DE102009014361A1 - Abgasbehandlungseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung (10) für ein Fahrzeug, mit einem SCR-Katalysator (24) zum Reduzieren von Stickoxiden im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (12). Dem SCR-Katalysator (24) ist wenigstens ein Turbolader (16, 18) vorgeschaltet. Mittels einer Dosiereinrichtung (26) ist ein Reduktionsmittel an einer Einleitstelle in das Abgas einbringbar, welche bevorzugt stromaufwärts einer Turbine (28) des wenigstens einen Turboladers (18) angeordnet ist. Stromaufwärts der Einleitstelle ist ein Oxidationskatalysator (22) angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasbehandlungseinrichtung (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wobei dem Katalysator wenigstens ein Turbolader vorgeschaltet ist. Die Abgasbehandlungseinrichtung umfasst des Weiteren eine Dosiereinrichtung, mittels welcher ein Reduktionsmittel an einer Einleitstelle in das Abgas einbringbar ist, wobei die Einleitstelle im Bereich einer Turbine des wenigstens einen Turboladers angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung.
  • Die JP 2005061362 A beschreibt eine Abgasbehandlungseinrichtung, bei welcher einem SCR-Katalysator (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) ein Turbolader vorgeschaltet ist. Ein Injektor zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung in das Abgas ist stromaufwärts einer Turbine des Turboladers angeordnet. Der Durchtritt des in Form der wässrigen Harnstofflösung vorliegenden Reduktionsmittels durch die Turbine des Turboladers sorgt hierbei für ein Aufbereiten des Harnstoffs und ein Bereitstellen von Ammoniak stromaufwärts des SCR-Katalysators. Durch selektive katalytische Reduktion wird anschließend in dem SCR-Katalysator im Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltenes Stickoxid mit aus der wässrigen Harnstofflösung freigesetztem Ammoniak in Stickstoff umgewandelt.
  • Die US 6 883 308 B2 beschreibt eine Abgasbehandlungseinrichtung für ein Fahrzeug, bei welcher mittels eines Injektors eine wässrige Harnstofflösung in einen Aufnahmeraum für eine Turbine eines Turboladers einbringbar ist. Die im Bereich der Turbine angeordnete Einleitstelle, an welcher das Einbringen der wässrigen Harnstofflösung in den Aufnahmeraum für die Turbine erfolgt, ist als Öffnung in dem Turbinengehäuse ausgebildet. Die aufbereitete Harnstofflösung wird anschließend in einem SCR-Katalysator umgesetzt.
  • Als nachteilig bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Abgasbehandlungseinrichtungen ist der Umstand anzusehen, dass in einigen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine ein unerwünscht niedriger Umsatz von Stickoxiden in dem Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden vorliegen kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abgasbehandlungseinrichtung beziehungsweise ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche beziehungsweise welches einen verbesserten Stickoxidumsatz ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Abgasbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Bei der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungseinrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wobei dem Katalysator wenigstens ein Turbolader vorgeschaltet ist, und mit einer Dosiereinrichtung, mittels welcher ein Reduktionsmittel an einer Einleitstelle in das Abgas einbringbar ist, welche im Bereich einer Turbine des wenigstens einen Turboladers angeordnet ist, ist stromaufwärts der Einleitstelle ein Oxidationskatalysator angeordnet.
  • Der Oxidationskatalysator sorgt für ein effizientes Umsetzen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid bereits unmittelbar oder zumindest kurz nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine. Dadurch ist verhindert, dass der Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe belegt und somit in seiner Wirksamkeit eingeschränkt wird. Auch bei längeren Schub- und/oder Leerlaufphasen der Verbrennungskraftmaschine ist eine solche Vergiftung bzw. Deaktivierung des Katalysators durch Belegung mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen mittels des Oxidationskatalysators wirksam verhindert. Durch das motornahe Anordnen des Oxidationskatalysators insbesondere direkt nach Zylinderauslass der Verbrennungskraftmaschine erreicht der Oxidationskatalysator sehr rasch seine zum effizienten Oxidieren von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid erforderliche Betriebstemperatur.
  • Die Einleitstelle zum Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas ist im Bereich der Turbine und somit ebenfalls nahe der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass im Falle eines Einbringens einer wässrigen Harnstofflösung als Reduktionsmittel die zum Aufbereiten des Harnstoffs notwendige Mindesttemperatur ebenfalls bereits sehr rasch nach dem Starten der Verbrennungskraftmaschine erreicht ist. Die im Bereich der Turbine angeordnete Einleitstelle kann an einem Turbinengehäuse angeordnet sein, wobei in einem Aufnahmeraum des Turbinengehäuses ein Turbinenrad aufgenommen ist. Das Reduktionsmittel wird dann über die Einleitstelle in den Aufnahmeraum eingebracht.
  • Die Harnstoffaufbereitung und die Ammoniak-Gleichverteilung wird dadurch unterstützt, dass die Turbine des wenigstens einen Turboladers für ein effizientes Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas sorgt. Die Einbringung des Reduktionsmittels kann sowohl stromauf, als auch stromab der Turbine erfolgen. Im erstgenannten Fall wird die Harnstoffaufbereitung und die Geichverteilung von aus Harnstoff freigesetztem Ammoniak durch den Durchtritt durch die Turbine unterstützt. Im zweiten Fall wird mit Vorteil der von der Turbine erzeugte Abgasdrall zur Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas genutzt. Dadurch kann auf ein Mischelement und eine vergleichsweise lange und somit viel Bauraum beanspruchende Aufbereitungsstrecke zwischen der Einleitstelle und dem Katalysator verzichtet werden. Der Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden ist, wenn auch stromab des wenigstens einen Turboladers dennoch vorteilhaft noch vergleichsweise nahe der Verbrennungskraftmaschine angeordnet und erreicht so ebenfalls sehr frühzeitig nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine die erforderliche Mindesttemperatur für einen hohen Umsatz an Stickoxiden.
  • Durch diese insgesamt sehr kompakte und motornahe Anordnung von Oxidationskatalysator und Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden kann ein besonders geringes Packungsvolumen und Gewicht der Abgasbehandlungseinrichtung erreicht werden. Dies geht mit verringerten Kosten und einem verringerten Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs einher.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Einleitstelle stromaufwärts der Turbine wenigstens eines Turboladers angeordnet. Im Vergleich zu einem Anordnen der Einleitstelle an dem Turbinengehäuse ist damit eine effizientere Durchmischung von Reduktionsmittel und Abgas mittels der Turbine erreichbar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abgasbehandlungseinrichtung einen ersten Turbolader und einen stromabwärts des ersten Turboladers angeordneten zweiten Turbolader, wobei die Einleitstelle stromabwärts der Turbine des ersten Turboladers angeordnet ist. Im Gegensatz zu einer alternativ ebenfalls vorstellbaren Ausführungsform der Abgasbehandlungseinrichtung mit zweistufiger Turboaufladung, bei welcher die Einleitstelle stromaufwärts der Turbine des ersten Turboladers angeordnet ist, ist hierbei eine verringerte Temperaturbelastung der Einleitstelle gegeben. Darüber hinaus ist durch den ersten Turbinendurchtritt das Abgas bereits in einem Strömungszustand, welcher ein Vermischen von Abgas und Reduktionsmittel begünstigt.
  • Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Einleitstelle eine, insbesondere entgegen einer Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtete, Düseneinrichtung und/oder ein Prallelement und/oder eine von der Turbine verschiedene Mischeinrichtung aufweist. Eine solche (Vor-)Mischeinrichtung trägt hierbei nicht zum Erhöhen des Gegendrucks der Abgasbehandlungseinrichtung bei. Durch die Düseneinrichtung und/oder wenigstens ein Prallelement, beispielsweise ein Prallblech, und/oder die Mischeinrichtung ist ein wässriges Reduktionsmittel als besonders feines Spray an der Einleitstelle im Abgas erzeugbar.
  • Diese Mittel zum Bereitstellen des Sprays, also Düseneinrichtung und/oder Prallelement und/oder Mischeinrichtung, sind bevorzugt so ausgelegt, dass Tröpfchengrößen mit einem Sauterdurchmesser Smd von weniger als 100 μm, insbesondere von weniger als 50 μm, erreichbar sind. Durch die genannten Maßnahmen, insbesondere durch Ausrichten der Düseneinrichtung entgegen der Strömungsrichtung des Abgases ist die Gefahr einer Beschädigung von Turbinenschaufeln eines gegebenenfalls stromab der Einleitstelle angeordneten Turboladers infolge von durch größere Tröpfchen verursachtem so genannten Wasserschlag vermindert.
  • Zum Schutz der Schaufeln der Turbine vor Wasserschlag kann es ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, die Dosiereinrichtung so auszulegen, dass sie das Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas in Gasform ermöglicht. Auch beim Einbringen des Reduktionsmittels in Gasform, etwa als gasförmiger Ammoniak, wird eine Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas durch wenigstens einen Turbinendurchtritt unterstützt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abgasbehandlungseinrichtung einen, insbesondere beschichteten, Partikelfilter. Dadurch ist eine weitergehende Abgasreinigung erreichbar.
  • Weist der Partikelfilter eine edelmetallhaltige Beschichtung auf, so dient diese insbesondere einem erleichterten Regenerieren des Partikelfilters. Das Regenerieren kann sowohl aktiv erfolgen, wobei eine erforderliche erhöhte Temperatur für einen thermischen Abbrand von durch den Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikeln mit im Abgas enthaltenem Sauerstoff durch Einbringen und Oxidieren von Kraftstoff ins Abgas stromauf oder in den Partikelfilter erzielt wird. Ergänzend oder alternativ kann ein passives Regenerieren zum Einsatz kommen, bei welchem die Rußpartikel mittels Stickstoffdioxid oxidiert werden. Dieses passive Regenerieren wird auch als CRT-Effekt des Partikelfilters bezeichnet (CRT = continuous regenerating trap, kontinuierlich regenerierende Partikelfalle).
  • Der Partikelfilter kann auch gemeinsam mit dem Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden eine Baueinheit bilden, wobei der Partikelfilter dann bevorzugt zumindest bereichsweise mit einem Katalysatormaterial beschichtet ist, welches die Funktion eines SCR-Katalysators aufweist. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauform der Abgasbehandlungseinrichtung erreichbar. Alternativ kann der Partikelfilter stromabwärts des zum Reduzieren von Stickoxiden vorgesehenen SCR-Katalysators angeordnet sein. Eine gegebenenfalls vorhandene oxidationskatalytische Beschichtung des Partikelfilters fungiert in diesem Fall in vorteilhafter Weise als so genannter Sperrkatalysator zur Oxidation von durch den SCR-Katalysator schlüpfendem Ammoniak. Weiterhin kann zwischen dem SCR-Katalysator und dem Partikelfilter ein weiterer Oxidationskatalysator angeordnet sein. Ein solcher weiterer Oxidationskatalysator erfüllt dann ebenfalls die Funktion eines Sperrkatalysators.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Umgehungsleitung zum Umgehen der Turbine des wenigstens einen Turboladers vorgesehen. Eine solche Umgehungsleitung eignet sich insbesondere bei zweistufiger Turboaufladung zum Umgehen der Turbine des zweiten Turboladers. Durch Umgehen der Turbine des zweiten Turboladers ist noch schneller, insbesondere nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine, an dem SCR-Katalysator die erforderliche Mindesttemperatur für einen hohen Umsatz an Stickoxiden erreichbar. Der erste Turbolader kann dann weiterhin zum Bereitstellen von aufgeladener Ladeluft dienen. Jedoch auch bei einer einstufigen Aufladung kann das Umgehen der Turbine des Turboladers zum raschen Aufheizen des SCR-Katalysators genutzt werden und dann die Dosierfreigabe für die Dosiereinrichtung zur Dosierung des Reduktionsmittels erfolgen.
  • In vorteilhafter Weise weist die Umgehungsleitung eine Absperreinrichtung auf, mittels welcher die Umgehungsleitung zumindest teilweise versperrbar ist. Dadurch kann ein gewünschter Abgasstrom durch die Umgehungsleitung und/oder durch die Turbine bedarfsgerecht eingestellt werden. Ein Aufheizen des SCR-Katalysators durch Umgehen der Turbine wenigstens eines Turboladers zeichnet sich gegenüber Alternativen, bei welchen die Verbrennungskraftmaschine mit einer angelagerten beziehungsweise späten Nacheinspritzung betreiben wird, durch einen verbesserten Wirkungsgrad aus. Darüber hinaus ist das mit einer angelagerten oder späten Nacheinspritzung einhergehende Risiko einer Ölverdünnung so nicht gegeben.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abgasbehandlungseinrichtung wenigstens eine, insbesondere stromaufwärts eines Verdichters des wenigstens einen Turboladers in einen Luftzufuhrtrakt einmündende, Abgasrückführleitung. Insbesondere eine solche Niederdruck-Abgasrückführleitung kann ergänzend oder alternativ zu einer Hochdruck-Abgasrückführleitung vorgesehen sein, bei welcher das rückgeführte Abgas in die verdichtete Ladeluft eingebracht wird. Wird als Reduktionsmittel die wässrige Harnstofflösung eingesetzt, so kann das Wasser aus der wässrigen Harnstofflösung über die Niederdruck-Abgasrückführleitung in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine gelangen und durch Verringern der Verbrennungsendtemperatur zu verringerten Rohemissionen an Stickoxiden führen.
  • Durch die hohe spezifische Wärmekapazität des Wassers können so vorteilhaft der Verbrauch und die Leistungsdichte der Verbrennung verbessert werden. Dies trägt bei reduziertem Reduktionsmittelbedarf zu einem verbesserten Umsatzwirkungsgrad beim Umsetzen der Stickoxide bei, und zwar sowohl bei der Verbrennung als auch bei der Abgasnachbehandlung. Darüber hinaus ist so der thermodynamische Wirkungsgrad der Verbrennung verbesserbar.
  • Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Dosiereinrichtung in Abhängigkeit von einer Temperatur des die Turbine des wenigstens einen Turboladers beaufschlagenden Abgases ansteuerbar ist. So kann das Einbringen des wässrigen Reduktionsmittels gezielt zum Bauteilschutz eingesetzt werden, etwa wenn die Turbine besonders hohen Abgastemperaturen, beispielsweise Temperaturen von mehr als 850°C, ausgesetzt ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ermöglicht ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung für ein Fahrzeug einen verbesserten Stickoxidumsatz, bei welchem eine Turbine wenigstens eines Turboladers vom Abgas einer Verbrennungskraftmaschine durchströmt wird, bei welcher mittels einer Dosiereinrichtung ein Reduktionsmittel an einer Einleitstelle in das Abgas eingebracht wird, welche an der Turbine des wenigstens einen Turboladers angeordnet ist, und bei welchem ein stromabwärts der Turbine angeordneter Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden von dem Abgas durchströmt wird. Hierbei wird ein stromaufwärts der Einleitstelle angeordneter Oxidationskatalysator von dem Abgas durchströmt.
  • Die für die erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt eine schematisierte Abgasbehandlungseinrichtung eines Fahrzeugs mit zweistufiger Turboaufladung.
  • Die Figur zeigt eine Abgasbehandlungseinrichtung 10 zum Behandeln von Abgas eines Dieselmotors 12 eines Fahrzeugs. Ein Abgasstrang der Abgasbehandlungseinrichtung 10 umfasst einen Abgaskrümmer 14, welcher mit den Zylinderauslässen des Dieselmotors 12 in Verbindung steht. In dem Abgasstrang ist ein Hochdruckturbolader 16 angeordnet, welchem ein Niederdruckturbolader 18 nachgeschaltet ist. Stromaufwärts einer Turbine 20 des Hochdruckturboladers 16 ist ein Oxidationskatalysator 22 angeordnet.
  • Der sehr motornah angeordnete Oxidationskatalysator 22 sorgt dafür, dass bereits unmittelbar nach einem Kaltstart des Dieselmotors 12 unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid sehr weitgehend umgesetzt werden. Dadurch ist verhindert, dass ein stromabwärts des Niederdruckturboladers 18 angeordneter SCR-Katalysator 24 mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen beaufschlagt und so vergiftet wird. Es kann jedoch auch eine Anordnung des Oxidationskatalysators 22 im Bereich zwischen der Turbine 20 des Hochdruckturboladers 16 und einer Turbine 28 des Niederdruckturboladers 18 vorgesehen sein. Dadurch kann der Bauraum zwischen Abgaskrümmer 14 und Turbine 20 des Hochdruckturboladers 16 optimiert werden und ein größeres Volumen für den Oxidationskatalysators 22 realisiert werden.
  • Zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgasstrang ist vorliegend ein Dosierventil 26 vorgesehen. Hierbei ist eine Einleitstelle, an welcher mittels des Dosier ventils 26 die Harnstoffwasserlösung in das Abgas einbringbar ist, stromabwärts der Turbine 20 des Hochdruckturboladers 16 und stromaufwärts der Turbine 28 des Niederdruckturboladers 18 angeordnet.
  • So sorgt die Turbine 28 des Niederdruckturboladers 18 für ein intensives Vermischen von Abgas mit feinsten Tröpfchen der wässrigen Harnstofflösung, für ein Aufbereiten des Harnstoffs unter Freisetzung von Ammoniak und für eine Ammoniak-Gleichverteilung in dem Abgas. Dadurch kann auf das Vorsehen einer viel Bauraum beanspruchenden Aufbereitungsstrecke und einer den Abgasgegendruck des Abgasstrangs erhöhenden zusätzlichen Mischeinrichtung verzichtet werden. Der Oxidationskatalysator 22 und der SCR-Katalysator 24 sind sehr motornah angeordnet und erreichen so besonders rasch ihre zum Behandeln des Abgases erforderliche Mindesttemperatur selbst nach dem Kaltstart des Dieselmotors 12.
  • Das Dosierventil 26 ist mittels einer vorliegend nicht gezeigten Steuerungseinrichtung ansteuerbar, wobei ein Einbringen der wässrigen Harnstofflösung in den Abgasstrang auch vorgesehen sein kann, wenn besonders hohe Abgastemperaturen, etwa Temperaturen von mehr als 850°C, andernfalls zu einer sehr starken thermischen Belastung der Turbine 28 führen würden. In diesem Fall kann das Einbringen der wässrigen Harnstofflösung unabhängig von einem Stickoxidverminderungsbedarf als reine Temperaturschutzmaßnahme vorgesehen sein, bei welcher sich Abgase durch Aufbringen von Verdampfungswärme abkühlen.
  • In einer ersten Umgehungsleitung zum Umgehen der Turbine 20 des Hochdruckturboladers 16 ist eine erste Regelklappe 30 angeordnet. Ist diese Regelklappe 30 geöffnet, so durchströmt das Abgas bevorzugt die Umgehungsleitung ohne die Turbine 20 anzutreiben.
  • In analoger Weise weist die Turbine 28 des Niederdruckturboladers 18 ebenfalls eine Umgehungsleitung auf, welche mittels einer zweiten Regelklappe 32 freigebbar ist. Wenn das Abgas unter Umgehung der ersten Turbine 20 und/oder zweiten Turbine 28 dem SCR-Katalysator 24 zugeführt wird, erreicht dieser SCR-Katalysator 24 seine Betriebstemperatur besonders rasch.
  • Mit dem Erreichen der Betriebstemperatur des SCR-Katalysators 24 kann die Dosierfreigabe erfolgen und es kann durch das Dosierventil 26 die wässrige Harnstofflösung in das Abgas eingebracht werden. Hierbei führt dann ein Versperren der Umgehungsleitung zum Umgehen der Turbine 28 mittels der Regelklappe 32 zum raschen und effizienten Aufbereiten des Harnstoffs und Bereitstellen von Ammoniak. Der aus der wässrigen Harnstofflösung freigesetzte Ammoniak sorgt in dem der Turbine 28 nachgeschalteten SCR-Katalysator 24 für ein Umwandeln von Stickoxiden in Stickstoff durch selektive katalytische Reduktion (SCR = selektive catalytic reduction).
  • Stromabwärts des SCR-Katalysators 24 ist ein Partikelfilter 34 angeordnet. Der Partikelfilter 34 weist vorliegend eine Edelmetallbeschichtung auf, welche ein aktives und passives Regenerieren unterstützt. Beim aktiven Regenerieren des Partikelfilters 34 durch Einbringen von Kraftstoff zum Abbrennen von durch den Partikelfilter 34 aus dem Abgasstrom entfernten Partikeln ist das Dosierventil 26 vergleichsweise geringen thermischen Belastungen ausgesetzt, da es sich vergleichsweise weit entfernt von dem Partikelfilter 34 befindet und zusätzlich der SCR-Katalysator 24 als Wärmesenke dient. Der mit einer oxidationskatalytisch wirksamen Beschichtung versehene Partikelfilter 34 dient gleichzeitig als Sperrkatalysator zum Verhindern eines Austretens von Ammoniak in die Umgebung über das Abgas. Alternativ oder zusätzlich kann der Partikelfilter 34 auch eine katalytische Beschichtung mit einer SCR-Funktion aufweisen. Dadurch wird das insgesamt zur Verfügung gestellte aktive Volumen zur Stickoxidreduktion vergrößert und der Partikelfilter 34 kann zusätzlich Ammoniak speichern. Zusätzlich zur Erhöhung einer Stickoxidreduktionsleistung ist damit gleichfalls das Austreten von Ammoniak in die Umgebung verhindert. Ist sowohl eine katalytische beschichtung mit Oxidationsfunktions als auch mit SCR-Funktion vorgesehen, so ist bevorzugt ein oxidationskatalytisch wirksamer Beschichtungsabschnitt des Partikelfilters 34 stromab in Bezug auf SCR-katalytisch wirksamen Beschichtungsabschnitt angeordnet.
  • Stromabwärts des Partikelfilters 34 weist der Abgasstrang eine Abzweigung 36 auf, an welcher eine Niederdruck-Abgasrückführleitung 38 abzweigt. Die Niederdruck-Abgasrückführleitung 38 mündet nach dem Durchströmen eines Abgasrückführungskühlers 40 stromaufwärts eines Verdichters 42 des Niederdruckturboladers 18 in einen Luftzufuhrtrakt 44 des Dieselmotors 12. Stromaufwärts der Einmündung der Niederdruck-Abgasrückführleitung 38 weist der Luftzufuhrtrakt 44 einen Luftfilter 46 auf.
  • Mittels einer Umgehungsleitung 48 ist der Verdichter des Hockdruckturboladers 16 umgehbar, wenn keine zweistufige Aufladung erfolgen soll. Ebenso ist in dem Luftzufuhrtrakt 44 ein Ladeluftkühler 50 über eine Umgehungsleitung umgehbar.
  • Über die Niederdruck-Abgasrückführleitung 38 ist Wasser aus der Harnstoff-Wasser- Lösung in den Luftzufuhrtrakt 44 und so in den Brennraum des Dieselmotors 12 einbringbar. Dies kann genutzt werden, um eine Rohemission an Stickoxiden des Dieselmotors 12 zu verringern und gleichzeitig den Verbrauch und die Leistungsdichte der Verbrennung zu verbessern.
  • Vorliegend ist ein Mehrwege-Abgasrückführungssystem vorgesehen, welches eine zweite Abgasrückführleitung 52 umfasst. Diese ebenfalls einen Abgasrückführungskühler 54 aufweisende Abgasrückführleitung 52 mündet stromaufwärts eines Ladeluftkrümmers in den Luftzufuhrtrakt 44 in der Figur ist des Weiteren eine Hochdruckpumpe 56 dargestellt, mittels welcher Diesel mit hohem Druck in den Brennraum des Dieselmotors 12 einbringbar ist.
  • In einer vorliegend nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform der Abgasbehandlungseinrichtung kann das Dosierventil 26 stromabwärts des Oxidationskatalysators 22 und stromaufwärts der Turbine 20 des Hochdruckturboladers 16 angeordnet sein. Hier können dann die Turbine 20 des Hochdruckturboladers 16 alleine, oder je nach Stellung der Regelklappen 30, 32 lediglich die Turbine 28 des Niederdruckturboladers 18 oder beide Turbinen 20, 28 zum Durchmischen von Abgas und Reduktionsmittel beitragen.
  • Bei dieser Ausführungsform kann das Zudosieren der wässrigen Harnstofflösung stromaufwärts der Turbine 20 des Hochdruckturboladers 16 gezielt zum Abkühlen des Abgases und so zum Verringern einer thermischen Belastung der Turbine 20 eingesetzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2005061362 A [0002]
    • - US 6883308 B2 [0003]

Claims (12)

  1. Abgasbehandlungseinrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Katalysator (24) zum Reduzieren von Stickoxiden in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (12), wobei dem Katalysator (24) wenigstens ein Turbolader (16, 18) vorgeschaltet ist, und mit einer Dosiereinrichtung (26), mittels welcher ein Reduktionsmittel an einer Einleitstelle in das Abgas einbringbar ist, welche im Bereich einer Turbine (28) des wenigstens einen Turboladers (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Einleitstelle ein Oxidationskatalysator angeordnet ist.
  2. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitstelle stromaufwärts der Turbine (28) wenigstens eines Turboladers (18) angeordnet ist.
  3. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungseinrichtung (10) einen ersten Turbolader (16) und einen stromabwärts des ersten Turboladers (16) angeordneten zweiten Turbolader (18) umfasst, wobei die Einleitstelle stromabwärts der Turbine (20) des ersten Turboladers (16) angeordnet ist.
  4. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitstelle eine, insbesondere entgegen einer Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtete, Düseneinrichtung und/oder ein Prallelement und/oder eine von der Turbine (28) verschiedene Mischeinrichtung aufweist.
  5. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (26) zum Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas in Gasform ausgelegt ist.
  6. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungseinrichtung (10) einen, insbesondere beschichteten, Partikelfilter (34) umfasst.
  7. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (34) stromabwärts des Katalysators (24) zum Reduzieren von Stickoxiden, insbesondere unter Zwischenschaltung eines weiterer Oxidationskatalysators, angeordnet ist.
  8. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine, insbesondere mittels einer Absperreinrichtung (30, 32) zumindest teilweise versperrbare, Umgehungsleitung zum Umgehen der Turbine (20, 28) des wenigstens einen Turboladers (16, 28) vorgesehen ist.
  9. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungseinrichtung (10) wenigstens eine, insbesondere stromaufwärts eines Verdichters (42) des wenigstens einen Turboladers (18) in einen Luftzufuhrtrakt (44) einmündende, Abgasrückführleitung (38, 52) umfasst.
  10. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (26) in Abhängigkeit von einer Temperatur des die Turbine (20, 28) des wenigstens einen Turboladers (16, 18) beaufschlagenden Abgases ansteuerbar ist.
  11. Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung (10) für ein Fahrzeug, bei welchem eine Turbine (20, 28) wenigstens eines Turboladers (16, 18) von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (12) durchströmt wird, bei welchem mittels einer Dosiereinrichtung (26) ein Reduktionsmittel an einer Einleitstelle in das Abgas eingebracht wird, welche im Bereich der Turbine (28) des wenigstens einen Turboladers (18) angeordnet ist, und bei welchem ein stromabwärts der Turbine (28) angeordneter Katalysator (24) zum Reduzieren von Stickoxiden von dem Abgas durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromaufwärts der Einleitstelle angeordneter Oxidationskatalysator (22) von dem Abgas durchströmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels einer Abgasbehandlungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.
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