DE102010064020A1

DE102010064020A1 - Abgasanlage und Aufheizverfahren

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Publication number: DE102010064020A1
Application number: DE102010064020A
Authority: DE
Inventors: Dr. Heilig Dirk; Dr. Damson Björn; Dr. Fath Andreas; Dr. Ohrnberger Tobias; Harald Bressler
Original assignee: Bosch Emission Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Bosch Emission Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: US20120159931A1; DE102010064020B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage (1) für eine Brennkraftmaschine (7), insbesondere eines Fahrzeugs, mit einem Oxidationskatalysator (Oxikat 3), mit einem stromauf des Oxikats (3) angeordneten elektrisch beheizbaren Katalysator (E-Kat 4) und mit einem stromauf des E-Kats (4) angeordneten Kraftstoffinjektor (5). Eine energetisch günstigere Betriebsweise wird erreicht, wenn ein Partikelfilter (2) stromab des Oxikats (3) angeordnet ist, wenn ein den E-Kat (4) umgehender Bypasspfad (8) stromab des Kraftstoffinjektors (5) beginnt und stromauf des Oxikats (3) endet und wenn der E-Kat (4) für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt ist als der Oxikat (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Aufheizen eines Partikelfilters in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs.
Aus der DE 196 26 837 A1 ist eine Abgasanlage bekannt, die stromauf eines Oxidationskatalysators, kurz Oxikat, einen elektrisch beheizbaren Katalysator, so genannter E-Kat, aufweist, wobei außerdem stromauf des E-Kat ein Kraftstoffinjektor angeordnet ist. Bei der bekannten Abgasanlage ist zwischen dem E-Kat und dem Oxikat außerdem ein NOX-Speicherkatalysator, kurz NOX-Speicherkat, angeordnet. Ferner ist bei der bekannten Abgasanlage ein Bypass vorgesehen, der die Anordnung aus Kraftstoffinjektor, E-Kat und NOX-Speicherkat umgeht und stromauf des Oxikat wieder einmündet. Bei deaktiviertem Bypass durchströmt der gesamte Abgasstrom den E-Kat und den Oxikat. Der E-Kat kann elektrisch soweit beheizt werden, dass er seine Mindestbetriebstemperatur oder Light-Off-Temperatur erreicht. Bei aufgeheiztem E-Kat kann mit dem Kraftstoffinjektor stromauf des E-Kat Kraftstoff in den Abgasstrom eingedüst werden, der im E-Kat umgesetzt wird. Die hierbei ablaufende stark exotherme Reaktion erzeugt heiße Abgase, mit deren Hilfe der NOX-Speicherkat regeneriert werden kann.
Aus der DE 196 26 836 A1 ist eine weitere Abgasanlage dieser Art bekannt.
Aus der DE 10 2005 015 479 A1 ist eine Abgasanlage bekannt, die stromab eines Oxidationskatalysators oder Oxikat ein Partikelfilter enthält, wobei stromab des Partikelfilters außerdem ein SCR-Katalysator angeordnet ist. Stromauf des SCR-Katalysators ist eine Reduktionsmitteldosiervorrichtung angeordnet, mit deren Hilfe zwischen dem Partikelfilter und dem SCR-Katalysator ein Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingedüst werden kann. Ferner ist ein Bypass zur Umgehung des SCR-Katalysators vorgesehen.
Eine weitere Abgasanlage mit SCR-Katalysator und Reduktionsmitteleindüsung ist aus der DE 101 28 414 A1 bekannt.
Schließlich ist aus der DE 100 36 401 B4 eine Abgasanlage bekannt, bei der stromauf eines Partikelfilters ein NOX-Speicherkatalysator angeordnet ist, wobei stromauf dieses NOX-Speicherkats ein Oxidationskatalysator angeordnet ist.
Insbesondere bei Dieselmotoren kommen Partikelfilter zum Einsatz, um Partikel, wie z. Bsp. Ruß, aus dem Abgasstrom des Dieselmotors herauszufiltern. Derartige Partikelfilter müssen von Zeit zu Zeit regeneriert werden, was regelmäßig dadurch erfolgt, dass die Partikelbeladung abgebrannt wird. Hierzu muss das Partikelfilter soweit erhitzt werden, bis seine Partikelbeladung sich von selbst entzündet, so genannter Light-Off. Bei modernen Brennkraftmaschinen, die mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad arbeiten, kann es sein, dass die Abgastemperatur in vielen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine unterhalb der erforderlichen Light-Off-Temperatur verbleibt, so dass es nicht ohne Weiteres möglich ist, das Partikelfilter zum gewünschten Zeitpunkt zu regenerieren.
Grundsätzlich ist es möglich, stromauf des Partikelfilters einen Oxidationskatalysator im Abgasstrang anzuordnen und stromauf des Oxidationskatalysators Kraftstoff in das Abgas einzubringen. Sofern der Oxidationskatalysator seine Mindestbetriebstemperatur besitzt, kann er den im Abgas mitgeführten Kraftstoff umsetzen, was zu einer stark exothermen Reaktion führt, die heißes Abgas erzeugt, mit dessen Hilfe das Partikelfilter auf die gewünschte Regenerationstemperatur aufgeheizt werden kann. Es ist jedoch so, dass bei vielen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die Abgastemperatur nicht ausreicht, den Oxidationskatalysator auf seine Mindestbetriebstemperatur aufzuheizen. Grundsätzlich ist nun denkbar, anstelle eines konventionellen Oxidationskatalysators einen elektrisch beheizbaren Katalysator zu verwenden, der elektrisch auf seine Mindestbetriebstemperatur aufgeheizt werden kann. Der hierzu erforderliche Energieaufwand ist jedoch extrem hoch, was die ökologische Bilanz der Brennkraftmaschine stark beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich nun mit dem Problem, für eine Abgasanlage der eingangs genannten Art bzw. für ein Verfahren zum Aufheizen eines Partikelfilters eine verbessere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass eine zuverlässige Aufheizung des Partikelfilters bei vergleichsweise niedrigem Energiebedarf realisierbar ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Abgasanlage, die ein Partikelfilter enthält, stromauf davon einen Oxidationskatalysator (Oxikat) anzuordnen und stromauf dieses Oxikats außerdem einen elektrisch beheizbaren Katalysator (E-Kat) anzuordnen und stromauf dieses E-Kats außerdem einen Kraftstoffinjektor (HCI) vorzusehen. Außerdem wird ein den E-Kat umgehender Bypasspfad vorgeschlagen, der stromab des HCI beginnt und stromauf des Oxikats endet. Von besonderer Bedeutung ist nun, dass der E-Kat für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt ist als der Oxikat. Die vorgeschlagene Bauweise führt dazu, dass der Kraftstoff zwar dem gesamten Abgasstrom zugeführt wird, dass jedoch nur ein Teil des Abgas-Kraftstoff-Gemischs durch den E-Kat strömt, während der Rest dieses Gemischs durch den Bypass strömt und somit den E-Kat umgeht. Der für den kleinen Teil-Abgasstrom dimensionierte E-Kat lässt sich mit vergleichsweise wenig elektrischer Energie auf seine Mindestbetriebstemperatur aufheizen, so dass mit vergleichsweise wenig Energieaufwand der Kraftstoff im Teil-Abgasstrom exotherm umgesetzt werden kann. Die dabei entstehenden heißen Abgase des E-Kats vermischen sich stromauf des Oxikats mit dem restlichen Abgasstrom und führen zu einer Aufheizung des Oxikats. Der Oxikat kann dann den im restlichen Abgasstrom mitgeführten Kraftstoff exotherm umsetzen, wodurch die Temperatur im Abgas weiter erhöht wird, was zur gewünschten Aufheizung des nachfolgenden Partikelfilters führt.
Die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, nur einen Teilstrom des Abgas-Kraftstoff-Gemischs mit Hilfe eines E-Kats aufzuheizen, so dass der E-Kat deutlich kleiner dimensioniert werden kann und dabei signifikant weniger Energie verbraucht als ein E-Kat, der für den gesamten Abgasstrom dimensioniert ist.
Beispielsweise ist der E-Kat für einen Abgasvolumenstrom ausgelegt, der zwischen 30% und 70%, vorzugsweise etwa bei 50%, des Abgasvolumenstroms liegt, für den der Oxikat ausgelegt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können der E-Kat und der Oxikat in einem gemeinsamen Abgasrohr oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, in dem auch der Bypasspfad ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Bauform, die außerdem dazu beiträgt, dass sich die Wärme innerhalb der Komponenten rasch ausbreiten kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Bypasspfad gedrosselt sein, um den Durchfluss durch den E-Kat zu ermöglichen bzw. zu steuern. Ferner kann zwischen E-Kat und Oxikat eine Strömungsmischeinrichtung angeordnet sein, was die erforderliche Mischstrecke verkürzt und so die Erzielung einer kompakten Bauweise unterstützt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen E-Kat und Oxikat zumindest ein Zusatz-Oxidationskatalysator (Zusatz-Oxikat) so angeordnet sein, dass der Bypasspfad den E-Kat und den wenigstens einen Zusatz-Oxikat umgeht. In diesem Fall kann dann außerdem wenigstens ein Zusatz-Bypasspfad vorgesehen sein, der den E-Kat umgeht und der stromauf des E-Kats beginnt und stromauf des Zusatz-Oxikats endet. In diesem Fall ist der wenigstens eine Zusatz-Oxikat für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt, als der zuvor genannte Oxikat, der im folgenden auch als Haupt-Oxikat bezeichnet werden kann. Der E-Kat ist dabei seinerseits für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt als der Zusatz-Oxikat. Bei dieser Bauweise wird mit Hilfe des E-Kats nur ein sehr kleiner Abgasvolumenstrom erfasst, um den darin mitgeführten Kraftstoff umzusetzen. Die daraus resultierenden heißen Abgase werden mit einem weiteren Teil-Abgasstrom, der über den Zusatz-Bypasspfad nur den E-Kat. umgeht, vermischt, um den Zusatz-Oxikat soweit aufzuheizen, um darin den Kraftstoff dieses Teilstroms umzusetzen. Erst nach dem Zusatz-Oxikat erfolgt die Durchmischung mit dem restlichen Abgasstrom, der über den (Haupt-)Bypasspfad sowohl den E-Kat als auch den Zusatz-Oxikat umgeht. Im Haupt-Oxikat erfolgt dann die Umsetzung des restlichen Kraftstoffs, um anschließend mit dem heißen Abgas des Haupt-Oxikats das Partikelfilter aufheizen zu können.
Beispielsweise kann der Zusatz-Oxikat für einen Abgasvolumenstrom ausgelegt sein, der etwa bei 30% bis 70%, vorzugsweise bei etwa 50%, des Abgasvolumenstroms liegt, für den der Haupt-Oxikat ausgelegt ist. Insbesondere kann der E-Kat für einen Abgasvolumenstrom ausgelegt sein, der etwa bei 30% bis 70%, vorzugsweise bei etwa 50%, des Abgasvolumenstroms liegt, für den der Zusatz-Oxikat ausgelegt ist.
Ferner ist klar, dass auch mehr als ein derartiger Zusatz-Oxikat vorgesehen sein kann, um mindestens eine weitere Stufe mit Teilumsetzung des Kraftstoffs zu realisieren.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können E-Kat, Haupt-Oxikat und der wenigsten eine Zusatz-Oxikat in einem gemeinsamen Abgasrohr oder Gehäuse angeordnet sein, in dem auch der Haupt-Bypasspfad und der wenigstens eine Zusatz-Bypasspfad ausgebildet sind. Auch hierbei wird eine kompakte Bauweise mit verbesserter Wärmeübertragung unterstützt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann zumindest eine Trennwand vorgesehen sein, die den Haupt-Bypasspfad vom wenigstens einen Zusatz-Bypasspfad trennt. Zusätzlich oder alternativ kann der Haupt-Bypasspfad gedrosselt sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Zusatz-Bypasspfad gedrosselt sein. Zusätzlich oder alternativ kann zwischen E-Kat und Zusatz-Oxikat eine Strömungsmischeinrichtung angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann zwischen Zusatz-Oxikat und Haupt-Oxikat eine Strömungsmischeinrichtung angeordnet sein.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zum Aufheizen des Partikelfilters arbeitet demnach so, dass zunächst Kraftstoff in einen in der Abgasanlage transportierten Strom von Motorabgas eingedüst wird, um auf diese Weise ein Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Anschließend wird ein Teilstrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs im E-Kat umgesetzt, um auf diese Weise ein Katalysatorabgas zu bilden. Dieses Katalysatorabgas wird dann dem Reststrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs zugeführt, um so ein Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Dieses Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch kann dann im Oxidationskatalysator umgesetzt werden, um ein Katalysatorabgas zum Aufheizen des Partikelfilters zu bilden.
Zweckmäßig kann der Reststrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs am E-Kat vorbeigeführt werden. Besonders zweckmäßig ist es dabei, den Reststrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs wärmeübertragend am E-Kat vorbeizuführen, so dass Wärme vom E-Kat auf den Reststrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs übertragen wird.
Bei einer Ausführungsform, die zusätzlich zu einem Haupt-Oxidationskatalysator außerdem wenigstens einen Zusatz-Oxidationskatalysator umfasst, wird dem Katalysatorabgas, das vom E-Kat stammt, ein weiterer Teilstrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs zugemischt, um ein Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Dieses Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch wird dann im genannten Zusatz-Oxidationskatalysator umgesetzt, um ein weiteres Katalysatorabgas zu bilden. Dieses weitere Katalysatorabgas wird dann dem Reststrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs zugemischt, um so ein weiteres Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Schließlich wird dieses weitere Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch im Haupt-Oxidationskatalysator umgesetzt, um ein Katalysator-Abgas zum Aufheizen des Partikelfilters zu bilden.
Auch bei dieser Ausführungsform ist denkbar, den weiteren Teilstrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs wärmeübertragend am E-Kat vorbeizuführen, so dass Wärme vom E-Kat auf den weiteren Teilstrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs übertragen wird.
Auch der Reststrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs kann wärmeübertragend am E-Kat und/oder am Zusatz-Oxidationskatalysator vorbeigeführt werden, so dass Wärme vom E-Kat und/oder vom Zusatz-Oxidationskatalysator auf den Reststrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs übertragen wird.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei welcher der Reststrom des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs eine stromauf des (einzigen) Oxidationskatalysators oder stromauf des Haupt-Oxidationskatalysators angeordnete poröse Verdampfungswand anströmt, während das vom E-Kat oder vom Zusatz-Oxidationskatalysator kommende Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch die Verdampfungswand durchströmt. Mit anderen Worten, ein bereits aufgeheizter Teilstrom des Abgases wird zum Beheizen der Verdampfungswand verwendet, während ein anderer Teil des Abgasstroms den zu verdampfenden Kraftstoff zur Verdampfungswand führt. Der verdampfte Kraftstoff wird dann von den sich an der Verdampfungswand durchmischenden Abgasströmen abgeführt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 bis 4 jeweils eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Abgasanlage, bei verschiedenen Ausführungsformen.
Entsprechend den 1 bis 4 umfasst eine Abgasanlage 1 ein Partikelfilter 2 und stromauf davon einen Oxidationskatalysator 3, der im Folgenden auch als Oxikat 3 oder als Haupt-Oxidationskatalysator 3 bzw. als Haupt-Oxikat 3 bezeichnet werden kann. Stromauf des Haupt-Oxikats 3 weist die Abgasanlage 1 außerdem einen elektrisch beheizbaren Katalysator 4 auf, der im folgenden auch als E-Kat 4 bezeichnet wird. Außerdem ist die Abgasanlage 1 mit einem Kraftstoffinjektor 5 ausgerüstet, der auch als HC-Injektor 5 oder HCI 5 bezeichnet werden kann. Mit Hilfe des HC-Injektors 5 kann Kraftstoff 6 in den Abgasstrom eingedüst werden. Die Abgasanlage 1 dient zum Abführen von Abgasen einer Brennkraftmaschine 7, die in einem Fahrzeug angeordnet sein kann.
Die hier vorgestellte Abgasanlage 1 enthält außerdem einen Bypasspfad 8, der den E-Kat 4 umgeht und im folgenden auch als Haupt-Bypasspfad 8 bezeichnet werden kann. Der Haupt-Bypasspfad 8 beginnt zwischen dem Kraftstoffinjektor 5 und dem E-Kat 4 und endet zwischen dem E-Kat 4 und dem Haupt-Oxikat 3. Der E-Kat 4 ist für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt als der Haupt-Oxikat 3. Im Betrieb wird der E-Kat 4 nur von einem Teilstrom des von der Brennkraftmaschine 7 erzeugten Motorabgases durchströmt, während das restliche Motorabgas durch den Haupt-Bypasspfad 8 strömt und den E-Kat 4 umgeht.
Die in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass zusätzlich zum E-Kat 4 und zum Haupt-Oxikat 3 ein Zusatz-Oxidationskatalysator 9 vorgesehen ist, der im folgenden auch als Zusatz-Oxikat 9 bezeichnet werden kann. Der Zusatz-Oxikat 9 ist dabei strömungsmäßig zwischen dem E-Kat 4 und dem Haupt-Oxikat 3 angeordnet. Außerdem ist der Zusatz-Oxikat 9 so positioniert, dass der Haupt-Bypasspfad auch den Zusatz-Oxikat 9 umgeht und somit zwischen dem Zusatz-Oxikat 9 und dem Haupt-Oxikat 3 endet. Ferner ist bei diesen Ausführungsformen ein Zusatz-Bypasspfad 10 vorgesehen, der den E-Kat 4 umgeht und hierzu stromauf des E-Kats 4 beginnt und zwischen dem E-Kat 4 und dem Zusatz-Oxikat 9 endet. Der Zusatz-Oxikat 9 ist für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt, als der Haupt-Oxikat 3. Außerdem ist der E-Kat 4 bei diesen Ausführungsformen für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt als der Zusatz-Oxikat 9. Der Zusatz-Bypasspfad 10 wird bei den Ausführungsformen der 2 bis 4 mit Hilfe einer Trennwand 11 realisiert, die den Haupt-Bypasspfad 8 unterteilt, so dass der Zusatz-Bypasspfad 10 letztlich eine Abzweigung des Haupt-Bypasspfads 8 repräsentiert.
Zur Erzielung einer kompakten Bauform können der E-Kat 4 und der Haupt-Oxikat 3 in einem gemeinsamen Abgasrohr 12 angeordnet sein. Entsprechend den 2 und 3 kann in diesem gemeinsamen Abgasrohr 12 außerdem der Zusatz-Oxikat 9 untergebracht sein. Alternativ zeigt 4 eine Ausführungsform, bei der E-Kat 4, Zusatz-Oxikat 9 und Haupt-Oxikat 3 in einem gemeinsamen Gehäuse 13 untergebracht sind.
Gemäß 3 kann der Haupt-Bypasspfad 8 gedrosselt sein. Eine entsprechende Drosselstelle 14 ist in 3 durch eine Strömungsschikane gebildet. Auch der Zusatz-Bypasspfad 10 kann zweckmäßig gedrosselt sein. Eine entsprechende Drosselstelle 15 ist in 3 ebenfalls durch eine Strömungsschikane angedeutet. Zwischen dem E-Kat 4 und dem Haupt-Oxikat 3 kann stromab des Endes des Haupt-Bypasspfads 8 eine Strömungsmischeinrichtung 16 angeordnet sein, die im Beispiel der 3 durch ein Strömungsleitelement gebildet ist. Grundsätzlich kann auch zwischen dem E-Kat 4 und dem Zusatz-Oxikat 9 eine Strömungsmischeinrichtung 17 angeordnet sein, die stromab des Endes des Zusatz-Bypasspfads 10 angeordnet ist und die in 3 durch ein Strömungsleitelement repräsentiert ist.
Die Drosselstellen 14, 15 und/oder die Strömungsmischeinrichtungen 16, 17 sind in 3 nur exemplarisch angedeutet. Es ist klar, dass solche Drosselstellen und/oder Strömungsmischeinrichtungen auch bei den anderen, in den 1, 2 und 4 gezeigten Ausführungsformen auf entsprechende Weise realisierbar sind.
Die hier vorgestellten Abgasanlagen 1 arbeiten wie folgt:
Um das Partikelfilter 2 regenerieren zu können, muss es auf eine Regenerationstemperatur bzw. auf seine Light-Off-Temperatur erwärmt werden. Dies kann bei der in 1 gezeigten Ausführungsform dadurch realisiert werden, dass mit Hilfe des Kraftstoffinjektors 5 Kraftstoff 6 in einen Strom von Motorabgas 18 eingedüst wird, der in der Abgasanlage 1 von der Brennkraftmaschine 7 abgeführt wird. Durch die Eindüsung des Kraftstoffs 6 wird ein Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch 19 gebildet. Ein Teilstrom 20 dieses Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 wird im E-Kat 4 umgesetzt, um ein Katalysatorabgas 21 zu bilden. Ein Reststrom 22 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 umgeht im Bypasspfad 8 den E-Kat 4. Das genannte Katalysatorabgas 21 wird dem genannten Reststrom 22 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 zugemischt, um so ein Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch 23 zu bilden. Dieses Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch 23 wird im Oxikat 3 umgesetzt, um ein Katalysatorabgas 24 zu bilden, mit dem das Partikelfilter 2 aufgeheizt werden kann.
Der Bypasspfad 8 ist zweckmäßig wärmeübertragend mit dem E-Kat 4 gekoppelt, so dass der Reststrom 22 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 bei der Durchströmung des Bypasspfads 8 vorgewärmt wird.
Die in den 2 bis 4 gezeigte Ausführungsform arbeitet zum Aufheizen des Partikelfilters 2 wie folgt:
Zunächst wird wieder Kraftstoff 6 in das Motorabgas 18 eingedüst, um das Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch 19 zu erhalten. Dann wird wieder ein Teilstrom 20 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 durch den E-Kat 4 geführt und darin umgesetzt, um das Katalysatorabgas 21 zu bilden. Ein weiterer Teilstrom 25 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 umgeht dabei im Zusatz-Bypasspfad 10 nur den E-Kat 4, während der Restrom 22 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 den E-Kat 4 und den Zusatz-Oxikat 9 umgeht. Dem im E-Kat 4 gebildeten Katalysatorabgas 21 wird der weitere Teilstrom 25 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 zugeführt, um ein Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch 26 zu bilden, das anschließend im Zusatz-Oxikat 9 umgesetzt wird. Hierbei wird ein weiteres Katalysatorabgas 27 gebildet, das mit dem Reststrom 22 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 vermischt wird, um so ein weiteres Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch 28 zu bilden. Dieses weitere Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch 28 wird im Haupt-Oxikat 3 umgesetzt, um das heiße Katalysatorabgas 24 zu bilden, mit dessen Hilfe das Partikelfilter 2 aufgeheizt werden kann.
Zweckmäßig erfolgt die Anordnung von E-Kat 4 und Zusatz-Oxikat 9 sowie der Bypasspfade 8, 10 innerhalb des Abgasrohrs 2 bzw. innerhalb des Gehäuses 13 so, dass zum einen der Zusatz-Bypasspfad 10 wärmeübertragend mit dem E-Kat 4 gekoppelt ist, so dass der weitere Teilstrom 25 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 vorgewärmt werden kann. Zum anderen kann auch der Haupt-Bypasspfad 8 wärmeübertragend mit dem E-Kat 4 und mit dem Zusatz-Oxikat 9 gekoppelt sein, so dass der Reststrom 22 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 ebenfalls vorgeheizt werden kann.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist im Gehäuse 13 außerdem eine poröse Verdampfungswand 29 angeordnet, und zwar stromauf des Haupt-Oxikats 3 und stromab des Zusatz-Oxikats 9. Die poröse Verdampfungswand 29 wird einerseits, gemäß 4 von links, vom Reststrom 22 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 angeströmt und andererseits, gemäß 4 von rechts nach links, vom Katalysatorabgas 27 durchströmt, das vom Zusatz-Oxikat 9 kommt. An der Verdampfungswand 29 kann sich der im Reststrom 22 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 mitgeführte Kraftstoff niederschlagen und wieder verdampfen. Die hierzu erforderliche Verdampfungswärme stammt dann vom Katalysatorabgas 27, das die Verdampfungswand 29 durchströmt. Stromab der Verdampfungswand 29 erfolgt außerdem die Gemischbildung, da das Katalysatorabgas 27 die Verdampfungswand 29 durchströmt und sich an der Abströmseite mit dem Reststrom 22 zum Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch 28 vermischt.
Sofern eine derartige Verdampfungswand 29 bei einer Ausführungsform gemäß 1 realisiert werden soll, müsste die Verdampfungswand 29 zwischen Oxikat 3 und E-Kat 4 angeordnet werden. Sie wäre dann wieder an einer ersten Seite vom Reststrom 22 des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs 19 angeströmt und von einer zweiten Seite her vom Katalysatorabgas 21 des E-Kats 4 durchströmt. An der ersten Seite würde sich dann wieder das Katalysator-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch 23 bilden, das zum Oxikat 3 strömt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19626837 A1 [0002]
DE 19626836 A1 [0003]
DE 102005015479 A1 [0004]
DE 10128414 A1 [0005]
DE 10036401 B4 [0006]

Claims

Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (7), insbesondere eines Fahrzeugs, – mit einem Oxidationskatalysator (Oxikat 3), – mit einem stromauf des Oxikats (3) angeordneten elektrisch beheizbaren Katalysator (E-Kat 4), – mit einem stromauf des E-Kats (4) angeordneten Kraftstoffinjektor (5), dadurch gekennzeichnet, – dass ein Partikelfilter (2) stromab des Oxikats (3) angeordnet ist, – dass ein den E-Kat (4) umgehender Bypasspfad (8) stromab des Kraftstoffinjektors (5) beginnt und stromauf des Oxikats (3) endet, – dass der E-Kat (4) für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt ist als der Oxikat (3).
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass E-Kat (4) und Oxikat (3) in einem gemeinsamen Abgasrohr (12) oder Gehäuse (13) angeordnet sind, in dem auch der Bypasspfad (8) ausgebildet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass der Bypasspfad (8) gedrosselt ist, und/oder – dass zwischen E-Kat (4) und Oxikat (3) eine Strömungsmischeinrichtung (16) angeordnet ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass zwischen E-Kat (4) und Oxikat (Haupt-Oxikat 3) zumindest ein Zusatz-Oxidationskatalysator (Zusatz-Oxikat 9) so angeordnet ist, dass der Bypasspfad (Haupt-Bypasspfad 8) den E-Kat (4) und den wenigstens einen Zusatz-Oxikat (9) umgeht, – dass zumindest ein den E-Kat (4) umgehender Zusatz-Bypasspfad (10) vorgesehen ist, der stromauf des E-Kats (4) beginnt und stromauf des Zusatz-Oxikats (9) endet, – dass der wenigstens eine Zusatz-Oxikat (9) für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt ist als der Haupt-Oxikat (3), – dass der E-Kat (4) für einen kleineren Abgasvolumenstrom ausgelegt ist als der Zusatz-Oxikat (9).
Abgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass E-Kat (4), Haupt-Oxikat (3) und der wenigstens eine Zusatz-Oxikat (9) in einem gemeinsamen Abgasrohr (12) oder Gehäuse (13) angeordnet sind, in dem auch der Haupt-Bypasspfad (8) und der wenigstens eine Zusatz-Bypasspfad (10) ausgebildet sind.
Abgasanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest eine Trennwand (11) vorgesehen ist, die den Haupt-Bypasspfad (8) vom wenigstens einen Zusatz-Bypasspfad (10) trennt, und/oder – dass der Haupt-Bypasspfad (8) gedrosselt ist, und/oder – dass der Zusatz-Bypasspfad (10) gedrosselt ist, und/oder – dass zwischen E-Kat (4) und Zusatz-Oxikat (9) eine Strömungsmischeinrichtung (17) angeordnet ist, und/oder – dass zwischen Zusatz-Oxikat (9) und Haupt-Oxikat (3) eine Strömungsmischeinrichtung (16) angeordnet ist.
Verfahren zum Aufheizen eines Partikelfilters (2) in einer Abgasanlage (1) einer Brennkraftmaschine (7), insbesondere eines Fahrzeugs, – bei dem Kraftstoff (6) in einen in der Abgasanlage (1) transportierten Strom von Motorabgas (18) eingedüst wird, um ein Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch (19) zu bilden, – bei dem ein Teilstrom (20) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) in einem E-Kat (4) umgesetzt wird, um ein Katalysatorabgas (21) zu bilden, – bei dem das Katalysatorabgas (21) dem Reststrom (22) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) zugemischt wird, um ein Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch (23) zu bilden, – bei dem das Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch (23) in einem Oxidationskatalysator (3) umgesetzt wird, um ein Katalysatorabgas (24) zum Aufheizen des Partikelfilters (2) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, – dass der Reststrom (22) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) am E-Kat (4) vorbeigeführt wird, – wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass der Reststrom (22) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) wärmeübertragend am E-Kat (4) vorbeigeführt wird, so dass Wärme vom E-Kat (4) auf den Reststrom (22) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) übertragen wird.
Verfahren zum Aufheizen eines Partikelfilters (2) in einer Abgasanlage (1) einer Brennkraftmaschine (7), insbesondere eines Fahrzeugs, – bei dem Kraftstoff (6) in einen in der Abgasanlage (1) transportierten Strom von Motorabgas (18) eingedüst wird, um ein Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch (19) zu bilden, – bei dem ein Teilstrom (20) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) in einem E-Kat (4) umgesetzt wird, um ein Katalysatorabgas (21) zu bilden, bei dem das Katalysatorabgas (21) einem weiteren Teilstrom (25) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) zugeführt wird, um ein Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch (26) zu bilden, – bei dem dieses Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch (26) in einem Zusatz-Oxidationskatalysator (9) umgesetzt wird, um ein weiteres Katalysatorabgas (27) zu bilden, – bei dem das weitere Katalysatorabgas (27) dem Reststrom (22) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) zugemischt wird, um ein Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch (28) zu bilden, – bei dem das Katalysatorabgas-Motorabgas-Kraftstoff-Gemisch (28) in einem Haupt-Oxidationskatalysator (3) umgesetzt wird, um ein Katalysatorabgas (24) zum Aufheizen des Partikelfilters (2) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Teilstrom (25) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) wärmeübertragend am E-Kat (4) vorbeigeführt wird, so dass Wärme vom E-Kat (4) auf den weiteren Teilstrom (25) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reststrom (22) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) wärmeübertragend am E-Kat (4) und/oder am Zusatz-Oxidationskatalysator (9) vorbeigeführt wird, so dass Wärme vom E-Kat (4) und/oder vom Zusatz-Oxidationskatalysator (9) auf den Reststrom (22) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reststrom (22) des Motorabgas-Kraftstoff-Gemischs (19) eine stromauf des Oxidationskatalysators (3) oder des Haupt-Oxidationskatalysators (3) angeordnete poröse Verdampfungswand (29) anströmt, während das vom E-Kat (4) oder vom Zusatz-Oxidationskatalysator (9) kommende Katalysatorabgas (21, 27) die Verdampfungswand (29) durchströmt.