DE102005025455B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors (10), mit einem
Abgasstrang (12), der einen NOx-Katalysator
(14) aufweist, und mit einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung (16), die dazu ausgelegt
ist, dem Abgasstrang (12) vor dem NOx-Katalysator
(14) Reduktionsmittel zuzuführen,
wobei die Reduktionsmittelzuführeinrichtung
(16) einen Reformer (18) umfasst, der dazu ausgelegt ist, aus dem
Verbrennungsmotor (10) austretendes Abgas und Kraftstoff zu einem
als Reduktionsmittel dienendem Reformat umzusetzen, wobei das dem
Reformer (18) zugeführte
Abgas über
eine Abgasstrangabzweigung (20) erhalten wird, die eine Abgasdosiereinrichtung
(22) aufweist, und wobei die Abgasdosiereinrichtung (22) ein Gebläse umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasstrangabzweigung (20) vor
einem weiteren Katalysator (24) angeordnet ist, der dem NOx-Katalysator
(14) vorgeschaltet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einem Abgasstrang, der einen NOx-Katalysator aufweist, und mit einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, dem Abgasstrang vor dem NOx-Katalysator Reduktionsmittel zuzuführen, wobei die Reduktionsmittelzuführeinrichtung (
16 ) einen Reformer umfasst, der dazu ausgelegt ist, aus dem Verbrennungsmotor austretendes Abgas und Kraftstoff zu einem als Reduktionsmittel dienenden Reformat umzusetzen, wobei das dem Reformer zugeführte Abgas über eine Abgasstrangabzweigung erhalten wird, die eine Abgasdosiereinrichtung aufweist, und wobei die Abgasdosiereinrichtung ein Gebläse umfasst. - Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, bei dem einem in einem Abgasstrang vorgesehenen NOx-Katalysator Reduktionsmittel zugeführt wird, wobei von einem Reformer erzeugtes Reformat als Reduktionsmittel verwendet wird, wobei der Reformer das Reformat aus Abgas, das aus dem Verbrennungsmotor austritt, und Kraftstoff erzeugt, wobei das dem Reformer zugeführte Abgas über eine Abgasstrangabzweigung erhalten wird, die eine Abgasdosiereinrichtung aufweist, und wobei die Abgasdosiereinrichtung ein Gebläse umfasst.
- Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem gattungsgemäßen Stand der Technik sind in der
DE 102 03 034 A1 offenbart. Eine verwandte Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Abgasreinigung sind in derEP 1 211 394 A2 beschrieben, wobei die Abgasdosiereinrichtung jedoch ohne Gebläse auskommt. - Insbesondere bei Dieselmotoren enthält das Abgas des Verbrennungsmotors einen nennenswerten Anteil von Sauerstoff, welcher neben dem Kraftstoff ein Ausgangsstoff zur Erzeugung eines Reformats ist. Entnimmt man dieses Abgas kurz hinter dem Verbrennungsmotor, so hat es ein entsprechend hohes Druckniveau. Durch das hohe Druckniveau des entnommenen Abgases ist es ohne zusätzliche Maßnahmen möglich, das Reformat vor dem NOx-Katalysator in den Abgasstrang einzubringen. Auf die früher erforderlichen teueren und wartungsanfälligen Einrichtungen zur Erzeugung des zum Einbringen des Reformats erforderlichen Drucks kann daher verzichtet werden. Das entnommene Abgas und der Kraftstoff werden im Reformer gemischt und einem Reformerkatalysator zugeführt. Bei der anschließenden Reaktion in Form einer exotherm ablaufenden partiellen Oxidation wird ein Reformatgas mit einem Anteil der reduzierenden Gase Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt. Diese Gase sind dazu geeignet, die Stickoxide in dem NOx-Katalysator zu unschädlichem Stickstoff zu reduzieren. Die Abgasdosiereinrichtung ermöglicht es, dass dem Reformer jeweils die Abgasmenge zugeführt wird, die zur Erzeugung des Reformats erforderlich ist. Die Abgasdosiereinrichtung kann gesteuert oder geregelt arbeiten.
- Ein Problem moderner Kraftfahrzeuge ist die Emission von Stickoxiden (NOx) die bei der Verbrennung von Benzin oder Diesel im Verbrennungsmotor entstehen, insbesondere bei hohen Brennraumtemperaturen. Zur Senkung der Stickoxidemissionen sind Systeme mit Speicherkatalysatoren bekannt, in denen das NOx gesammelt und zu unschädlichem Stickstoff reduziert wird. Aus der
DE 102 33 66 5 A1 ist es zu diesem Zweck bereits bekannt, Reduktionsmittel in Form von Kraftstoff vor dem NOx-Katalysator in den Abgasstrang zu injizieren. Anstelle der aus derDE 102 33 66 5 A1 bekannten Injektion von reinem Kraftstoff kann gegebenenfalls ein Reformat als Reduktionsmittel verwendet werden. Unabhängig von der speziellen Wahl des Reduktionsmittels ist es erforderlich, das Reduktionsmittel gegen den schwankenden Gegendruck der Abgasanlage in den Abgasstrang einzubringen. Zu diesem Zweck werden beim Stand der Technik zumeist leistungsstarke Gebläse, Luftverdichter oder Injektoren eingesetzt, die jedoch teuer und wartungsanfällig sind. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die gattungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren derart weiterzubilden, dass auf teuere und wartungsanfällige Einrichtungen zum Einbringen des Reduktionsmittels in den Abgasstrang gegen den schwankenden Gegendruck der Abgasanlage verzichtet werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
- Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Abgasstrangabzweigung vor einem weiteren Katalysator angeordnet ist, der dem NOx-Katalysator vorgeschaltet ist. Bei dem weiteren Katalysator kann es sich beispielsweise um den Hauptkatalysator des Abgasreinigungssystems handeln, wobei das Abgas vor dem weiteren Katalysator entnommen wird und das Reformat zwischen dem weiteren Katalysator und dem NOx-Katalysator in den Abgasstrang eingebracht wird.
- Für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird es als besonders vorteilhaft erachtet, wenn vorgesehen ist, dass das dem Reformer zugeführte Abgas über eine Abgasstrangabzweigung erhalten wird, die dem Verbrennungsmotor unmittelbar nachgeordnet ist. Unmittelbar hinter dem Verbrennungsmotor ist der Abgasdruck hoch und daher besonders gut geeignet, das Reformat gegen den Abgasgegendruck in den Abgasstrang einzubringen.
- Im vorstehend erläuterten Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Abgasdosiereinrichtung eine Ventileinrichtung umfasst. Bei der Ventileinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Dosierventil ähnlich einem Ventil zur Abgasrückführung handeln.
- Zumindest bei einigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass sie eine Kraftstoffpumpe aufweist, die dazu ausgelegt ist, Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu fördern. Bei der Kraftstoffpumpe kann es sich insbesondere um eine Kraftstoffdosierpumpe handeln, mit der die für die Erzeugung des Reformats jeweils benötigte Kraftstoffmenge aus dem Kraftstofftank gefördert werden kann. Auch die Kraftstoffpumpe kann gesteuert oder geregelt betrieben werden.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Kraftstoff einer Kraftstoffleitung des Kraftstoffsystems des Verbrennungsmotors entnommen wird und dass der Kraftstoff dem Reformer über eine Kraftstoffventileinrichtung zugeführt wird. Bei der Kraftstoffleitung kann es sich insbesondere um eine Kraftstoffdruckleitung handeln, beispielsweise einen Common-Rail-Rücklauf. Bei der Kraftstoffventileinrichtung kann es sich insbesondere um ein Kraftstoffdosierventil handeln, mit dem die zur Erzeugung des Reformats jeweils benötigte Kraftstoffmenge durchgelassen wird. Auch die Kraftstoffventileinrichtung kann gesteuert oder geregelt betrieben werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass das dem Reformer zugeführte Abgas über eine Abgasstrangabzweigung erhalten wird, die vor einem weiteren Katalysator angeordnet ist, der dem NOx-Katalysator vorgeschaltet ist. Durch diese Lösung ergeben sich die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielten Vorteile und Eigenschaften in analoger Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen wird.
- Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen wird.
- Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das dem Reformer zugeführte Abgas über eine Abgasstrangabzweigung erhalten wird, die dem Verbrennungsmotor unmittelbar nachgeordnet ist.
- Dabei wird es als vorteilhaft erachtet, dass die Abgasdosiereinrichtung eine Ventileinrichtung umfasst.
- Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen Ausführungsformen in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass der dem Reformer zugeführte Kraftstoff durch eine Kraftstoffpumpe gefördert wird.
- In diesem Zusammenhang kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass der Kraftstoff einer Kraftstoffleitung des Kraftstoffsystems des Verbrennungsmotors entnommen wird und dass der Kraftstoff dem Reformer über eine Kraftstoffventileinrichtung zugeführt wird.
- Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist die Unabhängigkeit vom Abgasgegendruck der Abgasanlage und damit vom Lastzustand des Verbrennungsmotors, da sich der Reformerdruck immer dem Niveau des Abgasdrucks anpasst. Der Systemdruck über dem Reformersystem ist damit immer nähe rungsweise konstant und unabhängig von der Last des Verbrennungsmotors und dem Abgasgegendruck.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen beispielhaft erläutert.
- Es zeigen:
-
1 ein schematisches Blockschaltbild, das eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist; und -
2 ein schematisches Blockschaltbild, das eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht, die ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. - In den Zeichnungen bezeichnen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten, die zur Vermeidung von Wiederholungen zumindest teilweise nur einmal erläutert werden.
- Gemäß der Darstellung von
1 ist einem Verbrennungsmotor10 ein Abgasstrang12 zugeordnet, der einen NOx-Katalysator14 und einen weiteren Katalysator24 umfasst, wobei der weitere Katalysator24 der Hauptkatalysator ist. Unmittelbar hinter dem Verbrennungsmotor10 ist eine Abgasstrangabzweigung20 vorgesehen die über eine Abgasdosiereinrichtung22 mit einem Reformer18 in Verbindung steht. Bei der Ausführungsform gemäß1 ist die Abgasdosiereinrichtung22 durch ein Abgasdosierventil gebildet. Eine Kraftstoffpumpe26 ist dazu vorgesehen, dem Reformer18 dosiert Kraftstoff aus einem Kraftstofftank28 zuzuführen. Die Abgasstrangabzweigung20 , die Abgasdosiereinrichtung22 , die Kraftstoffpumpe26 und der Reformer18 bilden zusammen eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung (16 ). In dem Reformer18 werden das entnommene Abgas und der zugeführte Kraftstoff gemischt und einem (nicht dargestellten) Reformerkatalysator zugeführt, der Bestandteil des Reformers18 ist. Bei der anschließenden Reaktion wird ein gasförmiges Reformat erzeugt, das einen Anteil der reduzierenden Gase Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Das so erzeugte Reformat wird vor dem NOx-Katalysator14 in den Abgasstrang12 eingebracht. Da sich der Reformerdruck immer dem aktuellen Abgasdruck anpasst, sind keine speziellen Einrichtungen erforderlich, um den Abgasgegendruck beim Einbringen des Reformats in den Abgasstrang12 zu überwinden. Der Systemdruck über dem Reformer18 ist durch die erfindungsgemäße Lösung näherungsweise konstant und unabhängig von der Last des Verbrennungsmotors und dem Abgasgegendruck. Sowohl die Abgasdosiereinrichtung22 in Form eines Dosierventils als auch die Kraftstoffpumpe26 können gesteuert oder geregelt betrieben werden. Zu diesem Zweck kann ein nicht dargestellter Controller vorgesehen sein, der auch den Betrieb von weiteren Komponenten des Reformers18 steuern oder regeln kann. -
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild, das eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht, die ebenfalls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die in2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von der Ausführungsform gemäß1 , dass die Abgasdosiereinrichtung22 durch ein Gebläse gebildet ist und dass keine Kraftstoffpumpe sondern eine Kraftstoffventileinrichtung32 vorgesehen ist. Bei dem die Abgasdosiereinrichtung22 bildenden Gebläse kann es sich um ein vergleichsweise leistungsschwaches Gebläse handeln, da an der Abgasstrangabzweigung20 ein hoher Abgasdruck vorliegt. Die Kraftstoffventileinrichtung32 ist durch ein Kraftstoffdosierventil verwirklicht, das zwischen eine Kraftstoffleitung30 des Kraftstoffsystems des Verbrennungsmotors10 und den Reformer18 geschaltet ist. Bei der Kraftstoffleitung30 des Kraftstoffsystems des Verbrennungsmotors10 kann es sich insbesondere um eine Kraftstoffdruckleitung handeln, beispielsweise einen Common-Rail-Rücklauf. Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auf eine separate Kraftstoffpumpe verzichtet werden kann, wenn auf einen ohnehin zur Verfügung stehenden ausreichend hohen Kraftstoffdruck zurückgegriffen werden kann. - Auch bei der Ausführungsform gemäß
2 kann zur Ansteuerung der jeweiligen Komponenten ein nicht dargestellter Controller vorgesehen sein, wie dies im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß1 erläutert wurde. Der Vorteil der Unabhängigkeit vom Abgasgegendruck und der Motorlast bleibt auch bei der Ausführungsform gemäß2 erhalten. - Selbstverständlich kann die Abgasdosiereinrichtung auch bei der Ausführungsform gemäß
2 durch eine Ventileinrichtung gebildet sein; bei der Ausführungsform gemäß1 kann alternativ ein Gebläse eingesetzt werden. - Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
-
- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Abgasstrang
- 14
- NOx-Katalysator
- 16
- Reduktionsmittelzuführeinrichtung
- 18
- Reformer
- 20
- Abgasstrangabzweigung
- 22
- Abgasdosiereinrichtung
- 24
- weiterer Katalysator
- 26
- Kraftstoffpumpe
- 28
- Kraftstofftank
- 30
- Kraftstoffleitung des Kraftstoffsystems
- 32
- Kraftstoffventileinrichtung
Claims (10)
- Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors (
10 ), mit einem Abgasstrang (12 ), der einen NOx-Katalysator (14 ) aufweist, und mit einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung (16 ), die dazu ausgelegt ist, dem Abgasstrang (12 ) vor dem NOx-Katalysator (14 ) Reduktionsmittel zuzuführen, wobei die Reduktionsmittelzuführeinrichtung (16 ) einen Reformer (18 ) umfasst, der dazu ausgelegt ist, aus dem Verbrennungsmotor (10 ) austretendes Abgas und Kraftstoff zu einem als Reduktionsmittel dienendem Reformat umzusetzen, wobei das dem Reformer (18 ) zugeführte Abgas über eine Abgasstrangabzweigung (20 ) erhalten wird, die eine Abgasdosiereinrichtung (22 ) aufweist, und wobei die Abgasdosiereinrichtung (22 ) ein Gebläse umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasstrangabzweigung (20 ) vor einem weiteren Katalysator (24 ) angeordnet ist, der dem NOx-Katalysator (14 ) vorgeschaltet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasstrangabzweigung (
20 ) dem Verbrennungsmotor (10 ) unmittelbar nachgeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasdosiereinrichtung (
22 ) eine Ventileinrichtung umfasst. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kraftstoffpumpe (
26 ) aufweist, die dazu ausgelegt ist, Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (28 ) zu fördern. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff einer Kraftstoffleitung (
30 ) des Kraftstoffsystems des Verbrennungsmotors entnommen wird und dass der Kraftstoff dem Reformer (18 ) über eine Kraftstoffventileinrichtung (32 ) zugeführt wird. - Verfahren zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors (
10 ), bei dem einem in einem Abgasstrang (12 ) vorgesehenen NOx-Katalysator (14 ) Reduktionsmittel zugeführt wird, wobei von einem Reformer (18 ) erzeugtes Reformat als Reduktionsmittel verwendet wird, wobei der Reformer (18 ) das Reformat aus Abgas, das aus dem Verbrennungsmotor (10 ) austritt, und Kraftstoff erzeugt, wobei das dem Reformer (18 ) zugeführte Abgas über eine Abgasstrangabzweigung (20 ) erhalten wird, die eine Abgasdosiereinrichtung (22 ) aufweist, und wobei die Abgasdosiereinrichtung (22 ) ein Gebläse umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Reformer (18 ) zugeführte Abgas über die Abgasstrangabzweigung (20 ) erhalten wird, die vor einem weiteren Katalysator (24 ) angeordnet ist, der dem NOx-Katalysator (14 ) vorgeschaltet ist. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Reformer (
18 ) zugeführte Abgas über die Abgas strangabzweigung (20 ) erhalten wird, die dem Verbrennungsmotor (10 ) unmittelbar nachgeordnet ist. - Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasdosiereinrichtung (
22 ) eine Ventileinrichtung umfasst. - Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Reformer (
18 ) zugeführte Kraftstoff durch eine Kraftstoffpumpe (26 ) gefördert wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff einer Kraftstoffleitung (
30 ) des Kraftstoffsystems des Verbrennungsmotors entnommen wird und dass der Kraftstoff dem Reformer (18 ) über eine Kraftstoffventileinrichtung (32 ) zugeführt wird.
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