DE102008039112A1 - Abgasnachbehandlungssystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Abgasnachbehandlungssystems.
Erfindungsgemäß wird ein Abgasnachbehandlungssystem bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems angegeben, das gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht und kompakter ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Katalysator ein reduktiv oder oxidativ betreibbarer Katalysator ist beziehungsweise dass die Einleitvorrichtung, der als reduktiv und oxidativ betreibbare Katalysator und der Feinstofffilter in dieser Reihenfolge und in Strömungsrichtung in die Abgasleitung eingesetzt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Abgasnachbehandlungssystems.
  • Ein derartiges Abgasnachbehandlungssystem ist aus der EP 1 054 722 B1 bekannt. Dieses System gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung an, die sich dadurch auszeichnet, dass das Schadstoff führende Abgas eines Dieselmotors zunächst in einen Oxidationskatalysator eingeleitet wird, um NO im Gasstrom zu NO2 umzuwandeln und den NO2-Gehalt des Gasstroms zu erhöhen. Danach wird der Gasstrom in einen Feinstofffilter zur Ausscheidung von insbesondere Ruß aus dem Abgas eingeleitet. Danach wird der Gasstrom unter Zuführung einer Reduktionsflüssigkeit einem SCR-Katalysator zugeführt, um NOx in dem Abgas zu reduzieren. Zusätzlich können noch insbesondere vor dem SCR-Katalysator Kühlvorrichtungen in die Abgasnachbehandlungskette eingesetzt sein. Dieses System ist bauaufwendig und benötigt durch die Aneinanderreihung der einzelnen Komponenten einen nicht unerheblichen Einbauraum.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasnachbehandlungssystem bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht und kompakter ist.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Katalysator ein reduktiv oder oxidativ betreibbarer Katalysator ist, beziehungsweise dass die Einleitvorrichtung, der als reduktiv und oxidativ betreibbare Katalysator und der Feinstofffilter in dieser Reihenfolge und in Strömungsrichtung in die Abgasleitung eingesetzt sind. Durch diese Ausgestaltung ist ein wesentlich vereinfachter Aufbau gegenüber dem Stand der Technik erreicht, der sich dadurch auszeichnet, dass der Oxikat und der SCR-Katalysator in einem Katalysator zusammengefasst sind. Bisher ist man der Ansicht gewesen, dass hier eine Entweder-oder-Funktion vorliegt und ein alternativer Betrieb eines Katalysators zumindest nicht prozesssicher durchführbar ist. Entgegen dieser Auffassung ist es unter Einsatz einer geeigneten und präzise arbeitenden Steuerung gelungen, diese Funktionen in einem einzigen Katalysator zu vereinigen. Diese Doppelfunktion macht es möglich, den bisher im Anschluss an den Feinstofffilter vorgesehenen SCR-Katalysator mit einer Einleitvorrichtung zwischen dem Feinstofffilter und dem SCR-Katalysator an dieser Stelle komplett wegzulassen. Die Einleitvorrichtung wird dementsprechend motornah vor dem reduktiv und oxidativ betreibbaren Katalysator angeordnet.
  • In Weiterbildung ist der Katalysator ein insbesondere vanadiumbasierender, zeolithbasierender oder metalloxidbasierender SCR-Katalysator. Diese Formen von Katalysator haben sich als besonders geeignet für einen reduktiven und oxidativen Betrieb herausgestellt.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist in Strömungsrichtung vor dem Katalysator eine Einbringvorrichtung für Kohlenwasserstoff, insbesondere in Form von Brennstoff, angeordnet. Dabei sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Einbringvorrichtung und die Einleitvorrichtung zur Einleitung eines Reduktionsmittels wie beispielsweise ”AdBlue” zu einer Baueinheit zusammengefasst. Dadurch ist ein kompakter Aufbau gewährleistet, der wenig Platz beansprucht. Bevorzugt sind die Einbringvorrichtung und/oder die Einleitvorrichtung direkt an der Brennkraftmaschine in die Abgasleitung, die auch den die Abgasströme aus den einzelnen Zylindern zusammenführenden Abgassammler umfasst, eingesetzt. Dadurch sind die notwendigen Steuerleitungen ebenfalls in vorhandene Kabelbäume integrierbar und die Steuerung in ein vorhandenes Brennkraftmaschinensteuergerät integrierbar. Wichtig, aber durch insbesondere die Zusammenfassung zu einer Baueinheit, ist der alternative Betrieb der Einbringvorrichtung und der Einleitvorrichtung. Es muss sichergestellt sein, dass immer nur ein System aktiviert ist, aber durch eine entsprechende Sperrvorrichtung problemlos möglich ist. Begünstigt wird dies durch die direkte Anbindung an die Brennkraftmaschine.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind der Katalysator und der Feinstofffilter zu einer Baueinheit zusammengefasst, wobei der Feinstofffilter in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator angeordnet ist. Durch diese weitere Baueinheit ist ein insgesamt äußerst kompaktes System geschaffen, dass auch bei sehr beengten Einbauverhältnissen problemlos an eine Brennkraftmaschine bzw. ein Fahrzeug oder ein Arbeitsgerät adaptierbar ist. Begünstigt wird diese problemlose Adaptierbarkeit dadurch, dass der Katalysator und der Feinstofffilter keine externe Ansteuerung benötigen, es sind also keine Leitungen zu diesen Bauteilen zu verlegen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
  • Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine 1, die als selbstzündender Dieselmotor in beliebiger Ausführung ausgebildet ist. An dessen Auslasskanäle ist eine Abgasleitung 2 (einschließlich eines Abgassammlers) angeschlossen, über die das von der Brennkraftmaschine beim Betrieb emittierte Abgas nach einer Abgasnachbehandlung (und gegebenenfalls einer zusätzlichen Schalldämpfung) letztendlich der Umgebung zugeführt wird. Zur Abgasnachbehandlung wird das Abgas zunächst durch einen reduktiv und oxidativ betreibbaren Katalysator 3 und anschließend durch einen Feinstofffilter 4 (Rußfilter) geleitet. Zur thermischen Regeneration des Feinstofffilters 4 wird die erforderliche Temperatur von ca. 400°C durch eine exotherme Oxidation von Kohlenwasser stoffen (insbesondere in Form von Dieselkraftstoff) in dem Katalysator 3 erzeugt. Hierzu werden die Kohlenwasserstoffe über eine Einbringvorrichtung 5 in die Abgasleitung eingebracht. Der Katalysator 3 oxidiert zumindest einen Teil der eingebrachten Kohlenwasserstoffe exotherm und erhöht damit die Abgastemperatur.
  • Derselbe Katalysator 3 wird die restliche Zeit als Reduktionskatalysator eingesetzt, wobei hierfür, zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in dem Abgas, durch den Katalysator 3 über eine Einleitvorrichtung 6 ein in einem Tank bevorratetes Reduktionsmittel (AdBlue) in das Abgas eingeleitet wird.
  • Die Einbringvorrichtung 5 und die Einleitvorrichtung 6 sind als Baueinheit direkt an die Brennkraftmaschine 1 (dargestellt durch die strichlinierte Umrandung) angebracht. Der Katalysator 3 und der Feinstofffilter 4 sind in ein gemeinsames Gehäuse gegebenenfalls unter Einbezug von schalldämpfenden Elementen eingebaut.
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Abgasleitung
    3
    Katalysator
    4
    Feinstofffilter
    5
    Einbringvorrichtung
    6
    Einleitvorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1054722 B1 [0002]

Claims (8)

  1. Abgasnachbehandlungssystem für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) ein reduktiv und oxidativ betreibbarer Katalysator (3) ist.
  2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) ein insbesondere vanadiumbasierender, zeolithbasierender oder metalloxidbasierender SCR-Katalysator (3) ist.
  3. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor dem Katalysator (3) eine Einbringvorrichtung (5) für Kohlenwasserstoffe, insbesondere in Form von Brennstoff, angeordnet ist.
  4. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringvorrichtung (5) und die Einleitvorrichtung (6) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind.
  5. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) und der Feinstofffilter (4) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind und dass der Feinstofffilter (4) in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator (3) angeordnet ist.
  6. Abgasnachbehandlungssystem für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitvorrichtung (6), der als reduktiv und oxidativ betreibbare Katalysator (3) und der Feinstofffilter (4) in dieser Reihenfolge und in Strömungsrichtung in die Abgasleitung (2) eingesetzt sind.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems für insbesondere eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem in eine Abgasleitung eingesetzten Katalysator, einem Feinstofffilter und einer Einleitvorrichtung für ein Reduktionsmittel in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (3) wechselweise reduktiv oder oxidativ betreibbar ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor dem Katalysator (3) wechselweise ein Reduktionsmittel oder Kohlenwasserstoffe in die Abgasleitung (2) eingeleitet werden.
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