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Dokumentenidentifikation DE602005000258T2 24.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001553272
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Temperatur eines NOx-Speichers im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine
Anmelder Peugeot Citroen Automobiles S.A., Velizy-Villacoublay, FR
Erfinder Lendresse, Yvane, 92500 Rueil-Malmaison, FR;
Joubert, Emmanuel, 75014 Paris, FR;
Boudard, Emmanuel, 78960 Voisins Le Bretonneux, FR
Vertreter Patentanwälte Eder & Schieschke, 80796 München
DE-Aktenzeichen 602005000258
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 05.01.2005
EP-Aktenzeichen 052900156
EP-Offenlegungsdatum 13.07.2005
EP date of grant 22.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2007
IPC-Hauptklasse F01N 3/20(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F24J 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F01N 3/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F01N 11/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F01N 7/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft die Behandlung der Abgase von Verbrennungsmotoren. Sie betrifft insbesondere Verfahren und Vorrichtungen, die eine Verringerung des Ausstoßes der Stickoxide, die bei der Verbrennung des Kraftstoffs, Benzin oder Dieselkraftstoff, entstehen, in die Atmosphäre gestatten.

Die bei der Verbrennung des Kraftstoffs eines Dieselmotors oder eines Benzinmotors entstehenden Verunreinigungen sind vorwiegend unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide NOx (Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2), Kohlenoxide (Kohlenmonoxid CO und Kohlendioxid CO2) und, im Fall von Dieselmotoren und Benzinmotoren mit direkter Einspritzung, Partikel. Um die internationalen Umweltschutznormen einzuhalten, ist die Steuerung der Emissionen von Kohlenwasserstoffen, CO, NOx und Partikeln unbedingt erforderlich und sind Techniken zur Nachbehandlung der Abgase unerlässlich.

Die Steuerung der Emissionen von gasförmigen Verunreinigungen kann durch Einführung von spezifischen Katalysatoren in die Abgasstrecke erreicht werden, wie z.B. Dreiwegekatalysatoren für Benzinmotoren mit indirekter oder direkter Einspritzung, die mit der Stöchiometrie arbeiten, oder Stickoxidfallensysteme, die SCR-Katalyse durch NH3 oder die permanenten DeNOx-Katalysatoren, die Kohlenwasserstoffe als Reduktoren verwenden, bei Dieselmotoren und Benzinmotoren mit direkter Einspritzung, die mit armem Gemisch arbeiten (Sauerstoffüberschuss in den Abgasen).

Im Fall von Motoren, die mit armem Gemisch arbeiten, können die NOx-Fallen, die in engen Temperaturbereichen arbeiten, nicht alle Betriebsbedingungen der Dieselmotoren und der Benzinmotoren mit direkter Einspritzung abdecken.

Sie unterliegen einer Schwefelvergiftung, die auf die Dauer die Leistungen der Falle hinsichtlich Lebensdauer signifikant reduziert. Reinigungsphasen sind unerlässlich und bringen einen Überverbrauch mit sich. Die Verwendung der NOx-Falle ist schließlich durch die Möglichkeit bedingt, die Reichheit der Abgase, die die NOx-Falle durchqueren, punktuell zu erhöhen.

Die SCR-Katalyse besitzt durch Verwendung von Ammoniak als Reduzierungsmittel eine Wirksamkeit der Umwandlung der NOx im hohen Zyklus, diese Technologie verlangt jedoch, dass an Bord des Fahrzeugs mindestens ein Zusatzbehälter für Flüssigharnstoff (stabiles und nicht toxisches Zwischenprodukt, das NH3 an Bord des Fahrzeugs erzeugt) oder für eine feste Verbindung vom Typ Harnstoff oder Ammoniumcarbamat mitgeführt wird.

Schließlich wird die permanente DeNOx-Katalyse durch Einwirkung der von der Verbrennungskammer kommenden unverbrannten Kohlenwasserstoffe auf die NOx noch wenig verwendet, da ihre Wirksamkeit im Zyklus unter realen Bedingungen für die Einhaltung der internationalen Vorschriften noch nicht ausreicht.

Im Fall der NOx-Fallen beruht die chemische Formulierung auf Werkstoffen auf Basis von Alkalis oder Erdalkalis, wie z.B. Barium, um die Funktion der Speicherung von NO2 zu gewährleisten, und von Metall- oder Edelmetalloxiden, wie z.B. Platin, um die Funktion der Oxidation von NO zu NO2 zu gewährleisten, und beispielsweise Rhodium, um die Reduktion der NO2 zu N2 zu gewährleisten. Diese verschiedenen Funktionen gestatten es, den Betrieb der NOx-Falle am Motor mit Kippen des Gehalts zu gewährleisten, das für die Speicherung bei magerem Gemisch und die Abscheidung/Reduktion unter reicher Bedingung unerlässlich sind (vgl. beispielsweise die Patente EP 0 580 389 und EP 0 560 991).

Die sauer-basischen Eigenschaften der Alkali- oder Erdalkaliverbindung führen zu kompetitiven Reaktionen der Adsorption zwischen den Stickoxiden, die zwischen 150 und 400°C stattfindet (beispielsweise durch Bildung von Bariumnitrat) und Schwefeldioxid (beispielsweise durch Bildung von Bariumsulfat). Die thermischen Bedingungen der Desorption dieser Verbindungen sind im Fall der Sulfate (Temperaturen >700°C) einschränkender als im Fall der Nitrate (Temperaturen >250°C). Die Folge davon ist, dass die Sulfate, beispielsweise Bariumsulfate, allmählich alle Adsorptionsstellen des NOx-Fallenmaterials vergiften, wodurch sie zu einer starken Reduzierung der Speicherkapazität der NOx-Falle führen.

Es ist also periodisch eine Erhöhung der Temperatur der Abgase erforderlich, um die Verbindungen der NOx-Falle zu regenerieren. Diese Erhöhung wird gegenwärtig entweder durch eine einzige Nacheinspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer oder durch einen Wechsel von Fettbetrieb- und Magerbetriebsphasen des Motors in einer ziemlich kurzen Zeit vorgenommen (dieses Verfahren wird allgemein "Wobbling") genannt.

Unter manchen Bedingungen (beispielsweise in der Stadt) ist es jedoch nicht wünschenswert, die Temperatur der Abgase durch diese Methoden zu erhöhen, und zwar wegen des Mehrverbrauchs an Kraftstoff, der Ölverdünnung und wegen der Beeinträchtigung des Fahrkomforts, was dies mit sich bringt. Dadurch wird der Betriebsbereich der Falle eng. Außerdem ist die durch diese Methoden erzielte Steuerung der Temperatur annähernd.

Aus US-A-5 653 106 ist es bekannt, Wärme zu erzeugen, um Organe eines Fahrzeugs zum Zeitpunkt seines Anlassens schnell zu erwärmen, indem Wasser in einen ein Oxid eines Erdalkalielements enthaltenden Reaktors eingespritzt wird. Das Oxid wird dann durch Erhitzungsmittel regeneriert.

Ziel der Erfindung ist es, den Kraftfahrzeugherstellern ein Verfahren und wirksame Mittel zur Regenerierung einer NOx-Falle zu bieten, die bei allen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs verwendet werden können, keine Änderungen der Verbrennung erfordern und den Fahrkomfort nicht beeinträchtigen.

Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines Monolithen, der mit einem NOx einfangenden Katalysator umhüllt ist, der in der Abgasstrecke eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn man die Temperatur des Katalysators erhöhen möchte, man ihm die Reaktionswärme zuführt, die durch die reversible Hydratation eines Metalloxids oder einer Mischung von Metalloxiden frei wird, und, wenn man die Temperatur des Katalysators senken möchte, ihm Wärmeenergie entnimmt, um die das Metalloxid oder die Mischung von Metalloxiden regenerierende Dehydratationsreaktion durchzuführen.

Das Metalloxid ist vorzugsweise aus CaO, SrO und BaO oder einer Mischung dieser Oxide ausgewählt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur eines Monolithen, der mit einem NOx einfangenden Katalysator umhüllt ist, der in der Abgasstrecke eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende durch Leitungen zur Beförderung von Wasser im flüssigen oder dampfförmigen Zustand verbundene Elemente umfasst:

  • – einen Behälter für flüssiges Wasser;
  • – eine Pumpe, die in dem Behälter Wasser entnimmt und es in einen Verdampfer befördert, der mit Wärmezufuhrmitteln zum Verdampfen des von der Pumpe entnommenen Wassers versehen ist;
  • – Mittel zum Einführen des aus dem Verdampfer austretenden Wasserdampfs in eine Schicht aus einem Metalloxid, das in einer reversiblen Reaktion ein Hydroxid bilden kann;
  • – Mittel zum Übertragen des Wasserdampfs, der in den Phasen der Dehydroxidation des Hydroxids aus der Schicht austritt, zu einem Kondensator, wobei diese Mittel ein Ventil einschließen, das die Regulierung des Wasserdampfdrucks über der Schicht gestattet;
  • – eine Pumpe, die das in dem Kondensator kondensierte Wasser in den Behälter zurückbringt;
  • – Mittel zum Messen des Wasserdampfdrucks über der Schicht und der Temperatur im Monolithen und Mittel zum Steuern des Betriebs der Pumpen und des Ventils in Abhängigkeit von Daten, die von diesen Messmitteln geliefert werden;
  • – und Mittel zum Gewährleisten der Wärmeübertragung zwischen dem Monolithen und der Schicht aus Metalloxid, das ein Hydroxid bilden kann.

Diese Schicht kann auf der Außenfläche des Monolithen angeordnet sein, wobei diese Fläche die Mittel zum Gewährleisten der Wärmeübertragungen bildet.

Die Erfindung besteht also darin, dass die Regenerierung der NOx-Falle durch Wärmetausche zwischen der NOx-Falle und einem Metalloxid oder seinem Hydroxid vorgenommen wird, das vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der NOx-Falle angeordnet ist. Die Hydrolyse des Oxids, die exotherm ist, erzeugt die Wärme, die für die Regenerierung der NOx-Falle erforderlich ist. Wenn diese durchgeführt ist, regeneriert man das Metalloxid durch eine zur Hydrolyse- oder Hydratationsreaktion umgekehrte endotherme Dehydratationsreaktion. Diese Dehydratation kann auch verwendet werden, um die Temperatur der Abgase zu senken, wenn diese so hoch wird, dass die Gefahr einer Beschädigung der NOx-Falle oder jedes anderen Nachbehandlungsorgans besteht, das stromab der NOx-Falle gelegen ist: Oxidationskatalysator, SCR-Katalysator, Partikelfilter, ein einziges Organ, das mehrere dieser Funktionen vereinigt ...

Zum besseren Verständnis der Erfindung folgt eine Beschreibung, in der auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen NOx-Falle im Querschnitt,

2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Steuerung der NOx-Falle.

Die Hydrolyse der Metalloxide ist eine exotherme Erscheinung und führt zur Bildung der entsprechenden Metallhydroxide. Diese Reaktion ist reversibel und die endotherme Regeneration des Oxids ist möglich, wenn eine ausreichende Wärmemenge verfügbar ist. Das Auftreten dieser Reaktionen hängt auch vom Wasserdampfdruck gemäß thermodynamischen Gleichgewichtskurven ab, die in der Literatur wohlbekannt sind.

Die wichtigsten Paare Metalloxid/Metallhydroxid, die gemäß einer Reaktion vom Typ MO + H2O &Dgr; M(OH)2 + &Dgr;Hbei Temperaturen und bei Drücken, die ihre Verwendung im Rahmen der Erfindung gestatten können, reagieren können, sind BaO/Ba(OH)2, CaO/Ca(OH)2, CdO/Cd(OH)2, CoO/Co(OH)2, CuO/Cu(OH)2, FeO/Fe(OH)2, MgO/Mg(OH)2, MnO/Mn(OH)2, NiO/Ni(OH)2, SnO/Sn(OH)2, SrO/Sr(OH)2, ZnO/Zn(OH)2. Diejenigen, die am interessantesten sind, da sie mit Wasser bei einer Temperatur über 500°C bei vernünftigen Drücken reagieren können, sind BaO, CaO und SrO. Insbesondere Kalk ist aufgrund seiner niedrigen Kosten vorteilhaft. Er reagiert gemäß CaO + H2O + H2O &Dgr; Ca(OH)2 + 104 kJ·mol–1und die Reaktion ist bei 500°C unter einem Druck 1 bar oder bei 700°C unter 20 bis 30 bar Wasserdampf möglich.

In 1 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen NOx-Falle schematisch dargestellt. Sie liegt bei dem dargestellten Beispiel in der Form eines Monolithen 1 mit Bienenwabenstruktur im Allgemeinen aus Keramik vor, dessen Wände mit einem NOx einfangenden Katalysator bedeckt sind, der herkömmlicherweise zu diesem Zweck verwendet wird. Dieser Katalysator kann insbesondere Verbindungen auf Basis von Alkali- oder Erdalkalimetallen (beispielsweise Barium), von Oxiden von Metallen oder Edelmetallen, wie Platin, und Rhodium umfassen. Auf der Außenwand 2 des Monolithen ist eine Schicht 3 aus CaO (oder einem anderen der oben genannten Oxide oder einer Mischung solcher Oxide) aufgetragen, in der nicht dargestellte Mittel bei Phasen des exothermen Betriebs die Einspritzung von Wasserdampf gestatten, während nicht dargestellte Mittel die Aufnahme des Wasserdampfs gestatten, der aus der Schicht 3 in Phasen des endothermen Betriebs austritt. Die Einheit ist in einem Gehäuse 4 enthalten.

Die anderen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in 2 schematisch dargestellt sind und die durch Wasser im Zustand von Flüssigkeit oder Dampf befördernde Leitungen verbunden sind, sind die folgenden:

  • – ein Behälter 5 für flüssiges Wasser, in dem eine Pumpe 6 Wasser entnimmt, wenn ein Arbeitsgang der Regeneration des NOx-Filters, das in dem Gehäuse 4 enthalten ist und in der Abgasleitung 7 angeordnet ist, ausgelöst werden soll;
  • – ein Verdampfer 8, der das in dem Behälter 5 entnommene Wasser mit Hilfe einer Wärmezufuhr verdampft, die insbesondere durch eine elektrische Widerstandsvorrichtung oder durch Mittel zum Wärmetausch mit den in der Leitung 7 strömenden Abgasen gewährleistet werden kann;
  • – ein Manometer 9 zum Messen des Wasserdampfdrucks in der NOx-Falle und ihrer Umgebung, das bei diesem Beispiel auf der Leitung 10 angeordnet ist, die die Einführung des Wassertanks in die die Wand 2 der Falle 1 bedeckende Schicht 3 gestattet;
  • – einen Temperaturfühler 11, der die Temperatur in der NOx-Falle misst;
  • – ein in der Leitung 13 angeordnetes Ventil 12, das die Beförderung des sich aus der Schicht 3 abscheidenden Wasserdampfs aus dem Gehäuse 4 gewährleistet;
  • – ein Kondensator 14, der diesen Wasserdampf durch eine Wärmeentnahme kondensiert, die durch eine einfache Abkühlung mit Luft, wenn das Fahrzeug fährt, gewährleistet werden kann;
  • – eine Pumpe 15 und ihre zugeordneten Leitungen, die das kondensierte Wasser in den Behälter 5 zurückbringen.

Dank dieser Vorrichtung kann man entweder die Temperatur im Inneren der NOx-Falle 1 erhöhen oder sie senken.

Wenn eine Erhöhung der Temperatur gewollt wird, muss man die Schicht 3 hydratisieren. Zu diesem Zweck leitet die Pumpe 6 Wasser in den Verdampfer 8 und der Wasserdampf, der dadurch entsteht, wird in die CaO-Schicht 3 geleitet. Das Ventil 12 gestattet die Regelung des Wasserdampfdrucks, der durch das Manometer 9 gemessen wird, und der Druck bestimmt die erhaltene Temperatur gemäß der Gleichgewichtskurve des Paares CaO/Ca(OH)2. Auf diese Weise erhält man bei einem Druck von etwa 1 bar eine Temperatur von etwa 500°C, die die Schicht 3 auf die NOx-Falle 1 überträgt.

Wenn eine Verringerung der Temperatur nach einer Hydratation der Schicht 3 gewünscht wird, bewirkt man eine endotherme Dehydratation der Schicht 3. Das Ventil 12 ist offen, um den Wasserdampfdruck auf einen Wert einzuregeln, der diese Dehydratation in Berücksichtigung der Temperatur der Schicht 3 gestattet, und um die Gewinnung des Wasserdampfs zu gestatten, der aus der Schicht 3 austritt. Der Wasserdampf wird in dem Kondensator 14 kondensiert und dann wieder in den Behälter 5 eingeführt. Die gewonnene Wärmemenge, die die Schicht 3 in der NOx-Falle 1 entnimmt, ist proportional zu der gewonnenen Wasserdampfmenge.

Eine Steuerung des Betriebs der NOx-Falle 1, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert ist, kann allgemein folgendermaßen beschrieben werden:

Man erinnert daran, dass die Verwendung einer NOx-Falle auf der Basis von Edelmetallen und eines oder mehrerer Elemente zur Speicherung der NOx in einer Abgasstrecke eines mit magerem Gemisch arbeitenden Motors die Phasen der Oxidation und der Reduktion beinhaltet.

Während der Oxidationsphasen (Betrieb des Motors mit magerem Gemisch, d.h. mit Sauerstoffüberschuss während einer Dauer von etwa 60 Sekunden) finden die folgenden wichtigsten Reaktionen an dem Katalysator statt:

  • – Oxidation von NO zu NO2,
  • – Speicherung von NO2 in Form von adsorbiertem Nitrat (NO3 );
  • – Oxidation von CO zu CO2;
  • – Oxidation der Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise zu CO2 und H2O, aber auch zu partiell oxidierten Kohlenwasserstoffen.

Während der fetten Phasen (Fettbetrieb des Motors, d.h. mit einem Sauerstoffdefizit während einer Dauer von einigen Sekunden) finden die folgenden wichtigsten Reaktionen an dem Katalysator statt:

  • – Abscheidung der adsorbierten Nitrate in Form von NOx;
  • – Reduktion von NOx durch die vorhandenen Reduktoren (CO, H2 und Kohlenwasserstoffe).

Diese Wechsel werden während der gesamten Lebensdauer des Motors auferlegt und bedingen den Betrieb jedes anderen ebenfalls in der Abgasstrecke angeordneten katalytischen Elements.

Das erfindungsgemäße System zur Temperaturregulierung der Abgase wird in Gang gesetzt in Abhängigkeit von

  • – der Temperatur der Abgase (Tab);
  • – der Temperatur der gewünschten Gase (Twunsch).

Wenn Tab < Twunsch muss die Vorrichtung in der Lage sein, der NOx-Falle 1 Wärme zu liefern, und die Reaktion, die auftritt, ist die Reaktion der Cao-Hydrolyse (1).

Beispiele von Fällen, in denen die Reaktion (1) erforderlich ist, sind:

  • – die fetten Phasen der Desorption und Reduktion der NOx beispielsweise im Stadtzyklus in dem Temperaturen von etwa 300°C erforderlich sind, um die Umwandlung der NOx zu gewährleisten, während die Temperatur der Gase etwa 170°C beträgt,
  • – die Desulfatisierungsphase, in der Temperaturen von etwa 700°C erforderlich sind.

Eine Regulierung des Drucks des Wassertanks durch das Ventil 12 gestattet eine Wahl des erhaltenen Temperaturbereichs.

Wenn Tab > Twunsch muss das Konzept in der Lage sein, Wärme rückzugewinnen, wodurch die Temperatur der Gase im Inneren des Monolithen gesenkt wird. Die Reaktion, die stattfindet, ist die Reaktion der Dehydratation von Ca(OH2) (2).

Das typische Beispiel des Falls, in dem die Reaktion (2) auftritt, ist die fette Phase der Desulfatisierung, während der geraten wird, 700°C nicht zu überschreiten, um die Falle thermisch nicht zu beschädigen. Die Anwendung der Erfindung sieht in diesem Fall vor, die Grenztemperatur von 700°C nicht zu überschreiten, indem die Gase gekühlt werden. Mit derselben Gelegenheit regeneriert man das CaO der Schicht 3.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung haben keine Auswirkung auf den theoretischen Betrieb der NOx-Falle 1.

Das folgende nicht begrenzende Beispiel zeigt die Auswirkung der Einführung dieser Temperaturerzeugungstechnik auf die Bemessung eines NOx einfangenden Katalysators, der für die Abgasreinigung verwendet wird. Bei einem Katalysator mit einer Länge von 6 Zoll (15,24 cm) und einem Durchmesser von 5,5 Zoll (13,97 cm), der ein Gesamtvolumen von 2,3 Liter darstellt, gestattet eine CaO-Schicht von 5 mm bis 1 cm, die thermischen Bedingungen zu erreichen, die für eine Anwendung auf einen Verbrennungsmotor erforderlich sind. Diese Schicht entspricht einem CaO-Volumen zwischen 0,35 Liter und 0,72 Liter je nach der gewählten Dimensionierung und dem Wärmebedarf, der mit der vorgesehenen Anwendung eng verbunden ist. Bei einer herkömmlichen NOx-Fallen-Anwendung (angenommenes Volumen von 2,3 l) beträgt die Masse von aktivem Material, die auf die Wände des Trägers, vorzugsweise aus Cordierit, aufgetragen ist, zwischen 230 g und 460 g je nach dem angestrebten Bedarf der Umwandlung in NOx, dem Hubraum des Motors (der direkt mit der Temperatur der Abgase und den Gasdurchsätzen, die den NOx einfangenden Monolithen durchqueren, verbunden ist) ... Die CaO-Masse, die erforderlich ist, um eine Umfangsschicht von 5 mm bis 1 cm zu erhalten, beträgt etwa zwischen 120 g und 240 g, was etwa zweimal weniger als die Menge an aktivem Material für die NOx-Fallenfunktion ist.

Bei dem beschriebenen und dargestellten Beispiel ist die Schicht 3 aus CaO/Ca(OH)2 (Werkstoffe, die, wie bereits gesagt, nur eine der möglichen Wahlen sind) in Kontakt mit der Außenwand 2 des NOx einfangenden Monolithen 1 angeordnet, so dass die Wärmeübertragungen durch direkten Wärmetausch durch die Wand 2 stattfinden. Man kann jedoch auch vorgesehen, die Wand aus CaO/Ca(OH)2 in einem Abstand vom Monolithen 1 anzuordnen und die Wärme durch eine geeignete Vorrichtung wie eine Wärmeleitung zu übertragen.

Dank der Erfindung verbessert man die Lebensdauer der NOx-Falle dadurch, dass man ihre Überhitzungen auf übermäßige Temperaturen während der Regenerierungsschritte vermeidet. Allgemein wird die Regenerierung der NOx-Falle durch Reduktion der Nitrate und Sulfate vollständiger durchgeführt, da die Temperaturen, bei denen sie stattfindet, optimiert werden können. Das Betriebsfenster der NOx-Falle kann auf Bedingungen ausgeweitet werden, bei denen eine Erhöhung der Temperatur der Falle durch die früheren Techniken nicht möglich war, die auf einer Erhöhung der Temperatur der Abgase beruhen. Schließlich wird auch die Ölverdünnung verringert, da man die Nacheinspritzung, die zum Erhöhen der Temperatur während der Phasen der Desorption der NOx und der Desulfatisierung erforderlich war, ganz oder teilweise ersetzt hat.

Die Erfindung ist auf zahlreiche Typen von Verbrennungsmotoren anwendbar. Bevorzugt wird sie auf die Fälle von Dieselmotoren und Benzinmotoren mit direkter Einspritzung angewandt, deren Abgasstrecke zusätzlich zu einer NOx-Falle einen stromab der NOx-Falle gelegenen Oxidationskatalysator und/oder einen Partikelfilter umfassen kann oder nicht.


Anspruch[de]
Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines Monolithen (1), der mit einem NOx einfangenden Katalysator umhüllt ist, der in der Abgasstrecke (7) eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn man die Temperatur des Katalysators erhöhen möchte, man ihm die Reaktionswärme zuführt, die durch die reversible Hydratation eines Metalloxids oder einer Mischung von Metalloxiden freiwird, und, wenn man die Temperatur des Katalysators senken möchte, ihm Wärmeenergie entnimmt, um die das Metalloxid oder die Mischung von Metalloxiden regenerierende Dehydratationsreaktion durchzuführen. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid aus CaO, SrO und BaO oder einer Mischung dieser Oxide ausgewählt ist. Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur eines Monolithen (1), der mit einem NOx einfangenden Katalysator umhüllt ist, der in der Abgasstrecke (7) eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende durch Leitungen zur Beförderung von Wasser in flüssigem oder dampfförmigem Zustand verbundene Elemente umfasst:

– einen Behälter (5) für flüssiges Wasser;

– eine Pumpe (6), die in dem Behälter (5) Wasser entnimmt und es in einen Verdampfer (8) befördert, der mit Wärmezufuhrmitteln zum Verdampfen des von der Pumpe (6) entnommenen Wassers versehen ist;

– Mittel zum Einführen des aus dem Verdampfer (8) austretenden Wassers in eine Schicht (3) aus einem Metalloxid, das in einer reversiblen Reaktion ein Hydroxid bilden kann;

– Mittel zum Übertragen des Wasserdampfs, der in den Phasen der Dehydroxidation des Hydroxids aus der Schicht (3) austritt, zu einem Kondensator (14), wobei diese Mittel ein Ventil (12) einschließen, das die Regulierung des Wasserdampfdrucks über der Schicht (3) gestattet;

– eine Pumpe (15), die das in dem Kondensator (14) kondensierte Wasser in den Behälter (5) zurückbringt;

– Mittel (9, 11) zum Messen des Wasserdampfdrucks über der Schicht (3) und der Temperatur im Monolithen (1) und Mittel zum Steuern des Betriebs der Pumpen (6, 15) und des Ventils (12) in Abhängigkeit von Daten, die von diesen Messmitteln (9, 11) geliefert werden;

– und Mittel zum Gewährleisten der Wärmeübertragungen zwischen dem Monolithen (1) und der Schicht (3) aus Metalloxid, das ein Hydroxid bilden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) auf der Außenfläche (2) des Monolithen (1) angeordnet ist, die die Mittel zum Gewährleisten der Wärmeübertragungen bildet. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schicht (3) bildende Metalloxid aus CaO, SrO, BaO oder ihren Mischungen ausgewählt ist.






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