DE19800654A1 - Beheizbare Katalysatoranordnung mit vorgeschalteter Wasserfalle - Google Patents

Beheizbare Katalysatoranordnung mit vorgeschalteter Wasserfalle

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Reinigen eines Abgasstromes eines Verbrennungsmotors. Bei der Reinigung von Kraftfahr­ zeugabgasen werden immer niedrigere Grenzwerte für den Schadstoffausstoß angestrebt, um die Umwelt zu entlasten. Ein besonderer Problembereich bei der Abgasnachbehandlung ist die Kaltstartphase des Verbrennungsmotors, in welcher typischerweise größere Mengen von Kohlenwasserstoffen aus dem Abgas entfernt werden müssen. Auch Kohlenmonoxid soll zu Kohlendioxid oxidiert werden, so daß in der Kaltstartphase im wesentlichen Oxidations­ prozesse durch katalytisch aktive Materialien gefördert werden müssen. Beim späteren Lastbetrieb eines Verbrennungsmotors werden zur Abgasreinigung im allgemeinen Dreiwegekatalysatoren eingesetzt, welche gleichzeitig oxidierbare Bestandteile oxidieren und Stickoxide reduzieren können.
Besonders für die Reinigung von Abgas in der Kaltstartphase ausgebildete Abgasreinigungssysteme sind beispielsweise in der EP 0 638 710 A2 und der EP 0 485 179 A2 beschrieben. Solche Systeme können zahlreiche Komponenten enthalten, nämlich Dreiwegekatalysatoren, Kohlenwasserstoffad­ sorber und beheizbare Wabenkörper. Dabei gibt es auch unterschiedliche Systeme, welche der einzelnen Komponenten eines Abgasreinigungssystems mit welcher Art von katalytisch aktiver Beschichtung versehen sein sollten.
Für solche Abgassysteme besonders geeignete elektrisch beheizbare Kom­ ponenten, die in der Kaltstartphase das schnelle Erreichen einer für die katalytische Reaktion notwendigen Mindesttemperatur sicherstellen, sind zum Beispiel in der WO 96/10127 beschrieben. Bei Anordnungen mit elektrisch beheizbaren Wabenkörpern war man zunächst davon ausgegangen, daß eine Temperatur von etwa 250°C erreicht werden muß bevor eine katalytisch aktive Beschichtung die gewünschten Oxidationsprozesse bewirken konnte.
Aufgrund späterer Erkenntnisse läßt sich jedoch die Temperatur, bei der ein katalytisch aktives Material die Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlen­ wasserstoffen auslösen kann, erheblich senken, wenn der Träger dieses katalytisch aktiven Materials im wesentlichen trocken gehalten werden kann. Es wurden Beschichtungen entwickelt, welche wie üblich auf einen mit keramischem Washcoat beschichteten Wabenkörper aufgebracht werden können, welche schon deutlich unter 100°C, beispielsweise bei 70-80°C als Oxidationskatalysatoren wirken, sofern der Wabenkörper und die keramische Beschichtung trocken sind. Zum Trockenhalten können dabei sogenannte Wasserfallen eingesetzt werden, die Materialien enthalten, die Wasser un­ terhalb einer bestimmten Temperatur in großen Mengen auffangen und speichern können. Abgassysteme mit solchen Wasserfallen in verschiedenen Ausführungen und die dafür benötigten Materialien sind beispielsweise in der WO 96/39576 beschrieben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Komponenten zur Abgasreinigung so zu kombinieren, daß eine besonders effektive Ab­ gasreinigung zur Erzielung besonders niedriger Anteile von Schadstoffen im Auslaß erreicht wird. Ein besonderes Ziel ist es dabei, die Abgasreinigung in der Kaltstartphase zu verbessern und auf motornahe hochbelastete Kom­ ponenten im Abgasstrang verzichten zu können. Angestrebt werden auch besonders einfach aufgebaute sehr effektive Abgasreinigungssysteme, wobei die in diesen Systemen enthaltenen elektrisch beheizbaren Wabenkörper einen geringeren Energiebedarf gegenüber bekannten Anordnungen haben sollen. Auch sollen geeignete Verfahren zum Betrieb solcher Anordnungen angege­ ben werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen eine Anordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte und besonders bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Reinigen eines Abgasstromes eines Verbrennungsmotors enthält in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander folgende Komponenten:
eine erste Wasserfalle, einen elektrisch beheizbaren Wabenkörper und einen Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung, die zumindest die Oxida­ tion fördert. Dabei können der elektrisch beheizbare Wabenkörper und der Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung auch ganz oder teilweise eine Baueinheit bilden.
Wie weiter unten noch ausführlich erläutert wird, kann eine solche Anord­ nung je nach ihrer Dimensionierung in zwei verschiedenen Funktionen eingesetzt werden. Bei einer relativ kleinen Dimensionierung des elektrisch beheizbaren Wabenkörpers und des Wabenkörpers mit katalytisch aktiver Beschichtung kann diese Anordnung hinter ein übliches Abgasreinigungs­ system, beispielsweise einen Dreiwegekatalysator geschaltet werden. In diesem Falle dient die Anordnung hauptsächlich zur Oxidation von Kohlen­ monoxid und Kohlenwasserstoffen während der Kaltstartphase, während das vorgeschaltete Abgasreinigungssystem die Abgasreinigung im Lastbetrieb übernimmt und die nachgeschaltete Anordnung höchstens noch geringe Schadstoffreste umsetzt.
Die Wasserfalle hält die beiden nachgeschalteten Komponenten trocken, so daß eine katalytische Reaktion schon bei Temperaturen von 70-80°C möglich ist. Da in der Kaltstartphase nur ein geringer Abgasstrom im Abgassystem strömt, kann der elektrisch beheizbare Wabenkörper eine solche Temperatur viel schneller und/oder mit geringerer elektrischer Energie erreichen als in herkömmlichen Systemen ohne Wasserfalle, in denen er auf mindestens 250°C gebracht werden muß. Typischerweise ist der elektrisch beheizbare Wabenkörper zumindest mit einer Oxidationsbeschichtung versehen, so daß er sofort bei Erreichen der für die katalytische Reaktion notwendigen Tem­ peratur beginnt, exotherme Oxidationsreaktionen zu katalysieren, welche dann die Abgastemperatur schlagartig weiter anheben und einen dahinterliegenden Wabenkörper mit ebenfalls zumindest oxidierend wirkender katalytisch aktiver Beschichtung ebenfalls auf Reaktionstemperatur bringen. Eine fast vollständi­ ge Reinigung des Abgases von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen beginnt daher schon nach wenigen Sekunden. Die Wasserfalle muß so dimensioniert sein, daß sie aus dem Verbrennungsmotor kommenden Wasser­ dampf solange speichern kann, bis die katalytische Reaktion im elektrisch beheizbaren Wabenkörper und/oder dem nachgeschalteten Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung begonnen hat. Danach kann sich die Wasser­ falle mit dem Abgasstrom aufwärmen und das gespeicherte Wasser wieder abgeben, ohne daß dies die Abgasreinigung beeinträchtigt. Im weiteren Verlauf des Betriebs des Verbrennungsmotors erreicht dann auch das eigent­ liche Katalysatorsystem seine Betriebstemperatur und übernimmt dann im wesentlichen die Abgasreinigung. Das nachgeschaltete System wird dadurch nicht überhitzt, sondern kühlt unter Umständen sogar wieder etwas ab.
Vorteilhaft kann es sein, Wasserfalle und elektrisch beheizbaren Wabenkörper relativ weit vom Motor entfernt im Kraftfahrzeug anzuordnen, um die Temperaturbelastung und Alterung dieses Systems beim Lastbetrieb gering zu halten.
Es sei darauf hingewiesen, daß der elektrisch beheizbare Wabenkörper und der Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung eine einzige Baueinheit bilden können, im Extremfall also nur ein beheizbarer Wabenkörper mit genügend großer Oberfläche mit katalytisch aktiver Beschichtung vorhanden sein muß. Besonders bevorzugt ist allerdings eine Ausführungsform, bei der ein sehr kurzer elektrisch beheizbarer Wabenkörper direkt einem Wabenkör­ per vorgeschaltet ist und sich an diesem abstützt, wie es beispielsweise in der WO 96/10127 beschrieben ist.
Um den Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung und/oder den elektrisch beheizbaren Wabenkörper auch bei Stillstand des Kraftfahrzeuges trocken zu halten kann im einfachsten Fall eine Rückschlagklappe im Ab­ gassystem vorgesehen werden, welche vom Abgas geöffnet wird und im wesentlichen dichtend schließt, wenn kein Abgas strömt.
Zusätzlich oder alternativ kann auch eine zweite Wasserfalle am Ende des Abgasstranges vorgesehen werden, welche bei Stillstand eventuell in das System eindringende Luftfeuchtigkeit über lange Zeiträume aufnehmen kann, ohne daß die davor liegenden Wabenkörper feucht werden.
Wird die erfindungsgemäße Anordnung in Verbindung mit einem üblichen Dreiwegekatalysator benutzt, so braucht dieser nicht mehr motornah angeord­ net zu sein, sondern kann 30 cm oder mehr vom Auslaß des Verbrennungs­ motors entfernt sein. Da ein Verbrennungsmotor während der Kaltstartphase im allgemeinen mit einem fetten Gemisch betrieben wird, d. h. mit einem überstöchiometrischen Verhältnis von Kraftstoff zu Luft, muß-hinter dem Verbrennungsmotor irgendwo Sekundärluft eingespeist werden, um die katalytische Umsetzung des überschüssigen Kraftstoffs zu ermöglichen. Da diese Sekundärluft das aus dem Verbrennungsmotor strömende Abgas ab­ kühlt, wurde die Einspeisung oft zwischen einem Vorkatalysator und einem Hauptkatalysator vorgenommen, damit der Vorkatalysator sich schneller aufheizen konnte. Dies spielt bei der vorliegenden Erfindung keine Rolle, so daß der Einlaß für Sekundärluft irgendwo zwischen Verbrennungsmotor und der ersten Komponente des Abgasreinigungssystems erfolgen kann. Für ganz besonders hohe Anforderungen an die Abgasreinigung während der Kaltstart­ phase kann irgendwo vor dem elektrisch beheizbaren Wabenkörper noch ein Kohlenwasserstoffadsorber vorgesehen werden, welcher zunächst die Kohlen­ wasserstoffe im Abgas adsorbiert, bis der elektrisch beheizbare Wabenkörper eine für die katalytische Reaktion genügend hohe Temperatur hat. Bei dem erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystem wird ein Kohlenwasserstoffadsorber bevorzugt zwischen der ersten Wasserfalle und dem elektrisch beheizbaren Wabenkörper angeordnet. Solche Kohlenwasserstoffadsorber sind im allgemei­ nen mit speziellem Zeolith beschichtete Wabenkörper, wie sie im zitierten Stand der Technik beschrieben sind.
Wasserfallen, Kohlenwasserstoffadsorber, aber auch generell katalytisch aktive Beschichtungen können durch sehr hohe Temperaturen geschädigt werden, einen Vorgang, den man auch Alterung nennt. Da es für die Funktions­ fähigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung nicht auf die Temperatur des anströmenden Abgases ankommt, kann die ganze Anordnung relativ weit entfernt vom Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug angeordnet werden, wodurch das Risiko einer Alterung der Komponenten verringert wird. Falls eine solche Anordnung nicht möglich ist, können auch vor der ersten Wasserfalle oder gegebenenfalls einem davor angeordneten Kohlenwasser­ stoffadsorber Mittel zur Abfuhr von Wärme vorgesehen werden. Im einfach­ sten Fall können dies als Wärmetauscher konstruierte Abgasleitungen sein. Möglich ist aber auch eine Zwangskühlung, die wiederum geregelt oder ungeregelt erfolgen kann. Dies bietet sich besonders an, wenn der erfin­ dungsgemäßen Anordnung ein üblicher Dreiwegekatalysator vorgeschaltet ist, der im Lastbetrieb durch exotherme Reaktionen die Temperatur des Abgases noch steigert. In diesem Falle ist es vorteilhaft, die Abgastemperaturen vor Erreichen der übrigen Komponenten des Systems wieder zu senken.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch so dimensioniert werden, daß sie allein ohne vorgeschalteten Dreiwegekatalysator die gesamte Abgasreini­ gung ab der Kaltstartphase übernehmen kann. In diesem Falle muß natürlich der Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung hinter dem elektrisch beheizbaren Wabenkörper ein genügend großes Volumen haben, um im Lastbetrieb die gesamte Umsetzung zu gewährleisten. In diesem Falle muß er eine Dreiwegebeschichtung aufweisen. Der elektrisch beheizbare Waben­ körper sollte zumindest eine die Oxidation fördernde katalytisch aktive Beschichtung aufweisen. Eine bevorzugte Anordnung für dieses Einsatzgebiet enthält daher in Strömungsrichtung hintereinander eine Wasserfalle, einen elektrisch beheizbaren Katalysator, einen Wabenkörper mit katalytisch aktiver Dreiwegebeschichtung und gegebenenfalls eine zweite Wasserfalle und/oder Rückschlagklappe. Außerdem kann das System bei Bedarf noch einen Koh­ lenwasserstoffadsorber enthalten.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Komponenten elektrisch beheizbarer Wabenkörper und Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung in verschiedenen Formen verwendet werden können. So kann ein elektrisch beheizbarer Wabenkörper an einem nachgeordneten Wabenkörper abgestutzt oder sogar in einen solchen größeren Wabenkörper integriert sein. Auch kann der Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung mehrere einzelne Teilkörper umfassen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der elektrisch beheizbare Wabenkörper spätestens ab dem Start des Verbrennungsmotors beheizt. Bei Systemen ohne Kohlenwasserstoffadsorber könnte eine Beheizung schon 1 bis 5 Sekunden vor dem Start des Verbrennungsmotors beginnen, um eine voll­ ständige Abgasreinigung bereits von Anfang an zu gewährleisten. Schaltun­ gen, die die Beheizung rechtzeitig auslösen, z. B. beim Öffnen der Tür, beim Hinsetzen des Fahrers auf den Fahrersitz oder beim Einstecken des Zündschlüssels, sind bekannt. Da die für den Beginn der katalytischen Reaktion notwendige Temperatur bei trockenen Wabenkörpern sehr niedrig ist, beispielsweise 70-80°C, ist nur eine geringe Heizzeit und/oder eine geringere elektrische Leistung zur Beheizung erforderlich. Es besteht daher eine große Freiheit in der Dimensionierung des elektrisch beheizbaren Wabenkörpers.
Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt in besonders problemloser Weise die für ein günstiges Verhalten des Verbrennungsmotors erforderliche Be­ triebsweise beim Kaltstart. Der Verbrennungsmotor kann zunächst mit einem fetten Kraftstoff-Luftgemisch betrieben werden, wobei am Einlaß für Luft Sekundärluft zugegeben wird, bis der Verbrennungsmotor mit einem stöchio­ metrischen Verhältnis von Kraftstoff und Luft oder sogar mit einem mageren Kraftstoff-Luftgemisch betrieben werden kann. Es sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Anordnung sich auch als Zusatzkomponente für die Abgasreinigung während der Kaltstartphase bei Abgasanlagen von Mager­ motoren eignet. Die Umschaltung von fettem Betrieb auf stöchiometrisches oder unterstöchiometrisches Gemisch erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von der gemessenen oder berechneten Temperatur des für den Lastbetrieb ausge­ legten Dreiwegekatalysators, nämlich wenn dieser die notwendige Temperatur für die katalytische Umsetzung erreicht hat.
Bei der Verwendung von Wasserfallen im Abgassystem sind Konstellationen und Betriebsweisen möglich, bei denen eine Wasserfalle bis zur Grenze ihrer Aufnahmefähigkeit mit Wasser gesättigt würde und ihre Funktion verlieren könnte, wenn keine Zusatzmaßnahme vorgesehen wird. Für solche Fälle kann eine Wasserfalle mit einer elektrischen Beheizung ausgestattet werden, die während des Betriebs des Verbrennungsmotors und/oder nach dessen Abschalten zur Trocknung der Wasserfalle eingeschaltet wird.
Es sei darauf hingewiesen, daß für schwefelhaltige Kraftstoffe, wie sie derzeit noch Verwendung finden, zur Vermeidung von Schädigungen oder Vergiftungen der Komponenten des Abgasreinigungssystems noch eine Schwe­ fel-Falle vorgesehen werden kann, d. h. ein Wabenkörper mit einer Schwefel absorbierenden Beschichtung. Bevorzugt wird diese vor der am stärksten durch Schwefel gefährdeten Komponente eingebaut, aber so weit vom Motor entfernt, daß eine thermische Schädigung der Schwefel-Falle vermieden wird. Ein günstiger Einbauort liegt beispielsweise unmittelbar vor der ersten Wasserfalle eines Systems.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die zwei Ausführungsbeispiele zeigt, ohne daß die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung zum Reinigen von Abgas mit einem Dreiwe­ gekatalysator und nachgeschaltetem erfindungsgemäßen Reini­ gungssystem für die Kaltstartphase und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung für die Kaltstartphase und den Lastbetrieb.
Fig. 1 zeigt in schematischer Form den Aufbau eines ersten Ausführungs­ beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Reinigen eines Abgass­ tromes. Die von einem Verbrennungsmotor 1 abgegebenen Abgase durch­ strömen den Abgasstrang 2a, 2b, 2c, 2e, 2f in Strömungsrichtung S. Ein Lufteinlaß 3 dient zur Einspeisung von Sekundärluft, vorzugsweise während der Kaltstartphase. Es folgt ein Dreiwegekatalysator 4, der im Lastbetrieb die Abgasreinigung bewirkt, indem er Kohlenmonoxid und Kohlenwasser­ stoffe oxidiert und Stickoxide reduziert. Es folgt ein Teilabschnitt 2b des Abgasstranges, welcher bevorzugt Mittel 11 zur Abfuhr von Wärme Q aufweist, um die Alterung der nachfolgenden Komponenten durch hohe Temperaturen zu vermeiden. Darauf folgt eine erste Wasserfalle 5, welche alles im Abgas und der Sekundärluft enthaltene Wasser solange speichert, bis die katalytische Reaktion in den nachfolgenden Komponenten eingesetzt hat. Im weiteren Verlauf des Abgasstranges kann noch ein Kohlenwasser­ stoffadsorber 6 vorhanden sein, wenn die Abgabe von Kohlenwasserstoffen auf einen extrem niedrigen Wert reduziert werden soll. Dann folgt ein elektrisch beheizbarer Wabenkörper 7 und ein Wabenkörper mit einer katalytisch aktiven Beschichtung 8. Auch der elektrisch beheizbare Waben­ körper 7 hat vorzugsweise eine katalytisch aktive Beschichtung, welche zumindest die Oxidation fördert, insbesondere die von Kohlenmonoxid. Auch der Wabenkörper 8 mit katalytisch aktiver Beschichtung dient bevorzugt der Förderung der Oxidation.
Diesem nachgeschaltet kann im Abgassystem noch eine zweite Wasserfalle vorhanden sein, welche bei Stillstand des Verbrennungsmotors das Eindringen von Feuchtigkeit durch den Auslaß des Abgassystems verhindert. Diesem Zweck kann zusätzlich oder alternativ auch eine Rückschlagklappe 10 dienen.
Eine oder beide Wasserfallen können auch elektrisch beheizbar sein, falls aufgrund der Gesamtkonstellation der Abgasreinigungsanlage die Möglichkeit besteht, das eine oder beide Wasserfallen beim Betrieb des Verbrennungs­ motors nicht vollständig getrocknet werden können. Solche Situationen können bei häufigen kurzen Kaltstartphasen ohne dazwischenliegende längere Lastphasen unter Umständen auftreten. Gemäß dem vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung wird die erfindungsgemäße Anordnung, bestehend aus mindestens einer ersten Wasserfalle 5, einem elektrisch beheizbaren Wabenkörper 7 und einem Wabenkörper 8 mit katalytisch aktiver Beschich­ tung als Zusatzsystem zu einem üblichen Dreiwegekatalysator eingesetzt, um das Abgas auch in der Kaltstartphase effektiv zu reinigen. Dabei können der elektrisch beheizbare Wabenkörper 7 und der Wabenkörper 8 mit katalytisch aktiver Beschichtung auch eine Baueinheit bilden und gegebenenfalls zu­ sammen auch nur einen einzigen katalytisch aktiv beschichteten Wabenkörper mit elektrischer Beheizung bilden. Die erfindungsgemäße Anordnung er­ möglicht den Verzicht auf einen Startkatalysator und erlaubt, einen Dreiwe­ gekatalysator genügend weit vom Motor entfernt anzuordnen, daß er keinen extremen thermischen Belastungen mehr ausgesetzt ist. Außerdem kann die Einspeisung von Sekundärluft an beliebiger Stelle vor den Abgasreinigungs­ komponenten erfolgen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei hier die erfindungsgemäße Anordnung die gesamte Abgasreinigung übernimmt, ohne daß sie motornah angeordnet sein muß. Es ist sogar vorteilhaft, wenn diese Anordnung so weit vom Motor entfernt ist, daß sie nicht durch extreme Abgastemperaturen belastet wird. Gemäß Fig. 2 strömen die Abgase eines Verbrennungsmotors 1 in Strömungsrichtung S durch den Abgasstrang 12a, 12b, 12c, 12d, 12e. Ein Einlaß 3 für Sekundärluft liegt irgendwo im ersten Teilabschnitt 12a des Abgasstranges. Eine erste Wasser­ falle 5 speichert alle im Abgas enthaltenen Wasseranteile bis ein nachfolgen­ der elektrisch beheizbarer Wabenkörper 17 und ein darauf folgender Waben­ körper mit katalytisch aktiver Beschicht 18 die katalytische Umsetzung gestartet haben. Wiederum können am Ende des Abgasstranges eine zweite Wasserfalle 9 und/oder eine Rückschlagklappe 10 zum Trockenhalten des Systems bei Stillstand vorgesehen werden. Auch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 kann einen hier nicht dargestellte Kohlenwasserstoffadsorber enthalten. Wichtig für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist, daß der Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung 18 genügend groß ist, um auch bei Lastbetrieb die völlige katalytische Umsetzung schädlicher Ab­ gasbestandteile zu ermöglichen. Es handelt sich also um einen relativ weit vom Motor entfernt angeordneten Hauptkatalysator, dem ein elektrisch beheizbarer Wabenkörper, vorzugsweise mit zumindest die Oxidation fördern­ der katalytisch aktiver Beschichtung vorgeschaltet ist. Natürlich müssen auch die üblichen Meßsysteme für die Regelung der Abgasreinigung und die Motorsteuerung vorhanden sein.
Bei beiden Ausführungsbeispielen kann der elektrisch beheizbare Wabenkör­ per direkt beim Start des Verbrennungsmotors oder sogar schon einige Sekunden vorher eingeschaltet werden. Insbesondere, wenn kein Kohlen­ wasserstoffadsorber vorgeschaltet ist, kann ein Einschalten 1 bis 5 Sekunden vor dem Start des Verbrennungsmotors eine Abgasreinigung von Anfang an sicherstellen.
Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen zur kostengünstigen Abgasreinigung auch bei strengsten gesetzlichen Anforderungen.
Bezugszeichenliste
1
Verbrennungsmotor
2
a-f Teilabschnitte des Abgasstranges
3
Lufteinlaß
4
Dreiwegekatalysator
5
erste Wasserfalle
6
Kohlenwasserstoffadsorber
7
elektrisch beheizbarer Wabenkörper
8
Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung
9
zweite Wasserfalle
10
Rückschlagklappe
11
Mittel zur Wärmeabfuhr
12
a-e Teilabschnitte des Abgasstranges
17
elektrisch beheizbarer Wabenkörper
18
Wabenkörper mit katalytisch aktiver Beschichtung (Dreiwege-Katalysator)
Q Wärme
S Strömungsrichtung des Abgasstromes

Claims (16)

1. Anordnung zum Reinigen eines Abgasstromes eines Verbrennungsmotors (1) in Strömungsrichtung (S) des Abgases hintereinander mindestens enthaltend:
eine erste Wasserfalle (5), einen elektrisch beheizbaren Wabenkörper (7; 17) und einen Wabenkörper (8; 18) mit katalytisch aktiver Beschich­ tung, die zumindest die Oxidation fördert, wobei der elektrisch beheiz­ bare Wabenkörper (7; 17) und der Wabenkörper (8; 18) mit katalytisch aktiver Beschichtung auch ganz oder teilweise eine Baueinheit bilden können.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei hinter dem Wabenkörper (8; 18) mit katalytisch aktiver Beschichtung eine Rückschlagklappe (10) zur Verhinderung des Eindringens von Feuchtigkeit bei Stillstand des Ver­ brennungsmotors (1) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei hinter dem Wabenkörper (8; 18) mit katalytisch aktiver Beschichtung eine zweite Wasserfalle (9) angeordnet ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ersten Wasserfalle (5) ein Dreiwegekatalysator (4) vorgeschaltet ist, der so di­ mensioniert ist, daß er allein oder zumindest in Verbindung mit den übrigen Komponenten (7, 8) die Abgasreinigung bei Lastbetrieb des Verbrennungsmotors (1) gewährleisten kann.
5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei der Abstand zwischen dem Auslaß des Verbrennungsmotors (1) und dem Dreiwegekatalysator (4) minde­ stens 30 cm, vorzugsweise mindestens 80 cm beträgt, insbesondere der Dreiwegekatalysator (4) ein Unterflur-Katalysator ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und der ersten Abgasreinigungskomponente (4; 5) ein Einlaß (3) für Luft vorhanden ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem elektrisch beheizbaren Wabenkörper (7), insbesondere hinter der ersten Wasserfalle (5), ein Kohlenwasserstoffadsorber (6) angeordnet ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei minde­ stens eine der Wasserfallen (5, 9) elektrisch beheizbar ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Wabenkörper (18) mit kataly­ tisch aktiver Beschichtung ein Dreiwegekatalysator ist mit einer Dimen­ sionierung, die für die Abgasreinigung bei Vollast ausreicht.
10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei der elektrisch beheizbare Waben­ körper (7; 17) ein Teilbereich des Wabenkörpers (8; 18) mit katalytisch aktiver Beschichtung ist.
11. Anordnung nach Anspruch 9, wobei der elektrisch beheizbare Waben­ körper (7; 17) dem Wabenkörper (8; 18) mit katalytisch aktiver Be­ schichtung unmittelbar vorgeschaltet, vorzugsweise an diesem abgestützt ist.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor der ersten Wasserfalle (5) Mittel (11) zur Abfuhr von Wärme (Q) aus dem Abgasstrom vorhanden sind.
13. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrisch beheizbare Wabenkörper (7; 17) späte­ stens ab dem Start des Verbrennungsmotors (1) beheizt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Verbrennungsmotor (1) bei einem Kaltstart zunächst fett mit Kraftstoffüberschuß betrieben wird, wobei so lange am einem Einlaß (3) für Luft Sekundärluft zugegeben wird, bis der Verbrennungsmotor (1) mit einem stöchiometrischen Verhältnis von Kraftstoff und Luft oder einem mageren unterstöchiome­ trischen Verhältnis von Kraftstoff und Luft betrieben werden kann.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Umschalten von fettem Betrieb des Verbrennungsmotors (1) auf stöchiometrischen oder unterstöchiome­ trischen Betrieb in Abhängigkeit von der Temperatur in dem für den Lastbetrieb ausgelegten Dreiwegekatalysator (4; 18) erfolgt, und zwar erst dann, wenn die dort gemessene oder berechnete Temperatur für die katalytische Abgasreinigung ausreicht.
16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, wobei zumindest die erste Wasserfalle (5) elektrisch beheizbar ist und während des Betriebs des Verbrennungsmotors (1) und/oder nach dessen Abschalten trocken ge­ heizt wird.
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