DE19526765A1

DE19526765A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19526765A1
Application number: DE19526765A
Authority: DE
Inventors: Alf Degen; Roland Huss; Paul Friedrich Dr Kueper; Manfred Moosmann; Wolfgang Zahn
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Daimler Benz AG; Dr Ing HCF Porsche AG; Mercedes Benz AG; Volkswagen AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Daimler Benz AG; Dr Ing HCF Porsche AG; Mercedes Benz AG; Volkswagen AG
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1997-01-23
Also published as: EP0754841B1; EP0754841A1; JPH0932538A; DE59610966D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen, wobei ein Startkatalysator, ein Adsorber und ein Hauptkatalysator vorgesehen sind, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Einen Ansatzpunkt für eine weitere Reduzierung der Schadstoffemissionen von mit einem Katalysator versehenen Kraftfahrzeugen bietet die Warmlaufphase des katalytischen Systems, weil ausgehend vom kalten Zustand des Kraftfahrzeugs und damit des katalytischen Systems von dem Kraftfahrzeug ungereinigtes Rohabgas emittiert wird. Dadurch, daß das katalytische System erst ab einer gewissen Anspringtemperatur, auch Light-off-Temperatur genannt, eine wirksame Abgasreinigung durchführen kann, handelt es sich also bei den bekannten katalytischen Systemen um eine systembedingte Schwäche, die zur Folge hat, daß das katalytische System insbesondere bei Kaltstart des Fahrzeugmotors, d. h. der das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine weitgehend unwirksam ist. Um hier Abhilfe zu schaffen, war es aus dem Stand der Technik beispielsweise bekannt, den Katalysator von außen vorzuheizen, damit dieser möglichst schnell seine Anspringtemperatur erreicht. Unter der Anspringtemperatur versteht man diejenige Temperatur des Katalysators, bei welcher dieser eine nicht unwesentliche Konvertierungsrate verwirklicht, die beispielsweise bei wenigstens 30 bis 50% liegt.

Als ein anderer Ansatz war es aus dem Stand der Technik bekannt, Adsorber einzusetzen, welche in der Lage sind, Abgaskomponenten bei niedrigen Temperaturen zu speichern (zu adsorbieren) und bei höheren Temperaturen wieder abzugeben (zu desorbieren). Dabei ist die Adsorptionsfähigkeit umso größer, je niedriger die Gas- und Adsorbertemperatur ist. Das bedeutet, daß in der Start- und Warmlaufphase, wenn das katalytische System noch unwirksam ist, von dem dem katalytischen System vorgeschalteten Adsorber bestimmte Abgaskomponenten adsorbiert und erst dann wieder abgegeben werden, wenn das katalytische System seine Betriebstemperatur erreicht hat. Auf diese Weise kann der Adsorber eine ideale Ergänzung des katalytischen Systems darstellen.

Jedoch ist es nach dem Stand der Technik bisher nicht gelungen, ein optimales Zusammenwirken zwischen dem Adsorber und dem katalytischen System zu verwirklichen, weil mit steigender Temperatur des Adsorbers bzw. mit steigender Abgastemperatur die Adsorptionsfähigkeit des Adsorbers zunächst sinkt und dann sogar die Desorption des Adsorbers beginnt, bevor das nachfolgende katalytische System seine Anspringtemperatur erreicht hat. Die nicht adsorbierten oder sogar desorbierten Abgaskomponenten durchströmen dann ohne Nachreaktion das katalytische System. Da der Adsorber nur bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen wirksam ist, der Katalysator aber nur bei vergleichsweise hohen Temperaturen, ergibt sich somit systembedingt eine Zwischenzeitspanne, in welcher weder der Adsorber, noch der Katalysator ausreichend wirksam sind, oder im noch schlechteren Fall der Adsorber sogar selbst desorbiert, während der Katalysator noch nicht wirksam ist, was im Extremfall zur vollkommenen Sinnlosigkeit des Adsorbers führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zur Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen zu schaffen, wobei ein optimales Zusammenwirken zwischen dem Adsorber und dem katalytischen System derart stattfindet, daß in sämtlichen Betriebsphasen des Kraftfahrzeugs eine Abgasreinigung stattfindet.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

a) zunächst unmittelbar nach dem Anlassen des Kraftfahrzeuges von dem gleichen Abgasstrom in Folge zunächst der Startkatalysator, dann der Adsorber, oder zunächst der Adsorber und dann der Startkatalysator, durchströmt werden, und nachdem der Startkatalysator und der Adsorber durchströmt wurden, dann der Hauptkatalysator durchströmt wird, solange der Adsorber noch eine hohe Adsorptionsfähigkeit besitzt, wobei der Adsorber wenigstens so lange seine hohe Adsorptionsfähigkeit behält, bis der Startkatalysator seine Anspringtemperatur erreicht hat;
b) danach spätestens ab demjenigen Zeitpunkt, ab welchem der Adsorber keine hohe Adsorptionsfähigkeit mehr besitzt, der Abgasstrom über einen gewissen Zeitraum hinweg aus dem Startkatalysator direkt in den Hauptkatalysator geleitet wird.

Dies wird mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens dadurch erreicht, daß der Startkatalysator, der Adsorber und der Hauptkatalysator mittels eines Rohrleitungssystems miteinander verbunden sind, in welchem Abgasklappen angeordnet sind, die geöffnet oder geschlossen werden können, wobei der vom Motor austretende Rohrleitungsteil mit dem Eingang des Startkatalysators verbunden ist, der vom Startkatalysator austretende Rohrleitungsteil mit dem Eingang des Hauptkatalysators verbunden ist, der Ausgang des Hauptkatalysators mit einem Auspuff verbunden ist, und der Adsorber mittels einer Bypaßleitung an das Rohrleitungssystem angeschlossen ist.

Erfindungsgemäß wurde durch die Anordnung des Adsorbers in einem Bypaß und die Steuerung mittels der Abgasklappen, sowie mittels des nahe an dem Motorausgang angeordneten und damit relativ schnell aufheizenden Startkatalysators erstmals das ebenfalls erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, wonach das katalytische System mit dem Adsorber so zusammenwirkt, daß der Startkatalysator seine Anspringtemperatur bereits erreicht, während der Adsorber noch eine hohe Wirksamkeit aufweist, aber umgekehrt kein Spülvorgang stattfindet, bevor nicht auch der weiter hinten im Abgasstrom befindliche Hauptkatalysator seine Anspringtemperatur erreicht hat.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung durchströmt nach Erreichen der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators der Abgasstrom zum Spülen bzw. Entladen des Adsorbers in Folge zuerst den Startkatalysator, dann den Adsorber und dann den Hauptkatalysator. Analog dazu kann nach Erreichen der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators der Abgasstrom zum Spülen bzw. Entladen des Adsorbers in Folge zuerst den Startkatalysator durchströmen, dann in zwei Teilströme geteilt werden, wovon einer der beiden Teilströme durch den Adsorber strömt und sich beide Teilströme hinter dem Adsorber wieder vereinigen, um dann gemeinsam durch den Hauptkatalysator zu strömen.

Dies kann vorteilhaft mittels einer erfindungsgemäß weitergebildeten Vorrichtung verwirklicht werden, bei welcher die Bypassleitung hinter dem Startkatalysator von demjenigen Rohrleitungsteil, welcher den Ausgang des Startkatalysators mit dem Eingang des Hauptkatalysators verbindet, abzweigt, wobei die Bypassleitung eingangsseitig mit dem Eingang bzw. ausgangsseitig mit dem Ausgang des Adsorbers verbunden ist, wobei der ausgangsseitige Teil der Bypassleitung wieder in denjenigen Rohrleitungsteil einmündet, welcher den Ausgang des Startkatalysators mit dem Eingang des Hauptkatalysators verbindet.

Das vorgenannte, erfindungsgemäß weitergebildete Verfahren bzw. die Weiterbildung der Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens bieten den Vorteil, daß der Startkatalysator so nahe wie möglich an den Motorausgang gelegt werden kann, sich dadurch schnell aufheizt und dabei den Abgasstrom abkühlt, welcher nachfolgend durch den im Bypass angeordneten Adsorber strömt. Dadurch wird einerseits der Startkatalysator schnell aufgeheizt und damit schnell wirksam, während andererseits der Adsorber so lange wie möglich kühl gehalten wird und damit ebenfalls relativ lange seine Wirksamkeit beibehält.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung kann nach hinreichender Spülung des Adsorbers der Abgasstrom aus dem Startkatalysator wieder direkt in den Hauptkatalysator geleitet werden. In anderen Worten, der Abgasstrom durchströmt nicht mehr länger den Adsorber, wodurch dieser nach dem Spülen bzw. nach der Desorption, vor Verunreinigungen sowie thermischer Belastung durch den Abgasstrom bewahrt wird. Auch lassen sich so die Strömungsverhältnisse für den eingeschwungenen Zustand oder Dauerbetrieb optimal einstellen. Hierzu kann vorteilhaft in dem Rohrleitungsteil zwischen dem Startkatalysator und dem Hauptkatalysator eine zu öffnende und schließende Abgasklappe vorgesehen ein, und es kann für die vollständige Ausschaltung des Adsorbers in der Bypassleitung vor oder vor und hinter dem Adsorber jeweils eine zu öffnende und zu schließende Abgasklappe vorgesehen sein.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht nach hinreichender Spülung des Adsorbers vor, daß der Abgasstrom für den Dauerbetrieb aus dem Motor direkt durch den Hauptkatalysator geleitet wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß der Startkatalysator einerseits nur für relativ kurzzeitigen Betrieb ausgelegt werden muß, und andererseits an dem Startkatalysator solche Strömungsverhältnisse eingestellt werden können, daß sich dieser besonders schnell aufheizt, ohne dadurch den Dauerbetrieb negativ zu beeinträchtigen.

Dies kann beispielsweise durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwirklicht werden, bei welcher die Bypassleitung vor dem Startkatalysator abzweigt, wobei die Bypassleitung eingangsseitig mit dem Eingang bzw. ausgangsseitig mit dem Ausgang des Adsorbers verbunden ist, wobei der ausgangsseitige Teil der Bypassleitung in denjenigen Rohrleitungsteil einmündet, welcher den Ausgang des Startkatalysators mit dem Eingang des Hauptkatalysators verbindet, und zusätzlich hinter dem Startkatalysator von demjenigen Rohrleitungsteil, welcher den Ausgang des Startkatalysators mit dem Eingang des Hauptkatalysators verbindet, eine Verbindungsleitung abzweigt, welche mit der Bypassleitung eingangsseitig bezogen auf den Adsorber verbunden ist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgebildet, daß die Bypassleitung vor dem Startkatalysator von demjenigen Rohrleitungsteil, welcher den Ausgang des Motors mit dem Eingang des Startkatalysators verbindet, abzweigt, wobei die Bypassleitung eingangsseitig mit dem Eingang bzw. ausgangsseitig mit dem Ausgang des Adsorbers verbunden ist, wobei der ausgangsseitige Teil der Bypassleitung wieder in denjenigen Rohrleitungsteil einmündet, welcher den Ausgang des Motors mit dem Eingang des Startkatalysators verbindet.

Dabei kann vorteilhaft in demjenigen Rohrleitungsteil, welcher dem Motor mit dem Eingang des Startkatalysators verbindet, hinter der Abzweigungsstelle für die Bypassleitung eine zu öffnende und zu schließende Abgasklappe vorgesehen sein. Dabei können sogar der Startkatalysator und der Hauptkatalysator zu einem einzigen Bauteil zusammengefaßt werden, so daß diese zusammen einen einzigen Katalysator ausbilden, was konstruktiv vorteilhaft zu verwirklichen ist. Etwas nachteilig kann es sich dabei allenfalls auswirken, daß der Adsorber näher an dem Motor angeordnet ist als der Startkatalysator und damit früher aufgeheizt wird, während der Startkatalysator langsamer aufgeheizt wird.

Vorteilhaft kann derjenige Zeitpunkt, in welchem der Startkatalysator seine Anspringtemperatur erreicht hat, oder derjenige Zeitpunkt, in welchem der Adsorber seine hohe Adsorptionsfähigkeit verliert, durch Sensoren und/oder ein Rechenmodell ermittelt werden.

Entsprechend kann in vorteilhafter Weise derjenige Zeitpunkt, ab welchem der Abgasstrom zum Spülen bzw. Entladen vollständig oder teilweise durch den Adsorber geführt wird, und der derjenige Zeitpunkt, ab welchem der Abgasstrom nach beendigtem Spülvorgang nicht mehr länger durch den Adsorber geführt wird, durch Sensoren und/oder ein Rechenmodell ermittelt werden.

Als vorteilhaft hat sich weiter erwiesen, als Sensoren Temperatursensoren und/oder Abgassensoren oder einen kombinierten Einsatz davon vorzusehen, auch in Kombination mit Rechenmodellen.

Als Abgassensoren können vorteilhaft solche verwendet werden, welche die Konzentrationen von HC, CO und NOx erfassen, oder es kann ein Sensor verwendet werden, welcher zumindest zwei Funktionen kombiniert, nämlich den "Lambda"-Wert und/oder die Abgastemperatur und/oder die Konzentrationen der Abgaskomponenten erfaßt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 bis 4 vier Untervarianten eines ersten Ausführungsbeispiels in schematischer Darstellung;

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung;

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung;

Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung;

Fig. 8 ein Diagramm, welches die Adsorberspeichervolumenrate in Abhängigkeit von der Temperatur bzw. Zeit zeigt;

Fig. 9 ein Diagramm, welches die Startkatalysator- Umwandlungsrate in Abhängigkeit von der Temperatur bzw. Zeit zeigt; und

Fig. 10 ein Diagramm, welches die adsorbierte bzw. konvertierte Abgasvolumenrate über der Temperatur bzw. Zeit zeigt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind ein Motor 1, ein Startkatalysator 2, ein Adsorber 3 und ein Hauptkatalysator 4 mittels eines Rohrleitungssystems miteinander verbunden. Dabei erstreckt sich ein erster Rohrleitungsteil 5 zwischen dem Ausgang des Motors 1 und dem Eingang des Startkatalysators 2, ein zweiter Rohrleitungsteil 6 erstreckt sich zwischen dem Ausgang des Startkatalysators 2 und dem Eingang des Hauptkatalysators 4, und ein dritter Rohrleitungsteil 7 führt von dem Hauptkatalysator 4 weg, beispielsweise zu einem Auspuff hin. Der Adsorber 3 ist in einer Bypassleitung 8 angeordnet, welche von dem vorgenannten Rohrleitungsteil 6 eingangsseitig bezogen auf den Adsorber 3 ausmündet, und ausgangsseitig bezogen auf den Adsorber 3 wieder in den Rohrleitungsteil 6 einmündet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind in der Bypassleitung vor und hinter dem Adsorber 3 jeweils eine zu öffnende und zu schließende Abgasklappe 9 bzw. 10 vorgesehen, und in dem Rohrleitungsteil 6, welcher sich zwischen dem Startkatalysator 2 und dem Hauptkatalysator 4 erstreckt, ist an derjenigen Stelle, welche sich zwischen der Ausmündungsstelle der Bypassleitung 8 und der Einmündungsstelle der Bypassleitung 8 befindet, eine weitere zu öffnende und zu schließende Abgasklappe 11 angeordnet.

Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen stellen Untervarianten der Ausführungsform nach Fig. 1 dar. So sind gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 nur die Abgasklappen 10 und 11 vorgesehen, gemäß Fig. 3 nur die Abgasklappen 9 und 11 vorgesehen, und als Minimallösung ist gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform nur die Abgasklappe 11 vorgesehen.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 5, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 zweigt die Bypassleitung 8 jedoch nicht wie gemäß Fig. 1 von dem sich zwischen dem Startkatalysator 2 und dem Hauptkatalysator 4 erstreckenden Rohrleitungsteil 6 ab, sondern mündet bereits aus dem sich zwischen dem Ausgang des Motors und dem Eingang des Startkatalysators 2 erstreckenden Rohrleitungsteil 5 aus und vor dem Startkatalysator 2 wieder in diesen ein. Daher ist auch nicht wie nach Fig. 1 eine zu öffnende und zu schließende Abgasklappe in dem Rohrleitungsteil 6, sondern in dem Rohrleitungsteil 5 zwischen der Ausmündungs- und Einmündungsstelle der Bypassleitung 8 bezogen auf den Rohrleitungsteil 5 angeordnet. Diese Abgasklappe ist in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Analog zu den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 bis 4 können auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Abgasklappen 9 und 10 wahlweise entfallen oder vorgesehen sein.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 6, wobei ebenso wie bei den Fig. 1 und 5 gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Bezogen auf die Ausführungsformen nach Fig. 5 ist in der Ausführungsform nach Fig. 6 zusätzlich eine Verbindungsleitung 13 vorgesehen, welche den Rohrleitungsteil 5 ausgangsseitig bezogen auf den Adsorber mit der Bypassleitung 8 verbindet, und es sind 2 weitere Abgasklappen 14 und 15 vorgesehen, wovon die eine Abgasklappe 14 unmittelbar vor dem Startkatalysator hinter der Abzweigungsstelle der Abzweigungsleitung 13 in dem Rohrleitungsteil 5 angeordnet ist, und die andere Abgasklappe 15 in der Bypassleitung 8 ausgangsseitig bezogen auf den Adsorber 3 hinter der Einmündungsstelle der Abzweigungsleitung 13 in der Bypassleitung 8 angeordnet ist. Die Bypassleitung 8 mündet insgesamt aus dem Rohrleitungsteil 5 aus und in den Rohrleitungsteil 6 ein.

Eine letzte Ausführungsform ist in Fig. 7 dargestellt, wobei gleiche Elemente ebenso wie in den Fig. 1, 5 und 6 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Verglichen mit den Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 der Adsorber jedoch in der Bypassleitung zwischen einer Verbindungsleitung 16, welcher aus den Rohrleitungsteil 6 hinter dem Startkatalysator 2 ausmündet und eingangseitig bezogen auf den Adsorber 3 in die Bypassleitung 8 einmündet, und dem ausgangsseitig des Adsorbers wieder in den Rohrleitungsteil 6 einmündenden Teil der Bypassleitung 8 angeordnet. Zusätzlich ist eine Abgasklappe 17 in der Bypassleitung 8 vor derjenigen Stelle angeordnet, an welcher die Verbindungsleitung 16 in die Bypassleitung 8 einmündet.

Die Adsorptionscharakteristik des Adsorbers bzw. die Konvertierungscharakteristik des Startkatalysators zeigen die Diagramme gemäß den Fig. 8 bis 10. Wie Fig. 8 zeigt, weist der Adsorber bei Betriebsbeginn eine hohe Speicherrate auf, d. h. er kann pro Zeiteinheit ein großes Schadstoffvolumen speichern. Mit fortschreitender Zeitdauer füllt sich der Adsorber und nimmt überdies eine höhere Temperatur an, wodurch sich das pro Zeiteinheit speicherbare Volumen verringert.

Im Gegensatz dazu ist die Startkatalysator-Umwandlungsrate zu Betriebsbeginn gering und steigt erst nach einer gewissen Totzeit bzw. ab einer gewissen Temperatur relativ steil an.

Die Auslegung des Startkatalysators und des Adsorbers ist so gewählt, daß der Schnittpunkt beider Kurven so liegt, daß er möglichst hoch zwischen 0 und 100% liegt, was bedeutet, daß dann gewährleistet ist, daß der Adsorber immer noch eine hohe Adsorberspeichervolumenrate gewährleistet, während die von dem Startkatalysator konvertierte Abgasvolumenrate auch bereits relativ hoch ist.

Die Funktionsweise der Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 7 ist wie folgt:
Nach dem Anlassen des Motors ist zunächst die Abgasklappe 11 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 geschlossen, wodurch der Abgasstrom von dem Motor über den Rohrleitungsteil 5 durch den Startkatalysator 2 in die Bypassleitung 8 durch den Adsorber 3 und wieder zurück in den Rohrleitungsteil 6 und schließlich durch den Hauptkatalysator 4 sowie mittels des Rohrleitungsteils 7 in den Auspuff strömt. Dabei sind die Abgasklappen 9 und 10 geschlossen. Nachdem der Startkatalysator seine Anspringtemperatur erreicht hat, bzw. nachdem der Adsorber 3 nur noch eine zu vernachlässigende Wirkung aufgrund der Erwärmung bzw. aufgrund des voll ausgenutzten Speichervolumens hat, werden die Abgasklappen 9 und 10 geschlossen und die Abgasklappe 11 wird geöffnet, wonach der Hauptkatalysator 4 Gelegenheit erhält, sich bis auf seine Anspringtemperatur zu erhitzen. Danach wird die Abgasklappe 11 erneut geschlossen und die Abgasklappen 9 und 10 werden erneut geöffnet, wodurch der Adsorber 3 gespült wird, indem heißes Abgas durch diesen geleitet wird, welches zur Desorption der eingangs in dem Adsorber adsorbierten Schadstoffe führt. Diese werden dann durch den Hauptkatalysator 4 geleitet, wo der Abgasstrom, welcher zusätzlich mit den desorbierten Abgasbestandteilen angereichert ist, in dem Hauptkatalysator 4 konvertiert werden kann.

Nach erfolgter Spülung, wobei derjenige Zeitpunkt, in welchem die Spülung bzw. Desorption beendet ist, durch Abgassensoren oder Rechenmodelle festgestellt werden kann, werden die Abgasklappen 9 und 10 wieder geschlossen, wodurch der Adsorber 3 vollständig von dem Abgasstrom isoliert ist; und nach späterem Abschalten und Auskühlen des Motors sowie des Startkatalysators 2 und des Hauptkatalysators 4 für einen erneuten Betrieb bereit ist.

Als Minimallösung ist es auch möglich, wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, nur eine einzige Abgasklappe 11 vorzusehen, wobei auf diese Weise bereits erreicht werden kann, daß zu Betriebsbeginn der vollständige Abgasstrom zwecks Adsorption durch den Adsorber 3 geleitet wird, sowie später zwecks Spülung erneut vollständig durch den Adsorber 3 geleitet wird. Jedoch strömt auch bei geöffneter Abgasklappe 11 stets ein kleiner, möglicherweise nicht erwünschter Teilabgasstrom durch den Adsorber 3. Durch konstruktive Gestaltung des Bypass- Abgasrohres vor dem Adsorber muß daher verhindert werden, daß der Adsorber in dieser Phase durch den Teilabgasstrom weiter aufgeheizt wird und bereits hier mit der Desorbtion beginnt. Andererseits muß verhindert werden, daß nach erfolgter Adsorbtion und Desorbtion im Normalbetrieb der auch dann durch den Adsorber fließende Teilabgasstrom zu stark abgekühlt wird und der Adsorber adsorbiert. Dies hätte zur Folge, daß im nächsten Kaltstart nur noch ein Teil des gesamten Adsorbervolumens genutzt werden könnte. Abhilfe kann hier wie nach den Fig. 2 und 3 auch mit jeweils nur einer Abgasklappe 9 bzw. 10 geschaffen werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind bei Betriebsbeginn die Abgasklappen 9 und 10 geöffnet und die Abgasklappe 12 ist geschlossen, wodurch der gesamte Abgasstrom von dem Motor 1 über den Rohrleitungsteil 5 mittels der Bypaßleitung 8 durch den Adsorber 3 zurück in den Rohrleitungsteil 5 und dann durch den Startkatalysator 2 sowie mittels des Rohrleitungsteils 6 durch den Hauptkatalysator 4 und mittels des Rohrleitungsteils 7 in den Auspuff geführt wird, und so eine Adsorption von Abgasvolumen in dem Adsorber 3 stattfinden kann. Nachdem der Startkatalysator seine Anspringtemperatur erreicht hat, wird die Abgasklappe 12 geöffnet und die Abgasklappen 9 und 10 werden geschlossen, wodurch der Abgasstrom unmittelbar von dem Motor 1 mittels des Rohrleitungsteils 5 durch den Startkatalysator 2 und mittels des Rohrleitungsteils 6 durch den Hauptkatalysator 4 und von dort aus mittels des Rohrleitungsteils 7 zu dem Auspuff befördert wird. Nachdem auch der Hauptkatalysator 4 seine Anspringtemperatur erreicht hat, wird die Abgasklappe 12 wieder geschlossen und die Abgasklappen 9 und 10 werden wieder geöffnet, wodurch der Adsorber 3 gespült werden kann. Die so desorbierten Schadstoffe können dann sowohl in dem Startkatalysator 2, als auch in dem Hauptkatalysator 4 nachreagieren. Schließlich wird die Abgasklappe 12 wieder geöffnet und die Abgasklappen 9 und 10 werden wieder geschlossen, wodurch der Abgasstrom von dem Motor durch den Rohrleitungsteil 5 direkt in den Startkatalysator 2 sowie weiter mittels des Rohrleitungsteils 6 in den Hauptkatalysator 4 geleitet wird.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind bei Betriebsbeginn zunächst die Abgasklappen 12 und 15 geschlossen, und die Abgasklappen 9, 10 und 14 geöffnet, wodurch der Abgasstrom zunächst durch den Adsorber 3, dann durch den Startkatalysator 2 und schließlich durch den Hauptkatalysator 4 strömt. Nachdem der Startkatalysator 2 seine Anspringtemperatur erreicht hat, wird die Abgasklappe 12 geöffnet und die Abgasklappen 9 und 10 werden geschlossen, wodurch der Abgasstrom zunächst nur von dem Motor direkt durch den Startkatalysator 2 und dann durch den Hauptkatalysator 4 strömt. Nach Erreichen der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators 4 wird die Abgasklappe 12 geschlossen und die Abgasklappen 9 und 10 werden geöffnet, wodurch die aus dem Adsorber desorbierten Abgasbestandteile sowohl in dem Startkatalysator, als auch in dem Hauptkatalysator konvertiert werden können. Wahlweise können die desorbierten Abgasbestandteile auch nur in dem Hauptkatalysator konvertiert werden, indem die Abgasklappe 14 geschlossen und die Abgasklappe 15 geöffnet wird. Nachdem der Adsorber ausreichend gespült wurde, können schließlich die Abgasklappen 9, 10, 14 geschlossen und die Abgasklappen 12 und 14 geöffnet werden, wodurch der Abgasstrom von dem Motor 1 über den Rohrleitungsteil 5 durch die Verbindungsleitung 13 weiter über die Bypassleitung 8 und den Rohrleitungsteil 6 direkt in den Hauptkatalysator 4 und aus diesem über den Rohrleitungsteil 7 heraus in den Auspuff geleitet werden kann. Wahlweise können auch die Klappen 8, 9 und 14 geschlossen und die Klappen 12 und 15 geöffnet werden, wodurch dann der Abgasstrom direkt vom Motor 1 durch den Hauptkatalysator 4 und von dort aus durch den Auspuff in das Freie strömen kann.

Eine letzte Ausführungsform ist in Fig. 7 dargestellt, wobei zu Betriebsbeginn zunächst die Abgasklappen 11 und 17 geschlossen und Abgasklappen 14, 9 und 10 geöffnet sind, wodurch der Abgasstrom von dem Motor 1 durch den Rohrleitungsteil 5 und nachfolgend durch den Startkatalysator 2 mittels der Verbindungsleitung 16 und weiter mittels der Bypassleitung 8 durch den Adsorber 3 wieder zurück in den Rohrleitungsteil 6 und durch den Hauptkatalysator 4 strömt. Nach Erreichen der Anspringtemperatur durch den Startkatalysator 3 bzw. nachdem der Adsorber 3 nicht mehr seine maximale Adsorbtionsfähigkeit besitzt, werden die Abgasklappen 9 und 10 zusätzlich zu der Abgasklappe 17 geschlossen und die Abgasklappen 14 und 11 werden geöffnet, wodurch der Abgasstrom von dem Motor 1 direkt durch den Startkatalysator 2 und dann durch den Hauptkatalysator 4 geleitet werden kann. Nachdem auch der Hauptkatalysator 4 seine Anspringtemperatur erreicht hat, wird die Abgasklappe 11 wieder geschlossen und die Abgasklappen 9 und 10 werden geöffnet, wodurch der Abgasstrom zunächst durch den Startkatalysator 2 über die Verbindungsleitung 16 durch Adsorber 3 in den Hauptkatalysator 4 strömen kann und der Adsorber 3 dabei gespült bzw. entladen wird. Nach vollständiger Entladung des Adsorbers 3 werden die Abgasklappen 9 und 10 wieder geschlossen sowie die Abgasklappe 11 geöffnet und der Abgasstrom kann von dem Motor direkt durch den Startkatalysator 2 und dann durch den Hauptkatalysator 4 strömen. Dann kann wahlweise die Abgasklappe 14 geschlossen werden, sowie die Abgasklappe 17 geöffnet werden, wobei die zuvor bereits geöffnete Abgasklappe 11 in ihrem offenen Zustand und die bereits zuvor geschlossen Abgasklappen 9 und 10 in ihrem geschlossen Zustand verbleiben. Dadurch kann der Abgasstrom von dem Motor 1 mittels der Bypassleitung 8 durch die Verbindungsleitung 16 und mittels des Rohrleitungsteils 6 direkt durch den Hauptkatalysator 4 strömen, wodurch der Startkatalysator bei Langstreckenbetrieb des Fahrzeugs vollständig ausgeschaltet ist und auf diese Weise geschont wird.

Claims

1. Verfahren zur Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen, wobei ein Startkatalysator, ein Adsorber und ein Hauptkatalysator vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zunächst unmittelbar nach dem Anlassen des Kraftfahrzeuges von dem gleichen Abgasstrom in Folge zunächst der Startkatalysator (2), dann der Adsorber (3), oder zunächst der Adsorber (3) und dann der Startkatalysator (2), durchströmt werden, und nachdem der Startkatalysator und der Adsorber durchströmt wurden, dann der Hauptkatalysator (4) durchströmt wird, solange der Adsorber (3) noch eine hohe Adsorptionsfähigkeit besitzt, wobei der Adsorber (3) wenigstens so lange seine hohe Adsorptionsfähigkeit behält, bis der Startkatalysator (2) seine Anspringtemperatur erreicht hat;
b) danach spätestens ab demjenigen Zeitpunkt, ab welchem der Adsorber (3) keine hohe Adsorptionsfähigkeit mehr besitzt, der Abgasstrom über einen gewissen Zeitraum hinweg aus dem Startkatalysator (2) direkt in den Hauptkatalysator (4) geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

c) nach Erreichen der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators (4) der Abgasstrom zum Spülen bzw. Entladen des Adsorbers (3) in Folge zuerst den Startkatalysator (2), dann den Adsorber (3) und dann den Hauptkatalysator (4) durchströmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

c) nach Erreichen der Anspringtemperatur des Hauptkatalysators (4) der Abgasstrom zum Spülen bzw. Entladen des Adsorbers (3) in Folge zuerst den Startkatalysator (2) durchströmt, dann in zwei Teilströme geteilt wird, wovon einer der beiden Teilströme durch den Adsorber (3) strömt, und sich beide Teilströme hinter dem Adsorber (3) wieder vereinigen, um dann gemeinsam durch den Hauptkatalysator (4) zu strömen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

d) nach hinreichender Spülung des Adsorbers (3) der Abgasstrom aus dem Startkatalysator (2) wieder direkt in den Hauptkatalysator (4) geleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

d) nach hinreichender Spülung des Adsorbers (3) der Abgasstrom aus dem Motor (1) direkt durch den Hauptkatalysator (4) geleitet wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Zeitpunkt, in welchem der Startkatalysator (2) seine Anspringtemperatur erreicht hat, durch Sensoren und/oder ein Rechenmodell ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Zeitpunkt, in welchem der Adsorber (3) seine hohe Adsorptionsfähigkeit verliert, durch Sensoren und/oder ein Rechenmodell ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Zeitpunkt, ab welchem der Abgasstrom zum Spülen bzw. Entladen vollständig oder teilweise durch den Adsorber (3) geführt wird, und derjenige Zeitpunkt, ab welchem der Abgasstrom nach beendigtem Spülvorgang nicht mehr länger durch den Adsorber (3) geführt wird, durch Sensoren und/oder ein Rechenmodell ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren Temperatursensoren und/oder Abgassensoren oder ein kombinierter Einsatz davon, auch in Kombination mit Rechenmodellen, verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgassensoren solche verwendet werden, welche die Konzentrationen von HC, CO, NOx erfassen.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor verwendet wird, welcher zumindest zwei Funktionen kombiniert, und dabei den "Lambda"-Wert und/oder die Abgastemperatur und/oder die Konzentrationen der Abgaskomponenten erfaßt.

12. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Startkatalysator (2), der Adsorber (3) und der Hauptkatalysator (4) mittels eines Rohrleitungssystems miteinander verbunden sind, in welchem Abgasklappen (9, 10, 11, 12, 14, 15, 17) angeordnet sind, die geöffnet oder geschlossen werden können, wobei der vom Motor (1) austretende Rohrleitungsteil (5) mit dem Eingang des Startkatalysators (2) verbunden ist, der vom Startkatalysator (2) austretende Rohrleitungsteil (6) mit dem Eingang des Hauptkatalysators (4) verbunden ist, der Ausgang des Hauptkatalysators (4) mit einem Auspuff verbunden ist, und der Adsorber (3) mittels einer Bypassleitung (8) an das Rohrleitungssystem angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (8) hinter dem Startkatalysator (2) von demjenigen Rohrleitungsteil (6), welcher den Ausgang des Startkatalysators (2) mit dem Eingang des Hauptkatalysators (4) verbindet, abzweigt, wobei die Bypassleitung (8) eingangsseitig mit dem Eingang bzw. ausgangsseitig mit dem Ausgang des Adsorbers (3) verbunden ist, wobei der ausgangsseitige Teil der Bypassleitung (8) wieder in denjenigen Rohrleitungsteil (6) einmündet, welcher den Ausgang des Startkatalysators (2) mit dem Eingang des Hauptkatalysators (4) verbindet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (8) vor dem Startkatalysator (2) abzweigt, wobei die Bypassleitung (8) eingangsseitig mit dem Eingang bzw. ausgangsseitig mit dem Ausgang des Adsorbers (3) verbunden ist, wobei der ausgangsseitige Teil der Bypassleitung (8) in denjenigen Rohrleitungsteil (6) einmündet, welcher den Ausgang des Startkatalysators (2) mit dem Eingang des Hauptkatalysators (4) verbindet, und zusätzlich hinter dem Startkatalysator (2) von demjenigen Rohrleitungsteil (6), welcher den Ausgang des Startkatalysators (2) mit dem Eingang des Hauptkatalysators (4) verbindet, eine Verbindungsleitung (16) abzweigt, welche mit der Bypassleitung (8) eingangsseitig bezogen auf den Adsorber (3) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (8) vor dem Startkatalysator (2) von demjenigen Rohrleitungsteil (5), welcher den Ausgang des Motors (1) mit dem Eingang des Startkatalysators (2) verbindet, abzweigt, wobei die Bypassleitung (8) eingangsseitig mit dem Eingang bzw. ausgangsseitig mit dem Ausgang des Adsorbers (3) verbunden ist, wobei der ausgangsseitige Teil der Bypassleitung (8) wieder in denjenigen Rohrleitungsteil (5) einmündet, welcher den Ausgang des Motors (1) mit dem Eingang des Startkatalysators (2) verbindet.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypassleitung (8) vor oder vor und hinter dem Adsorber (3) eine zu öffnende und zu schließende Abgasklappe (9; 9, 10) vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohrleitungsteil (6) zwischen dem Startkatalysator (2) und dem Hauptkatalysator (4) eine zu öffnende und zu schließende Abgasklappe (11) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß in demjenigen Rohrleitungsteil (5), welcher den Motor (1) mit dem Eingang des Startkatalysators (2) verbindet, hinter der Abzweigungsstelle für die Bypassleitung (8) eine zu öffnende und zu schließende Abgasklappe (12) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Zeitpunkt, in welchem der Startkatalysator (2) seine Anspringtemperatur erreicht hat, durch Sensoren und/oder ein Rechenmodell ermittelt wird.

20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Zeitpunkt, in welchem der Adsorber (3) seine hohe Adsorptionsfähigkeit verliert, durch Sensoren und/oder ein Rechenmodell ermittelt wird.

21. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Zeitpunkt, ab welchem der Abgasstrom zum Spülen bzw. Entladen vollständig oder teilweise durch den Adsorber (3) geführt wird, und derjenige Zeitpunkt, ab welchem der Abgasstrom nach beendigtem Spülvorgang nicht mehr länger durch den Adsorber (3) geführt wird, durch Sensoren und/oder ein Rechenmodell ermittelt wird.

22. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren Temperatursensoren und/oder Abgassensoren oder ein kombinierter Einsatz davon, auch in Kombination mit Rechenmodellen, verwendet werden.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgassensoren solche verwendet werden, welche die Konzentrationen von HC, CO, NOx erfassen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor verwendet wird, welcher zumindest zwei Funktionen kombiniert, nämlich den "Lambda"- Wert und/oder die Abgastemperatur und/oder die Konzentrationen der Abgaskomponenten erfaßt.