DE102009005244A1 - Abgasbehandlungseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung - Google Patents

Abgasbehandlungseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einem Grundkörper, auf welchen eine Beschichtung aufgebracht ist, welche zumindest bereichsweise wenigstens eine katalytisch wirksame Komponente aufweist. Des Weiteren ist auf der Beschichtung bereichsweise wenigstens eine katalytisch unwirksame Substanz angeordnet, wobei die katalytisch unwirksame Substanz in Abhängigkeit von einer Alterung der Beschichtung von der katalytisch wirksamen Komponente entfernbar ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasbehandlungseinrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einem Grundkörper, auf welchem eine Beschichtung aufgebracht ist. Die Beschichtung weist zumindest bereichsweise wenigstens eine katalytische Komponente auf. Des Weiteren ist auf der Beschichtung wenigstens eine katalytisch unwirksame Substanz bereichsweise auf der Beschichtung angeordnet.
  • Eine solche Abgasbehandlungseinrichtung ist aus der DE 198 47 008 A1 bekannt. Hierbei ist auf einen inerten Grundkörper eine Beschichtung aufgebracht, durch welche eine besonders große Oberfläche bereitgestellt ist. Diese auch als Washcoat bezeichnete Beschichtung kann ein Aluminiumoxid und ein Cer/Zirkon-Mischoxid umfassen. Die Beschichtung weist bei der als Stickoxid-Speicherkatalysator ausgebildeten Abgasbehandlungseinrichtung eine zum Speichern von Stickoxid geeignete und somit katalytisch wirksame Komponente, beispielsweise in Form von Platin zusammen mit Bariumoxid oder Strontiumoxid auf. Des Weiteren ist auf die Beschichtung bereichsweise eine katalytisch unwirksame, da nicht zum Speichern von Stickoxiden geeignete Substanz, nämlich Bariumsulfat und Strontiumsulfat auf. Wenn beim Betreiben des Stickoxid-Speicherkatalysators Abgas mit einer Temperatur von mehr als 550°C den Katalysator durchströmt, erfolgt eine Umsetzung der Sulfate zu Bariumoxid beziehungsweise Strontiumoxid. Die Sulfate werden also durch eine Desulfatisierung in die katalytisch wirksame Komponente überführt. Somit stehen mit zunehmender Dauer des Betriebs des Stickoxidspeicherkatalysators ungealterte und neue katalytisch wirksame Komponenten bereit. Dadurch ist eine durch Alterung des Stickoxid-Speicherkatalysators bedingte Wirkungsgradabnahme kompensierbar.
  • Als nachteilig bei einer derartigen Abgasbehandlungseinrichtung ist der Umstand anzusehen, dass nur für eine begrenzte Zahl von katalytisch wirksamen Komponenten eine entsprechende katalytisch unwirksame Substanz bereit steht, aus welcher die katalytisch wirksame Komponente generierbar ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abgasbehandlungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein verbessertes Kompensieren einer alterungsbedingten Wirksamkeitseinbuße ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Abgasbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Bei der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungseinrichtung für Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einem Grundkörper, auf welchen eine Beschichtung aufgebracht ist, welche zumindest bereichsweise wenigstens eine katalytisch wirksame Komponente aufweist, und mit wenigstens einer katalytisch unwirksamen und bereichsweise auf der Beschichtung angeordneten Substanz ist die katalytisch unwirksame Substanz in Abhängigkeit von einer Alterung der Beschichtung von der katalytisch wirksamen Komponente entfernbar ausgebildet.
  • Durch das Altern der Beschichtung wird somit die bereits auf der Beschichtung vorhandene, katalytisch wirksame Komponente dem Abgasstrom zugänglich gemacht. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Altern der Beschichtung auf einer thermischen und/oder chemischen Beeinflussung der Beschichtung beruhen kann, welche zu einer Verringerung der dem Abgas zugänglichen Oberfläche der Beschichtung und/oder der katalytisch wirksamen Komponente führen kann. Durch das Entfernen der katalytisch unwirksamen Substanz von der katalytisch wirksamen Komponente der Beschichtung wird jedoch mit zunehmender Alterung eine neue, ungealterte von Abgas überströmbare Oberfläche bereitgestellt, welche für eine wirksame Abgasbehandlung zur Verfügung steht. Bei der katalytisch wirksamen Komponente kann es sich insbesondere um eine Edelmetalloberfläche handeln, welche in Folge der Alterung durch Edelmetallsinterung oder -vergiftung verringert ist.
  • Durch das Vorsehen der in Abhängigkeit von der Alterung der Beschichtung von der katalytisch wirksamen Komponente entfernbar ausgebildeten katalytisch unwirksamen Substanz ist eine über die Lebensdauer der Abgasbehandlungseinrichtung weitgehend konstante Wirksamkeit der Abgasbehandlung erreichbar. Dadurch ist eine Betriebsstrategie der Abgasbehandlungseinrichtung deutlich vereinfacht, da sie ebenfalls über die Lebensdauer der Abgasbehandlungseinrichtung hinweg weitgehend gleich bleibend gestaltet werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die katalytisch unwirksame Substanz mit dem Abgas aus der Abgasbehandlungseinrichtung austragbar ausgebildet. So sorgt das Betreiben der Abgasbehandlungseinrichtung, also dass Überströmen der Beschichtung mit Abgas, etwa für ein mechanisches Entfernen der katalytisch unwirksamen Substanz. Dadurch ist ein besonders einfach einzustellender Austragsmechanismus bereitgestellt.
  • Die katalytisch unwirksame Substanz kann wenigstens eine Pore der Beschichtung versperrend und/oder die katalytisch wirksame Komponente bereichsweise überdeckend auf der Beschichtung angeordnet sein. So wird beim Entfernen der katalytisch unwirksamen Substanz die wenigstens eine Pore der Beschichtung als zusätzlich überströmbare Oberfläche bereitgestellt. Ergänzend oder alternativ bewirkt das Freiliegen der Oberfläche der katalytisch wirksamen Substanz, beispielsweise der Edelmetalloberfläche, ein Zur-Verfügung-Stellen der ungealterten katalytisch wirksamen Komponente.
  • Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die katalytisch wirksame Substanz wenigstens einen langkettigen Kohlenwasserstoff und/oder ein zumindest im Wesentlichen anorganisches Katalysatorgift umfasst. Das Katalysatorgift kann hierbei Phosphor und/oder Schwefel und/oder Zink und/oder ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalimetall umfassen. Eine derartige katalytisch unwirksame Substanz ist in ihren Eigenschaften besonders gut daraufhin abstimmbar, dass ihr Entfernen über die Zeit ein Kompensieren der gleichzeitig alternden Beschichtung ermöglicht.
  • Die Abgasbehandlungseinrichtung kann einen Oxidationskatalysator und/oder einen Partikelfilter und/oder einen SCR-Katalysator (SCR = selectiv catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) und/oder einen Speicherkatalysator und/oder einen Ammoniak-Sperrkatalysator und/oder einen Drei-Wege-Katalysator umfassen. Allen diesen genannten Katalysatoren beziehungsweise dem beschichteten Partikelfilter ist gemeinsam, dass sie beim Betreiben der Abgasbehandlungseinrichtung einer Alterung unterliegen, deren Auswirkungen durch das Vorsehen der katalytisch unwirksamen Substanz kompensierbar ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung für Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, bei welchem eine auf einem Grundkörper aufgebrachte, zumindest bereichsweise wenigstens eine katalytisch wirksame Komponente aufweisende Beschichtung von Abgas überströmt wird. Hierbei wird eine katalytisch unwirksame und bereichsweise auf der Beschichtung angeordnete Substanz ebenfalls von Abgas überströmt. Die katalytisch unwirksame Substanz wird beim Betreiben der Abgasbehandlungseinrichtung in Abhängigkeit von einer Alterung der Beschichtung von der katalytisch wirksamen Komponente entfernt.
  • Die für die erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Entwicklung einer Wirksamkeit eines Oxidationskatalysators eines Fahrzeugs über dessen Lebensdauer.
  • Ein Oxidationskatalysator ist in einem Abgasstrang eines Fahrzeugs stromabwärts einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Auf einer Ordinate 10 eines Diagramms 12 zum Veranschaulichen einer Entwicklung einer Wirksamkeit des Oxidationskatalysators über dessen Lebensdauer ist beispielsweise ein Quotient NO2/NOX stromabwärts des Oxidationskatalysators und/oder stromabwärts eines dem Oxidationskatalysator nachgeschalteten Partikelfilters in Prozent aufgetragen. Auf einer Zeitachse 14 ist ein Alterungsstatus des Oxidationskatalysators in Prozent angegeben. Ein Endpunkt 16 auf der Zeitachse 14 markiert ein Ende einer Lebensdauer des Oxidationskatalysators. Der Endpunkt 16 dieser Lebensdauer ist beispielsweise durch eine verringerte NO2-Bildung und eine zu einer hohen Temperatur hin verschobene Anspringtemperatur für die wirksame Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen gekennzeichnet. Ähnliche Effekte der Alterung sind auch bei einem beschichteten Dieselpartikelfilter, bei einem SCR-Katalysator, bei einem Stickoxid-Speicherkatalysator, bei einem Ammoniak-Sperrkatalysator und bei einem Drei-Wege-Katalysator bekannt.
  • Die Abnahme einer Wirksamkeit über die Zeit ist für einen aus dem Stand der Technik bekannten Oxidationskatalysator anhand einer in dem Diagramm 12 gezeigten ersten Kurve 18 veranschaulicht. Diese Kurve 18 zeichnet sich insbesondere bei einem geringen Alter des Oxidationskatalysators durch eine sehr rasch und um einen vergleichsweise großen Prozentsatz abnehmende Wirksamkeit aus. Mit zunehmender Alterung nähert sich diese Kurve 18 zunehmend einem im Wesentlichen konstanten Wert der Wirksamkeit an.
  • Der aus dem Stand der Technik bekannte Oxidationskatalysator weist einen inerten Grundkörper auf, auf welchen eine Beschichtung, beispielsweise aus einem porösen Aluminiumoxid, zum Vergrößern seiner Oberfläche aufgebracht ist auf. Diese auch als Washcoat bezeichnete Beschichtung weist bereichsweise Edelmetalloberflächen als katalytisch wirksame Komponenten auf.
  • Vorliegend ist auf die Beschichtung bereichsweise zusätzlich eine katalytisch unwirksame Substanz, beispielsweise ein langkettiger Kohlenwasserstoff oder ein anorganisches Katalysatorgift, aufgebracht, welcher in Abhängigkeit von einer Alterung der Beschichtung von der katalytisch wirksamen Komponente entfernbar ausgebildet ist.
  • Die Beschichtung ist also bereichsweise durch die katalytisch unwirksame Substanz verdeckt und damit eine effektive Oberfläche der Beschichtung und/oder der Edelmetalle verringert. Wird nun beim Betreiben des Oxidationskatalysators die katalytisch unwirksame Substanz aus dem Oxidationskatalysator ausgetragen, so kompensieren die neu zur Verfügung gestellten, von Abgas überströmbaren katalytisch wirksamen Komponenten die Alterung der Beschichtung.
  • In dem Diagramm 12 ist zum Veranschaulichen dieses Prozesses eine weitere, unterhalb der Kurve 18 angeordnete Kurve 20 gezeigt, welche über die gesamte Lebensdauer des Oxidationskatalysators weitgehend konstant ist. Lediglich zu Beginn der Alterung der Beschichtung weist diese eine langsam nachlassende Wirksamkeit auf. Insgesamt ist der Prozentsatz, um welchen die Wirksamkeit des Oxidationskatalysators über die gesamte Lebensdauer abnimmt jedoch vergleichsweise gering.
  • Mit einer derartigen, über die gesamte Lebensdauer des Oxidationskatalysators weitgehend konstanten Wirksamkeit der Beschichtung ist eine besonders einfache, weil einheitliche Betriebsstrategien des Oxidationskatalysators realisierbar. Eine effektive Alterung des Oxidationskatalysators über seine Lebensdauer ist so deutlich reduziert.
  • Das vorliegend für den Oxidationskatalysator beschriebene Verringern der effektiven Alterung ist durch Vorsehen der in Abhängigkeit von der Alterung der Beschichtung von der katalytisch wirksamen Komponente entfernbaren katalytisch unwirksamen Substanz auf andere, ebenfalls einer Alterung unterliegende Katalysatoren übertragbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19847008 A1 [0002]

Claims (7)

  1. Abgasbehandlungseinrichtung für Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, mit einem Grundkörper, auf welchen eine Beschichtung aufgebracht ist, welche zumindest bereichsweise wenigstens eine katalytisch wirksame Komponente aufweist, und mit wenigstens einer katalytisch unwirksamen und bereichsweise auf der Beschichtung angeordneten Substanz, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch unwirksame Substanz in Abhängigkeit von einer Alterung der Beschichtung von der katalytisch wirksamen Komponente entfernbar ausgebildet ist.
  2. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch unwirksame Substanz mit dem Abgas aus der Abgasbehandlungseinrichtung austragbar ausgebildet ist.
  3. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch unwirksame Substanz wenigstens eine Pore der Beschichtung versperrend und/oder die katalytisch wirksame Komponente bereichsweise überdeckend auf der Beschichtung angeordnet ist.
  4. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch unwirksame Substanz wenigstens einen langkettigen Kohlenwasserstoff und/oder ein zumindest im Wesentlichen anorganisches Katalysatorgift umfasst.
  5. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorgift Phosphor und/oder Schwefel und/oder Zink und/oder ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalimetall umfasst.
  6. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungseinrichtung einen Oxidationskatalysator und/oder einen Partikelfilter und/oder einen SCR-Katalysator und/oder einen Speicherkatalysator und/oder einen Ammoniak-Sperrkatalysator und/oder einen Drei-Wege-Katalysator umfasst.
  7. Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung für Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, bei welchem eine auf einen Grundkörper aufgebrachte, zumindest bereichsweise wenigstens eine katalytisch wirksame Komponente aufweisende Beschichtung von Abgas überströmt wird, und bei welchem eine katalytisch unwirksame und bereichsweise auf der Beschichtung angeordnete Substanz von Abgas überströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch unwirksame Substanz in Abhängigkeit von einer Alterung der Beschichtung von der katalytisch wirksamen Komponente entfernt wird.
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Legal Events

Date Code Title Description
8181 Inventor (new situation)

Inventor name: MASSNER, ALEXANDER, DIPL.-ING., 73730 ESSLINGE, DE

Inventor name: BENZ, PETER, 72124 PLIEZHAUSEN, DE

Inventor name: TRAEBERT, ANKE, DR.-ING., 70469 STUTTGART, DE

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