DE10062956A1

DE10062956A1 - Abgasreinigungsanlage und Verfahren zur Abgasreinigung

Info

Publication number: DE10062956A1
Application number: DE10062956A
Authority: DE
Inventors: Hermann Grieshaber; Hans-Joerg Vogtmann; Bernd Mahr; Manfred Duernholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-16
Filing date: 2000-12-16
Publication date: 2002-06-20
Also published as: WO2002048512A1

Abstract

Abgasreinigungsanlage mit einem in einem Abgastrakt vorgesehenen CRT-Filter (10) und/oder einer Katalysatoranordnung (1), wobei Mittel (2a, 2b; 12, 16, 18, 20, 22, 26, 28; 300, 305) zum Anpassen der Abgastemperatur an eine für einen Partikelabbau im CRT-Filter (10) bzw. für einen wirksamen Betrieb der Katalysatoranordnung (1) erforderliche Temperatur vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Abgasreinigung nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 16.

Stand der Technik

Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit einem Dieselmotor ist es aus Gründen des Umweltschutzes nützlich, die Abga se von Partikeln zu befreien. Zunehmend zwingen daher verschärfte Abgasgesetze die Motoren- und Kraftfahrzeug hersteller zur Verwendung von Partikelfiltern für Diesel fahrzeuge. Ein bewährtes Partikelfilter ist das CRT- Filter ("continuously regenerating trap filter"). Eine Abgasreinigungsanlage mit einem CRT-Filter arbeitet grundsätzlich so, dass in einem Oxidationskatalysator, welcher in Strömungsrichtung des Abgases vor dem CRT- Filter angeordnet ist, das durch die motorische Verbren nung entstandene NO zu NO₂ umgewandelt wird. In dem sich anschließenden CRT-Filter wird dann ein Teil des Sauer stoffs des in den CRT-Filter einströmenden NO₂ benutzt, um die Rußpartikel, welche sich in dem CRT-Filter ange sammelt haben, zu CO₂ zu oxidieren. Es steht somit ein System zur Verfügung, welches durch das CRT-Filter die Rußpartikel aus dem Abgas entfernt, bei welchem aber gleichzeitig eine Regeneration des CRT-Filters während des normalen Motorbetriebs erfolgt. Auf diese Weise er zielt man einen guten Wirkungsgrad bei der Abgasreinigung und insbesondere ein System mit einem hohen Grad an War tungsfreiheit. Eine Besonderheit im Hinblick auf die Re generation des CRT-Filters besteht allerdings darin, dass die Oxidation der Rußpartikel nur in einem begrenzten Temperaturbereich erfolgt. Befindet sich der CRT-Filter jedoch auf einer Temperatur außerhalb dieses Temperatur bereiches, so findet während des Motorbetriebs zwar eine Beladung des CRT-Filters statt, eine Regeneration bleibt hingegen aus. Insgesamt belädt sich der Filter also mit zunehmender Motorenlaufzeit, was zu unzulässig hohen Ab gasgegendrücken bis hin zum Verstopfen der Abgasleitung führt. Hohe Abgasgegendrücke haben den Nachteil, dass sie den Betrieb des Motors beeinflussen, welcher im Allgemei nen auf einen bestimmten Abgasgegendruckbereich optimiert ist. Ferner führt das Verstopfen des CRT-Filters dazu, dass seine Lebensdauer verringert wird. Somit geht die erwünschte Wartungsfreiheit des Systems verloren.

Eine Abgasreinigungsanlage ist beispielsweise auch aus der DE 197 31 865 C2 bekannt. Die dort beschriebenen Ab gaskatalysatoren dienen vor allem der Reduzierung von Stickoxiden (NOX) im Abgas von Dieselmotoren. In einem Oxidationskatalysator wird, wie bereits oben in Zusammen hang mit einem CRT-Filter erläutert, zunächst das im Ab gas vorhandene NO in NO₂ umgewandelt. In der nachfolgen den Speicherkomponente werden die Stickoxide dann bei spielsweise als Bariumnitrat gespeichert. Die beladenen Speicherkatalysatoren müssen von Zeit zu Zeit regeneriert werden, wobei die Stickoxide zu Stickstoff reduziert und an das Abgas abgegeben werden. Für diese Regeneration ist es erforderlich, im Abgasstrom Fettphasen bei einem Luft verhältnis λ < 1 zu realisieren, was insbesondere bei Dieselmotoren problematisch ist. Es hat sich als nützlich herausgestellt, für die Regeneration des Speicherkataly sators den Abgasstrom anzufetten. Die Anfettung, d. h. das Bereitstellen eines Reduktionsmittels, kann bei spielsweise durch Kraftstoff (HC) realisiert werden. Es hat sich hierbei als nachteilig erwiesen, dass bei der Regeneration eines zu stark beladenen Katalysators uner wünschte Nebenprodukte entstehen. Das Entstehen derarti ger Nebenprodukte wird ebenfalls durch eine zu geringe Anfettung des Abgasstroms begünstigt. Eine Erhöhung der Anfettung des Abgasstroms zieht jedoch einen zusätzlichen Kraftstoffverbrauch nach sich, wobei dieser zusätzliche Kraftstoffverbrauch unter anderem durch die Sauerstoff menge bestimmt wird, die im Abgas vorhanden und/oder im vorgeschalteten Oxidationskatalysator eingelagert ist.

Insbesondere sind als DeNO_x-Katalysatoren beim Dieselmo tor SCR-Katalysatoren mit Harnstoff-Dosiersystemen (ins besondere für Nutzkraftwagen) sowie Speicherkatalysatoren (inbesondere für Personenkraftwagen) bekannt. Der Spei cherkatalysator wird über sogenannte Abgas-Fettphasen mit λ < 0,95 regeneriert. Diese Fettphasen lassen sich inner motorisch im unteren Drehzahl- und Lastbereich darstel len. Bei höheren Drehzahlen und Drehmomenten ist dies oh ne Nachteil nur mit z. B. externer Zudosierung möglich. Eine Nacheinspritzung mit hohen Einspritzdrücken in den Brennraum hat den Nachteil der Ölverdünnung und kommt deshalb nicht in Betracht. Eine Zudosierung mit einer Einspritzdüse direkt in den Abgastrakt und Vorwärmung des Kraftstoffs mit z. B. einer Glühstiftkerze hat wegen zu niedriger Temperatur des Kraftstoffs und unzureichender Aufbereitung bisher keine zufriedenstellenden Ergebnisse geliefert. Zweckmäßigerweise weist eine Abgasreinigungs anlage zur optimalen Abgasreinigung sowohl einen Parti kelfilter bzw. CRT-Filter, als auch eine geeignete Kata lysatoranordnung auf.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung baut auf der Abgasreinigungsanlage des Standes der Technik dadurch auf, dass Mittel zum Anpassen der Abgastemperatur an eine für einen Partikelabbau im CRT-Filter und/oder einen wirksamen Betrieb der Katalysa toranordnung erforderliche Temperatur vorgesehen sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Zeiträume, in welchen eine Regeneration des CRT-Filters oder der Kata lysatoranordnung stattfinden muß, vergrößert werden. So mit kommt es erheblich seltener zu den nachteiligen Mo torbetriebsphasen, in welchen praktisch ausschließlich eine Beladung des CRT-Filters bzw. der Katalysatoranord nung vorliegt. Man vermeidet so die unzulässige Erhöhung des Abgasgegendrucks und die Verstopfung des CRT-Filters. Die Lebensdauer des CRT-Filters wird erhöht, was im Hin blick auf die Wartungsintervalle des Systems von Vorteil ist.

Erfindungsgemäß ist nun auch eine NO_x-Reduktion auch bei hohen Abgasvolumenströmen möglich. Es wird im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen keine Vorwärmung des als Reduk tionsmittel zugeführten Kraftstoffs und keine hohe elekt rische Energie benötigt (herkömmlicherweise Verdampfung des Kraftstoffs mit Glühstiftkerze). Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise aus und kommt vollständig ohne eine Druckluftun terstützung zur Zuführung des Reduktionsmittels in einen Abgastrakt aus.

Bevorzugt umfassen die Mittel zum Anpassen der Abgastem peratur mindestens einen Brenner, insbesondere eine Flammglühkerze. Mit einer solchen Flammglühkerze vor dem CRT-Filter ist es möglich, die Temperatur des Abgasstroms durch Verbrennen von zugeführtem Kraftstoff zu erhöhen und damit anzupassen. Dies empfiehlt sich insbesondere vor der Anspringtemperatur eines gegebenenfalls vorgese henen Oxidationskatalysators, welche bei ca. 220°C liegt, da vor dem Anspringen des Oxidationskatalysators das Ab gas noch nicht durch Reaktionswärme der in dem Oxidati onskatalysator stattfindenden Prozesse erwärmt wird. Auch die Anordnung eines Brenners bzw. einer Flammglüh kerze unmittelbar vor der Katalysatoranordnung erweist sich als vorteilhaft, da auch hier eine gewünschte Kata lysatortemperatur in einfacher Weise einstellbar ist. Es ist denkbar, sowohl dem CRT-Filter als auch der Katalysa toreinrichtung jeweils einen Brenner zuzuordnen, wobei sich diese Maßnahme insbesondere dann als günstig er weist, wenn die optimalen Betriebstemperaturen der Kata lysatoranordnung und des CRT-Filters unterschiedlich sind. Durch die erfindungsgemäß erzielte Temperaturerhö hung des Abgases durch Zufuhr des verbrannten Kraftstoffs ist das erfindungsgemäße Abgasreinigungssystem bereits bei niedrigen Abgastemperaturen wirksam. Das System eig net sich für aktive und passive Katalysatoren. Als zu sätzlich vorteilhaft erweist sich, daß der Brenner bei spielsweise in der kalten Jahreszeit zur Innenraumtempe rierung des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.

Die Erfindung ist besonders dadurch vorteilhaft, dass die Mittel zum Anpassen der Abgastemperatur Mittel zum Zufüh ren von unverbranntem Kraftstoff zu dem Abgasstrom umfas sen, dass ein Oxidationskatalysator vorgesehen ist, dass die Mittel zum Zuführen von unverbranntem Kraftstoff zu dem Abgasstrom in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Oxidationskatalysator angeordnet sind und dass der Oxida tionskatalysator in Strömungsrichtung des Abgases vor dem CRT-Filter angeordnet ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, dem Abgasstrom unverbrannten Kraftstoff zur Ver fügung zu stellen, welcher in dem nachfolgenden Oxidati onskatalysator oxidiert wird. Bei diesen Oxidationspro zessen wird Wärme freigesetzt, welche den hinter dem Oxi dationskatalysator angeordneten CRT-Filter erwärmt und somit seine Temperatur anpasst.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zum Zufüh ren von unverbranntem Kraftstoff durch eine Nacheinsprit zung oder eine geteilte Einspritzung realisiert sind. Dies ist insbesondere bei der Verwendung eines Common- Rail-Systems von Vorteil. Bei der Speichereinspritzung ("Common Rail") sind Druckerzeugung und Einspritzung ent koppelt. Der Einspritzdruck wird unabhängig von der Mo tordrehzahl und der Einspritzmenge erzeugt und steht im "Rail" (Kraftstoffspeicher) für die Einspritzung bereit. Einspritzzeitpunkt und Einspritzmenge werden in einem elektronischen Steuergerät berechnet und von der Ein spritzeinheit an jedem Motorzylinder umgesetzt. Mit einem Common-Rail-System lässt sich also unabhängig von den Vorgängen im Motor eine Nacheinspritzung beziehungsweise eine geteilte Einspritzung erzeugen. Legt man den Ein spritzzeitpunkt der Einspritzung nun so fest, dass der Kraftstoff an der Verbrennung im Motor nur unvollständig teilnimmt beziehungsweise nicht teilnimmt, steht der Kraftstoff in dem Oxidationskatalysator als unverbrannter Kraftstoff und somit als Mittel zur Wärmeerzeugung und zur Temperaturanpassung zur Verfügung. Dies ist bei spielsweise möglich, wenn man den Zeitpunkt für die Nach einspritzung auf etwa 90° KW nach OT beziehungsweise an einen noch weiter verzögerten Zeitpunkt legt.

Bei nockengetriebenen Systemen können die Mittel zum An passen der Abgastemperatur vorteilhaft durch eine Spät verschiebung des Spritzbeginns realisiert sein. Eine sol che Spätverschiebung führt auch dazu, dass Kraftstoff un vollständig im Motor verbrennt, somit zur Erzeugung von Reaktionswärme im Oxidationskatalysator und daher für ei ne Temperaturanpassung zur Verfügung steht.

Vorzugsweise umfassen die Mittel zum Anpassen der Abgas temperatur eine Steuereinrichtung. Auf diese Weise hat man einen Einfluss auf die Anpassung der Abgastemperatur und kann so je nach den aktuellen Erfordernissen optimale Betriebsparameter zur Verfügung stellen.

In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn Temperatursensoren in Strömungsrichtung des Abgases vor und/oder nach dem CRT-Filter angeordnet sind und wenn die Temperatursensoren mit Eingängen der Steuereinrich tung verbunden sind. Die Steuereinrichtung kann also je nach der an den Messpunkten vorliegenden Temperaturen die entsprechenden Maßnahmen ergreifen, um die Abgastempera tur anzupassen.

Aus vergleichbaren Gründen ist es vorteilhaft, wenn Drucksensoren in Strömungsrichtung des Abgases vor und/oder nach dem CRT-Filter angeordnet sind und wenn die Drucksensoren mit Eingängen der Steuereinrichtung verbun den sind. Beispielsweise lässt sich durch zwei Drucksen soren, wobei ein Drucksensor vor dem CRT-Filter und ein Drucksensor hinter dem CRT-Filter angeordnet ist, die Druckdifferenz dieser Bereiche vor dem CRT-Filter und hinter dem CRT-Filter ermitteln, wodurch man eine Infor mation über die Beladung des CRT-Filters erhält. Eine derartige Überwachung des Differenzdruckes ist auch aus sicherheitstechnischen Gründen von Vorteil.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Abgasreini gungsanlage ist in Strömungsrichtung hinter dem CRT- Filter ein weiterer Oxidationskatalysator angeordnet.

Dieser kann in vorteilhafter Weise zum Abfangen von Kraftstoffschlupf (HC-Schlupf) eingesetzt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Mittel zum Anpassen der Ab gastemperatur eine Abgastemperatur erzeugen, die im Be reich von etwa 250°C bis 500°C liegt. In diesem Bereich kann in vorteilhafter Weise in dem CRT-Filter eine Oxida tion von Rußpartikeln unter Verwendung von Sauerstoff aus dem in den CRT-Filter einströmenden NO₂ erfolgen.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, dass die Mittel zum Anpässen der Abgastemperatur eine Abgastemperatur erzeu gen, die im Bereich oberhalb von etwa 550°C liegt. In diesem Bereich erfolgt eine Umsetzung der Rußpartikel durch thermische Oxidation, so dass auch außerhalb des eigentlichen Betriebsbereiches des CRT-Filters eine Ruß oxidation gewährleistet ist.

Es erweist sich als vorteilhaft, mittels des Brenners verbrannten Kraftstoff mit einem Reduktionsmittel, insbe sondere unverbranntem Kraftstoff, in einer Mischkammer zu vermischen, bevor die so erhaltene Mischung dem eigentli chen Abgas bzw. Abgastrakt zugeführt wird. In einer der artigen Mischkammer ist eine gleichmäßige Vermengung und eine genaue Dosierung von verbranntem und unverbranntem Kraftstoff in einfacher Weise möglich.

Zweckmäßigerweise ist zwischen einer derartigen Mischkam mer und der eigentlichen Katalysatoranordnung ein weite rer Katalysator, insbesondere ein Crack-Katalysator vor gesehen. Ein Crack-Katalysator ist insbesondere bei Ver wendung von Kraftstoff (Dieselkraftstoff) als Reduktions mittel vorteilhaft.

Es erweist sich ferner als vorteilhaft, die Zumischung des so erhaltenen Gemisches aus verbranntem und unver branntem Kraftstoff über ein in dem Abgastrakt, insbeson dere mittig positioniertes Dosier- oder Sprührohr, oder über einen Ringkanal mit Bohrungen, zuzumischen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der er findungsgemäßen Abgasreinigungsanlage ist ein insbesonde re für Harnstoff verwendbares Dosiersystem vorgesehen, welches eine Mischkammer zur Bildung eines Aerosols aus einem zugeführten Reduktionsmittel, insbesondere Diesel kraftstoff, und zugeführter Luft aufweist, wobei der Mischkammer der Dieselkraftstoff über ein Dosierventil und/oder die Luft über ein Luftregelventil zugeführt wird. Derartige Harnstoff-Dosiersysteme werden für unter schiedliche Anwendungen in Serie hergestellt, und sind daher relativ preiswert und unaufwendig bereitstellbar. Das Dosiersystem und die Mischkammer stellen hierbei ei nen Teil einer Einrichtung zum Anpassen der Abgastempera tur an eine für einen Partikelabbau in einem Partikelfil ter bzw. für einen wirksamen Betrieb einer Katalysator einrichtung erforderliche Temperatur dar.

Zweckmäßigerweise ist ein der Mischkammer nachgeschalte ter Brenner mit einem Brennerrohr und einer Zündeinrich tung ausgebildet. Durch die Nachschaltung des Brennerroh res ist es in optimaler Weise möglich, aus der Mischkam mer 301 austretendes Aerosol beispielsweise direkt inner halb des Abgastraktes zu verbrennen, wodurch eine wirksa me Anpassung der Abgastemperatur auf eine gewünschte Tem peratur möglich ist.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren da durch auf, dass die Abgastemperatur an eine für einen Partikelabbau im CRT-Filter bzw. für einen wirksamen Be trieb der Katalysatoranordnung erforderliche Temperatur angepasst wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Zeiträume, in welchen eine Regeneration des CRT-Filters oder der Katalysatoranordnung stattfinden muß, vergrößert werden. Somit kommt es erheblich seltener zu den nachtei ligen Motorbetriebsphasen, in welchen praktisch aus schließlich eine Beladung des CRT-Filters bzw. der Kata lysatoranordnung vorliegt.

Es ist vorteilhaft, wenn bei einer Abgastemperatur, wel che der Betriebstemperatur eines in Strömungsrichtung des Abgases vor dem CRT-Filter angeordneten Oxidationskataly sators entspricht, die Abgastemperatur durch Wärme ange passt wird, die durch Prozesse in dem Oxidationskatalysa tor freigesetzt wird. Der Oxidationskatalysator dient al so sowohl der Oxidation von Stoffen, die sich in dem Ab gas befinden, als auch als Mittel zum Bereitstellen von Wärme. Bei den Oxidationsprozessen wird Wärme freige setzt, welche den hinter dem Oxidationskatalysator ange ordneten CRT-Filter erwärmt und somit seine Temperatur anpasst.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Abgastemperatur durch das Zuführen von unverbranntem Kraftstoff zu dem Abgasstrom angepasst wird. Dieser unverbrannte Kraftstoff steht dann im Oxidationskatalysator für exotherme Reakti onen zur Verfügung, so dass der Abgasstrom erwärmt werden kann.

Insbesondere ist von Vorteil, wenn unverbrannter Kraft stoff in den Abgasstrom eingespritzt wird. Dieser Ein spritzvorgang lässt sich durch verschiedene Mittel be werkstelligen, beispielsweise durch eine separate Ein spritzdüse.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand spezieller Ausführungsformen beispiel haft erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer ersten Ausfüh rungsform einer Abgasreinigungsanlage mit CRT- Filter;

Fig. 2 einen schematischen Aufbau einer zweiten Aus führungsform einer Abgasreinigungsanlage mit CRT-Filter;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung von Einspritzvor gängen;

Fig. 4 ein blockschaltbildartiges Diagramm zur Erläu terung einer weiteren bevorzugten Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsan lage mit einer Katalysatoranordnung; und

Fig. 5 ein blockschaltbildartiges Diagramm zur Erläu terung einer weiteren bevorzugten Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsan lage.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zunächst die allgemeinen motorischen Maßnahmen zur Unterstützung der Regeneration eines CRT-Filters erläutert. Diese sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

Tabelle

Motorische Maßnahmen zur Unterstützung der Regeneration eines CRT-Filters:

Man erkennt, dass der Betriebsbereich des CRT-Systems vergleichsweise klein ist, woran besonders deutlich wird, dass das erfindungsgemäße Anpassen der Abgastemperatur entsprechende Vorteile mit sich bringen kann.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Abgasreinigungsanlage mit einem CRT-Filter 10. Dem CRT-Filter 10 ist ein Oxidati onskatalysator 12 vorgeschaltet. Der Oxidationskatalysa tor 12 empfängt den Abgasstrom aus einem Motor 14. Ferner sind eine elektronische Steuerung 16, ein Temperatursen sor 18 und zwei Drucksensoren 20, 22 vorgesehen. Ein Dif ferenzdruck Δp der von den Drucksensoren gemessenen Drü cke ist ermittelbar. Der von dem Motor 14 ausgestoßene Abgasstrom enthält Stickoxide (NO_x, Kraftstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Partikel, das heißt im wesentli chen Ruß (PM ("Particulate Matter")). Dieser Abgasstrom wird in dem Oxidationskatalysator teilweise umgesetzt. Insbesondere wird das durch die motorische Verbrennung entstandene NO zu NO₂ umgewandelt. Ferner findet eine Oxidation des Kraftstoffs (HC) und des Kohlenmonoxids (CO) statt. Hinter dem Oxidationskatalysator 12 sind im Abgas strom als wesentliche Bestandteile Stickstoffdioxid (NO₂) und Partikel (PM) enthalten. In dem CRT-Filter werden nun die Partikel herausgefiltert, wodurch das CRT-Filter 10 beladen wird. Ferner findet in dem Betriebstemperaturbe reich des CRT-Filters 10 eine Regeneration des Filters statt, bei welcher die Rußpartikel unter Beteiligung von NO₂ oxidiert werden. Aus dem CRT-Filter werden unter an derem Stickoxide NO_x und CO₂ ausgestoßen. Um die Tempera tur des Abgasstroms hinter dem Oxidationskatalysator 12 anzupassen, wird die Temperatur dort durch einen Tempera tursensor 18 gemessen. Der so erfasste Messwert wird der elektronischen Steuerung 16 eingegeben. Ferner wird vor und hinter dem CRT-Filter durch jeweils einen Drucksensor 20, 22 ein Druck gemessen, die Druckdifferenz Δp wird er mittelt und ebenfalls der elektronischen Steuerung 16 als Eingangswert eingegeben. Diese Eingangswerte werden in der elektronischen Steuerung 16 verarbeitet und in Abhän gigkeit dieser Werte werden die Betriebsbedingungen des Motors, beispielsweise der Einspritzzeitpunkt einer Nach einspritzung gesteuert. Bei einem Common-Rail-System kann die Temperatur des Abgasstroms beispielsweise dadurch be einflusst werden, dass aufgrund eines geeignet gewählten Zeitpunktes für die Nacheinspritzung eine entsprechende Menge an unverbranntem Kraftstoff in dem Abgasstrom vor liegt. Dieser wird in dem Oxidationskatalysator 12 oxi diert, wodurch eine gewünschte Wärmemenge entsteht. Diese Wärmemenge wird genutzt, um den Abgasstrom aufzuheizen und somit dem CRT-Filter 10 die gewünschte Betriebstempe tatur zur Verfügung zu stellen. Durch die Druckdifferenz messung der Drucksensoren 20, 22 kann sichergestellt wer den, dass der Abgasgegendruck, welcher durch die Beladung des CRT-Filters 10 entsteht, keinen unzulässig hohen Wert annimmt. Ferner können die Betriebseinstellungen des Mo tors über die elektronische Steuerung 16 so beeinflusst werden, dass die Regeneration des CRT-Filters 10 durch geeignete Temperaturanpassung des Abgasstroms beschleu nigt wird. Liegt ein nockengetriebenes System vor, so kann die Menge an unverbranntem Kraftstoff im Abgasstrom durch eine Spätverschiebung des Spritzbeginns realisiert werden, was ebenfalls zu der gewünschten Temperaturerhö hung des ORT-Filters 10 aufgrund der Oxidation des Kraft stoffs im Oxidationsfilter 12 führt. Ebenfalls kann die Temperatur des CRT-Filters 10 in einem Bereich oberhalb von 550°C gebracht werden, in welchem eine thermische Rußoxidation stattfindet. Dies kann bei Common-Rail- Systemen ebenfalls durch eine geeignete Nacheinspritzung erreicht werden.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Abgasreinigungsanlage dargestellt. Zusätz lich zu den bereits in Zusammenhang mit Fig. 1 erläuter ten Komponenten ist ein zweiter Oxidationskatalysator 24 vorgesehen. Diesem zweiten Oxidationskatalysator 24 vor gelagert und dem CRT-Filter 10 nachgelagert ist ein zwei ter Temperatursensor 26 angeordnet. Vor dem ersten Oxida tionskatalysator 12 befindet sich eine Flammglühkerze 28.

Diese Flammglühkerze 28 kann dazu verwendet werden, den Temperaturbereich zwischen der Starttemperatur und der Anspringtemperatur des ersten Oxidationskatalysators 12 zu überbrücken. Diese Flammglühkerze 28 verbrennt zuge führten Kraftstoff, so dass eine Temperaturerhöhung und damit eine erfindungsgemäße Temperaturanpassung stattfin det. Sobald der Oxidationskatalysator 12 auf Betriebstem peratur ist (ab ca. 220°C), kann eine weitere Temperatur erhöhung durch die in dem ersten Oxidationskatalysator 12 stattfindenden Reaktionen erreicht werden, insbesondere durch die Umsetzung von unverbranntem Kraftstoff. Eben falls kann die Flammglühkerze 28 verwendet werden, um die Temperaturlücke zwischen dem Betriebsbereich des CRT- Systems (etwa 250°C bis 500°C) bis zu dem Einsetzen der thermischen Rußoxidation (550°C) zu überbrücken. Diese Überbrückung ist insbesondere bei nockengetriebenen Sys temen nützlich, während bei Common-Rail-Systemen die Überbrückung bevorzugt durch eine geeignete Nacheinsprit zung erreicht wird. Der zweite Oxidationskatalysator 24 dient insbesondere zum Abfangen von Kraftstoffschlupf (HC-Schlupf).

In Fig. 3 ist ein Diagramm dargestellt, in welchem die vorteilhafte Wirkung einer Nacheinspritzung beschrieben wird. Auf der Y-Achse ist die Einspritzmenge in den Motor aufgetragen; auf der X-Achse ist die Kurbelwellenstellung (KW) nach dem oberen Totpunkt (OT) dargestellt. Im Be reich von OT findet eine Haupteinspritzung 30 statt. Wird eine Nacheinspritzung 32 bei 20°KW durchgeführt, so nimmt der eingespritzte Kraftstoff noch vollständig an der Ver brennung teil. Wird die Nacheinspritzung 34 jedoch erst bei 40°KW durchgeführt, so nimmt der eingespritzte Kraft stoff nur unvollständig an der Verbrennung teil. Der Kraftstoff steht also teilweise für eine Temperaturerhö hung durch Reaktionsprozesse in dem vorgeschalteten Oxi dationskatalysator 12 zur Verfügung. Bei einer Nachein spritzung 36 bei 90°KW oder später nimmt der Kraftstoff nicht mehr an der Verbrennung im Motor teil, so dass er vollständig für eine Temperaturerhöhung durch Reaktions prozesse in dem vorgeschalteten Oxidationskatalysator 12 zur Verfügung steht.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage in schema tischer Darstellung. Von einem schematisch dargestellten Verbrennungs- bzw. Dieselmotor 100 abgegebene Abgase sind hierbei katalytisch zu reinigen. Die Abgase treten aus dem Verbrennungsmotor in eine Abgasleitung (einen Abgas trakt) 5 ein. Diese Abgase setzen sich hauptsächlich aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser sowie zu geringem Teil aus Schadstoffen zusammen. Zu diesen Schadstoffen zählen Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Bleiverbindungen und Partikel (Ruß). Mittels Oxidationskatalysatoren, welche in einer Katalysatoran ordnung 1 enthalten sein können, werden nicht vollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe sowie Kohlenmonoxid zu Koh lendioxid und Wasser oxidiert. Vorhandene Stickoxide wer den durch Reduktionskatalysatoren beseitigt. Zu diesem Zwecke weist die Katalysatoranordnung 1 einen (nicht im einzelnen dargestellten) DeNOx-Katalysator auf. Letztere können über einen bestimmten Zeitraum Stickoxide aufneh men und müssen dann für einen relativ geringen Zeitraum regeneriert werden. Bei dieser Regeneration werden die Stickoxide zu Stickstoff reduziert und wieder an den Ab gasstrom abgegeben. Dieser Reduktionsprozeß erfordert ei ne Sauerstoffarme Umgebung (fettes Gemisch) bei einem Luftverhältnis von λ < 1. Zu diesem Zweck wird der Abgas leitung 5 über eine Leitung 6 ein Reduktionsmittel zudo siert. Man erkennt, daß der Eintritt der Leitung 6 in die Abgasleitung 5 stromaufwärts der Katalysatoranordnung 1 erfolgt.

Die insgesamt mit 2 bezeichnete Zuführeinrichtung zur Zu fuhr von Reduktionsmittel des dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Abgasreini gungsanlage weist einen Brenner 2a, eine Mischkammer 2b und, optional, einen weiteren Katalysator 2c, beispiels weise einen Crack-Katalysator, auf.

Dem Brenner 2a, welcher insbesondere als Dieselzusatzhei zer ausgebildet sein kann, welcher beispielsweise in der kalten Jahreszeit zur Unterstützung der Innenraumtempe rierung verwendet werden kann, wird, wie mittels Pfeilen K, L schematisch dargestellt ist, Kraftstoff und Luft zu geführt. In dem Brenner 2a erfolgt eine wenigstens teilweise Verbrennung des zugeführten Kraftstoffs. Das Abgas des Brenners 2a wird nach Durchlaufen einer Mischstrecke 3 bzw. einer Mischkammer 2b und eventuellem Zwischenschalten des Katalysators 2c dem eigentlichen Abgassystem des Motors vor der Katalysatoranordnung 1 zugeführt (wie bereits erwähnt, durch Eintritt der Leitung 6 in die Abgasleitung 5). Der Katalysatoranordnung nachgeschaltet ist zweckmäßigerweise ein NO_x-Sensor 1a, welcher mit einer in Fig. 4 nicht dargestellten Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht, über welcher die Zudosierung von verbranntem Kraftstoff bzw. Reduktionsmittel steuerbar ist. In der Mischstrecke 3 bzw. der Mischkammer 2b erfolgt die Zudosierung eines geeigneten Reduktionsmittels, beispielsweise Harnstoff oder unverbrannter Kraftstoff (Pfeil R). Insbesondere bei Verwendung von Kraftstoff als Reduktionsmittel erweist sich die Zwischenschaltung des Katalysators 2c als vor teilhaft.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrati ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Er findung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ände rungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

In Fig. 5 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage dargestellt.

Wesentliche Komponente der in Fig. 5 dargestellten Aus führungsform ist ein kraftstoffbeständiges, modifiziertes Harnstoff-Dosiersystem, welches insgesamt mit 300 be zeichnet ist. Unter Harnstoff-Dosiersystem wird hierbei ein Dosiersystem verstanden, welches herkömmlicherweise zur Dosierung von Harnstoff verwendet wurde. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es jedoch vorgesehen, daß ein derartiges Dosiersystem auch für andere geeignete Reduktionsmittel, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, verwendet werden kann.

Man erkennt, daß einer Mischkammer 301 unter Zwischen schaltung eines Luftregelventils 302 Luft aus einem Fahr zeugspeicher (Pfeil L), und Dieselkraftstoff aus dem Kraftstoffkreislauf des Fahrzeugs über ein Dosierventil 302 (Pfeil D) zuführbar ist. Die Mischkammer 301 sowie das Luftregelventil 302 und das Dosierventil 303 sind Komponenten des herkömmlicherweise für Harnstoff verwen deten Dosiersystems 300. Es ist möglich, auf eine Dosier mittelpumpe zur Beaufschlagung des Dosiermittelventils 303 zu verzichten, und Dieselkraftstoff direkt von einer (nicht dargestellten) Vorförderpumpe des Einspritzsystems zu verwenden. Die in der Mischkammer 301 benötigte Luft wird von einem Druckluftsystem des Fahrzeugs oder über ein kleines elektrisch angetriebenes Gebläse bereitge stellt, und dient zur Aerosolerzeugung und dem Transport des so erhaltenen Dieselkraftstoff-Luft-Gemisches von der Mischkammer 301 zu einem Brennerrohr 304. Das Brennerrohr steht mit einer Zündeinrichtung 305 in Wirkverbindung. Ein Ende des Brennerrohres 304 und die Zündeinrichtung 305 befinden sich im Abgastrakt 306 vor einem Partikel filter, beispielsweise einem CRT-Filter und/oder einer zu erwärmenden Katalysatoreinrichtung. Der Partikelfilter und die Katalysatoranordnung sind hier nicht im einzelnen dargestellt, sondern insgesamt als Abgasnachbehandlungs system 310 bezeichnet. Das Brennerrohr 304 und die Zünd einrichtung 305, welche zweckmäßigerweise als Glühkerze oder Piezozünder oder ähnliches ausgebildet ist, sind in Brenner 311, welcher unmittelbar in dem Abgastrakt 306 angeordnet ist, integriert ausgebildet.

Ein Steuergerät zum Steuern bzw. Regeln des Dosiersystems 300 ist mit 312 bezeichnet. Es kann sich hierbei um ein spezielles Steuergerät zur Steuerung des Dosiersystems handeln, wobei auch denkbar ist, das Dosiersystem und die Zündeinrichtung 305 direkt mittels eines Motor- Steuergeräts anzusteuern, da die gemäß dieser Ausfüh rungsform notwendige Dosierstrategie relativ einfach ist.

Claims

1. Abgasreinigungsanlage mit einem in einem Abgastrakt vorgesehenen Partikelfilter, insbesondere CRT-Filter (10), und/oder einer Katalysatoranordnung (1), dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (2a, 2b; 12, 16, 18, 20, 22, 26, 28; 300, 305) zum Anpassen der Abgastemperatur an eine für einen Partikelabbau im Partikelfilter (10) bzw. für einen wirk samen Betrieb der Katalysatoranordnung (1) erforderliche Temperatur vorgesehen sind.

2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Mittel zum Anpassen der Abgastem peratur mindestens einen Brenner (2a; 28; 311), insbeson dere eine Flammglühkerze, zum wenigstens teilweisen Verbrennen von dem Abgas zuführbaren Kraftstoff aufwei sen.

3. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zum Anpassen der Abgastemperatur Mit tel zum Zuführen von unverbranntem Kraftstoff zu dem Abgasstrom umfassen,
dass ein Oxidationskatalysator (12) vorgesehen ist,
dass die Mittel zum Zuführen von unverbranntem Kraft stoff zu dem Abgasstrom in Strömungsrichtung des Ab gases vor dem Oxidationskatalysator (12) angeordnet sind und
dass der Oxidationskatalysator (12) in Strömungsrich tung des Abgases vor dem CRT-Filter (10) angeordnet ist.

4. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Mittel zum Zuführen von unver branntem Kraftstoff durch eine Nacheinspritzung oder eine geteilte Einspritzung realisiert sind.

5. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Anpassen der Abgastemperatur bei nockengetriebenen Syste men durch eine Spätverschiebung des Spritzbeginns reali siert sind.

6. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Anpassen der Abgastemperatur eine Steuereinrichtung (16, 312) umfassen.

7. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet,
dass Temperatursensoren (18, 26) in Strömungsrichtung des Abgases vor und/oder nach dem CRT-Filter (10) an geordnet sind und
dass die Temperatursensoren (18, 26) mit Eingängen der Steuereinrichtung (16) verbunden sind.

8. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
dass Drucksensoren (20, 22) in Strömungsrichtung des Abgases vor und/oder nach dem CRT-Filter (10) ange ordnet sind und
dass die Drucksensoren (20, 22) mit Eingängen der Steuereinrichtung (16) verbunden sind.

9. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Strö mungsrichtung hinter dem CRT-Filter (10) ein weiterer Oxidationskatalysator (24) angeordnet ist.

10. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Anpassen der Abgastemperatur eine Abgastemperatur erzeu gen, die im Bereich von etwa 250°C bis 500°C liegt.

11. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Anpassen der Abgastemperatur eine Abgastemperatur erzeu gen, die im Bereich oberhalb von etwa 550°C liegt.

12. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischkammer (26) zur Mischung von mittels des Brenners verbranntem Kraftstoff mit Reduktionsmittel, insbesondere unverbranntem Kraftstoff, vorgesehen ist.

13. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 12, gekennzeich net durch einen zwischen der Mischkammer und der Kataly satoreinrichtung vorgesehenen weiteren Katalysator, ins besondere einen Crack-Katalysator.

14. Abgasreinigungsanlage nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein insbesondere für Harnstoff verwendbares Dosiersystem (300) vorgesehen ist, welches eine Mischkammer (301) zur Aerosolbildung aus einem zugeführten Reduktionsmittel, insbesondere Die selkraftstoff, und zugeführter Luft aufweist, wobei der Mischkammer (301) die Luft über ein Luftregelventil (302) und/oder das Reduktionsmittel über ein Dosierventil (303) zugeführt wird.

15. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, dass der Brenner als der Mischkammer (301) nachgeschalteter Brenner (311) mit einem Brennerrohr (304) und einer Zündeinrichtung (305) ausgebildet ist.

16. Verfahren zur Abgasreinigung unter Verwendung eines CRT-Filters und/oder einer Katalysatoranordnung (10; 1; 310), dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur an eine für einen Partikelabbau im CRT-Filter (10; 310) bzw. für einen wirksamen Betrieb der Katalysatoranordnung (1; 310) erforderliche Temperatur angepasst wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur mittels eines Brenners (2a; 28; 311), insbesondere einer Flammglühkerze, zum wenigstens teilweisen Verbrennen von dem Abgas zuführbaren Kraft stoff, angepasst wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abgastemperatur unterhalb der Betriebstem peratur eines in Strömungsrichtung des Abgases vor dem CRT-Filter (10) angeordneten Oxidationskatalysators (12) die Abgastemperatur durch die Flammglühkerze (28) ange passt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abgastemperatur, welche der Betriebstempe ratur eines in Strömungsrichtung des Abgases vor dem CRT- Filter (10) angeordneten Oxidationskatalysators (12) ent spricht, die Abgastemperatur durch Wärme angepasst wird, die durch Prozesse in dem Oxidationskatalysator (12) freigesetzt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur durch das Zufüh ren von unverbranntem Kraftstoff zu dem Abgasstrom ange passt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass unverbrannter Kraftstoff in den Ab gasstrom eingespritzt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgasstrom durch eine Nachein spritzung oder eine geteilte Einspritzung unverbrannter Kraftstoff zur Verfügung gestellt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgasstrom bei einem nockenge triebenen System durch eine Spätverschiebung des Spritz beginns unverbrannter Kraftstoff zur Verfügung gestellt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur durch eine Steuereinrichtung (16; 312) angepasst wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperatur des Abgasstroms durch Temperatur sensoren (18, 26) erfasst wird, welche in Strömungs richtung des Abgases vor und/oder nach dem CRT-Filter (10) angeordnet sind, und
dass die Temperatur des Abgasstroms in Abhängigkeit der von den Temperatursensoren (18, 26) erfassten Temperatur angepasst wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
dass der Druck des Abgasstroms durch Drucksensoren (20, 22) erfasst wird, welche in Strömungsrichtung des Abgases vor und/oder nach dem CRT-Filter (10) an geordnet sind, und
dass die Temperatur des Abgasstroms in Abhängigkeit der von den Drucksensoren (20, 22) erfassten Drücke angepasst wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, da durch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom durch einen weiteren in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem CRT- Filter (10) angeordneten Oxidationskatalysator (24) ge leitet wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, da durch gekennzeichnet, dass eine Abgastemperatur erzeugt wird, die in einem Bereich von etwa 250°C bis 500°C liegt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, da durch gekennzeichnet, dass eine Abgastemperatur erzeugt wird, die in einem Bereich oberhalb von etwa 550°C liegt.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 29, da durch gekennzeichnet, dass in einer Mischkammer (2b) mit tels des Brenners (2a) verbrannter Kraftstoff mit Reduk tionsmittel, insbesondere unverbranntem Kraftstoff, ver mischt wird.