmung des Füllungsgrades des Speichers schwierig, so daß auch hier auf den regenerativen Betrieb umgeschaltet wird, wenn der Speicher noch nicht vollständig gefüllt ist. Dies führt letztlich ebenfalls zu einem nicht optimalen Betrieb des Motors. Ferner gilt für beide Verfahren, daß während des Fettbetriebs des Motors kein optimales Abgasverhalten erzielt und für den zyklischen Motorbetrieb eine komplizierte Motorsteuerung benötigt wird.Known NOx catalysts absorb that during the lean operation of an engine generated nitrogen oxides and reduce the stored NOx during a rich operation of the Motors, the known methods are discontinuous and the storage and Reduction of nitrogen oxides occurs in different phases. To such a thing To be able to carry out procedures, the memory has to wait for a certain time its finite absorption capacity can be emptied. This happens either after expiration a predetermined time or the degree of filling of the catalyst must be determined become. If the memory is regenerated after a fixed predetermined time, this has the disadvantage that the storage capacity of the catalyst is not full for safety reasons is exploited so that no optimal engine operation in terms of consumption and Emission behavior is possible. The memory is regenerated when a certain Degree of filling of the memory is reached, this has the disadvantage that an additional Device is required that determines the degree of filling of the NOx storage catalyst. The exact determination of the degree of filling of the memory is difficult, so that too here is switched to regenerative operation if the memory is not yet is completely filled. Ultimately, this also leads to less than optimal operation of the Motors. Furthermore, it applies to both methods that none during the rich operation of the engine optimal exhaust gas behavior achieved and a complicated for cyclic engine operation Motor control is needed.
Ferner wird für eine hinreichend gute Funktion eines NOx-Speicher-Katalysators eine Mindesttemperatur von ca. 250°C benötigt. Ist das vom Motor kommende Abgas zu kalt, kann das Verfahren nur funktionieren, wenn der Katalysator auf diese Mindesttemperatur geheizt wird. Dabei treten Wärmeverluste auf, wodurch der Energiebedarf stark erhöht wird.Furthermore, for a sufficiently good function of a NOx storage catalyst Minimum temperature of approx. 250 ° C is required. If the exhaust gas coming from the engine is too cold, the process can only work if the catalyst is at this minimum temperature is heated. This causes heat losses, which greatly increases the energy requirement.
Ferner treten im Abgas von Dieselmotoren Rußpartikel auf, die nicht an die Umwelt abgegeben werden können. Zur Nachbehandlung derartiger mit Rußpartikeln behafteter Angase werden in einer bekannten Vorrichtung die Rußpartikel zurückgehalten und zyklisch mit dem Erreichen eines bestimmten Füllungsgrades des Rußfilters dieser entweder ausgewechselt oder die zurückgehaltenen Rußpartikel mit einer entsprechenden Heizvorrichtung entzündet und verbrannt. Beide Vorgehensweisen sind für einen kontinuierlichen Einsatz unbefriedigend.In addition, soot particles occur in the exhaust gas of diesel engines that are not released to the environment can be delivered. For the aftertreatment of those with soot particles In a known device, the soot particles are retained and cyclically with reaching a certain filling level of the soot filter this either replaced or the retained soot particles with an appropriate Heater ignited and burned. Both approaches are for one continuous use unsatisfactory.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine zu entwickeln, die einen optimaleren Motorbetrieb ermöglichen.The invention is therefore based on the object of a device and a method for Treatment of the exhaust gas flow of an internal combustion engine to develop a enable optimal engine operation.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 24 und 27 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention is solved by the features of claims 1, 24 and 27. Preferred Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachbehandlung der Motorabgase eine Brennkraftmaschine weist einen Körper oder Monolithen mit vom Abgas durchströmten Kanälen auf, der im Abgasstrom drehbar angeordnet ist. Unter Monolith wird hier ein Körper verstanden, der einstückig aus Keramik, aus metallischen Trägermaterialien oder aus keramischen oder metallischen Segmenten, die in einer Aufnahmestruktur angeordnet sind, bestehen kann.The device according to the invention for the aftertreatment of the engine exhaust gases Internal combustion engine has a body or monolith with the exhaust gas flowing through it Channels, which is rotatably arranged in the exhaust gas flow. Monolith is a body here understood the one-piece from ceramic, from metallic carrier materials or from ceramic or metallic segments, which are arranged in a receiving structure, can exist.
Ferner weist die Vorrichtung einen Zuströmkanal auf, der mit einem Teil (B1) der Kanäle des Körpers in Strömungsverbindung steht. Ferner ist eine Strömungsverbindung vorgesehen ist, die mit dem von dem Zuströmkanal angeströmten Teil B1 der Kanäle ausgangsseitig in Verbindung steht und diesen strömungsmäßig mit einem Teil B2 der Kanäle verbindet, der nicht mit dem Zuströmkanal in Strömungsverbindung steht.Furthermore, the device has an inflow channel which is connected to a part (B1) of the channels of the Body is in fluid communication. A flow connection is also provided, that on the output side with the part B1 of the channels flowed against by the inflow channel Connection is established and connects this in terms of flow to part B2 of the channels, which is not in flow connection with the inflow channel.
Vorzugsweise ist der Körper oder Monolith in zwei Bereiche B1, B2 unterteilt ist, wobei das Abgas an der vorderen Stirnfläche des Körpers in den ersten Bereichs B1 eintritt, an der hinteren Stirnfläche des ersten Bereichs B1 austritt, durch den dort angebrachten Filter hindurchtritt, in eine Stirnfläche des zweiten Bereichs B2 eintritt und den zweiten Bereich B2 an der anderen Stirnfläche 2 verläßt, wobei der Körper 4 sich während der Durchströmung um eine Achse im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgasstroms dreht.Preferably, the body or monolith is divided into two areas B1, B2, the exhaust gas entering the first area B1 on the front face of the body, exiting on the rear face of the first area B1, passing through the filter attached there, into one End face of the second area B2 enters and leaves the second area B2 on the other end face 2 , the body 4 rotating during the flow around an axis substantially perpendicular to the flow direction of the exhaust gas flow.
Vorzugsweise weist der Körper eine zylindrische Form auf, wobei die Kanäle sich in radialer Richtung erstrecken. Der Körper hat in axialer Richtung eine zylindrische Aussparung, mit anderen Worten, der Zylinder ist in axialer Richtung hohl. Dabei kann der Körper aus Metall oder Keramik bestehen, wobei er sowohl einstückig oder aus Segmenten zusammensetzbar ausgebildet sein kann. Besteht der Körper aus Segmenten, so sind diese so von Kanälen durchzogen, daß sich die Kanäle nach dem zusammensetzen der Segmente in radiale Richtung bezüglich der Symmetrieachse des Zylinders erstrecken.The body preferably has a cylindrical shape, the channels being radial Extend direction. The body has a cylindrical recess in the axial direction, with in other words, the cylinder is hollow in the axial direction. The body can be made of metal or ceramic, where it can be assembled in one piece or from segments can be trained. If the body consists of segments, these are channels that the channels are radial after assembling the segments Extend direction with respect to the axis of symmetry of the cylinder.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung einen Filter, der drehbar angeordnet sein kann, wobei sich der Filter insbesondere mit dem Monolithen drehen kann, wobei im Falle des zylindrischen Körpers mit dem axialen Hohlraum der Filter in diesem angeordnet ist. Der Filter kann dabei feststehend sein oder sich mit dem Körper mitdrehen, wobei die Drehgeschwindigkeit nicht mit der Drehgeschwindigkeit des Körpers identisch sein muß.Preferably, the device comprises a filter which can be rotatably arranged, wherein the filter can rotate in particular with the monolith, whereby in the case of cylindrical body with the axial cavity of the filter is arranged in this. The The filter can be fixed or can rotate with the body, the Speed of rotation does not have to be identical to the speed of rotation of the body.
Ferner weist die Brennkraftmaschine eine direkte Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum auf und/oder ist eine Dieselkraftstoffmaschine.Furthermore, the internal combustion engine has a direct fuel injection into the combustion chamber and / or is a diesel fuel machine.
Vorzugsweise weist der Filter ein Heizelement auf, das dazu dient, den Filter nach einem Kaltstart auf Betriebstemperatur zu bringen. Nach Erreichen der erforderlichen Temperatur kann das Heizelement abgeschaltet werden. Grundsätzlich ist eine zusätzliche Zuheizung nur dann vorgesehen, wenn die motorischen Bedingungen (Abgastemperatur) nicht zu einem Rußabbrand führen. Insbesondere kann die erforderliche Temperatur zur Schadstoffumsetzung alternativ oder unterstützend auch durch geeignet gewählte motorische Parameter (Einspritzmenge, Einspritzverlauf, Nacheinspritzung) schnell erreicht werden, auch hier werden die motorischen Parameter auf ihre Normalbedingungen zurückgeführt, wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist.The filter preferably has a heating element which serves to filter the filter after a Bring cold start to operating temperature. After reaching the required temperature the heating element can be switched off. Basically, additional heating is required only provided if the engine conditions (exhaust gas temperature) do not increase soot burn. In particular, the temperature required for Alternative or supportive implementation of pollutants also by suitably chosen Engine parameters (injection quantity, injection process, post-injection) quickly reached here, too, the motor parameters are based on their normal conditions returned when the desired temperature is reached.
Ferner kann der Körper zur Schadstoffreduzierung, insbesondere zur Reduktion von NOx, HC und/oder CO, zumindest teilweise katalytisch beschichtet sein. Furthermore, the body can reduce pollutants, in particular to reduce NOx, HC and / or CO, at least partially coated catalytically.
Ferner weist die Vorrichtung ein feststehendes Gehäuse (12) auf, in dem der sich um seine Längsachse drehende Körper angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus einem nichtmetallischen Werkstoff.The device also has a fixed housing ( 12 ) in which the body rotating about its longitudinal axis is arranged. The housing is preferably made of a non-metallic material.
Die Drehung des Körpers erfolgt vorzugsweise durch eine Antriebseinheit. Die Antriebseinheit kann durch einen Elektromotor gebildet werden. Es ist auch möglich, daß die Antriebseinheit durch ein äußeres magnetisches Feld und innerhalb des Gehäuses angeordnete Magnete gebildet wird. Ferner kann der Körper auch nach Art einer Turbine durch den Abgasstrom gedreht werden. Vorzugsweise beträgt die Rotationsgeschwindigkeit des Körpers (4) ca. 0,3 bis 10 U/min, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit so gewählt wird, daß das Maximum der sich einstellenden Temperaturverteilung innerhalb des Körpers, vorzugsweise am Ort des Filters, verbleibt.The body is preferably rotated by a drive unit. The drive unit can be formed by an electric motor. It is also possible for the drive unit to be formed by an external magnetic field and magnets arranged inside the housing. Furthermore, the body can also be rotated through the exhaust gas flow in the manner of a turbine. The speed of rotation of the body ( 4 ) is preferably approximately 0.3 to 10 rpm, the speed of rotation being selected so that the maximum of the temperature distribution which arises remains inside the body, preferably at the location of the filter.
Ferner kann die Vorrichtung ein Mittel zur Einbringung von zusätzlichem Kraftstoff aufweisen, um eine Reduktion des NOx-Abgasbestandteils zu bewirken, wenn der Motor mager betrieben werden kann. Vorzugsweise ist das Mittel zur Einbringung von zusätzlichem Kraftstoff in der Drehachse des Körpers angeordnet ist.Furthermore, the device can have a means for introducing additional fuel, to cause a reduction in the NOx exhaust gas component when the engine is lean can be operated. Preferably, the means for introducing additional Fuel is arranged in the axis of rotation of the body.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer
Brennkraftmaschine, wobei im Abgasstrom ein Körper angeordnet ist, der in
Abgasströmungsrichtung mit Kanälen durchzogen und in zwei Bereiche unterteilt ist, weist
die folgenden Schritte auf:
Leiten des Abgasstroms in die vordere Stirnfläche eines ersten Bereiches,
Leiten des Abgasstroms an der hinteren Stirnfläche des ersten Bereiches in eine Stirnfläche
eines zweiten Bereiches und Entlassen des Abgasstroms an der anderen Stirnfläche des
zweiten Bereiches, und
Drehen des Körper während des Betriebs um eine Achse, so daß die Kanäle vom ersten
Bereich in den zweiten Bereich wechseln.
The method according to the invention for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine, a body being arranged in the exhaust gas flow and having channels in the exhaust gas flow direction and being divided into two areas, has the following steps:
Directing the exhaust gas flow into the front end face of a first area,
Directing the exhaust gas flow at the rear end face of the first area into an end face of a second area and releasing the exhaust gas flow at the other end face of the second area, and
Rotating the body around an axis during operation so that the channels change from the first area to the second area.
Ferner wird der Körper mit einer solchen Geschwindigkeit um seine Achse gedreht wird, daß eine Erwärmung des zweiten Bereichs durch den Abgasstrom zu einer Erwärmung des Abgasstroms durch den ersten Bereich führt.Furthermore, the body is rotated about its axis at such a speed that a heating of the second region by the exhaust gas flow to a heating of the Exhaust gas flow leads through the first area.
Vorzugsweise wird eine Retention der Rußpartikel des Abgasstroms an einem Filter bewirkt wird, der zwischen der abgasausgangseitigen Stirnfläche der ersten Bereichs und der abgaseingangsseitigen Stirnfläche des :zweiten Bereichs angeordnet ist, und die Umdrehungsgeschwindigkeit wird so gewählt, daß das Maximum der Temperaturfront sich in etwa an dem Filter befindet.The soot particles of the exhaust gas stream are preferably retained on a filter is that between the exhaust gas outlet side face of the first region and the Exhaust gas inlet-side end face of the: second region is arranged, and the The speed of rotation is chosen so that the maximum of the temperature front is in is located on the filter.
Vorzugsweise ist der in dem Verfahren verwendete Körper zumindest teilweise katalytisch beschichtet, so daß eine NOx-Speicherung des Abgases während der Magerphasen der Brennkraftmaschine bewirkt wird. Durch eine Zugabe von Reduktionsmitteln in den Körper kann ein kontinuierliches NOX-Speicher-Regenerationsverfahren bewirkt werden.The body used in the method is preferably at least partially catalytic coated so that a NOx storage of the exhaust gas during the lean phases of the Internal combustion engine is effected. By adding reducing agents to the body a continuous NOX storage regeneration process can be effected.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Desulfatierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Nachbehandlung der Abgase einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung als NOx-
Speicher ausgelegt ist, weist die folgenden Schritte auf:
Verlangsamen oder Aussetzten der Rotation des Körpers bei gleichzeitiger Erhöhung der
Schadstoffmenge im Abgas zu Beginn der Desulfatisierung, bis ein entstehendes
Temperaturmaximum in oder durch den zweiten Bereich, insbesondere nahe der
abgasaustrittsseitigen Stirnfläche des zweiten Bereichs gewandert ist,
Drehen des Körpers bis der zweite Bereich die Stelle des ersten Bereichs zumindest
überwiegend einnimmt, so daß das Temperaturmaximum überwiegend im ersten Bereich
liegt, und Aussetzen der Rotation, bis das Temperaturmaximum zumindest in den zweiten
Bereich gelangt ist,
Heruntersetzen der Nacheinspritzung und erneute Drehung des Körpers.The method according to the invention for desulfating the device according to the invention for aftertreatment of the exhaust gases of an internal combustion engine, the device being designed as a NOx storage device, has the following steps:
Slowing or stopping the rotation of the body while simultaneously increasing the amount of pollutants in the exhaust gas at the beginning of the desulfation until a temperature maximum has migrated into or through the second region, in particular near the end face of the second region on the exhaust outlet side,
Rotating the body until the second area at least predominantly takes the place of the first area, so that the temperature maximum is predominantly in the first area, and suspending the rotation until the temperature maximum has reached at least the second area,
Decrease post-injection and re-rotate the body.
Dabei kann es notwendig sein, daß die Verlangsamung der Drehung bzw. der Stopp mehrmals wiederholt wird, bis im wesentlichen alle Bereiche entschwefelt sind. Die kontinuierliche Rotation des Körpers wird wieder aufgenommen, wenn das Temperaturmaximum sich in etwa an der Schnittstelle der beiden Bereiche befindet.It may be necessary for the rotation to slow down or stop is repeated several times until essentially all areas have been desulfurized. The continuous rotation of the body will resume when that Temperature maximum is approximately at the interface of the two areas.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen naher erläutert.A preferred embodiment of the invention is described below with reference to the drawings explained in more detail.
Fig. 1a zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, Fig. 1a shows a horizontal cross-sectional view through a first embodiment of the inventive device for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine,
Fig. 1b zeigt einen vertikalen Querschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1a, und Fig. 1b shows a vertical cross section through the device of Fig. 1a, and
Fig. 2 zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine Fig. 2 shows a horizontal cross-sectional view through a second embodiment of the inventive device for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine
Fig. 1a zeigt einen horizontalen Querschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine. Rohabgas eines Motors (nicht dargestellt) strömt durch eine Abgaszuführung 1 in eine äußere Stirnfläche 2 einen ersten Bereich B1 eines zylinderförmigen Körpers 4, der mit Kanälen 3 durchzogen ist. Die Kanäle 3 verlaufen dabei in radialer Richtung bezüglich der durch die Symmetrieachse des Zylinders gebildete Drehachse 9. Die senkrecht zur Drehachse 9 angeordneten Kanäle 3 sind zumindest teilweise katalytisch beschichtet, wie dies oben bereits erwähnt wurde. Nach dem Austreten des Abgases aus der inneren Stirnfläche 5 des Körpers 4, die durch einen zentral in dem Körpers ausgebildeten axialen Hohlraum 7 gebildet wird, tritt das Abgas durch einen im Hohlraum 7 angeordneten Partikelfilter 6 und tritt durch die äußere Stirnfläche 5 in einen gegenüberliegenden zweiten Bereichs B2 ein und tritt an der äußeren Stirnfläche 2 des zweiten Bereichs B2 in einen Abströmkanal 8 ein. In der Fig. 1a ist dargestellt, daß der erste Bereich und der zweite Bereich durch den Zuströmkanal 1 und den Abströmkanal 8 auf jeweils drei Kanäle 3 begrenzt ist. Dies ist nicht zwingend notwendig. Durch eine andere Konstruktion des den Körper 4 umschließendes Gehäuses 10 kann erreicht werden, daß das einströmende und ausströmende Abgas jeweils einen ersten und zweiten Bereich B1, B2 von maximal 180° erreicht. Mit anderen Worten, der erste und der zweite Bereich kann maximal die Hälfte des Körpers 4 umfassen. Fig. 1a shows a horizontal cross section through a first preferred embodiment of a device for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine. Raw exhaust gas from an engine (not shown) flows through an exhaust gas supply 1 into an outer end face 2, a first region B1 of a cylindrical body 4 , which is traversed by channels 3 . The channels 3 run in the radial direction with respect to the axis of rotation 9 formed by the axis of symmetry of the cylinder. The channels 3 arranged perpendicular to the axis of rotation 9 are at least partially catalytically coated, as has already been mentioned above. After the exhaust gas emerges from the inner end face 5 of the body 4 , which is formed by an axial cavity 7 formed centrally in the body, the exhaust gas passes through a particle filter 6 arranged in the cavity 7 and passes through the outer end face 5 into an opposite second one Area B2 and enters an outflow channel 8 on the outer end face 2 of the second area B2. FIG. 1 a shows that the first area and the second area are limited to three channels 3 by the inflow channel 1 and the outflow channel 8 . This is not absolutely necessary. Another construction of the housing 10 enclosing the body 4 can ensure that the inflowing and outflowing exhaust gas each reach a first and second region B1, B2 of a maximum of 180 °. In other words, the first and the second region can comprise at most half of the body 4 .
Fig. 1b zeigt einen vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Im Innern des von Kanälen 3 durchzogenen Körpers 4 ist der Filter 6 angeordnet, der sich i.a. synchron mit dem Körper 4 dreht. Der Körper 4 und der Filter 6 sind in einem entsprechenden Gehäuse 10 angeordnet. Die Drehung erfolgt um eine Drehachse 9, die als Zufuhr von zusätzlichen Kraftstoff zur Verbrennung in einem katalytisch aktiven Filter oder in der Rotormatrix, d. h. dem Körper 4, dienen kann. FIG. 1b shows a vertical section through the inventive device. The filter 6 , which generally rotates synchronously with the body 4, is arranged in the interior of the body 4 through which the channels 3 pass. The body 4 and the filter 6 are arranged in a corresponding housing 10 . The rotation takes place about an axis of rotation 9 , which can serve as the supply of additional fuel for combustion in a catalytically active filter or in the rotor matrix, ie the body 4 .
Durch die Durchströmung des Körpers 4 mit dem Filter 6 steigt auf der Eingangsseite die Temperatur durch katalytische Umsetzung von im Abgas vorhandenem CO und HC während des Durchtritts durch die katalytisch beschichteten Kanäle 3 an. Gleichzeitig können Stickoxide chemisch absorbiert werden, falls die Kanäle 3 mit einem NOx-absorbierenden Katalysator beschichtet sind. Das Temperaturmaximum wird in der Mitte der Vorrichtung, im Partikelfilter 6 erreicht. Beim weiteren Durchtritt durch den Körper 4 oder Rotor gibt das Abgas seine Wärme wieder ab und verläßt den Rotor 4 mit etwa der gleichen Temperatur wie auf der Eingangsseite. Ohne Rotation würde die Temperaturfront, d. h. die Maximumtemperatur, aus der Vorrichtung hinausgetrieben. Durch die Drehung des Rotors 4 wird die Temperaturfont immer wieder in das System zurückgetrieben. Im Mittel entsteht ein periodisch stationäres Profil, dessen Maximum im Bereich des Filters 6 liegt.As a result of the filter 6 flowing through the body 4, the temperature rises on the inlet side due to the catalytic conversion of CO and HC present in the exhaust gas during the passage through the catalytically coated channels 3 . At the same time, nitrogen oxides can be chemically absorbed if the channels 3 are coated with a NOx-absorbing catalyst. The temperature maximum is reached in the middle of the device, in the particle filter 6 . Upon further passage through the body 4 or rotor, the exhaust gas releases its heat again and leaves the rotor 4 at approximately the same temperature as on the inlet side. Without rotation, the temperature front, ie the maximum temperature, would be driven out of the device. By turning the rotor 4 , the temperature font is driven back into the system again and again. On average, a periodically stationary profile is created, the maximum of which lies in the area of the filter 6 .
Fig. 2 zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, in der die Vorrichtung als reiner NOx-Speicherkatalysator betrieben wird. Fig. 2 shows a horizontal cross-sectional view through a second embodiment of the inventive device for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine in which the device is operated as a pure NOx storage catalyst.
Fig. 2 zeigt einen sich um seine Längsachse drehender Körper 4, der als NOx- Speicherkatalysator beschichtet ist, der als regenerativer Wärmetauscher eingesetzt wird. Der Körper 4 besitzt in radialer Richtung sehr viele feine Kanäle 3 und wird radial vom Abgas durchströmt, und zwar wird Ihm das Abgas über einen Zuströmkanal 1 zugeführt und über einen Abströmkanal 8 abgeleitet, wodurch erste und zweite Bereiche B1, B2 wie im Fall der ersten Ausführungsform gebildet werden. Ferner weist der Körper einen axialen Hohlraum 7 auf, der von der inneren Stirnfläche 5 des Körpers 4 begrenzt wird. Der axiale Hohlraum dient zur strömungsmäßigen Verbindung der Kanäle 3 des ersten und des zweiten Bereichs B1, B2. Vorteilhafterweise findet keine Strömungsumlenkung statt, wodurch der Druckverlust niedrig gehalten wird. Der innere Teil, dargestellt als Kreisring T1, der Kanäle 3 wird mit einem NOx-speicherndem Katalysator beschichtet. Der äußere Teil der Kanäle, dargestellt durch einen Kreisring T2, wird nicht beschichtet und nimmt nicht an der Katalyse teil, er hat nur die Funktion des Wärmetauschers. Durch die radiale Durchströmung bei gleichzeitiger Drehung läßt sich in dem Körper 4 ein Temperaturprofil einstellen, das sich an den Ein- bzw. Austrittsseiten der äußeren Stirnfläche 2 des Körpers etwa auf Abgastemperatur befindet und zur Mitte hin steil auf ca. 350 bis 400°C ansteigt. Dadurch befindet sich ein Teil des Katalysators immer in einem optimalen Temperaturbereich für die NOx-Speicherung. Die rotierende Anordnung des Katalysators, d. h. des Körpers 4, sorgt für eine bestmögliche Wärmerückgewinnung nach dem Regeneratorprinzip. Bei idealer Wärmedämmung und richtiger Dimensionierung und Rotationsgeschwindigkeit wird die einmal eingetragene Wärme das System nicht mehr verlassen. Die real auftretenden Wärmeverluste werden durch die Reaktionswärme, die bei der Schadstoffoxidation im Bereich T1 frei wird, ausgeglichen. Fig. 2 shows a body 4 rotating about its longitudinal axis, which is coated as a NOx storage catalytic converter, which is used as a regenerative heat exchanger. The body 4 has a large number of fine channels 3 in the radial direction and the exhaust gas flows radially through it, namely the exhaust gas is supplied to it via an inflow channel 1 and is discharged via an outflow channel 8 , as a result of which first and second regions B1, B2, as in the case of the first Embodiment are formed. Furthermore, the body has an axial cavity 7 which is delimited by the inner end face 5 of the body 4 . The axial cavity serves for the fluidic connection of the channels 3 of the first and the second area B1, B2. Advantageously, there is no flow deflection, which keeps the pressure loss low. The inner part, represented as a circular ring T1, of the channels 3 is coated with a NOx-storing catalyst. The outer part of the channels, represented by a circular ring T2, is not coated and does not take part in the catalysis, it only functions as a heat exchanger. Due to the radial flow with simultaneous rotation, a temperature profile can be set in the body 4 , which is located on the inlet and outlet sides of the outer end face 2 of the body approximately at the exhaust gas temperature and rises steeply towards approximately 350 to 400 ° C. towards the center . This means that part of the catalytic converter is always in an optimal temperature range for NOx storage. The rotating arrangement of the catalyst, ie the body 4 , ensures the best possible heat recovery according to the regenerator principle. With ideal thermal insulation and correct dimensioning and rotation speed, the heat once entered will no longer leave the system. The heat losses actually occurring are compensated for by the heat of reaction which is released in the T1 area during the pollutant oxidation.
Zum Anfahren des kalten Systems muß in dem katalytisch aktiven Bereich T2 die Zündtemperatur von ca. 200°C erreicht werden. Hierfür kann in der Mitte des Körpers 4 ein elektrisches Heizelement 11 vorgesehen werden. Alternativ und/oder unterstützend kann die für die Schadstoffumsetzung erforderliche Temperatur auch durch geeignet gewählte motorische Parameter (insbesondere bei Common-Rail-Einspritzung beispielsweise durch die Variation des Einspritzzeitpunkts, des Einspritzverlaufs, der Einspritzmenge, und/oder Nacheinspritzung) erreicht werden. Nach Erreichen der Zündtemperatur werden die Maßnahmen beendet. Die weitere Temperaturanhebung findet nur noch durch eine kurzzeitig Erhöhung der Schadstoffkonzentrationen statt, die die Katalysatortemperatur durch die bei der Umsetzung der Schadstoffe im Bereich T1 freiwerdende Reaktionswärme anhebt. Diese Erhöhung der Schadstoffkonzentration kann entweder durch eine separate Kraftstoff- Eindosierung in der Mitte des Körpers 4 erfolgen, oder ebenfalls durch motorische Parameter herbei geführt werden.To start the cold system, the ignition temperature of approx. 200 ° C must be reached in the catalytically active area T2. For this purpose, an electrical heating element 11 can be provided in the middle of the body 4 . As an alternative and / or as a support, the temperature required for the conversion of pollutants can also be achieved by suitably selected engine parameters (in particular in the case of common rail injection, for example by varying the injection timing, the injection process, the injection quantity, and / or post-injection). The measures are ended after the ignition temperature has been reached. The further temperature increase only takes place by a brief increase in the pollutant concentrations, which raises the catalyst temperature through the heat of reaction released in the area T1 during the conversion of the pollutants. This increase in the pollutant concentration can either be done by a separate fuel metering in the middle of the body 4 , or can also be brought about by motor parameters.
Die Rotation des Körpers 4 wird durch einen geeigneten elektrischen oder mechanischen Antrieb (nicht dargestellt) realisiert. Dazu wird der Körper 4 auf einer drehbar gelagerten Welle oder Drehachse 9 montiert, welche vom oben genannten Antrieb in Rotation versetzt wird. Durch diese Welle 9 kann auch die zusätzliche Kraftstoffeinbringung vorgenommen werden. Bei Verwendung eines Elektromotors kann die Rotationsgeschwindigkeit mit Hilfe von geeigneten Informationen aus dem Motorsteuergerät an den Betriebszustand des Fahrzeugmotors angepaßt werden. Ferner ist der Körper 4 in einem geeigneten feststehenden Gehäuse 10 angeordnet.The rotation of the body 4 is realized by a suitable electrical or mechanical drive (not shown). For this purpose, the body 4 is mounted on a rotatably mounted shaft or axis of rotation 9 , which is set in rotation by the above-mentioned drive. The additional fuel can also be introduced through this shaft 9 . When using an electric motor, the rotational speed can be adapted to the operating state of the vehicle engine using suitable information from the engine control unit. Furthermore, the body 4 is arranged in a suitable fixed housing 10 .
Die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erfolgt auf die bekannte Weise durch motorisches Anfetten des Abgases.The regeneration of the NOx storage catalytic converter is carried out in the known manner motor enrichment of the exhaust gas.
Bei Verwendung von schwefelhaltigem Kraftstoff muß von Zeit zu Zeit eine Desulfatierung des Katalysators durchgeführt werden, wie dies im vorangegangenen bereits beschrieben wurde. Dies geschieht auf thermischem Wege bei Temperaturen oberhalb 600°C. Wie bereits oben erwähnt, kann in dem beschriebenen System eine fast beliebige Temperaturanhebung durch Erhöhung der Schadstoffkonzentration bzw. deren Oxidation erreicht werden. Durch geeignete Steuerung von Rotationsgeschwindigkeit und der Schadstoffkonzentration kann der Katalysator für die erforderliche Zeit von mehreren Minuten auf den benötigten hohen Temperaturen gehalten werden. Wie bereits oben beschrieben ist der Energieaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Systemen deutlich geringer.When using sulfur-containing fuel, desulfation must be carried out from time to time of the catalyst can be carried out, as already described in the previous has been. This is done thermally at temperatures above 600 ° C. How Already mentioned above, in the system described almost any Temperature increase by increasing the concentration of pollutants or their oxidation can be achieved. By appropriately controlling the speed of rotation and the The catalyst can pollutant concentration for the required time of several minutes are kept at the required high temperatures. As already described above the energy consumption compared to conventional systems is significantly lower.
Es sind daher die folgenden Ausführungsformen der oben anhand zweier Beispiele
beschriebenen Vorrichtung möglich:
Vorrichtung mit einem im Abgasstrom drehbaren Körper 4 ohne katalytische Beschichtung
und ohne Filter zum Erzeugen eines Temperaturmaximums in der Vorrichtung;
Vorrichtung mit einem im Abgasstrom drehbaren Körper 4 und einem im Körper 4
angeordneten Filter 6 zum Rußabbrand der Rußpartikel;
Vorrichtung mit einem im Abgasstrom drehbaren Körper 4 und einer zumindest teilweisen
katalytischen Beschichtung des Körpers 4;
Vorrichtung mit einem im Abgasstrom drehbaren Körper 4, sowie einem im Körper 4
angeordneten Filter 6 und einer zumindest teilweisen katalytischen Beschichtung des
Körpers.
The following embodiments of the device described above using two examples are therefore possible:
Device with a body 4 rotatable in the exhaust gas flow without catalytic coating and without filter for generating a temperature maximum in the device;
Device with a body 4 rotatable in the exhaust gas flow and a filter 6 arranged in the body 4 for burning off the soot particles;
Device with a body 4 rotatable in the exhaust gas flow and an at least partial catalytic coating of the body 4 ;
Device with a body 4 rotatable in the exhaust gas flow, as well as a filter 6 arranged in the body 4 and an at least partial catalytic coating of the body.
11
Zuströmkanal
Inflow channel
22nd
äußere Stirnfläche
outer face
33rd
Kanäle
channels
44th
Körper oder Rotor
Body or rotor
55
innere Stirnfläche
inner face
66
Filter
filter
77
axialer Hohlraum
axial cavity
88th
Abströmkanal
Outlet channel
99
Drehachse
Axis of rotation
1010th
Gehäuse
casing
1111
elektrisches Heizelement
B1 erster Bereich
B2 zweiter Bereich
T1 innerer Kreisring
T2 äußerer Kreisring
electric heating element
B1 first area
B2 second area
T1 inner ring
T2 outer ring
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