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DE10135646A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Reduzierung von Stichoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Reduzierung von Stichoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine

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DE10135646A1
DE10135646A1 DE10135646A DE10135646A DE10135646A1 DE 10135646 A1 DE10135646 A1 DE 10135646A1 DE 10135646 A DE10135646 A DE 10135646A DE 10135646 A DE10135646 A DE 10135646A DE 10135646 A1 DE10135646 A1 DE 10135646A1
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hydrogen
heat exchanger
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DE10135646A
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Uwe Benz
Berthold Keppeler
Andre Martin
Detlef Megede
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Mercedes Benz Fuel Cell GmbH
Original Assignee
Ballard Power Systems AG
Siemens VDO Electric Drives Inc
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine. Hierzu ist in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine ein Denox-Katalysator vorgesehen, in welchem die Stickoxide mit Hilfe von im Fahrzeug erzeugtem Wasserstoff reduziert werden. Erfindungsgemäß ist der Denox-Katalysator als Wärmetauscher ausgebildet und wird aktiv auf eine vorgegebene Temperatur gekühlt. Dadurch kann der Denox-Katalysator immer im Bereich optimaler Selektivität betrieben werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise 7 näher definierten Art.
  • Aufgrund des bei Dieselmotoren normalerweise immer vorhandenen Luftüberschusses im Abgas ist eine komplette Entfernung aller relevanten gasförmigen Schadstoffkomponenten, wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe oder Stickoxide, mit den bei Ottomotoren seit Jahren zum Stand der Technik zählenden 3-Wege-Katalysatoren nicht möglich. Zwar existiert auch beim Dieselmotor ein grundsätzliches Potential an reduzierenden Stoffen im Abgas, wie Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe. Deren Konzentration steht aber in einem unzureichenden Verhältnis zum Anteil der zu reduzierenden Stickoxide. Dieses Problem tritt auch bei mager betriebenen Ottomotoren auf. Ein zusätzliches Problem ist die relativ niedrige Abgastemperatur.
  • Zukünftige Abgasgrenzwerte verlangen einen Umsatz der im Abgas enthaltenen Stickoxide von über 80%, was bisher nur sehr schwer erreicht werden kann.
  • Eine Möglichkeit, die Stickoxide aus den Abgasen zu entfernen, bieten die sogenannten SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction), bei denen unter Zuhilfenahme eines zugesetzten Reduktionsmittels, beispielsweise Kraftstoff, Kohlenmonoxid, Ammoniak, Harnstoff oder Wasserstoff, katalytisch und selektiv die Stickoxide im Abgasstrang zu Stickstoff reduziert werden. Bei der Reduktion mit zudosiertem Kraftstoff ist der Umsatz der Stickoxide nicht ausreichend. Außerdem entstehen zum Teil stark erhöhte Kohlenwasserstoff-Emissionen.
  • Die Bereitstellung eines zusätzlichen Reduktionsmittels, beispielsweise Ammoniak oder Harnstoff, erfordert einen zusätzlichen Tank und zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen. Entsprechende Probleme treten auch bei der Mitnahme von Wasserstoff in Druck- oder Flüssigkeitstanks auf. Deshalb wird momentan Wasserstoff, welcher im Fahrzeug aus dem für die Brennkraftmaschine vorhandenen Kraftstoff katalytisch oder thermisch erzeugt wird, als ideales Reduktionsmittel angesehen, speziell auch für den Kaltstart.
  • Aus der EP 0 537 968 B1 ist eine Vorrichtung zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas von Brennkraftmaschinen bekannt. Dort ist in der Abgasleitung ein Denox-Katalysator angeordnet. Wasserstoff wird aus dem Kraftstoff der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Wasserstofferzeugers im Fahrzeug erzeugt und stromauf des Denox-Katalysators in die Abgasleitung gegeben.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas von Brennkraftmaschinen mit verbessertem Umsetzungsgrad zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beziehungsweise 7 genannten Merkmale gelöst.
  • Durch die Verwendung eines Wärmetauscheraufbaus mit aktiver Kühlung des Denox-Katalysators kann in jedem Betriebszustand ein ideales Temperaturniveau für die Reduktionsreaktion eingestellt werden. Dadurch wird die Selektivität der Reaktion verbessert. Dies führt zum einen zu einem erhöhten Umsetzungsgrad für die Stickoxidreduzierung. Gleichzeitig wird aber auch weniger Wasserstoff und somit auch weniger zusätzlicher Kraftstoff benötigt, so daß gleichzeitig auch der Verbrauch reduziert werden kann. Weiterhin kann die Reaktion im Denox-Katalysator auch bei hohen zudosierten Wasserstoffmengen noch thermisch kontrolliert werden.
  • Durch die Verwendung des für die Brennkraftmaschine vorgesehenen Kraftstoffes kann auf einen zusätzlichen Tank und somit auf zusätzlichen Bauraum und Gewicht verzichtet werden.
  • Durch den Einsatz eines Temperatursensors kann eine sehr einfache und exakte Regelung der Temperatur im Denox- Katalysator realisiert werden. Die mehrstufige Ausbildung des Denox-Katalysators weist Vorteile hinsichtlich des Stickoxidumsatzes auf.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen.
  • Die Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Diesel- und Ottomotoren.
  • Eine Brennkraftmaschine 1 wird aus einem Kraftstofftank 2 über eine erste Kraftstoffleitung 3 mit Kraftstoff und über eine Ansaugleitung 4 mit Luft versorgt. Der Kraftstoff wird in der Brennkraftmaschine 1 zusammen mit der Luft verbrannt und das dabei entstehende Abgas über eine Abgasleitung 5 abgeführt. In der Abgasleitung 5 ist ein sogenannter Denox- Katalysator 6 angeordnet, in dem die im Abgas enthaltenden Stickoxide mit Hilfe eines Reduktionsmittels an einem geeigneten Katalysator umgesetzt werden. Als Reduktionsmittel wird Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Gas verwendet, welches über eine Wasserstoffzuführleitung 7 stromauf des Denox-Katalysators 6 in die Abgasleitung 5 eingebracht wird. Neben dem Denox-Katalysator 6 können in der Abgasleitung 5 noch weitere nicht dargestellte Komponenten, beispielsweise weitere Oxidationskatalysatoren oder ein Abgasschalldämpfer angeordnet sein.
  • Das wasserstoffreiche Gas wird im Fahrzeug aus dem für die Brennkraftmaschine 1 verwendeten Kraftstoff in einem Wasserstofferzeugungsreaktor 8 hergestellt. Der Kraftstoff wird dem Wasserstofferzeugungsreaktor 8 aus dem Kraftstofftank 2 über eine zweite Kraftstoffleitung 9 zugeführt. Dort wird der Kraftstoff, eventuell unter Zuführung weiterer Edukte wie Wasser oder ein sauerstoffhaltiges Medium, mittels an sich bekannten Verfahren zu einem wasserstoffhaltigen Gas umgesetzt. Hierbei handelt sich vorzugsweise um ein sogenanntes Synthesegas, also ein Gemisch im wesentlichen bestehend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Es ist aber auch möglich, nach dem Wasserstofferzeugungsreaktor 8 eine nicht dargestellte Gasreinigungs- oder Gastrenneinheit vorzusehen, so daß über die Wasserstoffzuführleitung 7 ein Gas mit erhöhtem Wasserstoffanteil oder auch weitestgehend reiner Wasserstoff in die Abgasleitung 5 geführt wird. In dem Wasserstofferzeugungsreaktor 8 wird vorzugsweise eine katalytische partielle Oxidation durchgeführt. Prinzipiell kann aber auch zusätzlich zur partiellen Oxidation oder an deren Stelle eine thermische Pyrolyse (nachteilig wegen der Rußbildung) und/oder eine Wasserdampfreformierung (nachteilig wegen des zusätzlich benötigten Wassers) durchgeführt werden. Eine oder mehrere sogenannter Shiftstufen zur Erhöhung des Wasserstoffanteils bei gleichzeitiger Reduzierung des Kohlenmonoxidanteils können ebenfalls vorgesehen werden.
  • Im Denox-Katalysator 6 werden die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit Hilfe des zugegebenen Wasserstoffs selektiv an dem vorhandenen Katalysator zu Stickstoff reduziert, so daß keine oder nur noch eine geringe Menge an Stickoxiden an die Umgebung abgegeben wird. Solche Denox-Katalysatoren sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Denox-Katalysator 6 auf einer Seite eines Wärmetauschers 10 angeordnet. Auf der anderen Seite 11 des Wärmetauschers 10 wird ein Kühlmittel geführt. Dieses wird mit Hilfe einer Kühlmittelleitung 12, in der eine Ventileinrichtung 13 vorgesehen ist, der Kühlseite 11 des Wärmetauschers 10 zu- und nach dem Durchströmen wieder abgeführt. Die Ventileinrichtung 13 ist vorzugsweise stromauf des Wärmetauschers 10 in der Kühlmittelleitung 12 angeordnet.
  • Bei dem Kühlmittel handelt es sich bevorzugt um ein gasförmiges Medium. Bevorzugt kann hierzu die Ansaugluft der Brennkraftmaschine oder mittels eines Gebläses geförderte Luft verwendet werden. Auch eine Kühlung mittels Abgasrückführung oder mit Hilfe des flüssigen Kühlmediums der Brennkraftmaschine ist möglich. Das Kühlmedium kann hierbei im Wärmetauscher 10 auf der Kühlseite 11 im Gegenstrom, Gleichstrom und/oder Kreuzstrom zum Abgas im Denox- Katalysator 6 geführt werden.
  • Mit Hilfe der Ventileinrichtung 13 kann der Kühlmittelstrom durch die Kühlseite 11 des Wärmetauschers 10 und damit die Temperatur in der katalytischen Reaktionszone des Denox- Katalysators 6 eingestellt werden. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel im Denox-Katalysator 6 ein Temperatursensor 15 angeordnet. Der Temperatursensor 15 kann aber gegebenenfalls auch stromab des Denox-Katalysators 6 in der Abgasleitung 5 angeordnet sein. Dieser Temperatursensor 15 liefert die gemessene Temperatur über eine Meßleitung 16 an ein Steuergerät 14. Dort wird auf der Basis dieser gemessenen Temperatur eine geeignete Einstellung für die Ventileinrichtung 13 ermittelt und über eine Steuerleitung 17 an die Ventileinrichtung 13 übergeben. Dadurch kann die Temperatur im Denox-Katalysator 6 in jedem Betriebszustand auf eine vorgegebene Temperatur eingestellt werden.
  • Wie ein Gebläse zur Zufuhr von Kühlluft verwendet, so kann über die Gebläsedrehzahl der gewünschte Kühlmittelstrom eingestellt und auf die Ventileinrichtung 13 verzichtet werden. Ansonsten können bekannte Lüftungsklappen oder herkömmliche Ventile als Ventileinrichtung 13 eingesetzt werden. Unter Umständen kann auch auf die Ventileinrichtung 13 ganz verzichtet werden. Zum Beispiel bei optimierter Gestaltung des Denox-Katalysators 6 oder bei einem optimalen beziehungsweise lastabhängig gesteuerten Überschuß an Wasserstoff.
  • Der benötigte Wasserstoff kann bedarfsgerecht im Wasserstofferzeugungsreaktor 8 aus dem vorhandenen Kraftstoff erzeugt werden. Im Vergleich zu der direkten Zuführung von Kraftstoff in die Abgasleitung kann es durch die separate Wasserstofferzeugung nicht zu zusätzlichen Kohlenwasserstoffemissionen kommen. Es kommt lediglich zu einem geringen zusätzlichen Kraftstoffverbrauch. Auch die Zusammensetzung des aus dem Wasserstofferzeugungsreaktor 8 austretenden wassestoffhaltigen Gas (zum Beispiel Gehalt an Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Methan) kann in einem gewissen Rahmen durch eine Variation der Betriebsparameter und damit verbunden durch eine Veränderung der thermodynamischen Gleichgewichtslage optimal an den Bedarf des Denox- Katalysators 6 angepaßt werden. Hierzu können, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, entsprechende Meß- und Steuerleitungen 18, 19 zwischen dem Wasserstofferzeugungsreaktor 8 und dem Steuergerät 14 vorgesehen werden. Zusätzlich kann das Steuergerät auch noch über weitere Meßeingänge verfügen.
  • Es ist bekannt, daß Wasserstoff bei Temperaturen unter 200°C bezüglich der Denoxierung eine sehr hohe Selektivität aufweist, bei höheren Temperaturen jedoch nahezu komplett mit der überschüssigen Luft im Abgas verbrannt wird. Weiterhin ist bekannt, daß die Reaktion von Stickoxid mit Wasserstoff exotherm abläuft. Zusätzlich wird üblicherweise auch ein Teil des Wasserstoffs und des Kohlenmonoxids mit dem vorhandenen Sauerstoff unter Wärmefreisetzung oxidiert. Ohne aktive Kühlung heizt sich daher der Denox-Katalysator 6 und der Gasstrom durch die genannten Reaktionen auf und die Selektivität gegenüber der Stickoxidreduzierung verringert sich. Um dies zu verhindern wird der Denox-Katalysator 6 auf der Kühlseite 11 des Wärmetauschers 10 aktiv gekühlt und so durch eine passende Einstellung des Kühlmittelstromes der Denox-Katalysator 6 auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten. Neben der Verwendung des dargestellten Wärmetauscheraufbaus können natürlich auch andere bekannte Kühlelemente zur Kühlung des Denox-Katalysators 6 eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Temperierung des Denox- Katalysators 6 kann somit immer eine hohe Selektivität gegenüber der Stickoxidreduzierung erreicht werden. Dadurch ist es auch möglich, solche Katalysatoren einzusetzen, die nur in einem sehr engen Temperaturbereich eine ausreichende Selektivität aufweisen.
  • Das eigentliche Katalysatormaterial kann in Form von katalytisch aktiven Elementen (z. B. Pellets, Vliese) oder als Beschichtung auf Reaktorwände oder Einlegeteile (z. B. Turbulenzerzeuger, Abstandshalter) eingebracht werden. Gegebenenfalls kann die Katalysatorbeladung zur Anpassung der Wärmeübertragungseigenschaften und der katalytischen Eigenschaften über die Lauflänge variiert werden. Dadurch kann ein für die Reaktion gewünschtes Temperaturprofil eingestellt werden.
  • Neben der im Ausführungsbeispiel gezeigten einstufigen Ausführung des Denox-Katalysators 6 kann dieser auch mehrstufig ausgebildet sein. Das Reduktionsmittel wird dann mehrfach zudosiert, jeweils in eine adiabate Stufe mit nachfolgender Zwischenkühlung im Wärmetauscher.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine (1), mit einem in einer Abgasleitung (5) der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Denox- Katalysator (6), mit einem Wasserstofferzeugungsreaktor (8), in dem aus einem Kraftstoff ein wasserstoffhaltiges Gas erzeugt wird, mit einer Wasserstoffzuführleitung (7), welche den Wasserstofferzeugungsreaktor (8) mit der Abgasleitung (5) stromauf des Denox-Katalysators (6) verbindet dadurch gekennzeichnet, daß der Denox-Katalysator (6) als Wärmetauscher (10) ausgebildet ist, wobei eine Seite (6) des Wärmetauschers (10) mit einem Katalysator zur Reduktion der Stickoxide beladen und vom Abgas durchströmt ist, wobei die andere Seite (11) des Wärmetauschers (10) von einem Kühlmittel durchströmt ist, und wobei Mittel (13, 14, 15) zur Einstellung einer vorgegebenen Temperatur im Denox-Katalysator (6) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlseite (11) des Wärmetauschers (10) in den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine (1) integriert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlseite (11) des Wärmetauschers (10) von der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Ansaugluft, von einem mittels eines Gebläses zugeführten Luftstromes oder von einem in die Brennkraftmaschine (1) zurückgeführten Teilabgasstrom durchströmt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraftstofftank (2) zur gemeinsamen Versorgung der Brennkraftmaschine (1) und des Wasserstofferzeugungsreaktors (8) mit Kraftstoff vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Denox-Katalysator (6) oder in der Abgasleitung (5) stromab des Denox-Katalysators (6) ein Temperatursensor (15) vorgesehen ist, daß in einer Kühlmittelleitung (12) zur Versorgung der Kühlseite (11) des Wärmetauschers (10) eine Ventileinrichtung (13) vorgesehen ist, und daß ein Steuergerät (14) zur Einstellung der Ventileinrichtung (13) in Abhängigkeit vom Meßsignal des Temperatursensors (15) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Denox-Katalysator (6) mehrstufig ausgebildet ist, wobei jeweils stromauf der Stufen eine Wasserstoffzuführleitung (7) vorgesehen ist.
7. Verfahren zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Stickoxide in einem in einer Abgasleitung (5) der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Denox-Katalysator (6) mit Hilfe eines wasserstoffhaltigen Gases reduziert werden, welches im Fahrzeug aus einem Kraftstoff erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Denox-Katalysator (6) mit Hilfe einer Kühlvorrichtung (10, 11) auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleistung der Kühlvorrichtung (10, 11) in Abhängigkeit der Temperatur im Denox-Katalysator (6) eingestellt wird.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10315593A1 (de) * 2003-04-05 2004-10-28 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
WO2005005027A1 (de) * 2003-07-14 2005-01-20 Alpps Fuel Cell Systems Gmbh VERFAHREN ZUR KATALYTISCHEN NOx-REDUKTION IN ABGASEN EINER WÄRMEKRAFTMASCHINE UND VORRICHTUNG HIERZU
DE10341143A1 (de) * 2003-09-06 2005-04-07 Fev Motorentechnik Gmbh Partikelfilterregeneration
DE102007039081A1 (de) * 2007-08-18 2009-02-19 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennkraftmaschinensystem
US8015803B2 (en) 2006-06-03 2011-09-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengellschaft Operating method for a system composed of a reformer and a catalytic exhaust gas aftertreatment device
CN103670630A (zh) * 2012-08-29 2014-03-26 通用汽车环球科技运作有限责任公司 基于催化剂温度控制催化换热器的流体流动的系统和方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1594594B1 (de) * 2003-02-12 2012-05-23 Delphi Technologies, Inc. Vorrichtung zur verminderung von stickoxiden
US7188469B2 (en) 2003-12-29 2007-03-13 Delphi Technologies, Inc. Exhaust system and methods of reducing contaminants in an exhaust stream
US7240484B2 (en) 2003-12-29 2007-07-10 Delphi Technologies, Inc. Exhaust treatment systems and methods for using the same
US20060248876A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-09 Taxon Morse N Selective catalytic reduction exhaust after-treatment
US7402292B2 (en) 2005-09-19 2008-07-22 Delphi Technologies, Inc. Device and methods of ammonia generation for NOx abatement
US20100140137A1 (en) * 2008-12-10 2010-06-10 Deluga Gregg A Fuel conversion system, apparatus, and method
US8745974B2 (en) * 2012-01-31 2014-06-10 Caterpillar Inc. Exhaust system
US11268415B2 (en) * 2017-06-02 2022-03-08 Volvo Truck Corporation Method for controlling the temperature of a NOx controlling component and an exhaust after treatment system
CN115234346A (zh) * 2022-06-27 2022-10-25 中国第一汽车股份有限公司 氢能内燃机后处理系统及具有其的车辆

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3920159A1 (de) * 1989-06-20 1991-01-10 Emitec Emissionstechnologie Beheizung eines kraftfahrzeuges durch einen katalysator mit waermetauscher
DE4215942A1 (de) * 1991-05-14 1992-12-03 Hitachi Ltd Vorrichtung zur ueberwachung der abgaskonzentration
EP0537968A1 (de) * 1991-10-16 1993-04-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Einrichtung zur Minderung von Stickstoffoxiden in Rauchgasen aus Brennkraftmaschinen
US5899063A (en) * 1994-11-23 1999-05-04 Tezet-Service Ag Water-cooled catalyst system
DE29817756U1 (de) * 1998-09-29 1999-05-06 Duensing, Gunther, 30167 Hannover Abgasleitungsanordnung mit Wärmetauscher-Katalysator-Einheit

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4033133A (en) * 1976-03-22 1977-07-05 California Institute Of Technology Start up system for hydrogen generator used with an internal combustion engine
JPS6032919A (ja) 1983-08-03 1985-02-20 Nippon Soken Inc モノリス触媒コンバ−タ
US5477676A (en) * 1988-04-15 1995-12-26 Midwest Research Institute Method and apparatus for thermal management of vehicle exhaust systems
US5201802A (en) * 1991-02-04 1993-04-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for an internal combustion engine
US5272871A (en) * 1991-05-24 1993-12-28 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Method and apparatus for reducing nitrogen oxides from internal combustion engine
US5524432A (en) * 1991-08-01 1996-06-11 Air Products And Chemicals, Inc. Catalytic reduction of nitrogen oxides in methane-fueled engine exhaust by controlled methane injections
US5813222A (en) * 1994-10-07 1998-09-29 Appleby; Anthony John Method and apparatus for heating a catalytic converter to reduce emissions
US6471924B1 (en) * 1995-07-12 2002-10-29 Engelhard Corporation Method and apparatus for NOx abatement in lean gaseous streams
JPH0932540A (ja) * 1995-07-13 1997-02-04 Hino Motors Ltd ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置
US5921076A (en) * 1996-01-09 1999-07-13 Daimler-Benz Ag Process and apparatus for reducing nitrogen oxides in engine emissions
JP3509426B2 (ja) * 1996-05-24 2004-03-22 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス浄化装置
US5802846A (en) * 1997-03-31 1998-09-08 Caterpillar Inc. Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine
DE19721439C2 (de) 1997-05-21 1999-05-27 Degussa Zusatzheizung für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren
DE19746658A1 (de) * 1997-10-22 1999-04-29 Emitec Emissionstechnologie Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Temperaturbereiches eines NOx-Speichers in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors
US5987885A (en) * 1998-01-29 1999-11-23 Chrysler Corporation Combination catalytic converter and heat exchanger that maintains a catalyst substrate within an efficient operating temperature range for emmisions reduction
US6202406B1 (en) 1998-03-30 2001-03-20 Heralus Electro-Nite International N.V. Method and apparatus for catalyst temperature control
US6122909A (en) * 1998-09-29 2000-09-26 Lynntech, Inc. Catalytic reduction of emissions from internal combustion engines
JP3642273B2 (ja) * 1999-10-21 2005-04-27 日産自動車株式会社 排気ガス浄化システム
FR2801340B1 (fr) * 1999-11-22 2002-02-15 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de refroidissement selectif de gaz d'echappement du moteur d'un vehicule automobile
JP4372294B2 (ja) 1999-12-07 2009-11-25 株式会社ティラド 触媒一体型排気熱交換器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3920159A1 (de) * 1989-06-20 1991-01-10 Emitec Emissionstechnologie Beheizung eines kraftfahrzeuges durch einen katalysator mit waermetauscher
DE4215942A1 (de) * 1991-05-14 1992-12-03 Hitachi Ltd Vorrichtung zur ueberwachung der abgaskonzentration
EP0537968A1 (de) * 1991-10-16 1993-04-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Einrichtung zur Minderung von Stickstoffoxiden in Rauchgasen aus Brennkraftmaschinen
US5899063A (en) * 1994-11-23 1999-05-04 Tezet-Service Ag Water-cooled catalyst system
DE29817756U1 (de) * 1998-09-29 1999-05-06 Duensing, Gunther, 30167 Hannover Abgasleitungsanordnung mit Wärmetauscher-Katalysator-Einheit

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 2001164932 A.,In: Patent Abstracts of Japan *
JP 60032919 A.,In: Patent Abstracts of Japan *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10315593A1 (de) * 2003-04-05 2004-10-28 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
DE10315593B4 (de) * 2003-04-05 2005-12-22 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
US8181445B2 (en) 2003-04-05 2012-05-22 Daimler Ag Device and method for exhaust gas aftertreatment
WO2005005027A1 (de) * 2003-07-14 2005-01-20 Alpps Fuel Cell Systems Gmbh VERFAHREN ZUR KATALYTISCHEN NOx-REDUKTION IN ABGASEN EINER WÄRMEKRAFTMASCHINE UND VORRICHTUNG HIERZU
DE10341143A1 (de) * 2003-09-06 2005-04-07 Fev Motorentechnik Gmbh Partikelfilterregeneration
US8015803B2 (en) 2006-06-03 2011-09-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengellschaft Operating method for a system composed of a reformer and a catalytic exhaust gas aftertreatment device
DE102007039081A1 (de) * 2007-08-18 2009-02-19 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennkraftmaschinensystem
CN103670630A (zh) * 2012-08-29 2014-03-26 通用汽车环球科技运作有限责任公司 基于催化剂温度控制催化换热器的流体流动的系统和方法
CN103670630B (zh) * 2012-08-29 2016-12-28 通用汽车环球科技运作有限责任公司 基于催化剂温度控制催化换热器的流体流动的系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US7152394B2 (en) 2006-12-26
WO2003009925A1 (en) 2003-02-06
US20050126158A1 (en) 2005-06-16

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