DE102009044780A1 - Abgassystem - Google Patents

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DE102009044780A1
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Jin Ha Lee
Hyokyung Yongin Lee
Jie Won Suwon Park
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Hyundai Motor Co
Kia Corp
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

Ein Abgassystem kann eine Abgasleitung, durch welche Abgas strömt, welches in einem Motor gebildet wird, einen Stickoxid-Reinigungskatalysator, welcher an der Abgasleitung angeordnet ist, um Stickoxid zu reduzieren, welches in dem Abgas enthalten ist, einen Injektor, um zusätzlich Kraftstoff in die Abgasleitung oder einen Zylinder einzuspritzen, und einen Kraftstoff-Crackkatalysator umfassen, welcher zwischen dem Injektor und dem Stickoxid-Reinigungskatalysator angeordnet ist, um den Kraftstoff zu spalten, welcher durch den Injektor eingespritzt wird, den eingespritzten Kraftstoff in ein hocheffizientes Reduktionsmittel umzuwandeln und die Temperatur des letzteren Teils davon durch eine Oxidationsreaktion zu erhöhen.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2009-0080791 , welche am 28. August 2009 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme für alle Zwecke hierin mit aufgenommen ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgassystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgassystem zum Reduzieren von Stickoxid, welches in dem Abgas enthalten ist.
  • Beschreibung verwandter Technik
  • Üblicherweise wird das Abgas, welches durch einen Abgaskrümmer eines Motors entweicht, derart geführt, dass es durch einen katalytischen Umwandler/Konverter strömt, welcher in der Mitte einer Abgasleitung montiert ist, um das Abgas zu reinigen, und der Abgaslärm wird reduziert, während das Abgas durch einen Schalldämpfer strömt, bevor das Abgas durch ein Endrohr an die Außenseite ausgegeben wird.
  • Der katalytische Umwandler verarbeitet die Schadstoffe, welche in dem Abgas enthalten sind. Ferner ist ein Partikelfilter an der Abgasleitung montiert, um Feinstaub (PM) zu fangen, welcher in dem Abgas enthalten ist.
  • Eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion ist eine Art eines katalytischen Umwandlers. Reduktionsmittel wie z. B. Kohlenstoffmonoxid, Gesamtkohlenwasserstoff (THC) usw. reagieren in der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) gut mit Stickoxid, d. h. eher als mit Sauerstoff, weshalb sie als eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) bezeichnet wird.
  • In einem Verbrennungsmotor, an dem die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion installiert ist, wird gemäß der Stickoxid-Menge in dem Abgas Kraftstoff kontinuierlich und zusätzlich eingespritzt. Folglich kann der Kohlenwasserstoff von der bzw. durch die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion schlüpfen, wodurch der Kraftstoffverbrauch ansteigt.
  • Ferner wird, wenn das Reduktionsmittel kontinuierlich zugeführt wird, kontinuierlich eine Redoxreaktion in der Abgasleitung durchgeführt. Folglich ist die Lebensdauer des Katalysators aufgrund der Reaktionswärme, welche während der Redoxreaktion gebildet wird, verschlechtert.
  • Die in diesem Abschnitt der Erfindung offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht verstanden werden als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der Fachleuten bereits bekannt ist.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind gerichtet auf das Bereitstellen eines Abgassystems, welches den Vorteil einer verbesserten Stickoxid-Reinigungseffizienz aufweist.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Abgassystem eine Abgasleitung, durch welche Abgas strömen kann, welches in einem Motor gebildet wird, einen Stickoxid-Reinigungskatalysator, welcher an der Abgasleitung angeordnet ist, um Stickoxid zu reduzieren, welches in dem Abgas enthalten ist, einen Injektor, um zusätzlich Kraftstoff in die Abgasleitung oder einen Zylinder einzuspritzen, und einen Kraftstoff-Crackkatalysator aufweisen, welcher zwischen dem Injektor und dem Stickoxid-Reinigungskatalysator angeordnet ist, um den Kraftstoff zu spalten, welcher durch den Injektor eingespritzt wird, den eingespritzten Kraftstoff in ein hocheffizientes Reduktionsmittel umzuwandeln und die Temperatur des letzteren Teils davon durch eine Oxidationsreaktion zu erhöhen.
  • Der Kraftstoff-Crackkatalysator kann einen langen Kohlenstoffring spalten, um eine Mehrzahl von kurzen Kohlenwasserstoffen bereitzustellen, sodass die Stickoxid-Reinigungseffizienz in dem Stickoxid-Reinigungskatalysator verbessert ist.
  • Der Kraftstoff-Crackkatalysator kann einen Träger aufweisen, welcher Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, sulfatiertes Aluminiumoxid, sulfatiertes Zirkoniumoxid, ein Mischoxid aus sulfatiertem Ceroxid und Zirkonoxid, Wolfram-Zirkonoxid, Wolfram-Aluminiumoxid und Zeolith umfasst, wobei in dem Träger zumindest ein Katalysatorelement geformt ist, welches ausgewählt ist aus Pt, Pd, Rh, Ir, Ag, Sn und Ru, und wobei das Katalysatorelement des Trägers ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% der gesamten Washcoat-Masse aufmacht.
  • Der Stickoxid-Reinigungskatalysator kann einen Teil des Stickoxids in dem Abgas mit nicht verbranntem Kraftstoff oder Kohlenwasserstoff reduzieren, den anderen Teil davon durch Diffusion darin speichern und das Reduktionsmittel, welches in dem Kraftstoff-Crackkatalysator gebildet wird, dazu verwenden, das in dem Stickoxid-Reinigungskatalysator gespeicherte Stickoxid zu desorbieren und das desorbierte Stickoxid zu reduzieren.
  • Der Stickoxid-Reinigungskatalysator kann eine erste Katalysatorschicht und eine zweite Katalysatorschicht aufweisen, welche als Beschichtung auf einem Träger vorgesehen sind, wobei die erste Katalysatorschicht angrenzend an das Abgas angeordnet ist, und wobei die zweite Katalysatorschicht an den Träger angrenzend angeordnet ist, wobei der Injektor gesteuert wird, um Kraftstoff einzuspritzen, wenn die in der zweiten Katalysatorschicht gespeicherte Stickoxidmenge größer ist als ein vorbestimmter Wert.
  • Der Injektor kann gesteuert werden, um Kraftstoff einzuspritzen, wenn das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid in dem Abgas niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, wobei der vorbestimmte Wert des Verhältnisses von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid ungefähr acht sein kann.
  • Die erste Katalysatorschicht kann zumindest einen von einem Zeolith-Katalysator und einem Metallkatalysator, welcher an porösem Aluminiumoxid geformt ist, aufweisen.
  • Die zweite Katalysatorschicht kann ein Edelmetall und ein Stickoxid-Speichermaterial aufweisen.
  • Der Injektor kann einen ersten Injektor, welcher den Kraftstoff in einen Zylinder einspritzt, der eine Verbrennungskammer des Motors ausbildet, und einen zweiten Injektor aufweisen, welcher an einem Frontabschnitt des Stickoxid-Reinigungskatalysators angeordnet ist.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich sind aus und im Detail dargelegt sind in der angehängten Zeichnung, welche hierin mit aufgenommen ist, und der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Abgassystems gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt die Reaktionsgleichung eines Prozesses, der in einem Kraftstoff-Crackkatalysator abläuft, welcher bereitgestellt ist in einem Abgassystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine schematische Reaktionsgleichung eines Prozesses eines Abgassystems gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt den Effekt eines Kraftstoff-Crackkatalysators in einem Abgassystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt einen Absorptionsmodus eines Stickoxid-Reinigungskatalysators in einem Abgassystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt einen Reduktionsmodus eines Stickoxid-Reinigungskatalysators in einem Abgassystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Es ist verständlich, dass die angehängte Zeichnung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu ist, sondern eine etwas vereinfachte Wiedergabe von verschiedenen Merkmalen darstellt, welche illustrativ sind für die grundlegenden Prinzipien der Erfindung. Die spezifischen Designmerkmale der vorliegenden Erfindung wie sie hierin offenbart ist, umfassen z. B. spezifische Dimensionen, Orientierungen, Anordnungen und Formen, werden zum Teil durch die bestimmte beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
  • In den verschiedenen Figuren der Zeichnung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in der angehängten Zeichnung veranschaulicht und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschrieben wird, ist es verständlich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, die Erfindung auf diese als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die als Beispiel dienenden Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche von dem Geist und dem Umfang der Erfindung wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist umfasst sein können.
  • Eine als Beispiel dienende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Detail mit Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Abgassystems gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 1 umfasst ein Abgassystem einen Motor 100, einen Steuer- oder Regelungsabschnitt 110 (ECU), einen Injektor 120, einen Kraftstoff-Crackkatalysator 130, einen katalytischen Partikelfilter 140, eine Abgasleitung 150, einen Stickoxid-Reinigungskatalysator 160, einen ersten Sauerstoffsensor 170a, einen zweiten Sauerstoffsensor 170b, einen ersten Temperatursensor 180a, einen zweiten Temperatursensor 180b, einen dritten Temperatursensor 180c, einen vierten Temperatursensor 180d und einen Differenzdrucksensor 190.
  • Ein separater Injektor ist in dem Motor 100 vorgesehen, um zusätzlich Kraftstoff in einen Zylinder einzuspritzen oder um Kraftstoff in die Ansaugluft einzuspritzen.
  • Das Verbrennungsgas, welches von dem Motor 100 ausgegeben wird, strömt durch die Abgasleitung 150, und der Injektor 120, der Kraftstoff-Crackkatalysator 130, der katalytische Partikelfilter 140 und der Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 sind der Reihe nach in der Abgasleitung 150 angeordnet.
  • Der erste Sauerstoffsensor 170a und der erste Temperatursensor 180a sind zwischen dem Motor 100 und dem Injektor 120 an der Abgasleitung 150 angeordnet, und der zweite Temperatursensor 180b ist zwischen dem Kraftstoff-Crackkatalysator 130 und dem katalytischen Partikelfilter 140 angeordnet.
  • Ferner sind der dritte Temperatursensor 180c und der vierte Temperatursensor 180d an dem Einlass bzw. dem Auslass des Stickoxid-Reinigungskatalysators 160 angeordnet, und der zweite Sauerstoffsensor 170b ist an der stromabwärts gelegenen Seite des vierten Temperatursensors 180d angeordnet.
  • Der Differenzdrucksensor 190 detektiert eine Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoff-Crackkatalysator 130 und dem katalytischen Partikelfilter 140.
  • Die Signale, welche in/von dem ersten und zweiten Sauerstoffsensor 170a und 170b, dem ersten, zweiten, dritten und vierten Temperatursensor 180a, 180b, 180c und 180d sowie dem Differenzialdrucksensor 190 detektiert werden, werden an den Steuerabschnitt 110 übermittelt, und der Injektor 120 und der Motor 100 werden gemäß den übermittelten Signalen gesteuert. In der vorliegenden Anmeldung soll der Begriff Steuern auch ein Regeln umfassen.
  • Der Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 absorbiert bzw. adsorbiert das Stickoxid aus/in dem Abgas, welches in dem Motor 100 erzeugt wird, und das absorbierte Stickoxid wird desorbiert, um mit einem Reduktionsmittel (300, siehe 3) reduziert zu werden, welches von/an dem Kraftstoff-Crackkatalysator 130 aus dem Kraftstoff erzeugt wurde, welcher durch den Injektor 120 eingespritzt wurde.
  • D. h., um das Stickoxid, welches in dem Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 absorbiert ist, zu desorbieren und reduzieren, wird der Injektor 120 gesteuert, um zusätzlich Kraftstoff einzuspritzen, und der Kraftstoff-Crackkatalysator 130 wandelt den eingespritzten Kraftstoff um, um das Reduktionsmittel wie z. B. HC, CO, 112 usw. zu erzeugen. Das Reduktionsmittel wird verwendet, um den Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 zu regenerieren.
  • Bezugnehmend auf 1 fängt der katalytische Partikelfilter 140 Feinstaub (PM), welcher in dem Abgas enthalten ist, um ihn in in einer vorbestimmten Bedingung zu eliminieren, z. B. durch Verbrennung.
  • Der Steuerabschnitt bzw. Regelungsabschnitt 110 veranlasst eine Regeneration des katalytischen Partikelfilters 140, wenn die Druckdifferenz, welche von dem Differenzdrucksensor 190 gemessen wird, größer ist als ein vorbestimmter Wert. In diesem Fall wird von dem Injektor 120 Kraftstoff eingespritzt, um gefangenen Ruß zu verbrennen, welcher in dem katalytischen Partikelfilter 140 angehäuft ist.
  • Das Verhältnis von HC in dem Abgas zu dem Stickoxid, welches in dem Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 gespeichert ist, wird auf Kennfelddaten angewendet, der Steuerabschnitt 110 vergleicht in einer realen Fahrbedingung das Verhältnis von HC zu NOx mit einem vorbestimmten Wert in den Kennfelddaten, und für den Fall, dass der Wert niedriger ist als der vorbestimmte Wert, wird der Injektor 120 betrieben, um Kraftstoff in die Abgasleitung einzuspritzen. D. h., das Verhältnis von HC zu NOx wird erhöht.
  • Ein Stickoxid-Detektionssensor kann an der stromabwärts gelegenen Seite des Stickoxid-Reinigungskatalysators 160 angeordnet sein, und der Stickoxid-Detektionssensor detektiert die Stickoxid-Menge in dem Abgas, um das relevante Signal an den Steuerabschnitt zu übermitteln.
  • Alternativ kann anstelle der Verwendung eines Stickoxid-Detektionssensors die NOx-Speichermenge vorhergesagt werden anhand von vorbestimmten Kennfelddaten aus Versuchswerten.
  • Der Steuerabschnitt 110 steuert die Kraftstoff-Injektionsmenge und die Kraftstoff-Injektionszeit basierend auf Signalen, welche von Sensoren detektiert werden, und den Kennfelddaten, um das Stickoxid, welches in dem Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 gefangen ist, zu desorbieren und reduzieren.
  • Z. B. steuert der Steuerabschnitt 110 den Injektor, so dass dieser zusätzlich Kraftstoff einspritzt, für den Fall, dass die Stickoxid-Menge, welche in dem Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 gespeichert ist, größer ist als ein vorbestimmter Wert.
  • Hier steuert der Steuerabschnitt 110 das Verhältnis von Kohlenwasserstoff (HC) zu Stickoxid (NOx), sodass dieses größer wird als ein vorbestimmtes Verhältnis, um das Stickoxid, welches in dem Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 gespeichert ist, zu desorbieren und reduzieren. Hier kann das vorbestimmte Verhältnis z. B. acht sein.
  • Der Kraftstoff-Crackkatalysator 130 trennt bzw. spaltet den Kettenring der Kohlenstoffverbindung in dem Kraftstoff durch eine katalytische Reaktion, um den Kraftstoff zu zerlegen. D. h., der Kraftstoff-Crackkatalysator 130 spaltet den Verbindungsring, welcher den Kohlenwasserstoff formt, durch thermisches Cracken, um den Kraftstoff zu zerlegen.
  • Der Kraftstoff-Crackkatalysator 130 wandelt ferner einen Teil des Kohlenwasserstoffs zu oxidiertem Kohlenwasserstoff um, um den Kraftstoff zu aktivieren, welcher von dem Injektor 120 eingespritzt wird.
  • Ferner wandelt der Kraftstoff-Crackkatalysator 130 den Kraftstoff, welcher als Flüssigkeit eingespritzt wird, derart um, dass dieser zu dem hochreaktiven Reduktionsmittel (300, siehe 3) verdampft wird, reduziert durch die Oxidationsreaktion gleichzeitig die Sauerstoffkonzentration und erhöht die Temperatur des Abgases.
  • Das Katalysatorelement, welches in dem Kraftstoff-Crackkatalysator enthalten ist, ist zusammengesetzt aus Pt, Pd, Ir, Ag, Sn, Ru usw., und das Gewicht davon kann in dem Bereich von 0,05 Gew.-% bis zu 10 Gew.-% des gesamten Beschichtungsmaterials liegen.
  • Ferner ist in dem Kraftstoff-Crackkatalysator der Träger, an dem das Katalysatorelement angebracht ist, zusammengesetzt aus Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd, sulfataufweisendes Aluminiumoxyd, sulfataufweisendes Zirkoniumoxyd, sulfataufweisendes Ceroxyd-Zirkoniumoxyd-Mischoxyd, Wolfram-Zirkonoxyd, Wolfram-Aluminiumoxyd, Zeolith usw.
  • 4 zeigt den Effekt des Kraftstoff-Crackkatalysators in einem Abgassystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 4 wird die Stickoxid-Reinigungsrate um ungefähr 12% bis 30% verbessert, wenn der Kraftstoff-Crackkatalysator verwendet wird.
  • Hier ist der Effekt des Kraftstoff-Crackkatalysators bei einer niedrigen Abgastemperatur hoch, und es liegt ein Effekt des Verbesserns der Stickoxid-Reinigungsrate sowie des Vermeidens des Kohlenwasserstoff-Schlupfes vor.
  • 2 zeigt die Reaktionsgleichung eines Prozesses, der in einem Kraftstoff-Crackkatalysator abläuft, welcher bereitgestellt ist in einem Abgassystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 3 zeigt eine schematische Reaktionsgleichung eines Prozesses eines Abgassystems gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt einen Absorptionsmodus eines Stickoxid-Reinigungskatalysators in einem Abgassystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 6 zeigt einen Reduktionsmodus eines Stickoxid-Reinigungskatalysators in einem Abgassystem gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, umfasst der Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 eine erste Katalysatorschicht 444 und eine zweite Katalysatorschicht 446, welche als Beschichtung auf den Träger aufgebracht sind. Die erste Katalysatorschicht 444 ist benachbart bzw. angrenzend an das Abgas angeordnet, und die zweite Katalysatorschicht 446 ist angrenzend an den Träger angeordnet.
  • Die erste Katalysatorschicht 444 oxidiert das Stickoxid des Abgases und reduziert einen Teil des oxidierten Stickoxids durch eine Oxidations-/Reduktions-Reaktion mit dem nicht verbrannten Kraftstoff oder dem Kohlenwasserstoff, welche in dem Abgas enthalten sind.
  • Ferner diffundiert der andere Teil des oxidierten Stickoxids in die zweite katalytische Schicht 446. Wie in den 5 und 6 gezeigt, umfasst die erste katalytische Schicht 444 zumindest einen von einem Zeolith-Katalysator 412 und einem Metallkatalysator 414, der an porösem Aluminiumoxyd geformt ist.
  • Der Zeolith-Katalysator 412 ist ein Katalysator, in dem zumindest ein Element von Kupfer, Platin, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Zink, Silber, Cer und Gallium ionenausgetauscht ist. Die chemische Reaktion in dem Zeolithkatalysator 412 wird wie folgt beschrieben: Z-Cu2+O- + NO → Z-Cu2+(NO2-)ads → Z-Cu2+ + NO2 Z+O- + NO → Z+(NO2-)adsZ+ + NO2 Z-Cu2+(NO2-)ads + NO → Z-Cu2+N2O3-ads → Z-Cu2 +O- + N2 + O2 Z-H+ + CnH2n → Z-CnH2n+1 + → n(Z-H) + CnH2n + mNO2 + CnH2n + → CnH2nNmO2m → N2 + CO2 + H2O
  • Hier kennzeichnet das „Z” den Zeolith, und die tiefgestellte Bezeichnung „ads” bezeichnet Adsorption.
  • Ferner umfasst der Metallkatalysator 414, welcher in dem porösen Aluminiumoxyd geformt ist, zumindest ein Element von Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Kupfer und Zink. Die chemische Reaktion in dem Metallkatalysator 414, der in dem porösen Aluminiumoxyd geformt ist, ist wie folgt: NO + O2 → (NOx)ads THC + (NOx)ads → THC-ONO or THC-NO2 THC-NO2 → THC-NCO THC-NCO + NO + O2 → N2 + CO2 + H2O
  • Hier kennzeichnet THC den Kohlenwasserstoff. Wie bereits oben beschrieben wurde bezeichnet der Kohlenwasserstoff die Verbindung, welche besteht aus Kohlenstoff und Wasserstoff, welche in dem Abgas und dem Kraftstoff enthalten sind.
  • Die zweite katalytische Schicht 446 speichert einen Teil des oxidierten Stickoxyds der ersten katalytischen Schicht 444, und desorbiert das gespeicherte Stickoxyd durch den zusätzlich eingespritzten Kraftstoff unter einer vorbestimmten Bedingung, um es in der ersten katalytischen Schicht 444 zu reduzieren.
  • Wie oben beschrieben wurde ist die vorbestimmte Bedingung ein Fall, in dem die Menge an Stickoxid, welche in der zweiten katalytischen Schicht 446 gespeichert ist, größer ist als ein vorbestimmter Wert der Kennfelddaten, sodass die Reduktionsreaktion des Stickoxyds in der ersten katalytischen Schicht 444 aktiviert wird.
  • Die zweite katalytische Schicht 446 umfasst ein Edelmetall 408 und ein Stickoxid-Speichermaterial 406. Das Stickoxyd-Speichermaterial 406 kann BaO (Bariumoxid oder Bariumhydroxid) sein. Das Edelmetall 408 begünstigt die Speicherung von Stickoxid durch das Stickoxid-Speichermaterial 406. Eine Vielzahl von Metallmaterialien, wie z. B. Platin, Palladium usw., kann für das Element des Edelmetalls 408 verwendet werden.
  • Im Folgenden wird das Arbeitsprinzip gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Stickoxid-Speichermodus
  • In dem Fall, in dem die Menge an Stickoxid, welches in der zweiten katalytischen Schicht 446 gespeichert ist, kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, wird Stickoxid in/aus dem Abgas in der ersten katalytischen Schicht 444 oxidiert, ein Teil des oxidierten Stickoxids reagiert mit Kohlenwasserstoff des Abgases gemäß einer Oxidations-Reduktions-Reaktion zu Stickstoffgas, und der andere Teil davon wird in der zweiten katalytischen Schicht 446 gespeichert. In diesem Prozess wird der Kohlenwasserstoff in dem Abgas zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Die Reaktion, welche in der ersten katalytischen Schicht 444 abläuft, ist in den folgenden Gleichungen wiedergegeben. NO + 1/2O2 → NO2 NO + HC → 1/2N2 + CO2
  • Während der andere Teil des oxidierten Stickoxids und das Stickoxid des Abgases in die zweite katalytische Schicht 446 diffundieren, um dort gespeichert zu werden, begünstigt das Edelmetall 408 der zweiten katalytischen Schicht 446 die Speicherung des Stickoxids durch das Stickoxid-Speichermaterial 406. Die Reaktion, welche in der zweiten katalytischen Schicht 446 abläuft, ist in der folgenden Gleichung wiedergegeben: BaO + 2NO2 + 1/2O2 → BaNO32
  • Stickoxid-Regenerationsmodus
  • In dem Fall, in dem die Menge des Stickoxids, welches in der zweiten katalytischen Schicht 446 gespeichert ist, größer ist als ein vorbestimmter Wert, steuert der Steuerabschnitt 110 den Injektor 120 derart, dass dieser Kraftstoff einspritzt. Der zusätzlich eingespritzte Kraftstoff strömt durch den Kraftstoff-Crackkatalysator (130, DFC), und der Kraftstoff wird in kleine Moleküle gespalten. Ferner wird ein Teil des niedermolekularen Kohlenwasserstoffs in Kohlenwasserstoff umgewandelt, welcher mit Sauerstoff kombiniert ist, um durch den Stickoxid-Reinigungskatalysator 160 zu strömen.
  • Zu dieser Zeit wird das Stickoxid von der zweiten Katalysatorschicht 446 desorbiert durch eine Austauschreaktion mit dem Kohlenwasserstoff, und dieser Prozess kann verkürzt mit der folgenden Gleichung wiedergegeben werden: BaNO32 + 3CO → BaCO3 + 2NO + 2CO2
  • Das Stickoxid wird in der ersten Katalysatorschicht 444 zu Stickstoffgas reduziert und zwar durch die Oxidations-Reduktions-Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff, welcher mit dem Kohlenwasserstoff/Sauerstoff kombiniert ist, und dem Stickoxid, welches von der zweiten Katalysatorschicht 446 desorbiert wird, und der Kohlenwasserstoff, welcher kombiniert ist mit Kohlenwasserstoff/Sauerstoff, wird zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Dies kann mit der folgenden Gleichung wiedergegeben werden: NO + HC/oxidierter HC = 1/2N2 + CO2
  • Wie oben beschrieben wurde, werden das Stickoxid und der Kohlenwasserstoff, welche in dem Abgas enthalten sind, gereinigt.
  • An Stelle einer kontinuierlichen Einspritzung des Kraftstoffes steuert der Steuerungsabschnitt 110 in einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Injektor 120 derart, dass dieser Kraftstoff einspritzt, während das Verhältnis von HC zu NOx in dem Abgas geringer ist als ein vorbestimmter Wert. Folglich wird der Kraftstoff in der optimierten Bedingung gemäß der Fahrbedingung zusätzlich eingespritzt, sodass der Schlupf des Kohlenwasserstoffs vermieden wird und der Kraftstoffverbrauch reduziert ist.
  • Die vorhergehende Beschreibung von spezifischen als Beispiel dienenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde präsentiert zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder dazu dienen, die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und selbstverständlich sind im Lichte der obigen Lehre viele Modifikationen und Variationen möglich. Die als Beispiel dienenden Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um hierdurch Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene als Beispiel dienende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und zu verwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2009-0080791 [0001]

Claims (12)

  1. Abgassystem, aufweisend: eine Abgasleitung, durch welche Abgas strömen kann, welches in einem Motor gebildet wird, einen Stickoxid-Reinigungskatalysator, welcher an der Abgasleitung angeordnet ist, um Stickoxid zu reduzieren, welches in dem Abgas enthalten ist, einen Injektor, um zusätzlich Kraftstoff in die Abgasleitung oder einen Zylinder einzuspritzen, und einen Kraftstoff-Crackkatalysator, welcher zwischen dem Injektor und dem Stickoxid-Reinigungskatalysator angeordnet ist, um den Kraftstoff zu spalten, welcher durch den Injektor eingespritzt wird, den eingespritzten Kraftstoff in ein hocheffizientes Reduktionsmittel umzuwandeln und die Temperatur des letzteren Teils davon durch eine Oxidationsreaktion zu erhöhen.
  2. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoff-Crackkatalysator einen langen Kohlenstoffring spaltet, um eine Mehrzahl von kurzen Kohlenwasserstoffen bereitzustellen, sodass die Stickoxid-Reinigungseffizienz in dem Stickoxid-Reinigungskatalysator verbessert ist.
  3. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoff-Crackkatalysator einen Träger aufweist, welcher zumindest eines von Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, sulfatiertem Aluminiumoxid, sulfatiertem Zirkoniumoxid, einem Mischoxid aus sulfatiertem Ceroxid und Zirkoniumoxid, Wolfram-Zirkoniumoxid, Wolfram-Aluminiumoxid und Zeolith umfasst, wobei in dem Träger zumindest ein Katalysatorelement ausgebildet ist, welches ausgewählt ist aus Pt, Pd, Rh, Ir, Ag, Sn und Ru.
  4. Abgassystem nach Anspruch 3, wobei das Katalysatorelement des Trägers ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% der Masse des gesamten Washcoats aufmacht.
  5. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei der Stickoxid-Reinigungskatalysator einen Teil des Stickoxids in dem Abgas mit nicht verbranntem Kraftstoff oder Kohlenwasserstoff reduziert, den anderen Teil davon durch Diffusion darin speichert und das Reduktionsmittel, welches in dem Kraftstoff-Crackkatalysator gebildet wird, verwendet, um das in dem Stickoxid-Reinigungskatalysator gespeicherte Stickoxid zu desorbieren und das desorbierte Stickoxid zu reduzieren.
  6. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei der Stickoxid-Reinigungskatalysator eine erste Katalysatorschicht und eine zweite Katalysatorschicht aufweist, welche als Beschichtung auf einem Träger vorgesehen sind, wobei die erste Katalysatorschicht angrenzend an das Abgas angeordnet ist, und wobei die zweite Katalysatorschicht an den Träger angrenzend angeordnet ist.
  7. Abgassystem nach Anspruch 6, wobei der Injektor gesteuert wird, um Kraftstoff einzuspritzen, wenn die in der zweiten Katalysatorschicht gespeicherte Stickoxidmenge größer ist als ein vorbestimmter Wert.
  8. Abgassystem nach Anspruch 7, wobei der Injektor gesteuert wird, um Kraftstoff einzuspritzen, wenn das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid in dem Abgas niedriger ist als ein vorbestimmter Wert.
  9. Abgassystem nach Anspruch 8, wobei der vorbestimmte Wert des Verhältnisses von Kohlenwasserstoff zu Stickoxid ungefähr acht ist.
  10. Abgassystem nach Anspruch 6, wobei die erste Katalysatorschicht zumindest einen von einem Zeolith-Katalysator und einem Metallkatalysator, welcher an porösem Aluminiumoxid geformt ist, aufweist.
  11. Abgassystem nach Anspruch 6, wobei die zweite Katalysatorschicht ein Edelmetall und ein Stickoxid-Speichermaterial aufweist.
  12. Abgassystem nach Anspruch 1, wobei der Injektor aufweist: einen ersten Injektor, welcher den Kraftstoff in einen Zylinder einspritzt, der eine Verbrennungskammer des Motors ausbildet, und einen zweiten Injektor, welcher an einem vorderen Abschnitt des Stickoxid-Reinigungskatalysators angeordnet ist.
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