DE4404617C2 - Vorrichtung zur selektiven katalysierten NO¶x¶-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zur selektiven katalysierten NO¶x¶-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selektiven kataly­ sierten NOx-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen, nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Zukünftig gelten für Dieselbrennkraftmaschinen neben sehr gerin­ gen Partikelgrenzwerten auch äußerst strenge Stickoxidgrenzwer­ te, deren Einhaltung mit innermotorischen Maßnahmen allein kaum zu erfüllen sein wird.
Bekanntlich wird bei konventionellen selektiven katalysierten Reduktionsverfahren Ammoniak als selektives Reduktionsmittel für die Stickoxide verwendet. Alternativ sind auch wässrige Harn­ stofflösungen vorgeschlagen worden, die aber ebenso wie Ammoniak bei instationärer Motorbetriebsweise wegen eines Ammoniakschlup­ fes zu Problemen führen können.
Eleganter sind daher bei Fahrzeugen solche Lösungen, die Kohlen­ wasserstoffe zur nachmotorischen Stickoxidreduktion verwenden.
Aus der DE 42 21 363 A1 ist eine derartige Vorrichtung bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt dabei ein Zuführsystem für flüssige Kohlenwasserstoffe, die in einem Flüssigkohlenwasserstoffvor­ ratstank bereitgestellt wird, sowie ein Zuführsystem zum Zufüh­ ren von komprimierter Luft und schließlich eine im Strömungswege des Abgases stromauf eines Abgasreinigers liegende Einsprühvor­ richtung zum Einsprühen des flüssigen Kohlenwasserstoffs nach Zusammenführen mit der komprimierten Luft in den Strom des Abga­ ses.
Ferner ist aus der JP 4-83516 A, Patents Abstracts of Japan, Sect. C, Vol. 16 (1992) Nr. 298 (C-958) bekannt, einen Krackkatalysator stromauf eines in einer Abgasleitung angeordneten Abgasreinigers einzusetzen. Zur Reduktion der Stickoxide wird Treibstoff mittels einer Förderpumpe aus einem Tank in die Abgasleitung gefördert und über den Krackkatalysator geleitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen an einer Vorrichtung zur selektiven katalysierten NOx-Reduktion in Abgasen vorzusehen, durch die eine maximale NOx-Konversion im NOx-Abgasreiniger erreichbar ist.
Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Durch die besondere Anordnung eines Krackkatalysators im Nebenstrang der Abgasleitung, über den ein Teil des für die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine vorgesehenen Kraftstoffes geleitet wird, und durch die gleichzeitige Lufteinblasung in diesen Krackkatalysator werden hochwirksame Kohlenwasserstoffe erzeugt, die ein hohes NOx-Reduktions­ potential besitzen. Maßnahmen dieser Art haben den Vorteil, den ohnehin im Fahrzeug mitgeführten Kraftstoff somit auch zur NOx- Reduktion mitzuverwenden. Demnach ist kein Zusatztank zur Speicherung von Kohlenwasserstoffen erforderlich. Ferner ist durch den temperaturabhängig regelbaren Krackkatalysator eine optimale Umsetzung an Kohlenwasserstoffen sichergestellt.
Die in den Krackkatalysator eingeblasene Luft bewirkt neben der Teiloxidation der Kohlenwasserstoffe auch eine periodisch durch­ geführte Reinigung der koksanfälligen Krackkatalysatoroberfläche in stark oxidierender Atmosphäre, z. B. bei λ < 1 und einer Tempe­ ratur im Denox-Katalysator, die höher als 500°C liegt.
Der Einsatz eines Druckspeichers in der Zuführleitung, in dem gasförmige Kohlenwasserstoffe gespeichert sind, ermöglicht je nach Bedarf und Erfordernis eine Zudosierung gasförmiger Kohlen­ wasserstoffe in den Abgasstrom der Brennkraftmaschine zur opti­ malen NOx-Reduktion im Abgasreiniger.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Eine Abgasanlage 1 für eine mit Dieselkraftstoff betriebene Brennkraftmaschine 2 umfaßt einen in einer Abgasleitung 3 ange­ ordneten Abgasreiniger 4 als Denox-Katalysator sowie einen Krackkatalysator 5 in einer Zuführleitung 6, die in die Abgas­ leitung 3 stromauf des Abgasreinigers 4 mündet. Der Krackkataly­ sator 5 besteht aus aktiven Komponenten, vorwiegend Zeolithe, die auf einem Träger aufgebracht sein können. Der Krack­ katalysator 5 ist elektrisch beheizbar und in einem Temperatur­ bereich zwischen 200°-700°C regelbar.
Mit 7 ist ein üblicher Tank mit Kraftstoff für die Kraftstoff­ versorgung der Brennkraftmaschine bezeichnet. Eine an den Tank 7 angeschlossene Dosierleitung 8 enthält eine Dosierpumpe 9, die dem Krackkatalysator 5 eine Kraftstoffdosiermenge mittels eines Steuergerätes 10 derart zumißt, daß am Denox-Katalysator 4 auch unter Vollast und Nenndrehzahl ein HC-NOx-Verhältnis von 0-5 si­ chergestellt ist. Zusätzlich zu dem Kraftstoff wird über eine Luftleitung 11 eine vorbestimmte Luftmenge in den Krackkatalysa­ tor eingeblasen, der bei der Zusammenführung von Luft und Kraft­ stoff mit unterstöchiometrischem Luftverhältnis von λ = 0 bis 0,2 betrieben wird. Der Kraftstoff wird katgekrackt und die er­ zeugten reaktiven kurzkettigen ungesättigten Kohlenwasserstoffe sowie teiloxidierte Kohlenwasserstoffe werden dem Abgasstrom auf der stromaufwärtigen Seite des Denox-Katalysators zur gezielten NOx-Reduktion zugeführt.
Gegebenenfalls kann in der Zuführleitung 6 ein Druckspeicher 12 mit einem kennfeldgesteuerten Dosierventil 13 (strichpunktiert dargestellt) vorgesehen sein, das von dem Steuergerät 10 be­ triebsparameterabhängig dem Abgasreiniger 4 die Kohlenwasser­ stoffmenge bedarfsorientiert zudosiert, um eine optimale NOx-Re­ duktion zu erhalten. Als Betriebsparameter kommen z. B. in erster Linie Drehzahl n, Last L und gegebenenfalls die Denox-Kataly­ satortemperatur in Frage.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur selektiven katalysierten NOx-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem Krackkatalysator, der stromauf eines in einer Abgasleitung angeordneten Abgasreinigers liegt und bei dem zur Erzeugung von kurzkettigen ungesättigten Kohlenwasserstoffen eine definierte Kraftstoffmenge aus der Kraftstoffbevorratung katgekrackt wird, ferner mit einer den Kraftstoff dosierenden Dosierpumpe in einer Dosierleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierleitung (8) sowie eine Luftleitung (11) an dem temperaturabhängig regelbaren Krackkatalysator (5) angeschlossen sind, in dem die katgekrackte Kraftstoffmenge durch gleichzeitig zugeführte Luft aufoxidiert und hierbei gebildete reaktive Spezies über eine in die Abgasleitung (3) mündende Zuführleitung (6) dem Abgasstrom stromauf des Abgasreinigers (4) zugeführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krackkatalysator (5) elektrisch beheizbar und in einem Temperaturbereich zwischen 200°-700°C regelbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Krackkatalysator (5) mittels eines Steuergerätes (10) eine Kraftstoff-Dosiermenge derart zumeßbar ist, daß sich für den als Denox-Katalysator ausgebildeten Abgasreiniger (4) etwa ein HC-NOx-Verhältnis zwischen 0 und 5 ergibt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krackkatalysator (5) einerseits mit unterstöchio­ metrischem Kraftstoff-Luftverhältnis zwischen λ = 0 und 0,2 und andererseits mit einem überstöchiometrischen Kraftstoff- Luftverhältnis λ 1 betreibbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Krackkatalysators (5) ein Druckspeicher (12) mit einem kennfeldgeregelten Dosierventil (13) vorgesehen ist, durch das die für den Abgasreiniger (4) erforderliche Kohlenwasser­ stoffmenge eindosierbar ist.
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