DE19835565A1

DE19835565A1 - Vorrichtung zur Nachbehandlung von Motorabgasen eines Dieselmotors

Info

Publication number: DE19835565A1
Application number: DE19835565A
Authority: DE
Inventors: Henner Kerskes; Axel Koenig
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2000-02-10

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nachbehandlung der Motorabgase einer Brennkraftmaschine weist einen vom Abgas durchströmten Monolithen, der im Abgasstrom drehbar angeordnet ist, und eine Filtermatte auf, die sich zusammen mit dem Monolithen dreht, wobei die Drehgeschwindigkeit des Monolithen so gewählt ist, daß die sich im Monolithen ausbildende Temperaturfront in ihm verbleibt. DOLLAR A Ist der Monolith als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet, so wird die Entstickung durch Anfettung des Abgases zyklisch bewirkt. Eine Desulfatierung des Katalysators wird durch eine entsprechende Steuerung der Rotation des Katalysators bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nachbehandlung der Motorabgase einer Brennkraftmaschine, und betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nachbehandlung der Rußpartikel sowie der Stickoxide.

Bekannte NOx-Katalysatoren absorbieren die während des Magerbetriebs eines Motors erzeugten Stickoxide und reduzieren das gespeicherte NOx während eines Fettbetriebs des Motors, wobei die bekannten Verfahren diskontinuierlich sind und das Speichern und Reduzieren der Stickoxide in zeitlich unterschiedlichen Phasen abläuft. Um ein derartiges Verfahren durchführen zu können, muß der Speicher nach einer gewissen Zeit aufgrund seiner endlichen Aufnahmekapazität entleert werden. Dies geschieht entweder nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeit oder es muß der Füllungsgrad des Katalysators bestimmt werden. Wird der Speicher nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeit regeneriert, so hat dies den Nachteil, daß aus Sicherheitsgründen die Speicherkapazität des Katalysators nicht voll ausgenutzt wird, so daß kein optimaler Motorbetrieb hinsichtlich Verbrauch und Abgas verhalten möglich ist. Wird der Speicher regeneriert, wenn ein bestimmter Füllungsgrad des Speichers erreicht ist, so hat dies den Nachteil, daß eine zusätzliche Vorrichtung benötigt wird, die den Füllungsgrad des NOx-Speicherkatalysators bestimmt. Dabei ist die exakte Bestimmung des Füllungsgrades des Speichers schwierig, so daß auch hier auf den rege nerativen Betrieb umgeschaltet wird, wenn der Speicher noch nicht vollständig gefüllt ist. Dies führt letztlich ebenfalls zu einem nicht optimalen Betrieb des Motors. Ferner gilt für beide Verfahren, daß während des Fettbetriebs des Motors kein optimales Abgasverhalten erzielt und für den zyklischen Motorbetrieb eine komplizierte Motorsteuerung benötigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine zu entwickeln, die einen optimaleren Motorbetrieb ermöglichen. Ferner soll im Fall eines NOx-Speicher-Reduktions katalysators ein einfaches Verfahren zur Desulfatisierung geschaffen werden.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 18 und 21 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachbehandlung der Motorabgase eine Brennkraftmaschine weist einen Körper oder Monolithen mit vom Abgas durchströmten Ka nälen auf, der im Abgasstrom drehbar angeordnet ist. Unter Monolith wird hier ein Körper verstanden, der einstückig aus Keramik, aus metallischen Trägermaterialien oder aus ke ramischen oder metallischen Segmenten, die in einer Aufnahmestruktur angeordnet sind, bestehen kann.

Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung einen Filter, der drehbar angeordnet sein kann, wobei sich der Filter insbesondere mit dem Monolithen drehen kann.

Ferner weist die Vorrichtung einen Zuströmkanal auf, der mit einem Teil (B1) der Kanäle des Körpers in Strömungsverbindung steht. Ferner ist eine Strömungsverbindung vorgesehen ist, die mit dem von dem Zuströmkanal angeströmten Teil B1 der Kanäle ausgangsseitig in Verbindung steht und diesen strömungsmäßig mit einem Teil B2 der Kanäle verbindet, der nicht mit dem Zuströmkanal in Strömungsverbindung steht.

Vorzugsweise ist der Körper oder Monolith in zwei Bereiche B1, B2 unterteilt ist, wobei das Abgas an der vorderen Stirnfläche des Körpers in den ersten Bereichs B1 eintritt, an der hinteren Stirnfläche des ersten Bereichs B1 austritt, durch den dort angebrachten Filter hindurchtritt, in eine Stirnfläche des zweiten Bereichs B2 eintritt und den zweiten Bereich B2 an der anderen Stirnfläche 2 verläßt, wobei der Körper 4 sich während der Durchströmung um eine Achse parallel zur Strömungsrichtung des Abgasstroms dreht. Ferner kann der Ab gasstrom nach dem Austritt aus der hinteren Stirnfläche des ersten Bereichs und dem Durchtritt durch den Filter eine 180°-Wendung erfahren und durch den Filter wieder in die hintere Stirnfläche des Körpers im zweiten Bereich B2 eintreten.

Vorzugsweise wird die Unterteilung des Speicherkatalysators bzw. des Monolithen in den ersten und den zweiten Bereich B1, B2 durch eine Wand bewirkt wird, die den eintretenden Abgasstrom in den ersten Bereich B1 des Monolithen leitet.

Ferner kann die Brennkraftmaschine eine direkte Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum aufweisen und/oder eine Dieselkraftstoffmaschine sein.

Vorzugsweise weist der Filter ein Heizelement auf, um den Filter beispielsweise nach einem Kaltstart auf die notwendige Temperatur zu bringen. Nach Erreichen der erforderlichen Temperatur von ca. 200°C kann das Heizelement abgeschaltet werden. Grundsätzlich ist eine zusätzliche Zuheizung nur dann vorgesehen, wenn die motorischen Bedingungen (Abgastemperatur) nicht zu einem Rußabbrand führen. Insbesondere kann die erforderliche Temperatur zur Schadstoffumsetzung alternativ oder unterstützend auch durch geeignet gewählte motorische Parameter (Einspritzmenge, Einspritzverlauf, Nacheinspritzung) schnell erreicht werden, auch hier werden die motorischen Parameter auf ihre Normalbedingungen zurückgeführt, wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist.

Ferner weist die Vorrichtung ein feststehendes Gehäuse auf, in dem der sich um seine Längsachse drehende Körper (4) angeordnet ist. Die Drehung des Körpers kann durch eine Antriebseinheit bewirkt werden, wobei als Antriebseinheit ein Elektromotor verwendet werden kann. Die Rotationsgeschwindigkeit des Körpers beträgt vorzugsweise ca. 0,3 bis 10 U/min. Es ist jedoch auch möglich den Körper bzw. den Monolithen nach Art einer Turbine durch den Gasdruck des einströmenden Abgases zu drehen.

Vorzugsweise ist der Körper zur Schadstoffreduzierung, insbesondere zur Reduktion von NOx, HC und/oder CO, zumindest teilweise katalytisch beschichtet, wobei der Körper aus Metall oder Keramik ist. Vorzugsweise ist der Körper (4) ein Monolith.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Nachverbrennung der Rußpartikel im Abgasstrom eines Dieselmotors, wobei im Abgasstrom ein Körper angeordnet ist, der in Abgasströmungsrichtung mit Kanälen durchzogen und in zwei Bereiche B1, B2 unterteilt ist, weist die folgenden Schritte auf:
Leiten des Abgasstroms in die vordere Stirnfläche des ersten Bereiches B1,
Leiten des Abgasstroms an der hinteren Stirnfläche des ersten Bereiches B1 in eine Stirnfläche 5 des zweiten Bereiches B2 und Austreten des Abgasstroms an der anderen Stirnfläche des zweiten Bereiches B2, und
Drehens des Körpers während des Betriebs um eine Achse, so daß die Kanäle vom ersten Bereich B1 in den zweiten Bereich B2 wechseln.

Vorzugsweise wird der Körper mit einer solchen Geschwindigkeit um seine Achse gedreht, daß eine Erwärmung des zweiten Bereichs B2 durch den Abgasstrom zu einer Erwärmung des Abgasstroms durch den ersten Bereich führt.

Ferner wird eine Retention oder Rückhaltung der Rußpartikel des Abgasstroms an einem Filter bewirkt, der zwischen der hinteren Stirnfläche der ersten Bereichs B1 und der abgaseingangsseitigen Stirnfläche des zweiten Bereichs B2 angeordnet ist, und die Umdrehungsgeschwindigkeit so gewählt wird, daß das Maximum der Temperaturfront sich in etwa an dem Filter befindet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Desulfatierung einer Vorrichtung zur Nachbehandlung der Abgase einer Brennkraftmaschine wird zu Beginn der Desulfatisierung die Rotation des Körpers bei gleichzeitiger Erhöhung der Schadstoffmenge im Abgas ver langsamt oder ausgesetzt, bis ein entstehendes Temperaturmaximum in oder durch den zweiten Bereich B2, insbesondere nahe der abgasaustrittsseitigen Stirnfläche des zweiten Bereichs B2 gewandert ist, wird der Körper gedreht bis der zweite Bereich B2 die Stelle des ersten Bereichs zumindest überwiegend einnimmt, so daß das Temperaturmaximum über wiegend im ersten Bereich liegt, und wird die Rotation ausgesetzt, bis das Temperaturma ximum zumindest in den zweiten Bereich B2 gelangt ist, und wird die Nacheinspritzung her untergesetzt und der Körper erneut gedreht.

Die Verlangsamung der Drehung bzw. der Stopp des Körpers kann mehrmals wiederholt werden, bis im wesentlichen alle Bereiche entschwefelt sind.

Die kontinuierliche Rotation des Körpers wird wieder aufgenommen, wenn das Tem peraturmaximum sich in etwa an der Schnittstelle der beiden Bereiche B1, B2 befindet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das entsprechende Verfahren weist zu sammenfassend die folgenden Vorteile auf:
Durch die gute Wärmerückgewinnung aufgrund der Rotation des Monolithen und der Strömungsumkehr des Abgases wird eine kontinuierliche Rußnachverbrennung erzielt, die energetische Vorteile bietet.

Eine kontinuierliche Rußverbrennung ist wesentlich einfacher und effektiver als ein dis kontinuierliches Verfahren.

Es tritt kein gefährliches spontanes Zünden von angesammeltem Ruß auf.

Das System weist einen geringeren Druckverlust auf als Systeme mit einseitig verschlos senen Kanälen.

Der für den Rußfilter als Wärmetauscher verwendete Monolith wird durch eine entspre chende Beschichtung als NOx-Speicher verwendet.

Aufgrund der Abgastemperaturerhöhung erzielt der Katalysator eine höhere Effektivität.

Eine Desulfatierung des NOx-Speicherkatalysators ist möglich.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1a zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen NOx-Katalysator,

Fig. 1b zeigt eine Ansicht des Katalysators der Fig. 1b von unten,

Fig. 2 zeigt Temperaturprofile des drehenden Monolithen für drei unterschiedliche Kanäle,

Fig. 3 zeigt die Wanderung der Temperaturfront zu Beginn der Desulfatierung,

Fig. 4 zeigt die Wanderung der Temperaturfront während der Desulfatierung, und

Fig. 5 zeigt die Wanderung der Temperaturfront beim Abklingen der Desulfatierung.

Die Fig. 1a und 1b zeigen einen Querschnitt und eine Ansicht von unten einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehandlung.

Über einen Zuströmkanal 1 wird die erste Hälfte der vorderen Stirnfläche 2 eines von Kanälen 3 durchzogenen Monolithen 4 mit dem von einem Motor (nicht dargestellt) kommenden Abgas beaufschlagt. Das Motorabgas durchströmt in diesem Bereich, im fol genden erster Bereich B1 genannt, den Monolithen 4 von vorne nach hinten. An der Rück seite des Monolithen 4 tritt das Abgas durch die erste Hälfte der hinteren Stirnfläche 5 in eine Filtermatte 6 ein und wird nach Durchtritt durch die Filtermatte 6 um 180° umgelenkt (Umlenkung 7) und tritt durch die zweite Hälfte der hinteren Stirnfläche 5 in die zweite Hälfte des Monolithen 4 ein, im folgenden zweiter Bereich B2 genannt, durchströmt diese von hinten nach vorne und tritt dann durch die zweite Hälfte der vorderen Stirnfläche 2 in den Abströmkanal 8 ein zur Weiterleitung zum Schalldämpfer (nicht dargestellt). Während der Durchströmung dreht sich der Monolith 4 in Umfangsrichtung, d. h. um eine Achse parallel zur Strömungsrichtung des Abgases. Ferner ist der Monolith 4 in seinem unteren Teil T1 mit einer inerten Oberfläche oder Beschichtung versehen, während er in seinem oberen und i. a. größeren Teil T2 mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist und daher als NOx-Speicherkatalysator wirkt. Die katalytische Beschichtung kann sich auch über den gesamten Monolithen 4 erstrecken.

Die Rotation des Monolithen 4 wird durch einen geeigneten elektrischen Antrieb 9 realisiert. Dazu wird der Monolith 4 auf einer drehbar gelagerten Welle 10 montiert, welche vom oben genannten Antrieb 9 in Rotation versetzt wird. Bei Verwendung eines Elektromotors kann die Rotationsgeschwindigkeit mit Hilfe von geeigneten Informationen aus dem Motorsteuergerät an den Betriebszustand des Fahrzeugmotors angepaßt werden. Darüber hinaus können durch freie Regelbarkeit der Rotation gezielte Regenerationsmaßnahmen eingeleitet werden, was noch im folgenden genauer erläutert wird.

Zum Schutz der Antriebseinheit 9 dient eine Abdeckhaube 11, die gleichfalls den Austritt von Abgasen verhindert, falls es an der Wellendurchführung zu Gasleckage kommen sollte.

Ferner ist der Monolith 4 in einem feststehenden Gehäuse 12 angeordnet, wobei das Gehäuse 12 eine Kuppel 13 aufweist, die die Umlenkung 7 des Gasstroms bewirkt.

Bei dem der Vorrichtung zugrunde liegenden Verfahren handelt es sich um eine kontinuierliche Nachverbrennung der Rußpartikel in der Filtermatte 6. Diese Nachverbren nung läuft in sauerstoffreicher Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 500°C (katalytisch unterstützt) bzw. 600°C (nicht katalytisch unterstützt) ab. Das Motorabgas und die Filtermatte 6 müssen auf diese Temperatur aufgeheizt werden.

Die Rußpartikel werden in der Filtermatte 6 gefangen und haben dort genügend Zeit vollständig oxidiert zu werden. Durch das Weiterdrehen der Filtermatte 6 wird ein zu starkes Anreichern mit Partikeln im Bereich B1 vermieden.

Die Abgastemperatur des Dieselmotors ist bei niedriger und mittlerer Last zu niedrig um im System eine genügend hohe Temperatur für den Abbrand der Rußpartikel zu erreichen. Bei einem Kaltstart des Fahrzeuges, also vollständig ausgekühlter Abgasanlage, wird die Filtermatte 6 durch eine zusätzliche Wärmequelle (nicht dargestellt) aufgeheizt. Hierfür ist eine in der Filtermatte 6 integrierte elektrischen Heizung (nicht dargestellt) vorgesehen, die nach Erreichen der erforderlichen Temperatur von ca. 200°C abgeschaltet werden kann. Die Heizung ist nur dann notwendig, wenn die motorischen Bedingungen nicht zu einem Rußabbrand führen. Außerdem kommt der Einsatz von sogenannten Flammkerzen, wie sie in dieselbetriebenen PKW-Standheizungen eingesetzt werden, in Frage.

Wird nun die aufgeheizte Filtermatte 6 von Motorabgas durchströmt, wird ein Teil dieser Wärme in den oberen Teil des Katalysators (Monoliths 4) transportiert. Die Filtermatte 6 wird nicht bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur von 600°C aufgeheizt, sondern nur solange, bis sich der obere Teil des Monoliths 4 auf Zündtemperatur befindet. Die Zündtemperatur (ca. 200°C) ist die Temperatur, bei der die katalytische Umsetzung der sich im Abgas befindlichen Produkte unvollständiger Verbrennung (CO, HC, H₂) beginnt. Die weitere Temperaturerhöhung erfolgt dann durch die freiwerdende Reaktionswärme bei der Umsetzung der erwähnten Abgasbestandteile. Diese Maßnahme ist energetisch wesentlich effektiver als eine vollständige elektrische Aufheizung.

Die Filtermatte 6 muß so beschaffen sein, daß die Rußpartikel bis zum Erreichen der Verbrennungstemperatur in der Filtermatte 6 zurückgehalten werden können. So gelangen auch während des Anfahrens der Vorrichtung keine Rußpartikel in die Umgebung.

Ferner wird die Aufheizung des Systems oberhalb der Zündtemperatur nach einem Kaltstart, ebenso die während des Betriebs benötigte Wärme, um das System auf dem erforderlichen Temperaturniveau zu halten, durch die katalytische Umsetzung von Produkten aus unvollständiger Verbrennung erreicht. Die dafür erforderlichen Konzentrationen liegen in der Regel jedoch über denen, die bei regulärem Motorlauf freigesetzt werden. Durch Verwendung einer Common-Rail Einspritzanlage werden durch gezielte Nacheinspritzung die erforderlichen Konzentrationen erreicht. Hierfür verfügt das System über eine entsprechende Steuerung.

Der vordere Teil T1 des Monoliths 4 der Fig. 1a dient lediglich zum Wärmeaustausch und ist nicht katalytisch aktiv. Der mittlere und hintere Teil T2 des Monoliths 4 befindet sich in der Regel in einem Temperaturbereich von 250-500°C und wird durch eine entsprechende katalytische Beschichtung als Katalysator zur Entfernung der Stickoxide benutzt. Es kommen sowohl kontinuierlich wirkende Katalysatoren auf Platin- bzw. Zeolith-Basis in Frage, wie auch Speicherkatalysatoren.

Zur Regeneration des mit Stickoxiden beladenen Speicherkatalysators (Monolith 4 mit entsprechender Beschichtung) muß eine reduzierende Atmosphäre herrschen. Diese Abgaszusammensetzung mit einem Luftverhältnis von λ < 1 wird ebenfalls durch Nachein spritzung mittels Common-Rail in ausgewählten Betriebspunkten des Motors erreicht oder bei nicht Common-Rail Motoren durch geeignet gewählte motorische Parameter erzeugt.

Fig. 1b zeigt eine Ansicht von unten der Vorrichtung nach Fig. 1a, in der die vordere Stirnfläche 2 mit den Kanälen 3 des Monolithen 4 in dem Gehäuse 12 sichtbar ist. Die Un terteilung des Monolithen in einen ersten Bereich B1 und einen zweiten Bereich B2 wird durch eine Wand 14 bewirkt, die den zugeführten Abgasstrom in der ersten Bereich B1 des Monolithen 4 leitet. Diese Wand 14 wird durch eine entsprechende Ausformung der Ab deckhaube 11 gebildet. Die Abgasstromrichtung in dieser Ansicht ist durch Pfeile 15 und die Drehrichtung des Monolithen 4 um die Welle 10 durch einen Pfeil 16 dargestellt. Ferner sind die Orte dreier Kanäle K1, K2 und K3 dargestellt, die später zur Erläuterung der Tem peraturfronten in dem Monolithen 4 benötigt werden.

Fig. 2 zeigt Temperaturprofile dreier unterschiedlicher Kanäle K1, K2, K3 des Monolithen. Es wird bei den Modellrechnungen von einer angenommenen Abgastemperatur von ca. 100°C ausgegangen.

Zur Nachverbrennung der in der Filtermatte gespeicherten Rußpartikel müssen Motorabgas und Filtermatte auf 500-600°C aufgeheizt werden. Für einen energetisch sinnvollen Betrieb des Systems ist ein sehr hoher Grad der Wärmerückgewinnung erforderlich. Durch die Rotation eines Wärme speichernden Mediums, hier des Monoliths, in Verbindung mit der Strömungsumkehr kann dieser Effekt erreicht werden (Regenerator-Prinzip). Es stellen sich für verschiedene Kanäle des Monolithen Temperaturprofile ein wie sie in Fig. 2 gezeigt sind. Zum Verständnis dieser Abbildung stelle man sich den Bereich B1, die Filtermatte und den Bereich B2 in Reihe geschaltet vor. Beim Durchströmen des Systems werden die einzelnen Bereiche in dieser Reihenfolge vom Gas durchströmt. Ohne Rotation würde die Temperaturfront aus dem Systems hinausgetrieben. Durch die Drehung des Monolithen wird die Temperaturfont immer wieder in das System zurückgetrieben. Im Mittel entsteht ein periodisch stationäres Profil, dessen Maximum im Bereich der Filtermatte liegt.

In der Fig. 2 ist die Temperatur T [°C] gegenüber der Ortskoordinate x [m] eines Kanals des Monolithen aufgetragen. Dabei wird ein betrachteter Kanal des Monolithen dadurch gebildet, indem, wie bereits geschildert, der Bereich B2 des Monolithen gedanklich nach oben geklappt wird, d. h. der erste Bereich B1, die Filtermatte und der zweite Bereich B2 werden hintereinander angeordnet, so daß sich für das durchströmende Gas ein "gerader" Kanal ergibt. Folglich wird zur Erläuterung und Berechnung angenommen, daß ein Kanal des Bereichs B1 mit seinem zur Drehachse punktsymmetrisch angeordneten Kanal des Bereichs B2 verbunden wäre.

Die Kurve zum Zeitpunkt t0 der Fig. 2 zeigt das Temperaturprofil eines Kanal K1, der gerade aus dem Bereich B2 kommend in den Bereich B1 eingedreht wurde und nun mit Abgas beaufschlagt wird (siehe Fig. 1 b). Die zur Vereinfachung der Berechnung angenommene Abgastemperatur von 100°C ist dann kälter als die Temperatur des Kanals K1, der aufgrund der katalytischen Umsetzung von HC, CO, H₂ vorher an seinem Ausgang im Bereich B2 eine Temperatur von ca. 200°C hatte. Zu erkennen ist, daß die maximale Temperatur des Kanals K1 sich vor der gestrichelt dargestellten Schnittstelle (180° Umkehrbereich 7) der Bereiche B1 und B2 befindet, die sich in den Figuren am Ort x = 0,2 befindet.

Ein Weiterdrehen des Monolithen um 90° führt zu dem Kanal K2. Bedingt durch die Kühlung der vorderen Stirnfläche des Bereichs B1 des Monolithen ist die Temperatur am Anfang des Kanals gefallen und das Maximum der Temperaturfront hat sich zur Mitte, d. h. dem Bereich der Filtermatte, verschoben.

Ein erneutes Weiterdrehen des Monolithen um annähernd 90° führt zu einem Kanal K3, der sich gerade noch im Bereich B1 befindet und kurz vor dem Überwechseln in den Bereich B2 steht. Der Eingang des Kanals K3 hat jetzt die Abgastemperatur von 100°C angenommen, aber das Maximum der Temperaturfront liegt bereits im zweiten Bereich B2 des Monolithen. Würde der Kanal K3 nicht in den zweiten Bereich B2 überwechseln, beispielsweise wenn keine Drehung ausgeführt würde, so würde die Temperaturfront aus dem Monolithen herauswandern. Das Überwechseln des Kanals K3 in den zweiten Bereich B2 bedeutet, daß das Ende des Kanals K3 in den Bereich B1 wandert und zu einem Eingang wird. Mit anderen Worten, der Vorgang beginnt wieder mit dem Kanal K1, der gerade in den Bereich B1 gewechselt ist. Auf diese Weise wird die Temperaturfront durch die Drehung in dem Monolithen gehalten und im Mittel befindet sich das Maximum der Temperaturfront in dem Bereich der Abgasumlenkung um 180°, in dem sich die Filtermatte befindet.

Die Fig. 3-5 zeigen anhand von Temperaturprofilen eines Kanals der als hintereinander geschaltet betrachteten Bereiche B1 und B2 des Monolithen den Verlauf der Desulfatierung eines als NOx-Speicherkatalysators ausgelegten Monolithen.

Bei Verwendung von schwefelhaltigem Kraftstoff muß von Zeit zu Zeit eine Desulfatierung des Katalysators durchgeführt werden. Dies geschieht auf thermischem Wege bei Temperaturen oberhalb 650°C in leicht reduzierender Atmosphäre (λ = 0.98-0.95). Wie bereits oben erwähnt, kann durch Nacheinspritzung eine fast beliebige Temperaturerhöhung erreicht werden. Durch geeignete Steuerung von Rotation und Nacheinspritzung kann eine Temperaturfront über den Monolith in der Art getrieben werden, daß jeder Bereich für die erforderliche Zeit von ca. 20 bis 300 Sekunden auf den benötigten hohen Temperaturen gehalten werden kann. Dies ist in den Fig. 3-5 dargestellt.

Fig. 3 zeigt den Beginn einer Desulfatierung am Beispiel eines Kanals, beispielsweise des Kanals K1 der Fig. 2, anhand der zeitlichen Entwicklung der Temperaturfront in diesem Kanal. Dargestellt ist der örtliche Verlauf der Temperaturfront, wobei der Ort x = 0,2 die Schnittstelle der Bereiche B1 und B2, d. h. der Ort der Filtermatte, darstellt. Zu Beginn der Desulfatierung, dargestellt durch die Kurve zum Zeitpunkt t0, wird die Rotation bei gleichzeitiger Erhöhung der Nacheinspritzung solange ausgesetzt, bis die Temperaturfront von ca. 700°C im Bereich B2 bis kurz vor den Abströmkanal gewandert ist (Zeitpunkte t1-t4). Allgemein gilt für die Darstellung in den Fig. 3-5: t0<t1<. . .t20.

Zu dem Zeitpunkt t4 wird der Monolith um 180° gedreht und die zeitliche Entwicklung der Temperaturfront ist in Fig. 4 für die Zeiten t5 bis t14 dargestellt. Nun befinden sich die hohen Temperaturen im Bereich B1. Die Rotation wird erneut solange ausgesetzt, bis die Temperaturfront die Bereiche B1 und B2 durchlaufen hat. Jetzt war jeder Bereich des Mo nolithen den benötigten hohen Temperaturen ausgesetzt. Die Nacheinspritzung wird wieder heruntergesetzt.

Nun wird der Monolith erneut um 180° gedreht und es sind die Temperaturprofile für die Zeitpunkte t15 bis t20 in der Fig. 5 dargestellt. Ist das Maximum der Temperaturfront wieder am Ort des Filterelements (x = 0,2) zum Zeitpunkt t20 angelangt, so ist die Desulfatierung beendet und es wird wieder zur kontinuierlichen Rotation übergegangen.

Der Energieaufwand für die Desulfatierung ist im Vergleich zu herkömmlichen Systemen deutlich geringer.

Sollte die Zeitspanne, in der sich der katalytisch beschichtete Teil des Körpers auf der Desulfatierungstemperatur befunden hat, für eine vollständige Desulfatierung nicht ausrei chend gewesen sein, so kann der gesamte Vorgang entsprechend oft wiederholt werden.

Bezugszeichenliste

1

Zuströmkanal

2

vordere Stirnfläche

3

Kanäle

4

Monolith

5

hintere Stirnfläche

6

Filtermatte

7

Umlenkung

8

Abströmkanal

9

Antrieb

10

Welle

11

Abdeckhaube

12

Gehäuse

13

Kuppel

14

Wand

15

Strömungsrichtung Abgas

16

Drehrichtung Monolith
B1 erster Bereich
B2 zweiter Bereich
T1 inerter Teil des Monolithen
T2 katalytisch wirksamer Teil des Monolithen
K1 erster Kanal
K2 zweiter Kanal
K3 dritter Kanal
t0-t20 Zeitpunkte
T Temperatur
x Ort

Claims

1. Vorrichtung zur Nachbehandlung der Motorabgase einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Körper (4) mit vom Abgas durchströmten Kanälen (3) aufweist, der im Abgasstrom drehbar angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Filter (6) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (6) drehbar angeordnet ist, insbesondere zusammen mit dem Körper (4).

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zuströmkanal (1) vorgesehen ist, der mit einem Teil (B1) der Kanäle (3) des Körpers (4) in Strömungsverbindung steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsver bindung (7, 13) vorgesehen ist, die mit dem von dem Zuströmkanal (1) angeströmten Teil (B1) der Kanäle (3) ausgangsseitig in Verbindung steht und diesen strömungsmäßig mit einem Teil (B2) der Kanäle verbindet, der nicht mit dem Zuströmkanal (1) in Strömungsverbindung steht.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) in zwei Bereiche (B1, B2) unterteilt ist, wobei das Abgas an der vor deren Stirnfläche (2) des Körpers in den ersten Bereichs (B1) eintritt, an der hinteren Stirnfläche (5) des ersten Bereichs (B1) austritt, durch den dort angebrachten Filter (6) hindurchtritt, in eine Stirnfläche (5) des zweiten Bereichs (B2) eintritt und den zweiten Bereich (B2) an der anderen Stirnfläche (2) verläßt, wobei der Körper (4) sich während der Durchströmung um eine Achse parallel zur Strömungsrichtung des Abgasstroms dreht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom nach dem Austritt aus der hinteren Stirnfläche des ersten Bereichs (B1) und dem Durchtritt durch den Filter (6) eine 180°-Wendung (5) erfährt und durch den Filter wieder in die hintere Stirnfläche (5) des Körpers (4) im zweiten Bereich (B2) eintritt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung des Speicherkatalysators in den ersten und den zweiten Bereich (B1, B2) durch eine Wand (14) bewirkt wird, die den eintretenden Abgasstrom in den ersten Bereich (B1) des Körpers (4) leitet.

9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine direkte Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum auf weist und/oder eine Dieselkraftstoffmaschine ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (6) ein Heizelement aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein feststehendes Gehäuse (12) aufweist, in dem der sich um seine Längsachse drehende Körper (4) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) zur Schadstoffreduzierung, insbesondere zur Reduktion von NOx, HC und/oder CO, zumindest teilweise katalytisch beschichtet ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) durch eine Antriebseinheit (9) gedreht wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (9) durch einen Elektromotor gebildet wird.

15. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Körpers (4) ca. 0,3 bis 10 U/min beträgt.

16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) aus Metall oder Keramik ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) ein Monolith ist.

18. Verfahren zur kontinuierlichen Nachverbrennung der Rußpartikel im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgasstrom ein Körper (4) angeordnet ist, der in Abgasströmungsrichtung mit Kanälen (3) durchzogen und in zwei Bereiche (B1, B2) unterteilt ist, der Abgasstrom in die vordere Stirnfläche (2) des ersten Bereiches (B1) geleitet wird, der Abgasstrom an der hinteren Stirnfläche (5) des ersten Bereiches (B1) in eine Stirnfläche (5) des zweiten Bereiches (B2) geleitet wird und an der anderen Stirnfläche (2) des zweiten Bereiches (B2) austritt, und der Körper (4) während des Betriebs um eine Achse gedreht wird, so daß die Kanäle (3) vom ersten Bereich (B1) in den zweiten Bereich (B2) wechseln.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) mit einer solchen Geschwindigkeit um seine Achse gedreht wird, daß eine Erwärmung des zwei ten Bereichs (B2) durch den Abgasstrom zu einer Erwärmung des Abgasstroms durch den ersten Bereich führt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Retention der Rußpartikel des Abgasstroms an einem Filter (6) bewirkt wird, der zwi schen der hinteren Stirnfläche (5) der ersten Bereichs (B1) und der abgaseingangsseitigen Stirnfläche (5) des zweiten Bereichs (B2) angeordnet ist, und die Umdrehungsgeschwindigkeit so gewählt wird, daß das Maximum der Tempe raturfront sich in etwa an dem Filter (6) befindet.

21. Verfahren zur Desulfatierung einer Vorrichtung zur Nachbehandlung der Abgase einer Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß zu Beginn der Desulfatisierung die Rotation des Körpers (4) bei gleichzeitiger Erhö hung der Schadstoffmenge im Abgas verlangsamt oder ausgesetzt wird, bis ein entstehendes Temperaturmaximum in oder durch den zweiten Bereich (B2), insbesondere nahe der abgasaustrittsseitigen Stirnfläche (2) des zweiten Bereichs (B2) gewandert ist, der Körper (4) gedreht wird bis der zweite Bereich (B2) die Stelle des ersten Bereichs zumindest überwiegend einnimmt, so daß das Temperaturmaximum überwiegend im ersten Bereich liegt, und die Rotation ausgesetzt wird, bis das Temperaturmaximum zumindest in den zweiten Bereich (B2) gelangt ist, die Nacheinspritzung heruntergesetzt und der Körper (4) erneut gedreht wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlangsamung der Drehung bzw. der Stopp mehrmals wiederholt wird, bis im wesentlichen alle Bereiche entschwefelt sind.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Rotation des Körpers (4) wieder aufgenommen wird, wenn das Temperaturmaximum sich in etwa an der Schnittstelle der beiden Bereiche (B1, B2) befindet.