WO2004042222A1 - Abgasanlage und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

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WO2004042222A1 PCT/EP2002/012472 EP0212472W WO2004042222A1 WO 2004042222 A1 WO2004042222 A1 WO 2004042222A1 EP 0212472 W EP0212472 W EP 0212472W WO 2004042222 A1 WO2004042222 A1 WO 2004042222A1
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Thomas Nagel
Andrée BERGMANN
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Abstract

Abgasanlage (1) für eine mobile Verbrennungskraftmaschine (2) umfassend zumindest eine Abgasleitung (3), wobei die Abgasleitung (3) wenigstens einen katalytisch aktiven Reaktionsraum (4) hat, in dem im Abgas enthaltene langkettige Kohlenwasserstoffe gekrackt werden. Weiter wird ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Abgasanlage (1) vorgeschlagen.

Description

Abgasanlage und Verfahren zu deren Betrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer mobilen Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zu deren Betrieb. Hierunter sind grundsätzlich alle Arten von Abgasanlagen zu verstehen, z.B. für Ottomotoren, Dieselmotoren oder sonstige Motorarten, bei denen ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff verbrannt wird.
Kohlenwasserstoffgemische werden in großen Mengen hergestellt und verbraucht. Kohlenwasserstoff ist die Bezeichnung für eine organische Verbindung, die nur aus den Elementen Kohlenstoff und Wasser besteht. Die kurzkettigen Kohlenwasserstoffe mit bis zu vier Kohlenstoffatomen sind bei Raumtemperatur gasförmig. Ab Pentan (C5) sind die Kohlenwasserstoffe bei Raumtemperatur flüssig. Langkettige Kohlenwasserstoffe ab Heptadekan (C17) sind feste, wachsartige Stoffe. Die Gewinnung der verschiedenen Kohlenwasserstoffe erfolgt in der Regel durch Destillation von Erdölen oder fossilen Brennstoffen. Den größten Anteil am Gesamtaufkommen machen in Deutschland die Kraftstoffe (Benzin und Diesel) für den Automobilverkehr aus. Benzin ist je nach Herkunft und Verarbeitung verschiedenartig zusammengesetzt und ist ein Gemisch von aliphatischen Kohlenwasserstoffen (C5 bis C12), oft mit ungesättigten Νaphthenen und Aromaten versetzt.
Hinsichtlich der Bereitstellung von höherwertigem Kraftstoff für Motoren im Automobilbereich ist es bekannt, Mittel vorzusehen, die eine Umwandlung des Kraftstoffs hin zu höheren Oktanzahlen ermöglichen. So gehen beispielsweise aus den Dokumenten US 3,855,980 und US 5,357,908 katalytisch wirksame Crack- Reaktoren hervor, welche langkettige Kohlenwasserstoffe im Kraftstoffgemisch kracken (oder „cracken") bzw. hin zu kurzkettigen Kohlenwasserstoffen umwandeln. Motivation hierfür war, eine möglichst effektive Verbrennung des Kraftstof- fes bei geringen Schadstoffemissionen zu verwirklichen. Ein Problem lag aber darin, dass die Lagerung und/oder der Transport der kurzkettigen und leicht entflammbaren Spezies der Kohlenwasserstoffe zu gefahrlich war, um diese direkt als Treibstoff anzubieten-.
In Anbetracht der Tatsache, dass neuere Benzin- bzw. Dieselkraftstoffe mit relativ hohen Oktan- bzw. Cetanzahlen geliefert werden, und zudem die Schadstoffemissionen effektiv durch verschiedenste Komponenten der Abgasanlage reduziert werden, besteht derzeit keine Veranlassung, den der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Kraftstoff zu kracken.
Bei dem Betrieb von Abgasanlagen, welche mit Durchflussregulierern versehen sind (wie z.B. Drosselklappen, Ventile, etc.) oder aber Komponenten zur Abgasbehandlung (wie beispielsweise Mischer, Strömungsleitbleche und dergleichen) aufweisen, sind gelegentlich relativ frühzeitige Ausfalle oder Benut2 ιngsemschränkungen hinsichtlich der vorgenannten Bauteile festzustellen. So kommt es beispielsweise vor, dass sich Drosselklappen nicht mehr komplett schließen, Ventile (insbesondere rotierende Tellerventile) nicht mehr über den gesamten Stellbereich verfahren, Strömungsabrisse an Strömungsleitflächen zu erkennen sind oder sich Mischer zusetzen. All diese Veränderungen haben einen erheblichen Einfluss auf die sensible Abstimmung der einzelnen Komponenten im Abgasstrang. Diese Probleme treten besonders in Teilabschnitten des Abgassystems auf, in denen eine relativ niedrige Temperatur (insbesondere kleiner 300°C) anliegt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage für eine mobile Verbrer ungskraftmaschine anzugeben, welche die vorstehenden Probleme löst. Außerdem soll die Abgasanlage einfach aufgebaut und preiswert sein. Weiter soll ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage vorgeschlagen werden, welches die Funktionssicherheit der Komponenten im Abgassystem gewährleistet.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Abgasanlage beziehungsweise des Verfahrens sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Merkmale der jeweils abhängigen Ansprüche beliebig miteinander sowie mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs kombiniert werden können.
Die erfindungsgemäße Abgasanlage für eine mobile Verbrennungskraftmaschine umfasst zumindest eine Abgasleitung, welche wenigstens einen katalytisch aktiven Reaktionsraum hat, in dem im Abgas enthaltene langkettige Kohlenwasser- stoffe gekrackt werden.
Wie aufwendige Untersuchungen von verschiedenen Komponenten des Abgassystems gezeigt haben, ist die Ursache für die obengenannten Probleme unter anderem in klebrigen, wachsartigen Verkokungen zu sehen, die sich insbesondere im Bereich von kleinen Spalten oder Zwickeln anlagern. Dabei sind bewegte Teile wie Drosselklappen oder Ventile besonders gefährdet. Die Anlagerung der Verkokung im Bereich des Hub- bzw. Rotationsweges der Drosselklappen und Ventile fuhrt dazu, dass diese in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt werden. Die Ursache für die Verkokung sind häufig langkettige Kohlenwasserstoffe die in die- sem Bereich zunächst ein Agglomerat bilden und anschließend beispielsweise zum Verkleben von bewegten Teilen führen.
Es wird nun vorgeschlagen, in die Abgasleitung wenigstens einen katalytisch aktiven Reaktionsraum zu integrieren, in dem langkettige Kohlenwasserstoffe ge- krackt werden. Der Reaktionsraum selbst kann Teil der Abgasanleitung sein, beispielsweise indem die Innenfläche der Abgasleitung mit einer entsprechenden katalytisch aktiven Beschichtung versehen wird; es ist aber auch möglich, den Reaktionsraum als Baueinheit in innere Bereiche der Abgasleitung zu integrieren. Die Position des mindestens einen Reaktionsraumes ist grundsätzlich frei wählbar, wobei dennoch gewährleistet sein sollte, dass der Katalysator auch schon in der Kaltstartphase der VerbrermungsJ -aftmaschine aktiv ist. Unter Kaltstartphase wird in diesem Zusammenhang der Zeitraum verstanden, welcher sich vom (Wie- der-)Start der Verbrermungskraftmaschine bis zum Erreichen der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators im Abgassystem erstreckt. Die Anspringtemperatur des Hauptkatalysators liegt üblicherweise im Bereich von 260° bis 350° C.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Reaktionsraum einen Katalysator umfasst, der eine solch hohe Acidität hat, dass dieser bereits bei Temperaturen kleiner 230° C, insbesondere kleiner 100° C, langkettige Kohlenwasserstoffe krackt. Bei mehreren Versuchen hat sich herausgestellt, dass eine erhöhte Acididät des Katalysators zu einer unerwartet deutlichen Absenkung der Reaktionstemperatur hinsichtlich der Spaltung langket- tiger Kohlenwasserstoffe führt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der Katalysator ein aktiviertes Alumosilicat umfasst. Unter Umständen ist es auch vorteilhaft, dass der Katalysator Bortrifluorid und/oder Antimonpentafluorid umfasst. Als Katalysator für die Spaltung und/oder Oxidation des langkettigen Kohlenwas- serstoffs wird z.B. ein röntgenamorphes Aluminosilicat (Al2O3/SiO2) eingesetzt. Zur Erhöhung der Säurestärke/Acidität oder Aktivierung des Katalysators wird z.B. noch ein Zeolith-Ionenaustauscher, der z.B. mit einem Seltenerdmetall belegt ist, und/oder einem Edelmetall wie Platin auf einem aciden Träger wie Alumini- umtrichlorid (A1C13) zugegeben. Schließlich können auch supersauere Katalysato- ren wie Bortrifluorid (BF3) und/oder Antimonpentafluorid (SbF5) zur Aktivierung des Alumosilicats eingesetzt werden. Außerdem werden bei Einsatz von Platin auf Aluminiumtrichlorid zur Aktivierung des Alumosilicats Reaktionstemperaturen von 80° C bis 200° C und Wartungsperioden von bis zu zwei Jahren erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Abgasanlage wird vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Reaktionsraum zumindest einen Wabenkörper umfasst, der als Trägerkörper für den Katalysator dient. Unter einem Wabenkörper wird ein Bauteil verstanden, welches eine Vielzahl von für das Abgas durchströmbare Kanäle aufweist. Derartige Wabenkörper können aus einer Vielzahl unterschiedli- eher, hochtemperaturfester Materialien hergestellt werden. Diesbezüglich sei auf bekannte Wabenkörper zur Abgasbehandlung verwiesen. Grundsätzlich sind derartige Wabenkörper aus Metall oder Keramik herstellbar. Alternativ zum Waben- körper können selbstverständlich eine Vielzahl weiterer oberflächenvergrößernder Bauteile im Reaktionsraum angeordnet sein, wie beispielsweise Siebe, Gestricke, Gewebe oder dergleichen.
Im Hinblick auf den Wabenkörper ist es besonders vorteilhaft, dass dieser eine Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechlagen aufweist, die so gestapelt und/oder gewunden sind, dass für das Abgas durchströmbare Kanäle gebildet sind. Die Verwendung metallischer Blechlagen zur Herstellung von Wabenkörpern hat den Vorteil, dass diese besonders dünnwandig hergestellt werden können. So werden beispielsweise Blechlagen mit einer Dicke von 12 bis 50 μm eingesetzt, wobei Kanaldichten über die Querschήittsfläche der Wabenstruktur erzielt werden, die im Bereich von 200 bis 800 cpsi (cells per square inch) liegen. Die strukturierten Blechlagen bilden bevorzugt im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Kanäle, wobei unter Umständen MikroStrukturen zur Erzeugung von Turbulenzen, Öffnungen zum Gasaustausch in benachbarten Kanälen sowie variierende Blechlagendicken vorgesehen sein können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Abgasanlage ist zumindest ein Reaktionsraum in Strömungsrichtung des Abgases vor einem Ventil angeordnet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Ventil Teil eines Abgasiückführungssys- tems ist und den Abgasdurchfluss einer Abgasrückführungsleitung regelt. Das bedeutet mit anderen Worten, dass der Teilabgasstrom, welcher durch das Abgasrückführungssystem hindurchgeleitet wird, zunächst von langkettigen Kohlenwasserstoffen befreit wird, indem eine entsprechende katalytische Reaktion beim Durchströmen des mindestens einen Reaktionsraumes stattfindet. Das Abgasrückführungssystem ist hinsichtlich der Agglomeration von klebrigen Verkokungen nahe dem Ventil besonders gefährdet, da in diesem Teil des Abgassystems in der Regel relativ niedrige Temperaturen herrschen. Das hat einerseits seinen Ursprung darin, dass das Abgasrückführungssystem üblicherweise besonders in der Kalt- startphase zum Einsatz gelangt, in der das Abgas selbst noch nicht ausreichend hohe Temperaturen hat, sowie darin, dass nur relativ geringe Abgasmassenströme hindurchgeleitet werden, so dass eine Wärmeabgabe hin zur Abgasrückführungs- leitung schnell stattfindet. Insofern ist die Anordnung eines solchen Reaktionsraumes gerade im bzw. nahe dem Abgasrückführungssystem besonders effektiv hinsichtlich der Funktionalität des Ventils im Abgasrückführungssystem.
Um sicherzustellen, dass auch nach längerem Betrieb der Reaktionsraum katalytisch aktiv ist, wird vorgeschlagen, dass in Strömungsrichtung des Abgases vor dem wenigstens einen Reaktionsraum ein Abgaskühler angeordnet ist und/oder der wenigstens eine Reaktionsraum selbst kühlbar ist. Wie bereits eingangs beschrieben, steht insbesondere das Kracken langkettiger Kohlenwasserstoffe bei niedrigen Temperaturen im Vordergrund. Hierbei werden üblicherweise Katalysatoren eingesetzt, die in einem Temperaturbereich unterhalb von 200° C wirksam sind, die jedoch bei deutlich höheren Temperaturen keine ausreichende katalyti- sche Aktivität mehr zeihen. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, dass der Katalysator im Reaktionsraum auf Temperaturen kleiner 200° C gehalten wird, auch wenn das (ungekühlte) Abgas bereits deutlich höhere Temperaturen aufweist. Hinsichtlich der Ausgestaltung eines Abgaskühlers können dem Fachmann bekannte Wärmetauscher eingesetzt werden. Dabei ist es einerseits denkbar, dass der Abgaskühler in die Abgasleitung selbst integriert ist, oder ein separates Bauteil ist, welches im Inneren der Abgasleitung oder um sie herum angeordnet ist. Die Kühlung des Reaktionsraums selbst kann beispielsweise durch Kühlschlangen bewirkt werden, die von außen um den Reaktionsraum angebracht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Abgasanlage hatte der wenigstens eine Reaktionsraum ein Volumen, dass kleiner als 0,8 1 (Liter) beträgt, insbesondere kleiner 0,5 1 und bevorzugt sogar kleiner 0,2 1. Die Größe des Volumens ist unter anderem auch durch den Abgasmassendurchsatz bestimmt. Das bedeutet, dass entsprechend der Anordnung in Teilabgasströmen oder Hauptabgasströmen ein entsprechend großes Volumen vorzusehen ist. Weiter ist von Bedeutung, wie hoch der Anteil von langkettigen Kohlenwasserstoffen im Abgas ist. Weitere Kriterien zur Auslegung des Volumens können die Art des Katalysators, die Sensibilität der nachgeschalteten Komponenten hinsichtlich der Verkokungsneigung und/oder die Temperatur des Abgases an der Stelle sein. Weiter wird vorgeschlagen, dass die Abgasanlage Komponenten zur Umsetzung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen aufweist, die dem mindestens einen Reaktionsraum vor- und/oder nachgeschaltet sind. Mit Komponenten der Abgasanlage sind insbesondere bekannte Filter, Partikelfallen, Heizelemente, Wärmetauscher, Adsorber, katalytische Konverter etc. gemeint. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der Reaktionsraum im wesentlichen nur die Aufgabe des Spaltens beziehungsweise Krackens von längkettigen Kohlenwasserstoffen hat, während die tatsächliche Umwandlung von Schadstoffen wie Kohlenmonoxid, Stickoxide, usw. den vorgenannten Komponenten zuzuschreiben ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage vorgeschlagen, welches sich insbesondere im Hinblick auf eine Abgasanlage für eine mobile Verbrennungskraftmaschine geeignet ist, wie sie oben beschrieben wurde. Hinsichtlich des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Abgas durch wenigstens einen katalytisch aktiven Reaktionsraum geführt wird, indem im Abgas enthaltene langkettige Kohlenwasserstoffe gekrackt werden. Dadurch wird gewährleistet, dass Komponenten des Abgassystems, welche eine hohe Neigung zur Verkokung haben, wie beispielsweise Drosselklappen, Ventile etc., über einen sehr langen Zeitraum einwandfrei funktionieren. Dies führt zu einer besonders hohen Wartungsfreundlichkeit und Effektivität der Abgasanlage.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das im Reaktionsraum zumindest teilweise ge- krackte Abgas einen Abgasrückführungssystem zugeführt wird, welches einen Teilabgasstrom wieder einer Verbrennungskraftmaschine zuführt. Das hat den Vorteil, dass so wiederum nur kurzkettige Kohlenwasserstoffe der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden, und diese eine effektive und schadstoffarme Verbrennung durchführen kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das in den Reaktionsraum eintretende Abgas und/oder der Reaktionsraum selbst so gekühlt wird,' dass im Reaktionsraum Temperaturen unterhalb von 230°C (bevorzugt kleiner 150°C oder sogar kleiner 100°C) während des Betriebes sichergestellt sind. Insbesondere bei einer solchen Verfahrensweise ist es vorteilhaft, dass in dem wenigstens einen Reaktionsraum mindestens 50 %, insbesondere mindestens 80 % der im Abgas enthaltenen langkettigen Kohlenwasserstoffe gekrackt werden, wobei in der Reaktionskammer bevorzugt Normaldruck herrscht. Das hat einerseits zur Folge, dass der Reaktionsraum selbst in der Regel nicht verklebt und somit nur in sehr großen Wartungszeiträumen kontrolliert werden muss, andererseits aber auch die Verkokung bei nachgeordneten Komponenten verhindert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Abgas nach Durchströmen des wenigstens einen Reaktionsraumes lediglich kurz- kettige Kohlenwasserstoffmoleküle enthält, die weniger als 10 Kohlenstoffatome aufweisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die dargestellten Ausführungsbeispiele lediglich besonders bevorzugte Varianten der Erfindung darstellen. Die Erfindung jedoch nicht auf diese begrenzt ist:
Es zeigen:
Fig. 1 Schematisch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasanlage;
Fig. 2 schematisch und perspektivisch eine Variante eines Reaktionsraumes 4 und
Fig. 3 schematisch den Aufbau einer Beschichtung des Reaktionsraumes.
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Abgasanlage 1 mit einem Abgasrückführungssystem 12 und einer Verbrer imgskraftmaschine 2. Das Abgasrückfüh- rungssystem 12 ist zweisträngig ausgebaut, umfasst also einen Ersten Strang 19 und einen zweiten Strang 20, wobei im Ersten Strang 19 ein Abgaskühler 14 angeordnet ist, der insbesondere bei hohen Temperaturen des Abgases eine Kühlung des ihn durchströmenden Teilabgasstromes bewirkt. Die Regulierung der Strö- mungsrichtung 10 im Abgasrückführungssystem 12 erfolgt über ein Ventil 11, das bevorzugt als rotierende Doppelklappe ausgeführt ist, wobei dessen Antrieb 21 mit einer Steuereinheit 22 verbunden ist, so dass sich vorgebbare Teilabgasströme erzeugen lassen.
Prinzipiell wird ein Treibstoff-Luft-Gemisch über die Ansaugluftleitung 24 und den Drosselklappen 26 der Verbrennungskraftmaschine 2 zugeführt. Dabei kommt es gerade in der Kaltstartphase der Verbrermungskraftmaschine 2 mit einem Abgasriickführungssystem 12 zu Verkokungen an den Zuführleitungen 24 des Brennstoff-Luft-Gemisches mit dem zurückgeführten Abgas, insbesondere nahe dem Ventil 11. Weiter sind insbesondere die Drosselklappen 26, die Ventile in den Brennräumen 25 oder andere Bereiche der Zuführleitungen 23 betroffen, die zumindest zeitweise nur einen relativ kleinen freien Strömungsquerschnitt begrenzen. In den Brennräumen 10 der dargestellten Verbrennungskraftmaschine 2 erfolgt die Verbrennung des Treibstoff-Luft-Gemisch, wobei Abgase enthaltend beispielsweise Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxide, Kohlendioxide, und Stickoxide entstehen, die anschließend über eine Abgasleitung 3 weitergeleitet werden. Die im Abgas enthaltenen Schadstoffe werden in einer stromabwärts angeordneten Reinigungsanlage zum Teil katalytisch umgesetzt bevor sie an die Umgebung abgelassen werden. Hierzu dienen beispielsweise die dargestellten Komponenten Filter 16, Adsorber 18 und katalytischer Konverter 17.
Die dargestellte Vorrichtung umfasst zwei Reaktionsräume 4 zur katalytischen Oxidation und/oder Spaltung von langkettigen Kohlenwasserstoffen, bei der in den Reaktionsräumen 4 ein Katalysator 5 (nicht dargestellt) auf einen inerten Trä- ger (nicht dargestellt) aufgebracht wird. Die Reaktionsräume 4 ist stromabwärts einer Verbrermungskraftmaschine 2 angeordnet, und demnach wird das die Reak- tionsräume 4 durchströmendes Fluid in Strömungsrichtung 10 hin zur Verbrennungskraftmaschine 2 geleitet. Da der Katalysator (nicht dargestellt) eine so hohe Acidität hat, werden die langkettigen Kohlenwasserstoffen bereits bei Temperaturen kleiner 100°C umwandelt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Reaktionsräume 4 in beiden Abgasrückführungsleitungen 13 des zweisträngig ausgeführten Abgasrϋckführungssystem 12 angeordnet ist, wobei das durchströmende Fluid ein zurückzuführender Teilabgasstrom der Verbrennungskraftmaschine 2 ist.
Figur 2 zeigt schematisch und perspektivisch eine Ausführungsform des Reaktionsraumes 4, wobei auf einem Wabenkörper 7 ein Katalysator 5 aufgebracht ist. Der Wabenkörper 7 ist als separates Bauteil in dem Reaktionsraum 4 ausgeführt ist, wobei mit zumindest teilweise strukturierte Blechlagen 8 ein metallischen Wabenkörper 7 mit für das Fluid durchströmbaren Kanälen 9 gebildet ist. Der Reaktionsraum 4 hat ein Volumen 15 von ca. 0,5 Litern (hierbei ist das äußere Gesamtvolumen mit Wandstrukturen und Kanälen 9 gemeint) und ist nahe der Verbindung zwischen dem Abgasrückführungssystem 12 (nicht dargestellt) und der Ansaugluftleitung 24 (nicht dargestellt) angeordnet, so dass die langkettigen Kohlenwasserstoffe bei einer beliebigen Stellung des Ventils 11 (nicht dargestellt) stets den gesamten zurückzuführenden Teilabgasstrom gespalten bzw. katalytisch umgesetzt werden.
Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Beschichtung des Reaktionsraumes 4. Im Detail ist ein Stück einer Blechlage 8 des Wabenkörpers 7 dargestellt, auf dem die Beschichtung hochtemperaturfest aufgetragen ist. Die Beschichtung weist eine extrem zerklüftete Oberfläche auf, wie sie für Zeolithe charakteristisch ist. Die Beschichtung ist mit einem Katalysator 5 dotiert und umfasst Alumosilicat 6. Vorliegend ist der Katalysator 5 ein aktiviertes Alumosilicat 6, wobei er zusätzlich Bestandteile von Bortrifluorid und/oder Antimonpentafluorid umfasst. Durch das Spalten der Kohlenwasserstoffe des Treibstoffs wird dieser zudem besser zugänglich und sein chemischer Energieinhalt besser nutzbar gemacht. Daraus resultiert auch eine Verringerung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs. Die langkettigen Kohlenwasserstoffe des Benzins, wie z.B. Dekan, können mit Hilfe die- ses Verfahrens erstmals im Fahrzeug in die kurzkettigen Alkane und bei zusätzlich erfolgter Dehydrierung auch in die Alkene überführt werden, was zu einer verbesserten Octanzahl des Benzins führt.
Bezugszeichenliste
Abgasanlage
Verbrennungskraftmaschine
Abgasleitung
Reaktionsraum
Katalysator
Alumosilicat
Wabenkörper
Blechlage
Kanal
Strömungsrichtung
Ventil
Abgasrückführungssystem
Abgasrückführungsleitung
Abgaskühler
Volumen
Filter
Katalytischer Konverter
Adsorber
Erster Strang
Zweiter Strang
Antrieb
Steuereinheit
Zuführleitung
Ansaugluftleitung
Brennraum
Drosselklappe

Claims

Patentansprüche
1. Abgasanlage (1) für eine mobile Verbrennungskraftmaschine (2) umfassend zumindest eine Abgasleitung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (3) wenigstens einen katalytisch aktiven Reaktionsraum (4) hat, in dem im Abgas enthaltene langkettige Kohlenwasserstoffe gekrackt werden.
2. Abgasanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Reaktionsraum (4) einen Katalysator (5) umfasst, der eine solch hohe Acidität hat, dass dieser bereits bei Temperaturen kleiner 230° Celsius, insbesondere kleiner 100° Celsius langkettige Kohlenwasserstoffe krackt.
3. Abgasanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (5) ein aktiviertes Alumosilicat (6) umfasst.
4. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Reaktionsraum (4) zumindest einen Wa- benkörper (7) umfasst, der als Trägerkörper für den Katalysator (5) dient.
5. Abgasanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (7) eine Mehrzahl von zumindest teilweise strukturierten Blechlagen (8) aufweist, die so gestapelt und/oder gewunden sind, dass für das Abgas durchströmbare Kanäle (9) gebildet sind.
6. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsraum (4) in Strömungsrichtung (10) des Abgases vor einem Ventil (11) angeordnet ist.
7. Abgasanlage (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (11) Teil eines Abgasrückführungssystems (12) ist und den Abgasdurch- fluss einer Abgasrückführungsleitung (13) regelt.
8. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (10) des Abgases vor dem wenigstens einen Reaktionsraum (4) ein Abgaskühler (14) angeordnet ist und/oder der wenigstens eine Reaktionsraum (4) selbst kühlbar ist.
9. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Reaktionsraum (4) ein Volumen (15) hat, dass kleiner als 0,8 Liter beträgt, insbesondere kleiner 0,5 Liter und bevorzugt sogar kleiner 0,2 Liter.
10. Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage (1) Komponenten (16, 17, 18) zur Umsetzung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen aufweist, die dem mindestens einen Reaktionsraum (4) vor und/oder nachgeschaltet sind.
11. Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage (1), insbesondere einer Abgasanlage (1) für eine mobile Verbrermungskraftmaschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Abgas durch wenigstens einen katalytisch aktiven Reaktionsraum (4) geführt wird, in dem im Abgas enthaltene langkettige Kohlenwasserstoffe gekrackt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das im Reaktionsraum (4) zumindest teilweise gekrackte Abgas einem Abgasrückführungssystem (12) zugeführt wird, welches einen Teilabgasstrom wieder einer Verbrermungskraftmaschi- ne (2) zuführt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das in den Reaktionsraum (4) eintretende Abgas und/oder der Reaktionsraum (4) selbst so gekühlt wird, dass im Reaktionsraum (4) Temperaturen unterhalb von 230° Celsius während des Betriebes sichergestellt sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem in dem wenigstens einen Reaktionsraum (4) mindestens 50 %, insbesondere mindestens 80 % der im Abgas enthaltenen langkettigen Kohlenwasserstoffe gekrackt werden, wobei in der Reaktionskammer (4) bevorzugt Normaldruck herrscht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem das Abgas, nach Durchströmen des wenigstens einen Reaktionsraums (4) lediglich kurzkettige
Kohlenwasserstoff-Moleküle enthält, die weniger als 10 Kohlenstoffatome aufweisen.
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