DE102010035007A1

DE102010035007A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasbehandlung

Info

Publication number: DE102010035007A1
Application number: DE102010035007A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Maus
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-02-23
Also published as: WO2012022762A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (1), wobei in einer Abgasleitung (2) zumindest ein elektrisch aufheizbarer Oxidations-Katalysator (3) angeordnet ist, aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a) Elektrisches Heizen des Oxidations-Katalysators (3), b) Bestimmen zumindest einer katalytisch aktiven Fläche (5) des Oxidations-Katalysators (3), c) Festlegen einer Menge (6) eines Reaktionsmittels (7) zumindest in Abhängigkeit von der aktiven Fläche (5) des Oxidations-Katalysators (3), d) Zugeben der festgelegten Menge (6) des Reaktionsmittels (7) in die Abgasleitung (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasbehandlung einer Verbrennungskraftmaschine, das den Schadstoffausstoß der Verbrennungskraftmaschine insbesondere nach dem Kaltstart reduzieren soll.
Die Abgasvorschriften für Verbrennungskraftmaschinen wurden in den letzten Jahren immer weiter verschärft. Dies gilt insbesondere auch für das Kaltstartverhalten von Verbrennungskraftmaschinen, also die Zeitspanne unmittelbar nach Neustarten der Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Gerade in diesem Zeitfenster haben Abgasbehandlungseinheiten, wie z. B. Oxidationskatalysatoren, Diesel-Oxidationskatalysatoren (DOC), SCR-Katalysatoren, Hydrolyse-Katalysatoren, noch nicht die für die jeweilige Reaktion bzw. Umsetzung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe notwendige Temperatur erreicht. Aus diesem Grund sind Maßnahmen erforderlich, die eine Aufheizung der in der Abgasleitung angeordneten Abgasbehandlungskomponenten möglich machen, bzw. die einen Austritt von unbehandelten Schadstoffen aus dem Abgassystem möglichst verhindern. Dabei werden z. B. innermotorische Maßnahmen eingesetzt, die eine schnelle Aufheizung des Abgases zur Folge haben sollen, z. B. durch Verstellen von Zünd- und/oder Einspritzzeitpunkten bzw. durch gezielte Nacheinspritzung. Durch diese innermotorischen Maßnahmen wird das Abgas bereits in der Verbrennungskraftmaschine auf einen möglichst hohen Temperaturwert erhitzt, wobei dann das Abgas bereits durch die Bereiche der Abgasleitung abgekühlt wird, die stromaufwärts der Abgasbehandlungseinheiten angeordnet sind. Damit geht ein großer Teil der für die Erwärmung der Abgasbehandlungseinheiten erforderlichen Wärmeenergie verloren.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Es soll ein Verfahren zur Abgasbehandlung einer Verbrennungskraftmaschine angegeben werden, das sicherstellt, dass eine möglichst schnelle Aufheizung der Abgasbehandlungseinheiten erfolgt, so dass die Umsetzung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe möglichst frühzeitig erfolgen kann. Gleichzeitig soll eine Schädigung der Abgasbehandlungseinheiten durch z. B. zu starke Temperaturbelastungen vermieden werden.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. deren Implementierung in ein Kraftfahrzeug sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung weiter und führt ergänzende Ausführungsbeispiele der Erfindung an.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Behandlung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine geeignet. In einer Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine ist zumindest ein elektrisch aufheizbarer Oxidations-Katalysator angeordnet. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:

a) Elektrisches Heizen des Oxidations-Katalysators,
b) Bestimmen zumindest einer katalytisch aktiven Fläche des Oxidations-Katalysators,
c) Festlegen einer Menge eines Reaktionsmittels zumindest in Abhängigkeit von der aktiven Fläche des Oxidations-Katalysators,
d) Zugeben der festgelegten Menge des Reaktionsmittels in die Abgasleitung.

Insbesondere ist stromabwärts von dem elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysator zumindest eine Abgasbehandlungseinheit angeordnet. Das Verfahren kann dann zumindest die folgenden Schritte aufweisen:

a) Elektrisches Heizen des Oxidations-Katalysators,
b) Bestimmen zumindest einer katalytisch aktiven Fläche des Oxidations-Katalysators oder einer katalytisch aktiven Fläche der zumindest einen Abgasbehandlungseinheit,
c) Festlegen einer Menge eines Reaktionsmittels zumindest in Abhängigkeit von der aktiven Fläche des Oxidations-Katalysators oder der aktiven Fläche der zumindest einen Abgasbehandlungseinheit,
d) Zugeben der festgelegten Menge des Reaktionsmittels in die Abgasleitung.

Das Verfahren findet insbesondere bei Diesel-Motoren oder Otto-Motoren Anwendung. Selbstverständlich kann es gleichermaßen bei Verbrennungskraftmaschinen mit anderen Kraftstoffen, wie z. B. auch LPG (Lique-fied Patrol Gas), betrieben werden.
Insbesondere nach dem Kaltstart bzw. Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine erfolgt ein elektrisches Beheizen des Oxidations-Katalysators, so dass dieser möglichst schnell die sogenannte Light-off-Temperatur erreicht, bei der eine Umsetzung von im Abgas enthaltenen Schadstoffen an der katalytisch aktiven Fläche bzw. Beschichtung des Oxidations-Katalysators beginnt. Sobald diese Temperatur erreicht wird, ist demnach zumindest ein Flächenanteil des Oxidations-Katalysators katalytisch aktiviert. Dieses Beheizen kann insbesondere dadurch unterstützt werden, dass ein Wärmeübergang von der elektrisch beheizbaren Oberfläche des Oxidations-Katalysators zum Abgas möglichst schlecht ausgelegt wird. Dies hätte zur Folge, dass nur eine geringe elektrische Heizleistung ausreicht, um die Aktivierungstemperatur der katalytisch wirksamen Fläche zu erreichen, weil dann das Abgas nur einen geringeren Teil der Wärme von dem Oxidations-Katalysator abführt.
Eine besonders bevorzugte Maßnahme ist in diesem Zusammenhang, dass die elektrisch beheizbare Komponente mit einer geringen Oberfläche bzw. Kanaldichte ausgeführt ist, insbesondere im Vergleich zur nachgelagerten Komponente. So kann die Kanaldichte beispielsweise auf maximal 300 cpsi [Kanäle pro Quadrat-Inch] begrenzt sein, oder sogar auf maximal 200 cpsi und besonderes bevorzugt liegt diese Kanaldichte im Bereich von 150 bis 180 cpsi.
Der Schritt b) des Verfahrens umfasst daher die Bestimmung der Größe der katalytisch aktiven Fläche von Oxidations-Katalysator und/oder Abgasbehandlungseinheit, so dass in Abhängigkeit von zumindest dieser (gesamten) aktiven Fläche die Menge eines Reaktionsmittels festgelegt werden kann, das auf bzw. mit der katalytisch aktiven Fläche (insbesondere zunächst des Oxidations-Katalysators) reagiert. Die Reaktion des Reaktionsmittels auf der katalytisch aktiven Fläche des Oxidations-Katalysators ist eine exotherme Reaktion und setzt eine bestimmte Menge Wärmeenergie frei, die an das den Oxidations-Katalysator durchströmende Abgas abgegeben wird. Die Zugabe dieser festgelegten Menge des Reaktionsmittels in die Abgasleitung erfolgt stromaufwärts des Oxidations-Katalysators und ist insbesondere als innermotorische Maßnahme umgesetzt. Als eine solche innermotorische Maßnahme wird z. B. die Einspritzung von Kohlenwasserstoffen in den Brennraum und/oder in den Lufteinlassbereich der Verbrennungskraftmaschine angesehen. Somit durchströmen urverbrannte Kohlenwasserstoffe die Abgasleitung stromabwärts der Verbrennungskraftmaschine und beaufschlagen die katalytisch aktive Fläche des Oxidations-Katalysators. Hier werden die Kohlenwasserstoffe durch die katalytisch aktive Oxidationsbeschichtung des elektrisch beheizbaren Oxidations-Katalysators in einer exothermen Reaktion umgesetzt.
Hiermit wird insbesondere erreicht, dass nicht nur die reine Heizwärme von dem (insbesondere mit einer elektrisch beheizbaren Wabenstruktur aufgebauten) Oxidations-Katalysator an das Abgas abgegeben und hin zur stromabwärts positionierten Abgasbehandlungseinheit transportiert wird, sondern es wird zusätzlich aus der Reaktion des Reaktionsmittels mit der aktuell katalytisch aktiven Fläche (also mit einer aktuellen Temperatur über der Light-off-Temperatur) exotherme Wärmeenergie gewonnen und mit dem Abgasstrom hin zur Abgasbehandlungseinheit transportiert. Weiterhin wird ausgehend von der katalytisch aktiven Fläche des Oxidations-Katalysators der übrige Bereich des Oxidationskatalysators infolge der exothermen Reaktion mit dem Reaktionsmittel sehr schnell aufgeheizt, so dass bereits hier die elektrische Beheizung des Oxidations-Katalysators (bzw. die Energiezufuhr) reduziert werden kann.
Die Festlegung der für die aktuellen Umgebungsbedingungen in der Abgasleitung zuzugebenden Menge des Reaktionsmittels in Schritt c) erfolgt dabei insbesondere zumindest zusätzlich unter Berücksichtigung der Temperatur des elektrisch beheizbaren Oxidations-Katalysators und/oder des Abgases, so dass eine Überhitzung des Oxidations-Katalysators in Folge der exothermen Reaktion der Reaktionsmittels an bzw. in dem Oxidations-Katalysator vermieden wird. Diese exotherme Wärmemenge ist insbesondere abhängig von der aktuell reaktionsfreudigen katalytisch aktiven Oberfläche, wobei eine punktförmige oder bereichsweise „Übersättigung” mit dem Reaktionsmittel die Bildung von lokalen, extremen Temperaturbelastungen des Oxidations-Katalysators zur Folge haben kann. Gleichzeitig sollte die festgelegte Menge des Reaktionsmittels so groß sein, dass eine möglichst große Menge an Wärmeenergie in Folge der exothermen Reaktion des Reaktionsmittels erreicht wird. Durch die somit geregelte Zugabe des Reaktionsmittel wird das den Oxidations-Katalysator durchströmende Abgas möglichst schnell erwärmt, so dass die stromabwärts angeordnete Abgasbehandlungseinheit ebenfalls möglichst schnell die jeweils erforderliche Temperatur erreicht, bei der eine Umsetzung von Schadstoffen in der Abgasbehandlungseinheit erfolgt.
Gerade für den Fall, dass dieses Verfahren wiederholt durchgeführt wird und/oder auf einem bekannten/prognostizierbaren Verhalten der Vorrichtung im Betrieb basiert, muss die obige Reihenfolge der Schritte nicht zwingend eingehalten werden. So können beispielsweise die Schritte a) und b) gleichzeitig und/oder zeitlich vertauscht durchgeführt werden. Gegebenenfalls können die Schritte c) und/oder d) wiederholt werden, bevor wieder Schritt b) erfolgt.
Diese nachgelagerte Abgasbehandlungseinheit kann insbesondere als SCR-Katalysator ausgeführt sein, so dass eine Umsetzung von NO_x im Abgas möglich wird. Zwischen dem elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysator und der Abgasbehandlungseinheit können weitere Komponenten angeordnet sein, z. B. eine Zugabeeinheit für ein Reduktionsmittel und/oder einen Reduktionsmittelvorläufer und/oder ein Hydrolysekatalysator. Durch das im elektrisch aufheizbaren Oxidation-Katalysator aufgewärmte Abgas wird die stromabwärts angeordnete Abgasbehandlungseinheit (und ggf. der dazwischen angeordnete Hydrolysekatalysator) sehr schnell auf die erforderliche Reaktionstemperatur aufgeheizt. Für den Fall, dass also die nachgelagerte Abgaseinheit keine für das Reaktionsmittel aktive katalytische Fläche ausbildet, dort also keine zusätzliche exotherme Reaktion abläuft, wird in den Schritten b) und c) auch nur die katalytisch aktive Fläche des Oxidations-Katalysators berücksichtigt.
Allerdings ist auch möglich, dass die zumindest eine stromabwärts des Oxidations-Katalysators angeordnete Abgasbehandlungseinheit (zumindest teilweise) als ein weiterer oxidativ wirkender Katalysator (wie z. B. als ein Drei-Wege Katalysator) ausgeführt ist, in dem die Oxidation von CO zu CO₂ und von Kohlenwasserstoffen zu CO₂ und Wasser sowie die Reduktion von NO_x parallel abläuft.
Insbesondere ist bei dem erstgenannten erfindungsgemäßen Verfahren der elektrisch aufheizbare Oxidations-Katalysator ein 3-Wege Katalysator, wobei keine weiteren für das Reaktionsmittel reaktiven Abgasbehandlungseinheiten in der Abgasleitung angeordnet sind, zumindest nicht stromabwärts von dem Oxidations-Katalysator.
Insbesondere kann auch der elektrisch aufheizbare Oxidations-Katalysator mit Zonen unterschiedlicher Arten von Beschichtungen ausgeführt sein.
Insbesondere umfassen der elektrisch aufheizbare Oxidations-Katalysator und die nachfolgende Abgasbehandlungseinheit jeweils Diesel-Oxidationskatalysatoren (DOC), die im Abgas enthaltene Partikel, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxide durch Oxidation umsetzen.
Der weitere Oxidationskatalysator wird durch das im elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysator beheizte Abgas nun schneller erwärmt und erreicht insbesondere an seiner Abgaseintrittsseite zu einem frühen Zeitpunkt die für die Reaktion mit im Abgas enthaltenen Schadstoffen erforderliche Light-off-Temperatur bzw. Reaktionstemperatur. Die nun zusätzlich zur Verfügung stehende katalytisch aktive Fläche wird insbesondere ebenfalls in Schritt b) und/oder c) bei der Festlegung der Menge des zuzugebenden Reaktionsmittels berücksichtigt, weil ggf. den Oxidations-Katalysator passierende und/oder stromabwärts des aufheizbaren Oxidations-Katalysators (zusätzlich) zugegebene Anteile des Reaktionsmittels dann in der nachfolgenden Abgasbehandlungseinheit reagieren und dort exotherme Wärme produzieren kann. Auch bei dieser Zugabe ist jedoch die Temperatur, bzw. der Temperaturänderung der Abgasbehandlungseinheit und des elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysators zu berücksichtigen.
Bei dieser Anordnung kann der elektrisch aufheizbare Oxidations-Katalysator vergleichsweise klein ausgeführt werden, weil durch die kontrollierte und an die Reaktionsfähigkeit des Oxidations-Katalysators angepasste Zugabe des Reduktionsmittels der elektrisch aufheizbare Oxidations-Katalysator sehr effektiv genutzt wird. Damit erreicht die stromabwärts angeordnete Abgasbehandlungseinheit sehr schnell die erforderliche Light-off-Temperatur durch die zusätzliche exotherme katalytische Reaktion des elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysators. Dadurch kann die erforderliche elektrische Leistung zur Beheizung des Oxidations-Katalysators ggf. reduziert werden. Die Aufheizung von weiteren stromabwärts angeordneten Abgasbehandlungseinheiten erfolgt dann intensiv auch durch die Erwärmung des Abgases infolge der exothermen katalytischen Reaktion des Reaktionsmittels auf der katalytisch aktiven Oberfläche in der Abgasbehandlungseinheit. Insbesondere weist der elektrisch aufheizbare Oxidations-Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases gesehen nur eine Länge von maximal 12 mm auf, insbesondere von maximal 10 mm. Insbesondere weist der elektrisch aufheizbare Oxidations-Katalysator nur höchstens 10% des Volumens der zu erwärmenden, nachfolgenden Abgasbehandlungseinheit(en) auf, wobei dieses Volumen durch die Erstreckung der von dem Abgas durchströmbaren Struktur einschließlich der Strömungswege definiert ist.
Es wurde insbesondere erkannt, dass, gerade bei einem Abgassystem eines Diesel-Motors, beim Heizen des Abgases bzw. des Abgassystems durch den elektrisch heizbaren Oxidations-Katalysator der Abgasmassenstrom die im elektrisch heizbaren Oxidations-Katalysator erzeugte Wärmeenergie an das Abgas übertragen kann (Wärmeübergang), so dass zwar der elektrisch heizbare Oxidations-Katalysator für eine Reaktion mit den in geringer Konzentration vorliegenden exothermisch umsetzbaren Gasen HC (Kohlenwasserstoff) und CO (Kohlenmonoxid) bereit ist (d. h., die Temperatur liegt oberhalb der Light-off-Temperatur), aber die Wärme des elektrisch heizbaren Oxidations-Katalysators und dieser Exothermie nicht ausreicht, die nachfolgenden, mit größerer wirksamer Oberfläche und Masse versehenen Abgasbehandlungseinheiten schnell genug aufzuheizen. Dies ist ein Problem, dass mit den Flächen und Massen der Abgasbehandlungseinheiten einher geht. Anders gesagt, benötigt man sehr viel elektrische Energie, um dem axialen Wärmeabtransport wirksam entgegen zu wirken. Die zusätzliche Umsetzungswärme ändert das kaum.
Wenn man allerdings, beginnend mit dem Erreichen der Light-off-Temperatur im Oxidations-Katalysator, eine bestimmte zusätzliche Menge an Reaktionsmittel (z. B. Kohlenwasserstoffe) einspritzt, dann erzeugt die investierte elektrische Wärme die exothermische Wärme, die mit zunehmender ”Durchheizung” der folgenden Abgasbehandlungseinheiten gesteigert werden und dann im Kilowatt-Bereich Zusatzwärme erzeugen kann.
Mit diesem Vorgehen sollte es insbesondere auch möglich sein, dass die elektrische Wärmeentwicklung für ein gutes Startverhalten des Abgassystems bei einem Lastkraftwagen mit einem geringen Mehrverbrauch an Kraftstoff bzw. Reaktionsmittel erreicht wird.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird in Schritt c) die Menge des Reaktionsmittels in Abhängigkeit von zumindest einem Massenstrom eines Abgases festgelegt. Dies erfolgt insbesondere, um eine Überhitzung des elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysators und/oder einen hohen Mehrverbrauch des Reaktionsmittels zu vermeiden. Der Oxidations-Katalysator wird durch den ankommenden Massenstrom des Abgases regelmäßig abgekühlt. Außerdem ist auch der axiale Wärmeabtransport von dem abströmenden Abgasmassenstrom abhängig. Daher erfolgt die Festlegung der Menge des Reaktionsmittels auch unter Berücksichtigung des Massenstroms.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird in Schritt c) zumindest ein Parameter von

– Alter,
– Temperatur,
– Oberfläche, und
– Masse

Diese Abgasbehandlungseinheit ist stromabwärts von dem elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysator angeordnet und ist zur Umsetzung von Schadstoffen im Abgas geeignet. Dazu muss diese Abgasbehandlungseinheit eine Reaktionstemperatur erreichen, bei der die Umsetzung der Schadstoffe einsetzt. Diese Reaktionstemperatur ist unter anderem abhängig vom Alter der Abgasbehandlungseinheit bzw. einer weiteren Abgasbehandlungseinheit, die ebenfalls stromabwärts von dem elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysator angeordnet ist. Unter dem „Alter” ist hier insbesondere die Laufleistung der (weiteren) Abgasbehandlungseinheit zu verstehen. Weiterhin kann das Alter anhand der Zeitspanne seit der Fertigung der (weiteren) Abgasbehandlungseinheit und/oder seit dem Einsatz in einer Abgasanlage ermittelt werden. Weitere Parameter, die bei der Bestimmung des Alters eine Rolle spielen können sind: Art der katalytischen Beladung, Beschichtungsart, Beschichtungsdicke, Anzahl der Regenerationszyklen im Betrieb, maximal erreichte Temperaturen, gemittelte Temperaturen (oder Temperaturhistogramm), durchgeströmte Abgasmenge, Abgasart, Kraftstoffart (ggf. Kombination von untersdiedlichen Kraftstofftypen), Ölverbrauch etc. Zudem kann das Alter der (weiteren) Abgasbehandlungseinheit insbesondere durch folgende Faktoren gekennzeichnet sein:

– thermische Alterung: hierbei kommt es aufgrund der thermischen Belastung des Katalysators über die Lebensdauer zu einer Verkleinerung der katalytisch aktiven Oberfläche insbesondere durch Sintervorgänge bei Temperaturen oberhalb von 800°C und/oder durch Abschmelzen,
– chemische Vergiftung: chemische Vergiftung mit Fremdstoffen (Kraftstoff, Öl, Additive etc). können die katalytisch aktive Beschichtung ebenfalls zerstören,
– mechanische Vergiftung: während der Lebensdauer des Katalysators kann auch eine zunehmende Abdeckung der katalytisch aktiven Beschichtung einsetzen z. B. durch Blei, Schwefel, Phosphor, Mangan etc. bzw. durch Kraftstoff und/oder Öl.

Darüber hinaus können die aktuell vorliegenden Temperaturen in bzw. an der mindestens einen (weiteren) Abgasbehandlungseinheit gemessen und/oder berechnet werden, um festzustellen, ob die gewünschte Reaktionstemperatur vorliegt. Entsprechend dieser Temperaturbestimmung kann die Zugabe des Reaktionsmittels angepasst werden.
Weiterhin kann in Schritt c) die vom Abgas überströmte Oberfläche bzw. die Masse der (weiteren) Abgasbehandlungseinheit berücksichtigt werden. Die Größe der Oberfläche, die vom Abgas überströmt wird, und die Masse der (weiteren) Abgasbehandlungseinheit beeinflussen die Aufnahme der Wärmemenge aus dem Abgas durch die (weitere) Abgasbehandlungseinheit und deren Aufheizung. Dadurch erfolgt ebenfalls bevorzugt die Festlegung der erforderlichen Menge des Reaktionsmittels, so dass die (weitere) Abgasbehandlungseinheit in möglichst kurzer Zeit die erforderliche Reaktionstemperatur erreicht.
Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das eine Vorrichtung mit zumindest einer Abgasleitung umfasst, in der zumindest ein elektrisch aufheizbarer Oxidations-Katalysator angeordnet ist, sowie eine Steuerung, die zumindest mit dem Oxidations-Katalysator steuerungstechnisch verbunden ist. Dabei ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Das Kraftfahrzeug kann zudem mit den oben bereits beschriebenen Sensoren, Reaktionsmittel-Zugabemitteln, etc. ausgeführt sein, wie es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurde.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
1: ein Kraftfahrzeug mit einer Abgasleitung, und
2: einen elektrisch beheizbaren Oxidations-Katalysator.
1 veranschaulicht schematisch die für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt vorgesehenen Komponenten. Dabei weist ein Kraftfahrzeug 16 eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer Abgasleitung 2 auf. In der Abgasleitung 2 sind ein elektrisch aufheizbarer Oxidations-Katalysator 3 und eine stromabwärts angeordnete Abgasbehandlungseinheit 4 vorgesehen sowie eine weitere Abgasbehandlungseinheit 13. Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen zur Zugabe einer Menge 6 eines Reaktionsmittels 7. Eine Steuerung 15 ist über Steuerleitungen 17 mit der Verbrennungskraftmaschine 1, der Einrichtung zur Zugabe des Reaktionsmittels 7, dem elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysator 3, der Abgasbehandlungseinheit 4 und der weiteren Abgasbehandlungseinheit 13 verbunden. Das Abgas 9 durchströmt die Abgasleitung 2 ausgehend von der Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Massenstrom 8, wobei durch die Einrichtung zur Zugabe einer Menge 6 eines Reaktionsmittels 7 dieses Reaktionsmittel 7 mit dem Massenstrom 8 des Abgases 9 zu dem elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysator 3 gelangt. Bei der weiteren Abgasbehandlungseinheit 13 wird zumindest ein Parameter 10 von Alter, Temperatur, Oberfläche und Masse berücksichtigt, so dass durch die Steuerung 15 die entsprechende Menge 6 des Reaktionsmittels 7 zugegeben werden kann, damit die weitere Abgasbehandlungseinheit 13 eine für die Umsetzung von Schadstoffen erforderliche Reaktionstemperatur erreicht.
2 zeigt schematisch im Querschnitt den elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysator 3. Dieser elektrisch aufheizbare Oxidations-Katalysator 3 ist in mehrere Flächen aufgeteilt, die zu ggf. unterschiedlichen Zeitpunkten katalytisch aktive Flächen 5 bilden. Diese katalytisch aktiven Flächen 5 sind zur (exothermen) Umsetzung des Reaktionsmittels geeignet. Der Oxidations-Katalysator 3 ist als ein von einem Abgas durchströmbarer Wabenkörper 18 aufgebaut, bestehend zumindest aus gewellten Lagen 19 und glatten Lagen 20, die zumindest teilweise gegeneinander elektrisch isoliert sind. Ein äußerer Mantel 12 dient als Gehäuse des Wabenkörpers 18. Der Oxidations-Katalysator 3 weist ein Volumen 11 auf, das durch die Erstreckung des von dem Abgas durchströmbaren Wabenkörpers 18 definiert ist.
Die vorliegende Erfindung mit all ihren Varianten löst die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme. Insbesondere wird auch eine Beschädigung des elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysators durch eine zu große Menge an Reaktionsmittel verhindert. Durch die Oxidation des Reaktionsmittels in dem Oxidations-Katalysator bzw. in der als Oxidations-Katalysator ausgeführten Abgasbehandlungseinheit wird das Abgas sehr viel schneller und effizienter erwärmt als durch innermotorische Maßnahmen oder durch die reine elektrische Aufheizung durch einen elektrischen Heizkatalysator. Die nachfolgend angeordneten Abgasbehandlungseinheiten erreichen dementsprechend zu einem sehr frühen Zeitpunkt die erforderliche Reaktionstemperatur zur Umsetzung von Schadstoffen im Abgas.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Abgasleitung
3: Oxidations-Katalysator
4: Abgasbehandlungseinheit
5: Aktive Fläche
6: Menge
7: Reaktionsmittel
8: Massenstrom
9: Abgas
10: Parameter
11: Volumen
12: Mantel
13: Weitere Abgasbehandlungseinheit
14: Vorrichtung
15: Steuerung
16: Kraftfahrzeug
17: Steuerleitung
18: Wabenkörper
19: Gewellte Lage
20: Glatte Lage

Claims

Verfahren zur Behandlung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine (1), wobei in einer Abgasleitung (2) zumindest ein elektrisch aufheizbarer Oxidations-Katalysator (3) angeordnet ist, aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a) Elektrisches Heizen des Oxidations-Katalysators (3), b) Bestimmen zumindest einer katalytisch aktiven Fläche (5) des Oxidations-Katalysators (3), c) Festlegen einer Menge (6) eines Reaktionsmittels (7) zumindest in Abhängigkeit von der aktiven Fläche (5) des Oxidations-Katalysators (3), d) Zugeben der festgelegten Menge (6) des Reaktionsmittels (7) in die Abgasleitung (2).
Verfahren gemäß Patentanspruch 1, wobei stromabwärts von dem elektrisch aufheizbaren Oxidations-Katalysator (3) zumindest eine Abgasbehandlungseinheit (4) angeordnet ist, wobei in Schritt b) das Bestimmen zumindest einer katalytisch aktiven Fläche (5) des Oxidations-Katalysators (3) oder einer katalytisch aktiven Fläche (5) der zumindest einen Abgasbehandlungseinheit (4) erfolgt; und wobei in Schritt c) das Festlegen einer Menge (6) eines Reaktionsmittels (7) zumindest in Abhängigkeit von der aktiven Fläche (5) des Oxidations-Katalysators (3) oder von der aktiven Fläche (5) der zumindest einen Abgasbehandlungseinheit (4) erfolgt.
Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2, wobei in Schritt c) die Menge (6) des Reaktionsmittels (7) in Abhängigkeit von zumindest einem Massenstrom (8) eines Abgases (9) festgelegt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei in Schritt c) zumindest ein Parameter (10) von – Alter, – Temperatur, – Oberfläche, und – Masse der zumindest einen Abgasbehandlungseinheit (4) berücksichtigt wird.
Kraftfahrzeug (16), aufweisend eine Vorrichtung (14) mit zumindest einer Abgasleitung (2), in der zumindest ein elektrisch aufheizbarer Oxidations-Katalysator (3) angeordnet ist, sowie mit einer Steuerung (15), die zumindest mit dem Oxidations-Katalysator (3) steuerungstechnisch verbunden ist, wobei die Vorrichtung (14) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4 eingerichtet ist.