Bekannte NOx-Katalysatoren absorbieren die während des Magerbetriebs eines Motors erzeugten Stickoxide und reduzieren das gespeicherte NOx während eines Fettbetriebs des Motors, wobei die bekannten Verfahren diskontinuierlich sind und das Speichern und Reduzieren der Stickoxide in zeitlich unterschiedlichen Phasen abläuft. Um ein derartiges Verfahren durchführen zu können, muß der Speicher nach einer gewissen Zeit aufgrund seiner endlichen Aufnahmekapazitat entleert werden. Dies geschieht entweder nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeit oder es muß der Füllungsgrad des Katalysators bestimmt werden. Wird der Speicher nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeit regeneriert, so hat dies den Nachteil, daß aus Sicherheitsgründen die Speicherkapazität des Katalysators nicht voll ausgenutzt wird, so daß kein optimaler Motorbetrieb hinsichtlich Verbrauch und Abgasverhalten m6glich ist. Wird der Speicher regeneriert, wenn ein bestimmter Füllungsgrad des Speichers erreicht ist, so hat dies den Nachteil, daß eine zusätzliche Vorrichtung benötigt wird, die den Füllungsgrad des NOx-Speicherkatalysators bestimmt. Dabei ist die exakte Bestimmung des Füllungsgrades des Speichers schwierig, so daß auch hier auf den regenerativen Betrieb umgeschaltet wird, wenn der Speicher noch nicht vollständig gefüllt ist. Dies führt letztlich ebenfalls zu einem nicht optimalen Betrieb des Motors. Ferner gilt für beide Verfahren, daß während des Fettbetriebs des Motors kein optimales Abgasverhalten erzielt und für den zyklischen Motorbetrieb eine kompiizierte Motorsteuerung benötigt wird.

Ferner wird für eine hinreichend gute Funktion eines NOx-Speicher-Katalysators eine Mindesttemperatur von ca. 250°C benotigt. Ist das vom Motor kommende Abgas zu kalt, kann das Verfahren nur funktionieren, wenn der Katalysator auf diese Mindesttemperatur geheizt wird. Dabei treten Wärmeverluste auf, wodurch der Energiebedarf stark erhöht wird.

Ferner treten im Abgas von Dieselmotoren Rußpartikel auf, die nicht an die Umwelt abgegeben werden können. Zur Nachbehandlung derartiger mit Rußpartikeln behafteter Angase werden in einer bekannten Vorrichtung die Rußpartikel zurückgehalten und zyklisch mit dem Erreichen eines bestimmten Füllungsgrades des Rußfilters dieser entweder ausgewechselt oder die zurückgehaltenen Rußpartikel mit einer entsprechenden Heizvorrichtung entzündet und verbrannt. Beide Vorgehensweisen sind für einen kontinuierlichen Einsatz unbefriedigend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine zu entwickein, die einen optimaleren Motorbetrieb ermöglichen.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1,24 und 27 getost. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachbehandlung der Motorabgase eine Brennkraftmaschine weist einen Körper oder Monolithen mit vom Abgas durchströmten Kanälen auf, der im Abgasstrom drehbar angeordnet ist. Unter Monolith wird hier ein Körper verstanden, der einstückig aus Keramik, aus metailischen Trägermaterialien oder aus keramischen oder metallischen Segmenten, die in einer Aufnahmestruktur angeordnet sind, bestehen kann.

Ferner weist die Vorrichtung einen Zuströmkanal auf, der mit einem Teil (Bl) der Kanäle des Körpers in Strömungsverbindung steht. Ferner ist eine Strömungsverbindung vorgesehen ist, die mit dem von dem Zuströmkanal angeströmten Teil B1 der Kanake ausgangsseitig in Verbindung steht und diesen strömungsmäßig mit einem Teil B2 der Kanale verbindet, der nicht mit dem Zuströmkanat in Strömungsverbindung steht.

Vorzugsweise ist der Körper oder Monolith in zwei Bereiche B1, B2 unterteilt ist, wobei das Abgas an der vorderen Stirnfläche des Körpers in den ersten Bereichs B1 eintritt, an der hinteren Stirnfläche des ersten Bereichs B1 austritt, durch den dort angebrachten Filter hindurchtritt, in eine Stirnfläche des zweiten Bereichs B2 eintritt und den zweiten Bereich B2 an der anderen Stirnfläche 2 verfaßt, wobei der Körper 4 sich während der Durchströmung um eine Achse im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgasstroms dreht.

Vorzugsweise weist der Körper eine zylindrische Form auf, wobei die Kanake sich in radialer Richtung erstrecken. Der Körper hat in axialer Richtung eine zylindrische Aussparung, mit anderen Worten, der Zylinder ist in axialer Richtung hohl. Dabei kann der Körper aus Metall oder Keramik bestehen, wobei er sowohl einstückig oder aus Segmenten zusammensetzbar ausgebildet sein kann. Besteht der Körper aus Segmenten, so sind diese so von Kanälen durchzogen, daß sich die Kanäle nach dem zusammensetzen der Segmente in radiale Richtung bezüglich der Symmetrieachse des Zylinders. erstrecken.

Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung einen Filter, der drehbar angeordnet sein kann, wobei sich der Filter insbesondere mit dem Monolithen drehen kann, wobei im Falle des zylindrischen Körpers mit dem axialen Hohlraum der Filter in diesem angeordnet ist. Der Filter kann dabei feststehend sein oder sich mit dem Körper mitdrehen, wobei die Drehgeschwindigkeit nicht mit der Drehgeschwindigkeit des Körpers identisch sein muß.

Ferner weist die Brennkraftmaschine eine direkte Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum auf und/oder ist eine Dieselkraftstoffmaschine.

Vorzugsweise weist der Filter ein Heizelement auf, das dazu dient, den Filter nach einem Kaltstart auf Betriebstemperatur zu bringen. Nach Erreichen der erforderlichen Temperatur kann das Heizelement abgeschaltet werden. Grundsätzlich ist eine zusätzliche Zuheizung nur dann vorgesehen, wenn die motorischen Bedingungen (Abgastemperatur) nicht zu einem Rußabbrand führen. Insbesondere kann die erforderliche Temperatur zur Schadstoffumsetzung alternativ oder unterstützend auch durch geeignet gewahlte motorische Parameter (Einspritzmenge, Einspritzverlauf, Nacheinspritzung) schnell erreicht werden, auch hier werden die motorischen Parameter auf ihre Normalbedingungen zurückgeführt, wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist.

Ferner kann der Körper zur Schadstoffreduzierung, insbesondere zur Reduktion von NOx, HC und/oder CO, zumindest teilweise katalytisch beschichtet sein.

Ferner weist die Vorrichtung ein feststehendes Gehäuse (12) auf, in dem der sich um seine Längsachse drehende Körper angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus einem nichtmetallischen Werkstoff.

Die Drehung des Körpers erfoigt vorzugsweise durch eine Antriebseinheit. Die Antriebseinheit kann durch einen Elektromotor gebildet werden. Es ist auch möglich, daß die Antriebseinheit durch ein äußeres magnetisches Feld und innerhalb des Gehäuses angeordnete Magnete gebildet wird. Ferner kann der Körper auch nach Art einer Turbine durch den Abgasstrom gedreht werden. Vorzugsweise beträgt die Rotationsgeschwindigkeit des Körpers (4) ca. 0, 3 bis 10 U/min, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit so gewdhlt wird, daß das Maximum der sich einstellenden Temperaturverteilung innerhalb des Körpers, vorzugsweise am Ort des Filters, verbleibt.

Ferner kann die Vorrichtung ein Mittel zur Einbringung von zusätzlichem Kraftstoff aufweisen, um eine Reduktion des NOx-Abgasbestandteils zu bewirken, wenn der Motor mager betrieben werden kann. Vorzugsweise ist das Mittel zur Einbringung von zusätzlichem Kraftstoff in der Drehachse des Körpers angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, wobei im Abgasstrom ein Körper angeordnet ist, der in Abgasströmungsrichtung mit Kanälen durchzogen und in zwei Bereiche unterteilt ist, weist die folgenden Schritte auf : Leiten des Abgasstroms in die vordere Stirnfläche eines ersten Bereiches, Leiten des Abgasstroms an der hinteren Stirnfläche des ersten Bereiches in eine Stirnfläche eines zweiten Bereiches und Entlassen des Abgasstroms an der anderen Stirnfläche des zweiten Bereiches, und Drehen des Körper während des Betriebs um eine Achse, so daß die Kanale vom ersten Bereich in den zweiten Bereich wechseln.

Ferner wird der Körper mit einer solchen Geschwindigkeit um seine Achse gedreht wird, daß eine Erwärmung des zweiten Bereichs durch den Abgasstrom zu einer Erwärmung des Abgasstroms durch den ersten Bereich führt.

Vorzugsweise wird eine Retention der Rußpartikel des Abgasstroms an einem Filter bewirkt wird, der zwischen der abgasausgangseitigen Stirnfläche der ersten Bereichs und der abgaseingangsseitigen Stirnfläche des zweiten Bereichs angeordnet ist, und die Umdrehungsgeschwindigkeit wird so gewähit, daß das Maximum der Temperaturfront sich in etwa an dem Filter befindet.

Vorzugsweise ist der in dem Verfahren verwendete Körper zumindest teilweise katalytisch beschichtet, so daß eine NOx-Speicherung des Abgases während der Magerphasen der Brennkraftmaschine bewirkt wird. Durch eine Zugabe von Reduktionsmitteln in den Körper kann ein kontinuierliches NOx-Speicher- Regenerationsverfahren bewirkt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Desulfatierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung der Abgase einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung als NOx-Speicher ausgelegt ist, weist die folgenden Schritte auf : Verlangsamen oder Aussetzten der Rotation des Körpers bei gleichzeitiger Erhöhung der Schadstoffmenge im Abgas zu Beginn der Desulfatisierung, bis ein entstehendes Temperaturmaximum in oder durch den zweiten Bereich, insbesondere nahe der abgasaustrittsseitigen Stirnftäche des zweiten Bereichs gewandert ist, Drehen des Körpers bis der zweite Bereich die Stelle des ersten Bereichs zumindest überwiegend einnimmt, so daß das Temperaturmaximum überwiegend im ersten Bereich liegt, und Aussetzen der Rotation, bis das Temperaturmaximum zumindest in den zweiten Bereich gelangt ist, Heruntersetzen der Nacheinspritzung und erneute Drehung des Körpers.

Dabei kann es notwendig sein, daß die Verlangsamung der Drehung bzw. der Stopp mehrmals wiederholt wird, bis im wesentlichen alle Bereiche entschwefelt sind. Die kontinuierliche Rotation des Körpers wird wieder aufgenommen, wenn das Temperaturmaximum sich in etwa an der Schnittstelle der beiden Bereiche befindet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1a zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, Fig. 1 b zeigt einen vertikalen Querschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1 a, und Fig. 2 zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine Fig. 1 a zeigt einen horizontalen Querschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine. Rohabgas eines Motors (nicht dargestellt) strömt durch eine Abgaszuführung 1 in eine äußere Stirnfläche 2 einen ersten Bereich B1 eines zylinderförmigen Körpers 4, der mit Kanälen 3 durchzogen ist. Die Kanäle 3 verlaufen dabei in radialer Richtung bezüglich der durch die Symmetrieachse des Zylinders gebildete Drehachse 9. Die senkrecht zur Drehachse 9 angeordneten Kanäle 3 sind zumindest teilweise katalytisch beschichtet, wie dies oben bereits erwähnt wurde. Nach dem Austreten des Abgases aus der inneren Stirnfläche 5 des Körpers 4, die durch einen zentral in dem Körpers ausgebiideten axialen Hohiraum 7 gebildet wird, tritt das Abgas durch einen im Hohlraum 7 angeordneten Partikelfilter 6 und tritt durch die äußere Stirnfläche 5 in einen gegenüberliegenden zweiten Bereichs B2 ein und tritt an der äußeren Stirnfläche 2 des zweiten Bereichs B2 in einen Abströmkanal 8 ein. In der Fig. 1 a ist dargestellt, daß der erste Bereich und der zweite Bereich durch den Zuströmkanal 1 und den Abströmkanat 8 auf jeweils drei Kanäle 3 begrenzt ist. Dies ist nicht zwingend notwendig. Durch eine andere Konstruktion des den Körper 4 umschließendes Gehäuses 10 kann erreicht werden, daß das einströmende und ausströmende Abgas jeweils einen ersten und zweiten Bereich B1, B2 von maximal 180° erreicht. Mit anderen Worten, der erste und der zweite Bereich kann maximal die Halte des Körpers 4 umfassen.

Fig. 1 b zeigt einen vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Im Innern des von Kanälen 3 durchzogenen Körpers 4 ist der Filter 6 angeordnet, der sich i. a. synchron mit dem Körper 4 dreht. Der Körper 4 und der Filter 6 sind in einem entsprechenden Gehäuse 10 angeordnet. Die Drehung erfolgt um eine Drehachse 9, die als Zufuhr von zusätzlichen Kraftstoff zur Verbrennung in einem katalytisch aktiven Filter oder in der Rotormatrix, d. h. dem Körper 4, dienen kann.

Durch die Durchströmung des Körpers 4 mit dem Filter 6 steigt auf der Eingangsseite die Temperatur durch katalytische Umsetzung von im Abgas vorhandenem CO und HC während des Durchtritts durch die katalytisch beschichteten Kanäle 3 an. Gleichzeitig können Stickoxide chemisch absorbiert werden, falls die Kanäle 3 mit einem NOx- absorbierenden Katalysator beschichtet sind. Das Temperaturmaximum wird in der Mitte der Vorrichtung, im Partikelfilter 6 erreicht. Beim weiteren Durchtritt durch den Körper 4 oder Rotor gibt das Abgas seine Wärme wieder ab und verfaßt den Rotor 4 mit etwa der gleichen Temperatur wie auf der Eingangsseite. Ohne Rotation würde die Temperaturfront, d. h. die Maximumtemperatur, aus der Vorrichtung hinausgetrieben.

Durch die Drehung des Rotors 4 wird die Temperaturfont immer wieder in das System zurcickgetrieben. lm Miftel entsteht ein periodisch stationäres Profil, dessen Maximum im Bereich des Filters 6 liegt.

Fig. 2 zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, in der die Vorrichtung als reiner NOx-Speicherkatalysator betrieben wird.

Fig. 2 zeigt einen sich um seine Längsachse drehender Körper 4, der als NOx- Speicherkatalysator beschichtet ist, der als regenerativer Wärmetauscher eingesetzt wird. Der Körper 4 besitzt in radialer Richtung sehr viele feine Kanäle 3 und wird radial vom Abgas durchströmt, und zwar wird Ihm das Abgas über einen Zuströmkanal 1 zugeführt und über einen Abströmkanat 8 abgeleitet, wodurch erste und zweite Bereiche B1, B2 wie im Fall der ersten Ausführungsform gebildet werden. Ferner weist der Körper einen axialen Hohiraum 7 auf, der von der inneren Stirnfläche 5 des Körpers 4 begrenzt wird. Der axiale Hohlraum dient zur strömungsmäßigen Verbindung der Kanäle 3 des ersten und des zweiten Bereichs B1, B2. Vorteilhafterweise findet keine Strömungsumlenkung statt, wodurch der Druckverlust niedrig gehalten wird. Der innere Teit, dargestellt ats Kreisring T1, der Kanäle 3 wird mit einem NOx-speicherndem Katalysator beschichtet. Der äußere Teil der Kanäle, dargestellt durch einen Kreisring T2, wird nicht beschichtet und nimmt nicht an der Katalyse teil, er hat nur die Funktion des Wärmetauschers. Durch die radiale Durchströmung bei gleichzeitiger Drehung läßt sich in dem Körper 4 ein Temperaturprofil einstellen, das sich an den Ein- bzw.

Austrittsseiten der äußeren Stirnfläche 2 des Körpers etwa auf Abgastemperatur befindet und zur Mitte hin steil auf ca. 350 bis 400°C ansteigt. Dadurch befindet sich ein Teil des Katalysators immer in einem optimalen Temperaturbereich für die NOx- Speicherung. Die rotierende Anordnung des Katalysators, d. h. des Körpers 4, sorgt für eine bestmögliche Wärmerückgewinnung nach dem Regeneratorprinzip. Bei ideaier Wärmedämmung und richtiger Dimensionierung und Rotationsgeschwindigkeit wird die einmal eingetragene Wärme das System nicht mehr verlassen. Die real auftretenden Wärmeverluste werden durch die Reaktionswärme, die bei der Schadstoffoxidation im Bereich T1 frei wird, ausgeglichen.

Zum Anfahren des kalten Systems muß in dem katalytisch aktiven Bereich T2 die Zündtemperatur von ca. 200°C erreicht werden. Hierfür kann in der Mitte des Körpers 4 ein elektrisches Heizelement 11 vorgesehen werden. Alternativ und/oder unterstützend kann die für die Schadstoffumsetzung erforderliche Temperatur auch durch geeignet gewählte motorische Parameter (insbesondere bei Common-Rail-Einspritzung beispielsweise durch die Variation des Einspritzzeitpunkts, des Einspritzverlaufs, der Einspritzmenge, und/oder Nacheinspritzung) erreicht werden. Nach Erreichen der Zündtemperatur werden die Maßnahmen beendet. Die weitere Temperaturanhebung findet nur noch durch eine kurzzeitig Erhöhung der Schadstoffkonzentrationen statt, die die Katalysatortemperatur durch die bei der Umsetzung der Schadstoffe im Bereich T1 freiwerdende Reaktionswärme anhebt. Diese Erhöhung der Schadstoffkonzentration kann entweder durch eine separate Kraftstoff-Eindosierung in der Mitte des Körpers 4 erfolgen, oder ebenfalls durch motorische Parameter herbei geführt werden.

Die Rotation des Körpers 4 wird durch einen geeigneten elektrischen oder mechanischen Antrieb (nicht dargestellt) realisiert. Dazu wird der Körper 4 auf einer drehbar gelagerten Welle oder Drehachse 9 montiert, welche vom oben genannten Antrieb in Rotation versetzt wird. Durch diese Welle 9 kann auch die zusätzliche Kraftstoffeinbringung vorgenommen werden. Bei Verwendung eines Elektromotors kann die Rotationsgeschwindigkeit mit Hilfe von geeigneten Informationen aus dem Motorsteuergerät an den Betriebszustand des Fahrzeugmotors angepaßt werden.

Ferner ist der Körper 4 in einem geeigneten feststehenden Gehäuse 10 angeordnet.

Die Regeneration des NOx-Speicherkatalysators erfolgt auf die bekannte Weise durch motorisches Anfetten des Abgases.

Bei Verwendung von schwefelhaltigem Kraftstoff muß von Zeit zu Zeit eine Desulfatierung des Katalysators durchgeführt werden, wie dies im vorangegangenen bereits beschrieben wurde. Dies geschieht auf thermischem Wege bei Temperaturen oberhalb 600°C. Wie bereits oben erwähnt, kann in dem beschriebenen System eine fast beliebige Temperaturanhebung durch Erhöhung der Schadstoffkonzentration bzw. deren Oxidation erreicht werden. Durch geeignete Steuerung von Rotationsgeschwindigkeit und der Schadstoffkonzentration kann der Katalysator für die erforderliche Zeit von mehreren Minuten auf den benötigten hohen Temperaturen gehalten werden. Wie bereits oben beschrieben ist der Energieaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Systemen deutlich geringer.

Es sind daher die folgenden Ausführungsformen der oben anhand zweier Beispiele beschriebenen Vorrichtung möglich : Vorrichtung mit einem im Abgasstrom drehbaren Körper 4 ohne katalytische Beschichtung und ohne Filter zum Erzeugen eines Temperaturmaximums in der Vorrichtung ; Vorrichtung mit einem im Abgasstrom drehbaren Körper 4 und einem im Körper 4 angeordneten Filter 6 zum Rußabbrand der Rußpartikel; Vorrichtung mit einem im Abgasstrom drehbaren Körper 4 und einer zumindest teilweisen katalytischen Beschichtung des Körpers 4 ; Vorrichtung mit einem im Abgasstrom drehbaren Körper 4, sowie einem im Körper 4 angeordneten Filter 6 und einer zumindest teilweisen katalytischen Beschichtung des Körpers.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Zuströmkanal 2 äußere Stirnfläche 3 Kanäle 4 Körper oder Rotor 5 innere Stirnfläche 6 Filter 7 axialer Hohlraum 8 Abströmkanal 9 Drehachse 10 Gehause 11 elektrisches Heizelement B1 erster Bereich B2 zweiter Bereich T1 innerer Kreisring T2 äußerer Kreisring