DE102008035270B4

DE102008035270B4 - Verfahren und Einrichtung zur Verarbeitung von Abgasen (Ottomotor)

Info

Publication number: DE102008035270B4
Application number: DE102008035270.5A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: DE102008035270A1

Abstract

Einrichtung zum Verarbeiten von Abgasen für Ottomotoren, wobei Teile einer Verbrennungskammer des Dieselmotors mit einem katalytisch aktiven Stoff beschichtet sind oder sich aus einem solchen Stoff zusammensetzen,wobei die verschiedenen Teile der Abgasabführungsbahn weitere katalytisch aktive Stoffe aufweisen,wobei die weiteren katalytisch aktiven Stoffe eine von dem in der Verbrennungskammer vorgesehenen katalytisch aktiven Stoff abweichende chemische Zusammensetzung aufweisen, die Abgasabführungsbahn mehrere Turbolader oder mehrere Abgasturbinen aufweist,wobei verschiedene Turboladerstufen der Turbolader oder der Abgasturbinen die weiteren katalytisch aktiven Stoffe aufweisen,wobei die verschiedenen Turboladerstufen der verschiedenen Turbolader mit voneinander verschiedenen katalytisch wirksamen Stoffen beschichtet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Umweltschutz, Verarbeitung von Abgasen in Auspuffsystemen von Ottomotoren.
Ziel der Erfindung:
Entwicklung einer neuen Technologie und einer Einrichtung zur katalytischen Verarbeitung von Abgasen, wodurch Schadstoffemissionen reduziert und Wirtschaftlichkeit des Motors erhöht werden.
Stand der Technik:
Die Reduktion der Schadstoffemission wird durch den Einsatz eines optimalen Kraftstoff-Sauerstoff/Luft-Verhältnisses sowie eines optimalen Betriebstemperatur innerhalb der Verbrennungskammer und am Katalysator erzielt.
Es sind Katalysatoren bekannt, welche keramische oder metallische Katalysator-Träger verwenden.
Jede Einrichtung besitzt ein Metallgehäuse (üblicherweise aus rostfreiem Stahl), welches eine einstückige Struktur aus Keramik oder rostfreiem Stahl enthält. Die Struktur wird mit einem erforderlichen Katalysator beschichtet.
Der Katalysator oxydiert CO und CnHm und sorgt für Reduktion von NOx aus den Abgasen eines Ottomotors.
Wegen seiner dünnen Wände ist der Keramikträger des Katalysators spröde und geneigt zu Vibrationen oder zum Schaden (Brechen) beim Rütteln.
Schäden, welche am Katalysator eintreten, können durch Schwingungseinflüsse oder Temperaturschock bei einem Kontakt mit Pfützenspritzern verursacht werden.
Ein Kfz-Katalysator erfüllt mehrere Funktionen. Er übernimmt nicht nur die chemische Reinigung, sondern auch Geräuschreduzierung und Bildung eines vorgesehenen Gegendruckes in der Abgasanlage.
Moderne katalytische Anlagen sichern einen effektiven Kontakt mit dem Katalysator durch den Einsatz von Einrichtungen mit großem hydraulischem Widerstand (Nennwert Re > 10000).
Die existierenden bekannten Typen von Katalysatoren haben ihre Nachteile, und zwar: hohen aerodynamischen Widerstand bei größeren Beanspruchungen, insbesondere im Falle einer zwei- oder mehrstufigen Reinigung. Der Durchflussquerschnitt der Kanäle bleibt im Laufe des Betriebs unverändert, deswegen ist die Wirbelbildung bei geringeren Durchflussmengen unzureichend, bei höheren Durchflussmengen ergibt sich überschüssiger Widerstand.
Daher wird ein Teil der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors zur Überwindung des aerodynamischen Widerstandes der Katalysatorkonstruktion nutzlos ausgegeben, was eine wesentliche Reduktion der Motorleistung und -wirtschaftlichkeit mitbringt.
Bei Temperaturen unter optimalem Betriebstemperatur finden Verlangsamung und Verluste am Wirkungsgrad der katalytischen Reaktion statt.
Wenn die Reaktionstemperatur höher als der optimale Wärmezustand ist, kann der Katalysator sowie dessen Keramikträger beschädigt werden (z. B. Sinterung).
Der in verschiedenen Betriebsarten funktionierende Motor erzeugt Verbrennungsgase, welche unterschiedliche Temperaturen und chemische Zusammensetzungen haben.
Die Temperatur der Abgase ändert sich beim Durchlaufen durch das Auspuffsystem ebenfalls.
Im Moment gibt es keinen einheitlichen Katalysator, welcher die Reinigung der Diesel-Abgase von sämtlichen Schadstoffen ausführen würde, was eine Notwendigkeit bedingt, mehrstufige Reinigungsverfahren einzusetzen (z. B.: Bluetec für Mercedes-Benz, 3- bis 4-stufig).
Die z. Z. bestehenden Entwicklungsarbeiten (Abgasrückführung, alternative Kraftstoffarten usw.) können nur teilweise Lösungen für diese Problematik bieten, weil der Kraftstoff trotzdem fehlerhaft brennt und die Umwelt verschmutzt wird (CO, CnHm, NOx), d. h. der Einsatz eines Katalysators ist notwendig, welcher seinerseits Verluste an Leistung und Wirtschaftlichkeit durch hydraulische Widerstände mitbringt.
Bekanntes Patent ( DE 3929297 C2 ) bittet: Katalysator zur Reinigung von Abgasen insbesondere aus überstöchiometrisch betriebenen Verbrennungsmotoren und Gasturbinen aus einem einstückigen als Wabenkörper vorliegenden Abgasreinigungskatalysator, der in einem anströmseitigen Abschnitt einen Katalysator zur selektiven Reduktion von Stickoxiden mittels Ammoniakgas und in einem abströmseitigen Abschnitt einen Oxidationskatalysator aufweist und als Beschichtung aus einem abströmseitigen Abschnitt eines als Vollextrudat Reduktionskatalysators aufgebracht ist.
Bei einer bekannten Erfindung ( DE 103 35 265 A1 ) enthält ein Vorschalldämpfer mit Hydrolysekatalysator und ein Hauptschalldaempfer mit Oxidationskatalisator.
Weitere dem technischen Gebiet zugehörige Gegenstände werden durch die Druckschriften US 3 855 986 A , JP H11-223 122 A und DE 100 48 237 A1 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Aufgabe, eine neue Technologie für die katalytische Abgasanlage und für die Verbrennungskammer zu entwickeln, welche die o. e. Probleme zu lösen verhilft.
Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass die Abgasanlage ohne eine separate Katalysator-Einheit und einen separaten Schaldämpfer funktionieren kann; dabei wird die Qualität der katalytischen Reinigung aufrechterhalten und noch gebessert.
Die Erfindung minimiert die Leisutungsabsenkung des Motors, während dieser in den Betriebsarten betrieben wird, welche erhöhte und maximale Leistung verlangen (Aufwärtsfahren, Überholung usw.), und trägt somit zur Sicherheit, Wirtschaftlichkeit sowie zum Umweltschutz bei.
Ferner gewährleistet diese Erfindung eine qualitative Kraftstoffverbrennung bei Ausschließung der Extremtemperatur-Einheiten, was zur Reduzierung der Schadstoffemission führt.
Beschreibung
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und die abhängigen Patentansprüche 2 bis 3 gelöst.
Teile des Motors und der Abgasanlage (inkl. Abgasturbolader), welche mit Abgasen in Berührung kommen, sind mit katalytisch aktiven Stoffen beschichtet (oder setzten sich aus diesen zusammen). Dies ermöglicht es, auf eine separate Katalysator-Einheit zu verzichten, die die Absenkung der Motorleistung verursacht, und die katalytische Reinigung ohne Leistungsverluste durch hydraulische Widerstände des Katalysators durchzuführen.
Dabei wird die Wahrscheinlichkeit mechanischer und chemischer Beschädigungen des Katalysators reduziert.
An den katalytischen Komponenten des Motors erfolgen Vermischung und wechselseitige Reaktion von Kraftstoff und Oxydator (z. B.: Benzin und Luft). Wände, Kolben und andere Teile des Motors sind mit Katalysator beschichtet oder setzen sich aus diesem zusammen.
Dies erlaubt es, den Verbrennungsvorgang zu verbessern, ihn vollständiger und wirtschaftlicher zu machen sowie Schadstoffemissionen (CO, CnHm, NOx) zu reduzieren. Der Einsatz der Beschichtungen aus Katalysatoren (z. B. Oxydierungs- und anderen Katalysatoren) lässt die Bildung von Verbrennungsrückständen und sonstigen Ablagerungen auf der Oberfläche des Abgassystems sowie Abgasturboladers vermeiden. Dies erlaubt es, die Lebensdauer des Katalysators und Turboladers zu steigern sowie zum besseren Umweltschutz beizutragen.
Zwecks Kraftstoffersparung und Emissionsverringerung sowie Unterhalten des Katalysators auf Betriebstemperatur wird die elektrische Energie vom Generator, welcher durch den Turbolader angetrieben wird, verwendet.
Der katalytische Abgasturbolader arbeitet im Temperaturbereich optimal für die katalytische Reaktion (z. B. wird elektrisch aufgewärmt).
Das Anschließen des Turboladers beispielsweise an einem Generator bzw. an einem anderen einstellbaren Widerstand lässt eine optimale Geschwindigkeit und einen optimalen Widerstand von Abgasströmen erreichen. Der Widerstand eines Generators bzw. sonstiger veränderlicher Widerstände wird zwecks der Erreichung eines optimalen Widerstandes im Auspuffsystem auf den Motorbetriebszustand angepasst.
Dies erlaubt es, die durch den Turbolader erzeugte Energie in entsprechenden Prozessen für die Verbesserung der Motorkennwerte einzusetzen.
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines chemischen Reaktors, welcher einen ausreichenden Massenaustausch bei minimalem hydraulischem Widerstand sichert.
Die Verwendung dieser Erfindung erlaubt es, die Beschleunigungskennwerte des Motors bei dessen steigender Belastung (Anfahren, Überholen usw.) zu verbessern. Dies trägt somit zur Reduktion der Störungshäufigkeit, Herabsetzung des Kraftstoffverbrauchs und dementsprechend zur Verringerung der Schadstoffemission bei.

Claims

Einrichtung zum Verarbeiten von Abgasen für Ottomotoren, wobei Teile einer Verbrennungskammer des Dieselmotors mit einem katalytisch aktiven Stoff beschichtet sind oder sich aus einem solchen Stoff zusammensetzen, wobei die verschiedenen Teile der Abgasabführungsbahn weitere katalytisch aktive Stoffe aufweisen, wobei die weiteren katalytisch aktiven Stoffe eine von dem in der Verbrennungskammer vorgesehenen katalytisch aktiven Stoff abweichende chemische Zusammensetzung aufweisen, die Abgasabführungsbahn mehrere Turbolader oder mehrere Abgasturbinen aufweist, wobei verschiedene Turboladerstufen der Turbolader oder der Abgasturbinen die weiteren katalytisch aktiven Stoffe aufweisen, wobei die verschiedenen Turboladerstufen der verschiedenen Turbolader mit voneinander verschiedenen katalytisch wirksamen Stoffen beschichtet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Stufen der Abgasturbine mit verschiedenen Katalysatoren ausgerüstet sind.
Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbesserung des Katalyse-Prozesses innerhalb der Abgasabführungsbahn des Dieselmotors durch eine Verbesserungsmaßnahme ausgewählt aus der Gruppe zumindest bestehend aus Wirbelungseinsätzen, Spezialform der Abgasabführungsbahn und der optimalen Rauhigkeit sowohl der Wände, als auch des Turbinenrades des Turboladers, implementiert wird.