DE19628796C1 - Abgasreinigungsanlage mit Stickoxid-Adsorbern für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasreinigungsanlage mit Stickoxid-Adsorbern für eine Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage mit wenigstens zwei parallel angeordneten, wechselseitig im Adsorp­ tions- und Desorptionsmodus betriebenen Stickoxid- Adsorberteilen und Mitteln zur Stromabwärts-Weiterleitung des aus dem jeweils momentan im Adsorptionsmodus betriebenen Adsor­ berteils austretenden Abgasstromes und zur Rückführung des aus dem jeweils momentan im Desorptionsmodus betriebenen Adsorber­ teils austretenden Abgasstromes in eine Ansaugleitung der Brennkraftmaschine.
Derartige Abgasanlagen sind aus der Patentschrift DE 43 19 294 C1 bekannt. Bei einer der dort gezeigten Anlagen führt die Ab­ gasleitung vom Abgasausgang der Brennkraftmaschine zu einem Steuerventil, welches den Abgasstrom im Wechselbetrieb jeweils in einen von zwei stromabwärts anschließenden Abgasleitungs­ zweigen einleitet, in denen jeweils ein Stickoxid-Adsorber po­ sitioniert ist. Als Alternativen werden Anlagen vorgeschlagen, bei denen nur ein Stickoxid-Adsorber sowie ein 3-Wege- Katalysator vorgesehen sind. In einer ersten Variante befinden sich Katalysator und Adsorber in zwei parallelen Abgasleitungs­ zweigen, wobei eine Querleitung mit zugehörigem Steuerventil zwischen den beiden Zweigen vorgesehen ist, um im Adsorptions­ betrieb den Katalysatorausgang mit dem Adsorbereingang zu ver­ binden. Im Desorptionsbetrieb wird das Abgas nur mittels des Katalysators gereinigt. In einer zweiten Alternative befindet sich der Katalysator stromabwärts von einer Vereinigungsstelle, an der sich ein Abgasleitungszweig, in dem der Stickoxid- Adsorber liegt, mit einem Bypass-Leitungszweig vereinigt. Zur Unterstützung der Desorption wird die Zuführung eines heißen Ga­ ses oder die Anordnung einer elektrisch betriebenen Heizvorrich­ tung vorgeschlagen.
Bei einer in der Offenlegungsschrift JP 5-195756 (A) offenbarten Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine ist ein motor­ nah angeordneter Oxidationskatalysator zur Oxidation von Stick­ oxiden vorgesehen. In Abgasströmungsrichtung hinter dem Stick­ oxid-Oxidationskatalysator befindet sich eine Düse zum Einsprit­ zen eines zugeführten Reduktionsmittels in den Abgasstrom. Stromabwärts der Düse folgen dann nacheinander ein Stickoxidka­ talysator und ein weiterer Oxidationskatalysator, der im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid oxidiert.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Abgasreinigungsanlage mit gegenüber den oben angegebenen, bekannten Anlagen weiter verbesserter Abgasreinigungsfunktiona­ lität zugrunde.
Dieses Problem wird durch eine Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 3 gelöst. Bei dieser Anlage ist stromaufwärts von den Stickoxid-Adsorberteilen motornah ein Oxi­ dationskatalysator angeordnet, mit dem bereits vergleichsweise frühzeitig nach einem jeweiligen Motorstart die Abgaskomponente NO zu NO₂ oxidiert werden kann. Da zahlreiche Adsorbermateria­ lien NO₂ wesentlich besser als NO adsorbieren, lassen sich für die nachgeschalteten Stickoxid-Adsorberteile höhere NOx-Adsorp­ tionsraten erzielen. Gleichzeitig können mit dem Oxidationska­ talysator die Abgaskomponenten Kohlenmonoxid und Kohlenwasser­ stoffe oxidiert werden. Zweckmäßig ist eine möglichst motorfer­ ne Anordnung der Stickoxid-Adsorberteile, um ein niedriges Tem­ peraturniveau für die NOx-Adsorption zu erzielen, so daß Ad­ sorptionsmaterialien verwendet werden können, die gegenüber ho­ hen Abgastemperaturen und somit auch hohen Desorptionstempera­ turen nicht resistent sind oder bei hohen Temperaturen keine oder nur eine geringe NOx-Adsorptionsfähigkeit besitzen.
Bei der Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1 ist speziell ein stromaufwärts der Adsorberteile gelegener Abgasleitungsabschnitt in vorteilhafter Weise in einen Hauptstromleitungszweig und ei­ nen Teilstromleitungszweig aufgeteilt. Durch die geringere Länge und/oder die bessere thermische Isolierung des Teilstromlei­ tungszweiges liegt dessen austrittsseitige Abgastemperatur und damit die Temperatur des aus diesem Zweig in den jeweiligen Ad­ sorberteilen eingeleiteten Abgasteilstromes deutlich über der entsprechenden Temperatur des durch den Hauptstromleitungszweig geführten Abgashauptstromes. Dabei wird dem jeweiligen Adsorber­ teil im Adsorptionsbetrieb der kältere Abgashauptstrom und im Desorptionsbetrieb der wärmere Abgasteilstrom zugeführt. Im Desorptionsbetrieb wird folglich der Adsorberteil vom Abgasteil­ strom erwärmt, so daß die in ihm gespeicherten Stickoxide desor­ biert und in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine zurückge­ führt werden. Eine separate Beheizung der Adsorberteile während des Desorptionsbetriebes ist daher überhaupt nicht oder jeden­ falls nur noch in einem geringem Maße notwendig, was die Ener­ giebilanz der Anlage verbessert. Aufgrund der Verwendung des Ab­ gasteilstroms wird außerdem kein zusätzlicher Spülluftstrom für den Desorptionsbetrieb der Adsorberteile benötigt.
Günstige Positionierungen des Oxidationskatalysators für diese Anlage sind in Anspruch 2 angegeben. Bei der Variante, bei wel­ cher der Oxidationskatalysator innerhalb des Hauptstromleitungs­ zweiges angeordnet ist, werden die Kohlenwasserstoffe im Abgas­ teilstrom, der zur Desorption der Stickoxide im jeweiligen Ad­ sorberteil genutzt wird, nicht oxidiert. Dieser Umstand kann bei Adsorptionsmaterialien ausgenutzt werden, bei denen zwischen den Kohlenwasserstoffen und den Stickoxiden eine konkurrierende Ad­ sorption stattfindet. Die im jeweiligen Adsorberteil gespei­ cherten Stickoxide werden in diesem Fall aufgrund der konkur­ rierenden Adsorption im Desorptionsbetrieb leichter desorbiert.
Alternativ zu einer Realisierung der beiden Adsorberteile als getrennte Adsorberkörper ist bei der Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 3 deren integrale Realisierung innerhalb eines gemein­ samen Adsorberkörpers vorgesehen, der durch eine geeignete, ein­ trittsseitige sowie vorzugsweise eine dazu korrespondierende austrittsseitige Sektorunterteilungsblende in die beiden Adsor­ berteile unterteilt ist. Durch eine Relativdrehbewegung zwischen der wenigstens eintrittsseitig vorgesehenen Sektorunterteilungs­ blende und dem Adsorberkörper mit parallel zur Abgasströmungs­ richtung verlaufender Drehachse liegt jedes Teilvolumen des Ad­ sorberkörpers jeweils für eine einstellbare Zeitspanne im Sek­ torbereich für den Adsorptionsbetrieb und anschließend im Sek­ torbereich für den Desorptionsbetrieb.
Bei einer nach Anspruch 4 weitergebildeten Anlage wird die Desorption durch Zugabe eines Desorptionshilfsmittels unter­ stützt, so daß eine effektive Desorption schon bei vergleichs­ weise niedrigerer Temperatur erfolgen kann. Als desorptionsför­ dernden Bestandteil enthält dieses Hilfsmittel wenigstens Koh­ lenwasserstoffe sowie ggf. weitere Bestandteile, die beispiels­ weise bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug sämtlich aus dem für dessen Brennkraftmaschine mitgeführten Kraftstoff gewonnen werden können.
Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Anlage wird jeden­ falls ein Teil der dem jeweils im Desorptionsbetrieb arbeiten­ den Adsorberteil zugeführten Wärmeenergie durch Verbrennung des für die Brennkraftmaschine vorgesehenen Kraftstoffs bereitge­ stellt, der beispielsweise bei Verwendung in einem Kraftfahr­ zeug ohnehin mitgeführt wird. Dabei wird der Brenner zweckmäßi­ gerweise so betrieben, daß das von ihm erzeugte, heiße Gas eine desorptionsfördernde Zusammensetzung aufweist, d. h. keinen oder nur wenig Sauerstoff, jedoch unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthält.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Abgasreinigungsanlage eines Kraftfahrzeuges,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Abgasreinigungsanlage entspre­ chend Fig. 1, jedoch mit modifizierter Positionierung eines Oxidationskatalysators, und
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht eines Adsorberkör­ pers mit zwei integralen Adsorberteilen für eine Abgas­ reinigungsanlage eines Kraftfahrzeuges.
Die in Fig. 1 dargestellte Abgasreinigungsanlage enthält als abgasreinigende Komponenten zwei Stickoxid-Adsorberteile in Form zweier separater Adsorber (1, 2) und einen Oxidationskata­ lysator (3). Der Oxidationskatalysator (3) befindet sich inner­ halb eines vom Abgasausgang der zugehörigen, abgaserzeugenden Brennkraftmaschine, hier einem Kraftfahrzeugmotor (4), abfüh­ renden Abgasleitungsabschnitts (5) und ist möglichst motornah positioniert, während die beiden Adsorber (1, 2) möglichst mo­ torfern angeordnet sind. Der Katalysator (3) oxidiert insbeson­ dere im Abgas enthaltenes NO zu NO₂, daneben aber auch CO zu CO₂ und die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe. Durch die motornahe Positionierung des Oxidationskatalysators (3) setzt eine wirksame Oxidationsreaktion bereits sehr frühzeitig nach einem jeweiligen Start des Motors (4) ein. Strömungs-abwärts des Oxidationskatalysators (3) verzweigt sich die Abgaslei­ tungsstrecke in einen Teilstromleitungszweig (6) und einen Hauptstromleitungszweig (7). Dabei ist der Teilstromleitungs­ zweig (6) mit möglichst geringer Länge ausgelegt und durch eine Ummantelung (6c) wirksam thermisch gegen die Umgebung isoliert, während im Gegensatz dazu der Hauptstromleitungszweig (7) als verlängerte, thermisch nicht isolierte Leitung ausgelegt ist, so daß die Abgastemperatur am Ausgang des Teilstromleitungs­ zweiges (6) noch deutlich höher als diejenige am Ausgang des Hauptstromleitungszweiges (7) ist. Zur steuerbaren Zuführung von Abgas aus dem Teilstromleitungszweig (6) oder dem Haupt­ stromleitungszweig (7) zu den parallel angeordneten Stickoxid- Adsorbern (1, 2) befindet sich am strömungsabwärts gelegenen Ende sowohl des Teilstromleitungszweiges (6) als auch des Hauptstromleitungszweiges (7) je ein Steuerventil (8, 9), wobei vom Teilstromleitungszweig-Steuerventil (8) je eine Teilstrom­ zuleitung (6a, 6b) zum jeweiligen Adsorber (1, 2) und entspre­ chend vom Hauptstromleitungszweig-Steuerventil (9) zwei Haupt­ stromzuleitungen (7a, 7b) zum jeweiligen Adsorber (1, 2) füh­ ren. Von jedem der beiden Adsorber (1, 2) führt eine Auslaßlei­ tung (10, 11) ab, wobei in jeder dieser beiden Auslaßleitungen (10, 11) ein Steuerventil (12, 13) vorgesehen ist, mit dem der aus dem zugehörigen Adsorber austretende Abgasstrom steuerbar entweder zu einer weiterführenden Abgasleitung (16) durchgelas­ sen oder in eine Rückführleitung (14) eingeleitet wird, die in eine eingangsseitige Ansaugleitung (15) des Motors (4) einmün­ det. Strömungsabwärts der beiden Rückführleitungs-Steuerventile (12, 13) vereinigen sich die beiden Auslaßleitungen (10, 11) zu der gemeinsamen, weiterführenden Abgasleitung (16).
Die oben in ihrem Aufbau erläuterte Abgasreinigungsanlage von Fig. 1 arbeitet wie folgt. In den Brennräumen eines Motors (4) wird durch Verbrennen eines Kraftstoff/Luftgemisches (17) Abgas erzeugt, das aus den Brennräumen in den abführenden Ab­ gasleitungsabschnitt (5) und dabei in den motornah positionier­ ten Oxidationskatalysator (3) gelangt. Dieser oxidiert das Stickstoffmonoxid, das Kohlenmonoxid und die Kohlenwasserstof­ fe, die im Abgas enthalten sind. Vom Oxidationskatalysator (3) wird dann das Abgas zu einem kleineren Anteil durch den Teil­ stromleitungszweig (6) und zu einem größeren Anteil durch den dazu parallelen Hauptstromleitungszweig (7) geleitet, wobei das Verhältnis der beiden Anteile vom Verhältnis der Durchtritts­ querschnitte beider Zweige (6, 7) bestimmt ist. Alternativ kommt natürlich auch die Dosierung der jeweiligen Abgasmenge über Ventile, z. B. die beiden gezeigten Ventile (8, 9) vor den Adsorbern (1, 2) oder zusätzlich anzuordnende Ventile in Be­ tracht.
Von den beiden parallelen Stickoxid-Adsorbern (1, 2) wird je­ weils der eine im Adsorptionsmodus und der andere im Desorpti­ onsmodus betrieben. Dazu werden die beiden Steuerventile (8, 9) vor den Adsorbern (1, 2) und die beiden Steuerventile (12, 13) hinter den Adsorbern (1, 2) so geschaltet, daß dem momentan im Adsorptionsbetrieb arbeitenden Adsorber der Abgasstrom des Hauptstromleitungszweiges (7) und dem anderen, momentan im Desorptionsbetrieb arbeitenden Adsorber der Abgasstrom des Teilstromleitungszweiges (6) zugeführt werden und der voll ge­ reinigte Abgasstrom, der aus dem gerade adsorbierenden Adsorber austritt, an die stromabwärts weiterführende Abgasleitung (16) weitergeleitet wird, während der aus dem gerade desorbierenden Adsorber austretende Abgasstrom in die Rückführleitung (14) eingespeist und über diese als Rückstrom (19) der Ansaugleitung (15) zugeführt wird. Das im Desorptionsbetrieb dem betreffenden Adsorber entzogene Stickoxid wird auf diese Weise dem zu ver­ brennenden Kraftstoffgemisch (17) des Motors (4) beigemischt und durch den Verbrennungsvorgang im Motor (4) zu Stickstoff und Sauerstoff reagiert, während das aus dem im Adsorptionsbe­ trieb arbeitenden Adsorber austretende Abgas als gereinigter Abgasstrom (18) über eine Auspuffanlage ausgestoßen wird.
Da im Oxidationskatalysator das im Abgas enthaltene Stickstoff­ monoxid bereits zu Stickstoffdioxid oxidiert wird, läßt sich für den jeweiligen Adsorptionsbetrieb der Adsorber (1, 2) eine vergleichsweise hohe NOx-Adsorptionsrate erzielen. Da derjenige Abgasanteil, der dem jeweils im Adsorptionsbetrieb arbeitenden Adsorber zugeführt wird, aus dem mit vergleichsweise großer Länge und ohne thermischen Isolation ausgelegten Hauptstromlei­ tungszweig (7) stammt und daher bei Eintritt in den Adsorber bereits ein relativ niedriges Temperaturniveau erreicht hat, können in den Adsorbern (1, 2) problemlos Materialien zum Ein­ satz kommen, die gegenüber hohen Abgastemperaturen und somit hohen Desorptionstemperaturen nicht resistent sind oder bei ho­ hen Temperaturen keine oder nur eine geringe NOx-Ad­ sorptionsfähigkeit besitzen. Bei Bedarf kann die Abgastempe­ ratur im Hauptstromleitungszweig (7) durch zusätzliche Küh­ lungsmaßnahmen, wie das Vorsehen von Kühllamellen, absenkt wer­ den. Im Gegensatz dazu ist die Temperatur des aus dem Teil­ stromleitungszweig (6), der mit vergleichsweise kurzer Länge und hoher thermischer Isolation ausgelegt ist, stammenden und dem jeweils im Desorptionsbetrieb arbeitenden Adsorber Zuge­ führten Abgasteilstromes bei Eintritt in den betreffenden Ad­ sorber noch vergleichsweise hoch und liegt insbesondere deut­ lich über der Temperatur des in den anderen, im Adsorptionsmo­ dus befindlichen Adsorber eingeleiteten Abgashauptstromes. Dies bewirkt eine Erwärmung des im Desorptionsmodus befindlichen Ad­ sorbers, wodurch die dort zuvor adsorbierten Stickoxide wirksam desorbiert werden. Eine Zusatzbeheizung des jeweils im Desorp­ tionsmodus befindlichen Adsorbers ist dadurch nicht oder nur zur Erzielung einer relativ geringfügigen weiteren Tempera­ turerhöhung notwendig, was zu einer günstigen Energiebilanz der Anlage führt. Für den jeweiligen Desorptionsbetrieb abwechselnd in einem der beiden Adsorber wird durch die Verwendung des aus dem Teilstromleitungszweig (6) stammenden Abgasstromes kein zu­ sätzlicher Spülluftstrom benötigt.
Eine Betriebsumschaltung der beiden Adsorber (1, 2) von Adsorp­ tion auf Desorption beim einen und umgekehrt von Desorption auf Adsorption beim anderen Adsorber erfolgt jeweils dann, wenn durch herkömmliche, hier nicht näher zu erläuternde Mittel er­ kannt wird, daß der gerade im Adsorptionsmodus betriebene Ad­ sorber regeneriert werden muß. Dazu wird eine geeignete Um­ steuerung der vier Ventile (8, 9, 12, 13) dergestalt durchge­ führt, daß dem zuvor desorbierenden Adsorber der Abgashaupt­ strom anstelle des Abgasteilstromes und dem anderen, zuvor ad­ sorbierenden Adsorber der Abgasteilstrom anstelle des Abgas­ hauptstromes zugeführt wird, während gleichzeitig der Abgass­ trom des zuvor desorbierenden und nun adsorbierenden Adsorbers auf Weiterleitung zum Auspuff und derjenige des nunmehr desor­ bierenden Adsorbers auf Einspeisung in die Rückleitung (19) um­ gestellt werden.
In Fig. 2 ist eine gegenüber derjenigen von Fig. 1 lediglich in der Positionierung des Oxidationskatalysators (3) modifizierte Abgasreinigungsanlage dargestellt, wobei funktionell gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen belegt sind und insoweit auf die Beschreibung der Anlage von Fig. 1 verwiesen werden kann. Bei der Anlage von Fig. 2 befindet sich der Oxidationska­ talysator (3) innerhalb eines Eintrittsbereiches des Haupt­ stromleitungszweiges (7) und nicht in dem gemeinsam dem Teil­ stromleitungszweig (6) und dem Hauptstromleitungszweig (7) vor­ gelagerten Abgasleitungsabschnitt (5). Dies hat zur Folge, daß bei dieser Anlage der durch den Teilstromleitungszweig (6) ge­ leitete Abgasteilstrom zuvor nicht durch den Oxidationskataly­ sator (3) hindurchströmt und daher unter anderem noch nicht oxidierte Kohlenwasserstoffe enthält. Dies kann zu einer Förde­ rung der Desorptionsfähigkeit der beiden Stickoxid-Adsorber (1, 2) genutzt werden, wenn in selbigen Adsorbermaterialien verwen­ det werden, bei denen zwischen solchen nicht oxidierten Kohlen­ wasserstoffen und den Stickoxiden eine konkurrierende Adsorpti­ on, d. h. eine Verdrängungsadsorption, stattfindet. Denn durch Zuleitung dieses die Kohlenwasserstoffe enthaltenden Abgasteil­ stromes aus dem Teilstromleitungszweig (6) in den jeweils im Desorptionsbetrieb arbeitenden Adsorber können die angelagerten Stickoxide in diesem Adsorber durch die konkurrierende Adsorp­ tion der Kohlenwasserstoffe leichter desorbiert und anschlie­ ßend im Rückführstrom (19) wieder in die Motoransaugleitung (15) zurückgeführt werden.
Speziell für die Anwendung bei Kraftfahrzeugen kann die Desorp­ tion des weiteren in nicht näher gezeigter Weise durch Zugabe von Desorptionshilfsmittein gefördert werden, die aus dem im Fahrzeug ohnehin zum Betrieb der Brennkraftmaschine mitgeführ­ ten Kraftstoff gewonnen werden. Es zeigt sich hierbei, daß ins­ besondere Kohlenwasserstoffe eine solche desorptionsfördernde Wirkung besitzen, indem sie die Zusammensetzung der Gasphase des im desorbierenden Adsorberteil befindlichen Abgases bzw. die Zusammensetzung der Adsorberfläche so beeinflussen, daß ei­ ne effektive Desorption bereits bei vergleichsweise niedriger Temperatur erfolgt. Als erste Möglichkeit kann vorgesehen sein, den Kraftstoff direkt in den im Desorptionsbetrieb arbeitenden Adsorberteil oder in denjenigen Teilstromleitungszweig des Ab­ gasstrangs zuzugeben, der das Abgas zum momentan im Desorpti­ onsbetrieb arbeitenden Adsorberteil leitet. Als Alternative zur Zugabe des Kraftstoffs selbst kann ein Gemisch von Kohlenwas­ serstoffen und anderen Reaktionsprodukten zugegeben werden, das durch thermische oder katalytische Umwandlung des Kraftstoffs an Bord des Fahrzeuges erzeugt wird. Diese thermische oder ka­ talytische Umwandlung des Kraftstoffs führt zu einer noch bes­ seren Wirksamkeit für die Desorption der Stickoxide als die Verwendung des Kraftstoffs selbst. Als weitere Alternative kann ein derartiges Gemisch zusätzlich Wasserstoff beinhalten, der sich gleichfalls desorptionsfördernd auswirkt. Die Verwendung derartiger Desorptionshilfsmittel verringert den Aufwand zur thermischen Isolation des Abgasteilstromleitungszweiges für den Desorptionsbetrieb und/oder für eine zusätzlich Aufheizung des gerade desorbierenden Adsorbers.
Eine weitere, nicht näher gezeigte Möglichkeit der Desorptions­ förderung besteht darin, mittels eines Brenners, der Kraftstoff aus dem Kraftstofftank des Fahrzeugs als Brennstoff benutzt, ein heißes Gas zu erzeugen, das dem desorbierenden Adsorberteil direkt oder durch Zugabe in den betreffenden Teilstromleitungs­ zweig zugeführt wird. Durch diese Maßnahme kann eine ansonsten ggf. notwendige, elektrisch betriebene Heizvorrichtung entfal­ len. Bevorzugt wird der Brenner so betrieben, daß das von ihm erzeugte heiße Gas keine oder nur geringe Sauerstoffanteile enthält, dagegen jedoch Reste von unverbrannten Kohlenwasser­ stoffen, die dann ein Desorptionshilfsmittel darstellen, das die Stickoxiddesorption zusätzlich zur Temperaturanhebung be­ günstigt.
Vorzugsweise werden das heiße Gas bzw. die anderen genannten Desorptionshilfsmittel nach Durchtritt durch den desorbierenden Adsorberteil zusammen mit den desorbierten Stickoxiden in die Ansaugluft des Motors geleitet. Bei der nachfolgenden Verbren­ nung werden die Stickoxide zu Stickstoff und Sauerstoff, die übrigen Gasgemischkomponenten überwiegend zu Kohlendioxid und Wasser umgewandet. Die Desorption und Rückführung des Desorpti­ onsgases in die motorische Verbrennung wird bevorzugt bei hoher Motorlast, bei einem Ottomotor zusätzlich vorzugsweise beim Be­ trieb unter stöchiometrischen oder fetten Betriebsbedingungen durchgeführt.
Für die Zugabe des Kraftstoffs bzw. des daraus gewonnenen, koh­ lenwasserstoffhaltigen Gemisches ist zweckmäßigerweise eine Do­ siervorrichtung vorgesehen, die über die Motorsteuerung gezielt betätigt werden kann. Es versteht sich, daß die Zugabe derarti­ ger Desorptionshilfsmittel mit einer elektrischen Beheizung des desorbierenden Adsorberteils kombiniert werden kann. Diese kann jedoch bei Verwendung der Desorptionshilfsmittel mit geringerer Leistung betrieben werden, da sich dadurch eine effektive De­ sorption bereits bei tieferer Temperatur ergibt.
Fig. 3 zeigt eine Variante für die in den Fig. 1 und 2 ver­ wendeten Stickoxid-Adsorber, bei der die beiden Adsorberteile (20a, 20b), von denen jeweils der eine (20a) im Desorptionsmo­ dus und der andere (20b) im Adsorptionsmodus betrieben werden, integral von einem gemeinsamen, zylindrischen Adsorberkörper (20) gebildet sind. Der Adsorberkörper (20) ist um seine Längs­ achse (22) drehbar gelagert, die parallel zur Abgasströmungs­ richtung liegt. An der abgaseintrittsseitigen Stirnseite endet der Adsorberkörper (20) in einer Eintrittshülse (20c), die eine Sektorunterteilungsblende (21) aufnimmt, welche die kreisförmi­ ge, eintrittsseitige Stirnfläche des Adsorberkörpers (20) in einen Desorptionssektor und einen gegenüber diesem größeren Ad­ sorptionssektor unterteilt. In den Desorptionssektor wird der desorbierende Abgasstromanteil (23) eingeleitet, während der dem Adsorberbetrieb dienende Abgasströmungsanteil (24) dem Ad­ sorptionssektor zugeführt wird. Die beiden Abgasströmungsantei­ le (23, 24) durchströmen folglich im wesentlichen voneinander separiert den desorbierenden (20a) bzw. adsorbierenden Adsor­ berteil (20b).
Damit jedes Teilvolumen des Adsorberkörpers (20) periodisch im Adsorptions- und Desorptionsmodus betrieben wird, wird der Ad­ sorberkörper (20) um seine Längsachse (22) relativ zur festste­ henden Sektorunterteilungsblende (21) in Drehung versetzt, so daß jedes Adsorberkörperteilvolumen abhängig von der Rotations­ geschwindigkeit und dem Sektorwinkel der Sektorunterteilungs­ blende (21) abwechselnd jeweils für eine erste Zeitspanne dem adsorbierenden Adsorberteil (20b) und für eine zweite Zeitspan­ ne dem desorbierenden Adsorberteil (20a) angehört. Vorzugsweise ist auch an der ausgangsseitigen Stirnseite des Adsorberkörpers (20) eine nicht gezeigte Sektorunterteilungsblende vorgesehen, die in ihrer Dimensionierung der eintrittsseitigen (21) ent­ spricht. Dabei ist die austrittsseitige Sektorunterteilungs­ blende gegenüber der eintrittsseitigen (21) um einen Drehwinkel versetzt, der dem Drehwinkel entspricht, welcher vom durch den Adsorberkörper (20) strömenden Abgas (23, 24) durch die Rotati­ on des Adsorberkörpers (20) zurückgelegt wird. Dadurch können gezielt der das mittels Desorption freigesetzte, Stickoxid ent­ haltende Abgasteilstrom (23) und der vom adsorbierten Stickoxid befreite Abgasteilstrom (24) getrennt voneinander aus dem Ad­ sorberkörper (20) abgeleitet werden. Dies trägt der Tatsache Rechnung, daß die beiden integralen Adsorberteile (20a, 20b) Teilvolumina des Adsorberkörpers (20) bilden, die durch die sich schraubenförmig axial durch den Adsorberkörper (20) win­ denden Sektoren gegeben sind, die eintrittsseitig von der Sek­ torunterteilungsblende (21) definiert werden. Diese integrale Realisierung der beiden Adsorberteile (20a, 20b) hat gegenüber den Adsorbern der Fig. 1 und 2 den Vorteil, daß keine zwei getrennten Adsorberkörper benötigt werden und zudem keine klap­ pengesteuerte Abgaszuführung zu den Adsorberteilen erforderlich ist.
Es versteht sich, daß neben den beiden beschriebenen Beispielen weitere Ausführungsformen der Erfindung realisierbar sind, bei­ spielsweise Abgasreinigungsanlagen mit mehr als zwei parallel angeordneten Stickoxid-Adsorberteilen und funktionsgerecht mo­ difizierter Aufteilung der diesen Adsorberteilen vorgelagerten, einen oder mehrere motornahe Oxidationskatalysatoren enthalten­ den Abgasleitungsstrecke.

Claims (7)

1. Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine, mit
  • - zwei parallel angeordneten Adsorberteilen (1, 2) zur wechsel­ seitigen Adsorption und Desorption von im Abgas der Brenn­ kraftmaschine (4) enthaltenden Stickoxiden und
  • - Mitteln (10 bis 14, 16) zur Stromabwärts-Weiterleitung des aus dem jeweils im Adsorptionsmodus betriebenen Adsorberteils austretenden Abgasstromes und zur Rückführung des aus dem je­ weils anderen, im Desorptionsbetrieb arbeitenden Adsorberteils austretenden Abgasstromes in eine Ansaugleitung (15) der Brennkraftmaschine (4),
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - ein stromaufwärts der Adsorberteile (1, 2) motornah angeordne­ ter Oxidationskatalysator (3) zur Oxidation wenigstens von im Abgas enthaltendem NO zu NO₂ vorgesehen ist und
  • - ein stromaufwärts der Adsorberteile (1, 2) gelegener Abgaslei­ tungsabschnitt in einen Hauptstromleitungszweig (7) und einen zu diesem parallelen und gegenüber diesem kürzerem und/oder stärker thermisch isolierten Teilstromleitungszweig (6) aufge­ teilt ist, wobei die beiden Adsorberteile über Steuerventile (8, 9) derart an den Hauptstromleitungszweig und den Teil­ stromleitungszweig angekoppelt sind, daß der jeweils im Ad­ sorptionsmodus betriebene Adsorberteil vom Abgasstrom des Hauptstromleitungszweiges und der jeweils andere, im Desorpti­ onsmodus betriebene Adsorberteil vom Abgasstrom des Teilstrom­ leitungszweiges gespeist werden.
2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator (3) innerhalb eines dem Hauptstromlei­ tungszweig (7) und dem Teilstromleitungszweig (6) gemeinsamen, strömungsaufwärts derselben gelegenen Abgasleitungsabschnitts (5) oder innerhalb eines Eingangsbereiches des Hauptstromlei­ tungszweiges (7) angeordnet ist.
3. Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesonde­ re nach Anspruch 1 oder 2, mit
  • - zwei parallel angeordneten Adsorberteilen (1, 2) zur wechsel­ seitigen Adsorption und Desorption von im Abgas der Brenn­ kraftmaschine (4) enthaltenden Stickoxiden und
  • - Mitteln (10 bis 14, 16) zur Stromabwärts-Weiterleitung des aus dem jeweils im Adsorptionsmodus betriebenen Adsorberteils austretenden Abgasstromes und zur Rückführung des aus dem je­ weils anderen, im Desorptionsbetrieb arbeitenden Adsorberteils austretenden Abgasstromes in eine Ansaugleitung (15) der Brennkraftmaschine (4),
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - ein stromaufwärts der Adsorberteile (1, 2) motornah angeordne­ ter Oxidationskatalysator (3) zur Oxidation wenigstens von im Abgas enthaltendem NO zu NO₂ vorgesehen ist und
  • - die beiden Adsorberteile (20a, 20b) als integrale Teile eines zylinderförmigen, in Längsrichtung durchströmten Adsorberkör­ pers (20) gebildet sind, der in die beiden Adsorberteile we­ nigstens mittels einer eintrittsseitig angeordneten Sektorun­ terteilungsblende (21) unterteilt ist, wobei eine Relativdreh­ bewegung um eine zur Strömungsrichtung parallele Drehachse zwischen der wenigstens eintrittsseitig angeordneten Sektorun­ terteilungsblende und dem Adsorberkörper vorgesehen ist.
4. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß dem jeweils im Desorptionsbetrieb arbeitenden Adsorberteil ein kohlenwasserstoffhaltiges Desorptionshilfsmittel zugegeben wird, das optional Wasserstoff und/oder durch thermische oder kataly­ tische Umwandlung des für die Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoffs erzeugte Reaktionsprodukte enthält.
5. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß dem jeweils im Desorptionsbetrieb arbeitenden Adsorberteil ein heißes Gas zugeführt wird, das in einem Brenner durch Verbren­ nung des Kraftstoffs für die Brennkraftmaschine derart erzeugt wird, daß es einen höchstens geringen Sauerstoffanteil und einen Mindestrestanteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen enthält.
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