DE19834541C2

DE19834541C2 - Abgasanlage

Info

Publication number: DE19834541C2
Application number: DE19834541A
Authority: DE
Inventors: Alfred Buck; Axel Hartenstein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2018-08-01
Also published as: WO2000008314A1; AU6187699A; DE19834541A1

Abstract

Eine Abgasanlage, die nach dem SCR-Katalysatorprinzip arbeitet, enthält eine Eindüseinrichtung für eine chemische Verbindung, die Ammoniak enthält oder in der Abgasumgebung Ammoniak abspaltet. Stromabwärts der Eindüseinrichtung befindet sich eine Katalysatoranordnung, bei der das Substrat für den Katalysator von einem Gestrick gebildet ist. Die Fäden des Gestricks sind mit dem Katalysatormaterial beschichtet, das vorzugsweise Vanadiumpentoxid ist.

Description

Bei der geschlossenen Verbrennung, wie sie in Verbren nungsmotoren vorliegt, entstehen bekanntermaßen unerwünsch te Nebenprodukte und bei erhöhten Temperaturen Stickoxide. Bedauerlicherweise erhöht sich der Anteil an Stickoxiden dann, wenn der Motor hinsichtlich des Verbrauches an Kraft stoff besonders wirtschaftlich eingestellt wird.

Um das Stickoxid aus dem Abgasstrom weitgehend zu be seitigen, werden sogenannte SCR-Katalysatoren angewendet, wie sie in der EP 0 558 452 beschrieben sind. SCR-Kataly satoren eignen sich insbesondere dafür, sehr hohe Stickoxidanteile praktisch vollständig zu beseitigen. Bei hohen Stickoxidbelastungen des Abgases arbeiten sie wirk samer als Katalysatoren, bei denen das Katalysatormaterial fest auf einem Substrat sitzt. Außerdem haben SCR-Kataly satoren Vorteile bei Verbrennungsmotoren, die einen be trächtlichen Rußanteil haben, weil der Rußanteil sich bei den Katalysatoreinrichtungen mit auch in der Oberfläche aufgebrachtem Katalysatormaterial auf dem Katalysatormate rial niederschlägt und es unwirksam macht. Deswegen sind SCR-Katalysatoreinrichtungen besonders bei Dieselmotoren von Vorteil.

Bei der Anlage, wie sie in der EP 0 558 452 beschrie ben ist, wird in den Abgasstrom eine Lösung aus 40% Harn stoff und 60% Wasser eingedüst.

Der mit dem Harnstoff beladene Abgasstrom gelangt in eine Verwirbelungseinrichtung, in der eine besonders gute Durchmischung des Abgasstroms mit der Lösung erzielt werden soll. Gleichzeitig wird in der Verwirbelungseinrichtung die Tröpfchengröße der eingebüßten Lösung verkleinert, um eine entsprechende Oberflächenvergrößerung zu bekommen. An die ser Stelle reagiert bereits ein Teil des NOX mit dem Ammo niak. An den Ausgang der Verwirbelungseinrichtung schließt sich ein Reduktionskatalysator an, dessen Substrat mit Va nadiumpentoxid oder Platin beschichtet ist. Das Substrat dieses Katalysators ist ein Monolith mit einer Vielzahl von Gaskanälen.

Trotz beträchtlicher räumlicher Abmessungen dieses Reduktionskatalysators ist die Verweilzeit des Abgasstroms in dem Oxidationskatalysator zu gering als dass der gesamte in dem Abgas enthaltene Ruß und das Kohlenmonoxid beseitigt werden könnten. Es ist deswegen bei der bekannten Anordnung dem Reduktionskatalysator noch ein Oxidationskatalysator nachgeschaltet, dessen Substrat ebenfalls ein Lochstein ist, der mit Platin oder Palladium beschichtet ist.

Die große Anzahl von Katalysatoren ist außerdem er forderlich, um sicherzustellen, dass kein freies Ammoniak am Auspuffaustritt, d. h. das gesamte Ammoniak in der ge wünschten Weise mit dem Stickoxid in dem Gasstrom reagiert hat.

Aus der DE-C-43 03 850 ist ein trocken arbeitender Stickoxidkatalysator bekannt, bei dem das Substrat für das Katalysatormaterial ein Mineralfasergestrick ist. Das Ge strick ist mit Platin beschichtet.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Abgasanlage für Verbrennungsmotoren zu schaffen, die hin sichtlich des Ammoniakverbrauches günstiger ist und gerin gere Abmessungen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Abgas anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Verwendung einer Katalysatoreinrichtung, deren Substrat aus Fasern besteht, führt zu einer wesentlichen Oberflächenvergrößerung und hierdurch werden zwei wesent liche Vorteile erreicht:

Zufolge der größeren Oberfläche kann wirksamer das Kohlenmonoxid durch Katalyse in das ungefährliche Kohlen dioxid umgesetzt werden. Der austretende Abgasstrom ist praktisch vollkommen frei von Kohlenmonoxid.

Außerdem wirkt gleichzeitig die auf Faserbasis aufge baute Katalysatoreinrichtung als Partikel- oder Rußfilter, in dem der Ruß gefangen wird und mit Hilfe der katalyti schen Beschichtung ebenfalls zu Kohlendioxid oxidiert wird. Schließlich wirken die Fasern mit der katalytischen Be schichtung als gleichsame Träger für die bis dahin noch nicht verbrauchte Menge an ammoniakhaltiger Lösung, die sich extrem fein auf den Fasern niederschlägt und dadurch eine sehr große Reaktionsoberfläche für noch vorhandenes Stickoxid bildet.

Da nur eine Katalysatoreinrichtung vorhanden ist, wird die Abgasanlage volumenmäßig sehr klein.

Um das Herauslösen von Fasern zu verhindern, sind die Fasern vorzugsweise zu einem textilen Flächengebilde ver arbeitet, in dem sie fest verankert sind. Es hat sich he rausgestellt, dass ein Gestrick ein für Katalysatoren be sonders geeignetes textiles Flächengebilde ist, das die Fasern sehr gut festhält und sich auch bei Fadenbrüchen nicht auflöst. Ein Gestrick lässt sich auch bei störrischen Fasern sehr gut legen, ohne unerwünschte Kleinfalten zu bilden, die großvolumige Gaskanäle entstehen lassen, durch die das Abgas ungereinigt hindurchströmen kann.

Ein besonders guter Filter- und Katalysatoreffekt wird erreicht, wenn das Gestrick Lagen bildet, die unmittelbar aufeinander liegen und gegebenenfalls vorzugsweise längs einer Kante miteinander verbunden sind.

Derartige Lagen werden erhalten, wenn das Gestrick als Endlosschlauchware hergestellt wird, die sodann zu einem Band flachgelegt wird. Das erhaltene doppellagige Band wird zickzackförmig gefaltet, um die gewünschten aufeinander gestapelten Lagen zu erhalten. In der Katalysatoreinrich tung wird der so erhaltene Stapel aus Gestricklagen in ei ner Weise angeordnet, dass der Gasstrom gezwungen wird, zwischen den Lagen des Gestricks hindurchzuströmen.

Eine andere Möglichkeit die gewünschten Gestricklagen zu erhalten, besteht darin, den Gestrickschlauch in Schlauchlängsrichtung zu stauchen, wodurch ringförmige La gen entstehen, die ebenfalls übereinander liegen und an der Innen- und Außenkante miteinander verbunden sind.

Beide Konfigurationen führen zu einer relativ großen Wanddicke in Strömungsrichtung und dementsprechend zu einer guten Filter- und Katalysatorwirkung. Andererseits ist der Strömungswiderstand und damit der Rückstau zum Ver brennungsmotor hin gering.

Das Gestrick kann aus metallischen und/oder minerali schen Fasern hergestellt sein, die entsprechend mit Kata lysatormaterial bspw. Vanadiumpentoxid beschichtet sind oder diese Material enthalten.

Je besser die Verteilung des das Ammoniak abgebenden Stoffes in dem Abgasstrom ist, umso besser wird auch die Reinigung des Abgases von dem belastenden Stickoxid. Es hat sich deswegen als zweckmäßig erwiesen, beim Eindüsen be reits möglichst kleine Tröpfchen zu erzeugen. Dies lässt sich erreichen, wenn das Eindüsen gemeinsam mit Luft er folgt, wobei gleichzeitig der notwendige Luftbedarf im Ab gasstrom erzeugt werden kann. Eine Düse, die sehr günstige Eigenschaften hat, weist schlitzförmige Auslässe für die Luft und im Wesentlichen kreisförmige Auslässe für das Am moniak abgebende Mittel auf, wobei die schlitzförmigen Dü senauslässe für das Ammoniak abgebende Mittel umgeben.

Da Ammoniak selbst giftig ist, ist es von Vorteil, den Ammoniak nicht in unmittelbarer Form im Fahrzeug oder in der Nähe des Verbrennungsmotors bereitzuhalten. Bereits die kleinsten Leckagen könnten zu einer Gefährdung führen. Es ist deswegen günstiger, anstelle von Ammoniak Harnstoff oder Harnstoffkarbamat oder andere Verbindungen zu verwen den, bei denen kein freier Ammoniak vorhanden ist und die den Ammoniak erst bei Erwärmung entstehen lassen. Die Handhabung wird dadurch wesentlich ungefährlicher.

Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegen stand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Abgasanlage gemäß der Erfindung in einem schematisierten Längsschnitt

Fig. 2a, b ein erstes Ausführungsbeispiel für den Aufbau des Katalysators

Fig. 3a, b ein zweites Ausführungsbeispiel für den Aufbau des Katalysators

Fig. 4 die Düse, Eindüseinrichtung in einem schemati sierten Längsschnitt und

Fig. 5 die Düse nach Fig. 4 in einer Draufsicht auf die Auslassseite.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Abgasanlage 1 für einen Verbrennungsmotor 2, der vorzugs weise ein Dieselmotor ist. Zu der Abgasanlage 1 gehört ein Abgaskanal 3, der an seinem stromaufwärts gelegenen Ende in einen Abgaskrümmer 4 übergeht, der mit den Auslässen des Dieselmotors 2 verbunden ist. Stromabwärts des Auspuffs krümmers 4 mündet in den Gaskanal 3 eine Eindüseinrichtung 5.

Die Eindüseinrichtung 5 dient dazu, ein Reaktionsmit tel, das Ammoniak enthält oder sich in Ammoniak aufspaltet, in den Abgaskanal 3 einzudüsen.

Stromabwärts enthält der Abgaskanal 3 mehrere hinter einander angeordnete Verwirbelungseinrichtungen 6, 7 und 8.

Der aus der letzten Verwirbelungseinrichtung 8 aus tretende Gasstrom gelangt schließlich in eine Katalysator einrichtung 9. Nach dem Durchströmen der Katalysatorein richtung 9 wird der gereinigte Abgasstrom über eine Öffnung 11 ins Freie abgeblasen.

Mit der Kurbelwelle des Dieselmotors 2 ist ein Dreh zahlgeber 12 mittelbar oder unmittelbar gekuppelt, der über eine Signalleitung 13 ein der Motordrehzahl proportionales Signal abgibt. Das Signal gelangt in eine Wandlerschaltung 14, die auf einer elektrischen Leitung 15 ein Steuersignal an eine Steuerschaltung 16 abgibt. Die Steuerschaltung 16 dient dazu, eine Flüssigkeitspumpe 17 sowie einen Kompres sor 18 zu steuern. Hierzu ist die Flüssigkeitspumpe 17 über eine elektrische Leitung 18 mit der Steuerschaltung 16 ver bunden und der Kompressor 18 über eine elektrische Leitung 21. Zumindest die Flüssigkeitspumpe 17 ist in einer Bauart ausgeführt, die eine kontinuierliche Verstellung des Volu menstroms gestattet.

Die Flüssigkeitspumpe 17 weist zwei Anschlüsse 22 und 23 auf, wobei der Anschluss 22 auf der Saugseite und der Anschluss 23 auf der Druckseite liegt. Der Sauganschluss 22 ist über eine Rohrleitung 24 mit einem Vorratsbehälter 25 verbunden. In dem Vorratsbehälter 25 befindet sich eine wässrige Lösung, die sich z. B. aus 40% Harnstoff und 60% Wasser zusammensetzt. Mit Hilfe einer weiterhin in den Vor ratsbehälter mündenden Füllleitung 26, die über ein Ab sperrventil 27 abzusperren ist, kann die wässrige Harns tofflösung in den Vorratsbehälter 25 nachgefüllt werden.

Der Druckanschluss 23 steht über eine Rohrleitung 28 mit einer Zerstäuberdüse 29 strömungsmäßig in Verbindung. Die Zerstäuberdüse 25 ist dazu eingerichtet, die wässrige Harnstofflösung möglichst fein verteilt zu zerstäuben, und außerdem hat sie die Aufgabe, zusätzliche Luft in den Ab gaskanal 3 einzuführen, die ebenfalls gut mit dem Abgass trom vermischt werden soll. Die Zerstäuberdüse 29 enthält deswegen einen weiteren Satz Düsenöffnungen, die über eine Leitung 31 mit einen Druckanschluss 32 des Kompressors 18 verbunden sind. Der Kompressor 18 saugt Umluft ein und drückt sie in die Leitung 31.

Die stromabwärts der Zerstäuberdüse 29 angeordneten Verwirbelungseinrichtungen 6, 7 und 8 sind im Wesentlichen verwinkelt angeordnete Prallbleche, deren Zweck darin be steht, die Verteilung der verdüsten Harnstofflösung zu ver bessern, d. h. den Abgasstrom noch gleichmäßiger mit der verdüsten wässrigen Lösung zu durchmischen und gleichzeitig gegebenenfalls die Tröpfchengröße zu verringern. Dadurch soll eine große Oberfläche geschaffen werden, an der die Stickoxide des Abgasstromes mit dem Ammoniak reagieren kön nen.

Die Katalysatoreinrichtung 9 besteht aus einem Mine ralfasergestrick, dessen Fasern mit Vanadiumpentoxid be schichtet sind.

Der Aufbau der Katalysatoreinrichtung 9, die in Fig. 1 nur sehr schematisch angedeutet ist, ist in den Fig. 2a und 2b genauer dargestellt.

Das Substrat für das Katalysatormaterial Vanadiumpent oxyd besteht, wie Fig. 2a erkennen lässt, aus einem rund gestrickten Schlauch 33, in dem andeutungsweise Maschen 34 gezeigt sind. Die Maschen 34 bilden Maschenreihen 35, die in Umfangsrichtung des gestrickten Schlauches 33 verlaufen und sogenannte Maschenstäbchen 36, die in Längsrichtung des gestrickten Schlauchs 33 liegen.

Die Fäden, aus denen der Schlauch 33 gestrickt ist, sind Monofilamente oder Fasern oder ein Gemisch von beidem. Das Material der Fasern sind Mineralstoffe, wie Glas und Quarz oder auch Metalle, die hinreichend warmfest sind.

Auf diesen Fasern des Gestricks ist in einem vorher gehenden Prozess das Katalysatormaterial aufgebracht wor den.

Der in dieser Weise auf einer Rundstrickmaschine her gestellte Gestrickschlauch wird zur Bildung der Katalysa toreinrichtung wie im unteren Teil von Fig. 2a gezeigt in Längsrichtung gestaucht. Er bekommt dadurch von außen gesehen etwa die Gestalt eines Baumkuchens oder einer Ziehhar monika, wobei sich kreisringförmige Lagen 37 bilden, die in der fertigen Katalysatoreinrichtung aufeinander liegen. Lediglich zum Zweck der besseren Darstellung sind sie in Fig. 2a als voneinander beabstandete Lagen 37 veranschau licht, um die Orientierung dieser Lagen 37 besser zu erken nen.

Wie sich aus der Fig. 2a weiter ergibt, sind diese ringförmigen Lagen 37 an der Außen- und an der Innenkante jedes Rings einstückig miteinander verbunden. Es gibt so mit, abgesehen vom Anfang und vom Ende des Schlauches, in dem durch die Lagen 37 gebildeten Stapel keine freien Kan ten, an denen das Gestrick auftrieseln könnte.

Aus diesem Gestrickschlauch 33 wird eine sogenannte Kerze 38 hergestellt, wie sie in Fig. 2b im Längsschnitt gezeigt ist.

Da der gestrickte und gefaltete Schlauch 33 nicht von sich aus hinreichend formstabil ist, enthält die Katalysa torkerze zwei ineinander steckende gelochte Rohre 39 und 40. Die Rohre 39 und 40 haben gleiche Länge und sind zuein ander koaxial. Sie begrenzen zwischen sich einen zylindri schen Ringraum 41. Da sie außer der Stützfunktion keine weitere Aufgabe haben, sind die in den beiden Rohren ent haltenen Öffnungen so groß wie möglich.

Beide Rohre 39 und 40 sind an einem Ende gasdicht an einem scheibenfömrigen Deckel 42 befestigt. Der Deckel 42 ist bspw. mit dem äußeren Rohr 40 und mit dem inneren Rohr 39 verschweißt und schließt somit sowohl den ringförmigen Raum 41 als auch den Innenraum der durch das Rohr 38 gebildet ist, gasdicht ab. In dem Ringraum 41 befindet sich der leporelloartig in Längsrichtung gefaltete gestrickte Schlauch 33. Dessen einzelne Lagen sind in dem Längsschnitt von Fig. 2b als Wellenlinien zu erkennen. Auch hierbei sind lediglich aus Darstellungsgründen die einzelnen Schichten der Lagen 37 voneinander beabstandet dargestellt. In Wahr heit liegen sie aufeinander, so dass mit bloßem Auge die Schichtenbildung im Schnitt nicht mehr zu erkennen wäre.

Der Füllgrad des Ringraumes 41 richtet sich nach dem erforderlichen oder zulässigen Gegendruck, der an der Kata lysatoreinrichtung 9 entstehen darf.

An seinem von der Scheibe 42 abliegenden Ende ist der Ringraum 41 durch eine ringförmige Scheibe 43 verschlossen. Diese Scheibe 43 ist gasdicht sowohl mit dem äußeren Rohr 40 als auch mit dem inneren Rohr 39 verschweißt. Eine in der Scheibe 43 enthaltene Öffnung 44 entspricht im Durch messer der lichten Weite des Rohres 39.

Die Funktionsweise der in Fig. 2b gezeigten Katalysa torkerze 38 ist wie folgt:

Der Abgasstrom gelangt über die Öffnung 44 in den durch das Rohr 38 offengehaltenen Innenraum. Von hier aus strömt der Abgasstrom radial durch den von den Lagen 37 gebildeten Filter- und Katalysatorkörper hindurch und er tritt an der Außenseite des Rohres 40 aus. Da die beiden Rohre sowohl über den Ring 43 als auch über die Scheibe 42 miteinander verbunden sind, gelangt der Abgasstrom nur auf diese Weise hindurch. Er strömt dabei etwa parallel zu den aufeinanderliegenden Lagen 37 hindurch, d. h. etwa in Rich tung parallel zu der Ausrichtung der Maschenstäbchen in den einzeln Lagen 37.

Die Katalysatoreinrichtung 9 in Fig. 1 wird im ein fachsten Falle von lediglich einer Katalysatorkerze 38 nach Fig. 2b gebildet.

Die Katalysatorkerze 38 nach Fig. 2b wird so in dem Abgaskanal 3 eingesetzt, dass die Öffnung 40 das stromauf wärtsgelegene Ende bildet.

Damit kein Abgas an der Katalysatorkerze 38 vorbei strömen kann, ist sie mittels einer Scheibe 46 abgedichtet in dem Gaskanal 3 gehalten. Das gegenüberliegende Ende der Katalysatorkerze 38 kann über gestrichelt angedeutete Stre ben 47 in dem Abgaskanal 3 abgestützt sein.

Eine andere Art, das Gestrick anzuordnen zeigen die Fig. 3a und 3b. Auch hierbei wird wieder von einem Ge strickschlauch 33 ausgegangen, der jedoch nach dem Stricken zu einem Band 51, das zwei randseitig miteinander verbunde ne Lagen 52 und 53 aufweist, flachgelegt wird. Das so er haltene Band 51 wird gemäß Fig. 3b leporelloartig gefaltet und es entsteht ein im Grundriss rechteckiger Stapel 54, der aus dem endlosen Band 51 besteht. Er enthält wiederum mehrere aufeinanderliegende Lagen 37, die in der Draufsicht rechteckig sind. Lediglich aus Darstellungsgründen sind sie in Fig. 3b voneinander beabstandet gezeigt. In Wahrheit stehen sie unmittelbar in Berührung.

Der so erhaltene Stapel gemäß Fig. 3b wird in einen nicht gezeigten quaderförmigen Käfig eingesetzt, der die Aufgabe hat, den Stapel 54 in der Form zu halten. Der Käfig entspricht insoweit funktionsmäßig den beiden Rohren 38 und 39.

Er hat ferner die Aufgabe zu verhindern, dass der Gasstrom an den falschen Stellen austritt bspw. am Stapel 54 vorbeiströmt oder vorzeitig seitlich zwischen den Lagen 37 ausströmt. Der Käfig kann deswegen bspw. so gebaut sein, dass er zwei zueinander parallel und voneinander beabstan dete Wände aus Streckmetall aufweist, die den Faltkanten des Stapels 54 benachbart sind. Alle übrigen Wände sind hingegen geschlossen. Der Gasstrom würde dann entsprechend der Richtung eines Pfeiles 55 durch den Stapel 54 hindurch strömen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen schließlich im Schnitt und in der Draufsicht stark schematisiert die Zerstäuberdüse 39. Sie enthält zwei zueinander koaxiale Kanäle 56 und 57, die jeder für sich mit der Leitung 28 oder 31 verbunden sind. An ihrem abströmseitigen Ende gehen sie in eine Düsenplatte 58 abgedichtet über. Die Düsenplatte 58 enthält drei Boh rungen 59, die so ausgeführt sind, dass sie zur Austritts seite hin konvergieren. Die Bohrungen 59 stehen strömungs mäßig mit dem Kanal 57 in Verbindung. Auf diese Weise wer den drei Flüssigkeitsstrahlen erzeugt, die auf der Mittel achse der Düsenplatte 58 aufeinander treffen würden.

Um die Bohrungen 59 herum sind mehrere, insgesamt 6 schlitzförmige Öffnungen 61 angeordnet, die mit dem Kanal 46 strömungsmäßig verbunden sind, der den inneren Kanal 57 zumindest in der Nähe der Düsenplatte 58 koaxial umgibt. Die schlitzförmigen Öffnungen 61 sind wie gezeigt schuppen fömig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet.

Die Wirkungsweise der gezeigten Abgasanlage 1 ist wie folgt:

Aus den Zylindern des Dieselmotors 1 tritt ein Abgass trom aus, der Kohlenmonoxyd, unverbrannte Kohlenwasserstof fe, Ruß und Stickoxide enthält. All diese Komponenten sind unerwünscht. Zusätzlich enthält der Abgasstrom unverbrannte Luft, weil der Dieselmotor mit einem Luftüberschuß entspre chend einem λ-Wert zwischen 1,5 und 2 arbeitet.

Das in dem Abgasstrom enthaltene Kohlenmonoxid und die unverbrannten Kohlenwasserstoffe reagieren in der Katalysa toreinrichtung 9 miteinander und sie reagieren unter kata lytischer Wirkung des Vanadiumpentoxids zu H₂O, Kohlendi oxid und molekularem Sauerstoff.

Ohne besondere Vorkehrungen würde hingegen das Stick oxid aus der Abgasanlage ins Freie gelangen. Um dies zu verhindern, wird mit Hilfe der Eindüseinrichtung 5 im rich tigen Mischungsverhältnis die Harnstofflösung mittels der Flüssigkeitspumpe 17 in den Abgasstrom eingespritzt und dort unter Zuhilfenahme der Druckluft aus den schlitzför migen Düsen 61 zerstäubt.

Mit Hilfe der Einspritzeinrichtung 5 gelangt in den Abgaskanal eine Mischung aus Luft und wässriger Harnstoff lösung in einem Mengenanteil derart, dass das Stickoxid vollständig abgebaut wird und andererseits kein freier Am moniak oder kein freier Harnstoff die Abgasanlage verlässt. Deswegen werden die Pumpe 17 sowie der Kompressor 18 dreh zahlabhängig gesteuert.

Die eingespritzte Harnstofflösung zersetzt sich bei der hohen Abgastemperatur zu Ammoniak und Kohlendioxid.

Dieser Ammoniak (NH₃) reagiert unter katalytischer Wirkung des Vanadiumpentoxids zu molekularem Stickstoff und Wasser.

Das Vanadiumpentoxid in der Katalysatoreinrichtung 9 sorgt auch dafür, dass im Abgasstrom enthaltener Ruß mit dem Sauerstoffanteil der vorhandenen Luft flammenlos zu Kohlendioxid verbrennt.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können mit Hilfe eines einzigen Katalysators, der ausschliesslich mit Vana diumpentoxid beschichtet ist alle schädlichen Abgasanteile beseitigt werden. Dabei hat der aus dem Gestrick bestehende Katalysator den Vorteil, dass er keine Harnstofflösung ins Freie entkommen lässt. Die "Porenstruktur" des lagenweise geschichteten Gestricks erzeugt so starke Wirbel, dass kei ne Tröpfchen durch den Katalysatorkörper hindurchgelangen können. Der Katalysator wirkt gleichzeitig als Falle für die Harnstofflösung, die sich gegebenenfalls extrem dünn auf der Oberfläche der Fasern ausbreitet und so eine große Reaktionsfläche zum Reagieren mit dem schädlichen Stickoxid bereithält.

Anstelle von Harnstoff können auch Harnstoffcarbamat so wie andere chemische Zusammensetzungen verwendet werden, die bei Erwärmung im Abgasstrom Ammoniak produzieren. Ammo niak selbst wäre wegen seiner Giftigkeit nur für stationäre Anlagen denkbar.

Eine Abgasanlage, die nach dem SCR-Katalysatorprinzip arbeitet, enthält eine Eindüseinrichtung für eine chemische Verbindung, die Ammoniak enthält oder in der Abgasumgebung Ammoniak abspaltet. Stromabwärts der Eindüseinrichtung be findet sich eine Katalysatoranordnung, bei der das Substrat für den Katalysator von einem Gestrick gebildet ist. Die Fäden des Gestricks sind mit dem Katalysatormaterial be schichtet, das vorzugsweise Vanadiumpentoxid ist.

Claims

1. Abgasanlage () für Verbrennungsmotoren (2),
mit einem von dem Verbrennungsmotor (2) kommenden Gas kanal (3),
mit einer in den Gaskanal (3) mündenden Eindüseinrich tung (5) für ein Mittel das bei Erwärmung Ammoniak frei setzt und
mit einer stromab der Eindüseinrichtung (5) in dem Gaskanal (3) angeordneten Katalysatoreinrichtung (9), deren das Katalysatormaterial tragendes Substrat (33) Fasern auf weist.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Eindüseinrichtung (5) in dem Gaskanal (3) eine Verwirbelungseinrichtung (6, 7, 8) angeordnet ist.

3. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich eine Katalysatoreinrichtung (9) oder mehrere parallel geschaltete Katalysatoreinrichtungen (9) vorhanden ist bzw. sind.

4. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) ein textiles Flächengebilde aufweist.

5. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Gestrick (33) ist.

6. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestrick (33) eine Vielzahl von aufeinander lie genden Lagen (37) bildet und dass der Gasstrom derart ge leitet wird, dass er mit einer Strömungskomponente parallel zu den Lagen (37) das Gestrick (33) durchströmt.

7. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in Lagen (37) geschichtete Gestrick (33) derart angeordnet ist, dass der Gasstrom parallel zu den Maschens täbchen (36) strömt.

8. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestrick (33) aus einem Endlosschlauch besteht.

9. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endlosschlauch (33) zu einem Band (51) flachgelegt ist und dass das so erhaltene Band (51) leporelloartig ge faltet ist, um die aufeinander liegenden Lagen (37) zu bil den.

10. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endlosschlauch (33) in sich gestaucht ist, derart dass ringförmige Lagen (37) entstehen, die jeweils aufein ander liegen.

11. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mineralische oder metallische Fasern auf weisen.

12. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüseinrichtung (5) mit Luft arbeitet.

13. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüseinrichtung (5) einen Kanal (56) für die Luft und einen weiteren Kanal (57) für das Ammoniak abge bende Mittel enthält.

14. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüseinrichtung (5) wenigstens einen Auslass (61) für die Luft und wenigstens einen weiteren Auslass (59) für das Ammoniak abgebende Mittel enthält.

15. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (61) für die Luft schlitzförmig ist.

16. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Auslässe (61) für die Luft vorhanden sind, die den oder die Auslässe (59) für das den Ammoniak abgebende Mittel umgeben.

17. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Auslässe (59) für das den Ammoniak abge bende Mittel im Querschnitt im wesentlichen rund sind.

18. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniak abgebende Material Harnstoff oder Harns toffcarbamat ist.