DE19829892A1 - Minderung des Schadstoffausstosses bei Defekten im Verbrennungs- oder Abgasnachbehandlungssystem von Kraftfahrzeugen - Google Patents
Minderung des Schadstoffausstosses bei Defekten im Verbrennungs- oder Abgasnachbehandlungssystem von KraftfahrzeugenInfo
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Abstract
Für die Minderung des Schadstoffausstoßes im Falle einer erhöhten Emission in Kraftfahrzeugen wird ein Adsorptionssystem vorgeschlagen. Dieses System wird sowohl in der Kaltstartphase als auch im Falle motorischer oder abgasnachbehandlungstechnischer Fehler in den Abgasweg eingeschaltet. In der Adsorptionsmasse werden die Schadstoffe zurückgehalten. Nach Behebung der Fehler wird die erschöpfte Adsorptionsmasse mit Hilfe von Temperaturerhöhung oder Unterdruck regeneriert. Die desorbierten Abgasbestandteile werden in den Verbrennungsraum zurückgeführt und dort weitestgehend abgebaut, s. Fig. 2. Das Adsorptionssystem kann sowohl im Otto- als auch im Diesel-Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Die erschöpften und nicht mehr regenerierbaren Adsorptionsmassen müssen an geeigneten Orten, so an Tankstellen, gesammelt und einer weiteren Verwertung zugeführt werden.
Description
Die Zulassung von Kraftfahrzeugen erfolgt nach eingehender Prüfung aller
wichtigen verkehrs- und abgasrelevanten Kenngrößen in einem umfangreichen
Verfahren. So werden Kraftfahrzeuge auf Rollenprüfständen unter definierten
Bedingungen getestet. Dabei wird u. a. die Emission von limitierten Schadstoffen
gemessen. Eine Zulassung erfolgt dann, wenn die gemessenen Werte unterhalb
der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte liegen.
Zwar versuchen die einzelnen, in den verschiedenen Ländern nach den jeweiligen
Gegebenheiten und Verhalten ausgerichteten Fahrtzyklen, die für die
Zulassungsverfahren auf den Rollenprüfständen vorgeschrieben sind, die spätere,
tägliche Praxis zu modellieren, jedoch weichen die Fahrten im Alltag mehr oder
weniger stark von den modellhaften Fahrtzyklen auf dem Rollenprüfstand ab.
Für die Bestimmung des Zustandes sowohl des Verbrennungs- als auch des
Abgasnachbehandlungssystems werden in den modernen Kraftfahrzeugen
diagnostische Kontrollsysteme verwendet. Bei diesen diagnostischen
Prüfmethoden wird mit Hilfe einer Vielzahl von Meßwertaufnehmern der Zustand
des Kraftfahrzeuges erfaßt. Werden dabei Abweichungen zu den gespeicherten
Kennfeldern und Grenzwerten festgestellt, so erfolgt eine Warnmeldung. Der
Fahrer wird aufgefordert, eine Werkstatt aufzusuchen und den gemeldeten und
gespeicherten Fehler beheben zu lassen. Die Warnmeldung erlöscht nur bei der
Reparatur des Fehlers, z. B. beim Austausch des defekten Bauteils /1/. Durch die
Örtlichen, objektiven Gegebenheiten und auch durch subjektive Bedingungen kann
es jedoch zu Verzögerungen der Reparatur kommen, was zu einer bedeutenden
Belastung der Umwelt führen kann.
Das Ziel dieser Anmeldung ist, ein solches Verfahren zu beschreiben, das es
erlaubt, in Fällen erhöhter Emissionswerte im Abgas Maßnahmen zu ergreifen, die
dazu führen, daß der Schadstoffausstoß bis zum Beheben des Fehlers auf ein
Minimum reduziert wird. Bei der ständigen Zunahme der Anzahl von
Kraftfahrzeugen auf der ganzen Welt scheint dieser Weg einen richtigen
Lösungsansatz darzustellen, um die Umwelt vor den schweren Auswirkungen der
Schadstoffanreicherung zu schützen.
Für die Emissionsminderung in der Kaltstartphase sind bereits Methoden bekannt,
die es ermöglichen, die in dieser Phase auftretenden, hohen Konzentrationswerte
zu mindern. Dazu zählen u. a. Adsorptionsfallen, die mit Aktivkohle oder Zeolith
gefüllt bzw. beschichtet sind. Das Abgas wird während der Kaltstartphase durch
diese Falle geführt. Hier werden die hohen Emissionsspitzen durch Adsorption
aufgefangen. Nachdem der Motor und auch der Katalysator warm geworden sind,
führt man die durch Desorption freigesetzten Schadstoffe in den Katalysator oder
in den Verbrennungsraum zurück, /2,3,4 und 5/.
Es gibt zur Zeit allerdings kein Verfahren, das es ermöglicht, die
Schadstoffkonzentration im Abgas nicht nur in der Kaltstartphase, sondern auch in
Krisensituationen, also wenn das bordeigene Diagnose oder Meßsystem einen
Fehler im Verbrennungs- oder Abgasnachbehandlungssystem meldet, zu mindern.
In solchen Fällen ist es dem Fahrer und den äußeren Umständen überlassen, wie
schnell er eine entsprechende Fachwerkstatt aufsuchen kann. So lange, bis diese
Maßnahme nicht durchgeführt wird, stößt der Wagen hohe Konzentrationen an
Schadstoffen in die Umwelt aus.
Zur Minderung von erhöhten Schadstoffkonzentrationen im Falle von Defekten im
Verbrennungs- oder im Abgasnachbehandlungssystem des Kraftfahrzeuges muß
eine Adsorptionsfalle im Abgasweg untergebracht sein. Zusätzlich ist ein Meßgerät
notwendig, das in der Lage ist, die Konzentration an Schadstoffen zu erfassen und
bei Bedarf die Adsorptionsfalle in den Abgasweg zu schalten, s. Fig. 1.
Das Abgas strömt im normalen Betrieb ungehindert durch das Abgasrohr ins Freie.
Treten jedoch Probleme im Verbrennungs- 1 oder im Abgasnachbehandlungs
system 2 auf, s. Fig. 2, so meldet das On-Board-Überwachungssystem 3
(OBD- oder OBM-System) /6/ nicht nur dem Fahrer einen Fehler, sondern schaltet auch
den Abgasstrom durch ein Ventil 4 um. Nach dieser Maßnahme strömt das
Abgas nicht ungehindert ins Freie, sondern wird durch ein Adsorptionssystem mit
Adsorptionsfalle 5 geleitet.
Das Adsorptionssystem kann aus einer oder aus zwei Adsorptionsfallen im
Wechselbetrieb 6 bestehen, s. Fig. 3. Bei einem Fehler im Verbrennungssystem
wird das Abgas durch eine Adsorptionsfalle geleitet, bis der Fehler behoben ist. Bei
einem Defekt im Abgasnachbehandlungssystem können zwei Adsorptionsfallen
abwechselnd geschaltet werden, wobei die desorbierten Schadstoffe in
konzentrierter Form in den Verbrennungsraum des einwandfrei funktionierenden
Motors zurückgeführt und dort weitestgehend abgebaut werden.
Eine Adsorptionsfalle besteht aus mindestens einer, aber vorteilhafterweise aus
mehreren chemischen Substanzen, die nicht nur die Kohlenwasserstoffe, sondern
auch die CO- und NO-Moleküle durch eine entsprechende Adsorption
zurückhalten. Solch eine Mischung kann z. B. aus Aktivkohle, aus Braunerde, auch
Hopkalit genannt, und aus verschiedenen Zeolithmassen bestehen.
Ist der Defekt im Verbrennungs- oder im Abgasnachbehandlungssystem behoben
worden, kann die Adsorptionsfalle regeneriert werden. Die Desorption wird durch
Erhöhung der Temperatur mittels eines Heizungssystems 7 oder Herabsetzung
des Druckes durch ein Vakuumsystem 8 erreicht. Die Schadstoffe werden dabei
in den Verbrennungsraum (unter Beimengung von Sekundärluft) zurückgeführt und
dort abgebaut. Das Wechseln bei verbrauchter und nicht mehr regenerierbarer
Adsorptionsmasse wird einfach und mit modularer Technik vorgenommen. Der
Vorgang erfolgt vergleichbar zu dem heutigen Ölfilterwechsel. Die Aufbereitung der
endgültig verbrauchten Adsorptionsmassen sollte organisiert erfolgen.
Adsorptionsschüttgut kann ähnlich entsorgt werden wie heute z. B. das Altöl. Die
weitere Verwertung der gesammelten Adsorptionsmassen kann nach dem
jeweiligen Stand der Technik erfolgen.
Fig. 1 Ablauf einer Emissionsminderungsmaßnahme.
Fig. 2 Prinzipielle Anordnung des Adsorptionssystems mit einer Adsorptionsfalle im
Abgasweg eines Kraftfahrzeuges.
1 Verbrennungssystem
2 Abgasnachbehandlungssystem
3 On-Board-Überwachungssystem
4 Ventil
5 Adsorptionsfalle
1 Verbrennungssystem
2 Abgasnachbehandlungssystem
3 On-Board-Überwachungssystem
4 Ventil
5 Adsorptionsfalle
Fig. 3 Adsorptionssystem mit zwei Adsorptionsfallen.
6 zwei Adsorptionsfallen im Wechselbetrieb
7 Heizungssystem
8 Vakuumsystem
6 zwei Adsorptionsfallen im Wechselbetrieb
7 Heizungssystem
8 Vakuumsystem
/1/ Maßnahmen gegen die Verunreinigung der Luft durch Emissionen von
Kraftfahrzeugen und zur Änderung der Richtlinien 70/156/EWG und 70/220/EWG des
Rates. Europäisches Parlament, Sitzungsdokumente. 24. März 1997.
/2/ Schäfer, F., van Basshuysen, R.: Schadstoffreduzierung und Kraftstoffverbrauch von Pkw-Verbrennungsmotoren. Springer-Verlag, Wien, New York 1993. ISBN 3-211-82485-5.
/3/ Klingenberg, H.: Automobil-Meßtechnik, Band C: Abgasmeßtechnik. Springer-Verlag. Berlin-Heidelberg-New York 1995, ISBN 3-540-59108-7.
/4/ Abgase entsticken: Daimler-Benz Umweltbericht 1996, S. 29.
/5/ Lenz, H. P.: Gemischbildung bei Ottomotoren. Springer-Verlag, Wien, New York 1990. ISBN 3-211-82193-7.
/6/ Patentanmeldung 198 26 179.9: Kontrolle des Verbrennungsvorganges und der Abgasnachbehandlung in Zero-Emission-Kraftfahrzeugen.
/2/ Schäfer, F., van Basshuysen, R.: Schadstoffreduzierung und Kraftstoffverbrauch von Pkw-Verbrennungsmotoren. Springer-Verlag, Wien, New York 1993. ISBN 3-211-82485-5.
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/5/ Lenz, H. P.: Gemischbildung bei Ottomotoren. Springer-Verlag, Wien, New York 1990. ISBN 3-211-82193-7.
/6/ Patentanmeldung 198 26 179.9: Kontrolle des Verbrennungsvorganges und der Abgasnachbehandlung in Zero-Emission-Kraftfahrzeugen.
Claims (6)
1. Adsorptionssystem, geeignet für die zeitlich befristete Minderung der Schad
stoffemission durch die adsorptive Zurückhaltung der einzelnen Komponenten
im Falle erhöhter Emissionswerte, hervorgerufen durch Fehler oder Defekte im
motorischen oder abgasnachbehandlungstechnischen Bereich oder durch den
Kaltstartvorgang im Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende
Adsorptionsmassen je nach Bedarf in den Abgasweg geschaltet werden.
2. Adsorptionssystem nach Hauptanspruchspunkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Adsorptionsmassen je nach Motorart, Fahrzeugtyp und Leistung sowohl
qualitativ als auch quantitativ unterschiedlich, aus mehreren, verschiedenartig
dosierten Stoffen zusammengestellt sowie, je nach Bedarf, in einem oder
mehreren Behältern untergebracht und als Adsorptionsfallen ins Kraftfahrzeug
eingebaut werden können.
3. Adsorptionssystem nach Hauptanspruchspunkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es sowohl für den Einsatz in verschiedenen Otto, als auch in
Diesel-Kraftfahrzeugen geeignet ist, wobei für die Zurückhaltung von
Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxidmolekülen und Stickstoffmonoxid
molekülen hauptsächlich Aktivkohle, Hopkalit und Zeolithe verwendet werden,
jedoch auch andere Substanzen, je nach Aufgabe, gewählt werden können.
4. Adsorptionssystem, dadurch gekennzeichnet, das es im Gasweg nach dem
Katalysator angeordnet ist und zwischen freiem Abgasweg und
Adsorptionssystem, je nach Bedarf, umgeschaltet werden kann.
5. Adsorptionssystem, dadurch gekennzeichnet, das die Desorption mit Hilfe von
Heizungs-, Vakuum- oder anderen geeigneten Systemen erfolgt und die
Rückführung der dabei freiwerdenden Schadstoffe in das Verbrennungssystem
erfolgt, wobei die Schadstoffe weitestgehend abgebaut werden.
6. Adsorptionssystem, dadurch gekennzeichnet, das die Adsorptionsbehälter gut
erreichbar und leicht ausbaubar im Kraftfahrzeug untergebracht sind, so das die
verbrauchten Adsorptionsmassen z. B. an Tankstellen gewechselt und einer
weiteren Verwertung zugeführt werden können.
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Publication number | Publication date |
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DE19829892C2 (de) | 2001-07-12 |
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