DE4214183A1 - Abgasnachbehandlungseinrichtung fuer verbrennungsmotoren, mit einem reduktionskatalysator zur selektiven katalytischen reduktion von stickoxiden aus abgasen, insbesondere aus abgasen von kraftfahrzeugdieselmotoren - Google Patents

Abgasnachbehandlungseinrichtung fuer verbrennungsmotoren, mit einem reduktionskatalysator zur selektiven katalytischen reduktion von stickoxiden aus abgasen, insbesondere aus abgasen von kraftfahrzeugdieselmotoren

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Description

Die Erfindung betrifft eine Nachbehandlungseinrichtung für Verbrennungsmotoren, mit einem Reduktionskatalysator zur se­ lektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen, insbesondere aus Abgasen von Kraftfahrzeugdieselmotoren, mit temperaturabhängiger Zuführung von NH3 und NH3-freisetzenden Stoffen in den zum Reduktionskatalysator führenden Abgasstrom.
Eine adsorptive Beladung des Reduktionskatalysators mit NH3 oder ammoniakbildenden Verbindungen hat bekanntlich den Vor­ teil, daß in der Arbeitsphase das adsorbierte NH3 mit dem Stickoxid reagiert.
In der DE 37 21 572 A1 sind Maßnahmen angegeben, durch die ein ermittelter NH3-Bedarf dem Reduktionskatalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden zugeführt wird. Bei der Zudosierung von NH3 treten durch die hochdynamischen Schad­ stoffausstöße des Fahrzeugmotors unerwünschte Ammoniakemissi­ onen nach dem Katalysator bzw. am Austritt des Abgastrakts auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen im Abgasstrom vorzusehen, durch die sich eine wesentliche Verbes­ serung der Stickoxidreduzierung im gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors realisieren und der im Fahrbetrieb vorkom­ mende NH3-Schlupf vermeiden läßt.
Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen der unabhän­ gigen Ansprüche 1 und 6 angegebenen Merkmale.
Durch die besondere Anordnung unterschiedlich ausgelegter Ka­ talysatoren wird die Verringerung der Stickoxide im gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors optimiert. Darüber hin­ aus wird der NH3-Schlupf bzw. -Durchbruch, der wegen der Gif­ tigkeit von NH3 und dessen stechendem Geruch besonders lästig und unerwünscht ist, zuverlässig vermieden. NH3 tritt bekannt­ lich bei schnellen Leistungsreduzierungen infolge von sprung­ haften Lastwechseln des Verbrennungsmotors auf.
In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung veranschau­ lichten Ausführungsbeispielen im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Reduktionskatalysator sowie einen Oxidati­ onskatalysator,
Fig. 2 die Anordnung zweier Reduktionskatalysatoren so­ wie einen Oxidationskatalysator,
Fig. 3 eine andere Anordnung der beiden Reduktionskata­ lysatoren sowie den Oxidationskatalysator und
Fig. 4 zwei Reduktionskatalysatoren ohne Oxidationska­ talysator.
Eine vorzugsweise für Kraftfahrzeugdieselmotoren vorgesehene Abgasnachbehandlungseinrichtung besteht gemäß Fig. 1 aus einem Reduktionskatalysator 1 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (NOx) in den Abgasen. Diesem Reduktionskataly­ sator, auch als sogenannter SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reaction) bekannt, wird Ammoniak (NH3) in Abhängig­ keit von der ermittelten NOx-Konzentration zugeführt und rea­ giert im Katalysator mit den Stickoxiden (NOx) an katalytisch wirkenden Flächen weitgehend zu unschädlichen Verbindungen. Ammoniak kann in die Abgasleitung 2 oder in das Gehäuse 3 des SCR-Katalysators 1 eingedüst werden.
Dem SCR-Katalysator 1 ist ein Oxidationskatalysator 4 nachge­ schaltet, der im Gehäuse 3 einen definierten Abstand zum SCR- Katalysator 1 haben kann.
In Fig. 2 ist eine Ausführung mit zwei in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren 1 und 5 gezeigt, von denen der SCR- Katalysator 5 ebenfalls stromauf des Oxidationskatalysators 4 liegt. Zwischen beiden SCR-Katalysatoren 1 und 5 wird ebenso wie vor dem SCR-Katalysator 1 Ammoniak in gesteuerter Weise, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur, eingedüst.
Anstelle der in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren 1 und 5 sind die SCR-Katalysatoren nach Fig. 3 parallel geschaltet und durch eine Zwischenwand 6 im Gehäuse 3 voneinander getrennt. Beiden Katalysatoren (Fig. 2, 3) wird in getrennter Weise, und zwar nacheinander, Ammoniak zugeführt. Auch bei dieser Anord­ nung ist der Oxidationskatalysator 4 nachgeschaltet.
Bei den in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten verschiedenen Aus­ gestaltungen wird die NH3-Überschußmenge durch den Oxidations­ katalysator 4 aufgefangen und ein NH3-Durchbruch bzw. NH3- Schlupf verhindert.
In Fig. 1 ist der SCR-Katalysator 1 als Vollkatalysator, Tragerkatalysator oder Zeolith ausgebildet. Durch die Anordnung des Oxidationskatalysators 4 sind höhere NOx-Umsätze im SCR- Katalysator 1 durchführbar, da das Adsorptionsvermögen des SCR-Katalysators 1 voll ausgenutzt werden kann.
In Fig. 2 und 3 ist der mit 1 bezeichnete SCR-Katalysator für einen Niedrigtemperaturbereich 80-300°C und der mit 5 be­ zeichnete SCR-Katalysator für einen Hochtemperaturbereich von 250-600°C ausgelegt. Bei dieser Ausführung und auch bei jener nach Fig. 3 können als SCR-Katalysatortypen zwei Vollkatalysa­ toren, zwei Trägerkatalysatoren oder zwei Zeolithen oder Kom­ binationen vorgesehen sein. Die NH3-Zuführung erfolgt in Ab­ hängigkeit von der Temperatur, und zwar jeweils zunächst für den ersten Reduktionskatalysator 1 und dann für den mit höheren Temperaturen ausgelegten zweiten Reduktionskatalysator (5). Die Zuführungen sind so gesteuert, daß sie nicht gleichzeitig er­ folgen, d. h. bei Unterschreiten einer Temperaturschwelle (bei­ spielweise 280°C) wird ausschließlich dem ersten Reduktionska­ talysator 1 Reduktionsmittel zugeführt, bei Überschreiten die­ ser Grenze ausschließlich dem zweiten Reduktionskatalysator 5.
Somit ergibt sich eine Ausdehnung des SCR-Verfahrens auf den gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors, wobei ein Stickoxid-Umsatz unmittelbar nach dem Motorstart möglich ist.
Die Anordnung eines Trägerkatalysators bewirkt ein schnelles Aufheizverhalten, eine hohe Dynamik und ein rascher NOx-Umsatz. Bei der Anordnung eines nachgeschalteten Vollkatalysators er­ gibt sich ebenfalls eine hohe Dynamik sowie ein Puffer für den NH3-Schlupf aus dem vorgeschalteten Trägerkatalysator.
Die Verwendung eines Zeolithen ergibt eine geringe Dynamik, dafür aber ein sehr hohes Adsorptionsvermögen für NH3, so daß bei entsprechender Auslegung auf den Oxidationskatalysator 4 verzichtet werden kann. Die Ausführung ist in Fig. 4 gezeigt.

Claims (7)

1. Abgasnachbehandlungseinrichtung für Verbrennungsmotoren, mit einem Reduktionskatalysator zur selektiven katalytischen Re­ duktion von Stickoxiden aus Abgasen, insbesondere aus Abgasen von Kraftfahrzeugdieselmotoren, mit temperaturabhängiger Zu­ führung von NH3 oder NH3-freisetzenden Stoffen in den zum Re­ duktionskatalysator führenden Abgasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reduktionskatalysator (1) ein Oxidationskatalysator (4) nachgeschaltet ist.
2. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Reduktionskatalysator (5) vorgese­ hen ist, der gegenüber dem ersten Reduktionskatalysator (1) für einen höheren Temperaturbereich ausgelegt ist.
3. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reduktionskatalysator (5) zwischen dem Redukti­ onskatalysator (1) und dem Oxidationskatalysator (4) angeordnet und in Reihe zum ersten Reduktionskatalysator (1) geschaltet ist.
4. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reduktionskatalysator (1) und der zweite Reduk­ tionskatalysator (5) parallel zueinander angeordnet sind.
5. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch dem zweiten Reduktionskatalysator (5) NH3 oder NH3- freisetzende Stoffe temperaturabhängig zuführbar sind, wobei die Zuführung erst nach abgeschlossener Zuführung für den ersten Reduktionskatalysator (1) einsetzt.
6. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reduktionskatalysator (1) und der zweite Reduk­ tionskatalysator (5) als Vollkatalysatoren, Trägerkatalysatoren oder Zeolithen ausgebildet oder in kombinierter Form vorgesehen sind.
7. Abgasnachbehandlungseinrichtung für Verbrennungsmotoren, mit einem Reduktionskatalysator zur selektiven katalytischen Re­ duktion von Stickoxiden aus Abgasen, insbesondere aus Abgasen von Kraftfahrzeugdieselmotoren, mit gesteuerter Zuführung von NH3 oder NH3-freisetzenden Stoffen in den zum Reduktionskata­ lysator führenden Abgasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reduktionskatalysator (1) mindestens ein weiterer Re­ duktionskatalysator (5) nachgeschaltet ist, von denen der eine ein Vollkatalysator oder Trägerkatalysator und der nachge­ schaltete ein Zeolith ist.
DE4214183A 1992-04-30 1992-04-30 Abgasnachbehandlungseinrichtung fuer verbrennungsmotoren, mit einem reduktionskatalysator zur selektiven katalytischen reduktion von stickoxiden aus abgasen, insbesondere aus abgasen von kraftfahrzeugdieselmotoren Withdrawn DE4214183A1 (de)

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