DE102011056023A1 - Partikelfilter für ein fahrzeug und abgassystem mit demselben - Google Patents

Partikelfilter für ein fahrzeug und abgassystem mit demselben Download PDF

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Abstract

Ein Partikelfilter kann aufweisen: eine erste Schicht, welche zusammengesetzt ist aus einer ersten Kohlenwasserstoff-Falle, welche Kohlenwasserstoff, der in einem Abgas enthalten ist, bei einer niedrigen Temperatur absorbiert, und eine zweite Schicht, welche zusammengesetzt ist aus einem ersten Oxidationskatalysator, der Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, oxidiert. Der Kohlenwasserstoff, der an der ersten Schicht absorbiert ist, kann bei einer hohen Temperatur abgegeben werden, und der abgegebene Kohlenwasserstoff kann an der zweiten Schicht oxidiert werden, um eine Temperatur des Abgases zu erhöhen. Ein Abgassystem kann aufweisen: einen Oxidationskatalysator und den Partikelfilter. Der Oxidationskatalysator kann ein Dieseloxidationskatalysator sein und eine dritte Schicht, welche zusammengesetzt ist aus einer zweiten Kohlenwasserstoff-Falle, welche den Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, bei einer niedrigen Temperatur absorbiert, und eine vierte Schicht aufweisen, welche zusammengesetzt ist aus einem zweiten Oxidationskatalysator, welcher den Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, oxidiert.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2011-0046889 , welche am 18. Mai 2011 beim Koreanischen Patentamt 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 einen Partikelfilter für ein Fahrzeug sowie ein Abgassystem, welches den Partikelfilter aufweist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Partikelfilter für ein Fahrzeug, der Partikelmaterial oder Ruß, welche in dem Partikelfilter gefangen sind, effizient verbrennt, sowie ein Abgassystem, welches diesen verwendet.
  • Beschreibung verwandter Technik
  • Üblicherweise wird Abgas, welches durch einen Abgaskrümmer aus einem Motor ausströmt, in einen Katalysator geleitet, der an einer Abgasleitung montiert ist, und darin gereinigt. Anschließend wird das Geräusch bzw. der Lärm des Abgases reduziert, während das Abgas durch einen Auspuffdämpfer strömt, und dann wird das Abgas durch ein Endrohr nach außen ausgestoßen.
  • Ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) ist eine Art von einem solchen Katalysator. Der Dieseloxidationskatalysator oxidiert Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickoxid (NOx), welche in dem Abgas enthalten sind.
  • Darüber hinaus ist an der Abgasleitung ein Partikelfilter montiert, und der Partikelfilter fängt Partikelmaterial (PM) oder Ruß, welche in dem Abgas enthalten sind. Wenn jedoch zuviel Ruß in dem Partikelfilter gefangen ist, strömt das Abgas nur schwer durch den Partikelfilter und folglich steigt ein Druck des Abgases an. Ein hoher Druck des Abgases verschlechtert die Motorleistung und beschädigt den Partikelfilter. Daher, wenn eine Menge des Rußes, der in dem Partikelfilter gefangen ist, größer ist als eine vorbestimmte Menge, wird eine Temperatur des Abgases erhöht, und der Ruß, der in dem Partikelfilter gefangen ist, wird verbrannt. Dieser Prozess wird als eine Regeneration des Partikelfilters bezeichnet.
  • Üblicherweise erfolgt die Regeneration des Partikelfilters durch Nacheinspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer des Motors. D. h., der nacheingespritzte Kraftstoff wird an dem Dieseloxidationskatalysator, der an der Abgasleitung montiert ist, oxidiert, und die Temperatur des Abgases steigt infolge der Oxidationswärme an, welche bei der Oxidation erzeugt wird, um den Ruß, der in dem Partikelfilter gefangen ist, zu verbrennen.
  • Zur Regenerierung des Partikelfilters ist die Temperatur des Abgases größer oder gleich 600°C (in dieser Beschreibung wird die Temperatur des Abgases, welche für eine Regenerierung des Partikelfilters benötigt wird, „Regenerationstemperatur” genannt). Jedoch kann es bei einem Fahrzeug, das in einem bestimmten Zustand betrieben wird bzw. läuft, schwierig sein, die Temperatur des Abgases auf eine Temperatur zu erhöhen, welche höher ist als die Regenerationstemperatur. Wenn das Fahrzeug zum Beispiel in einem Leerlaufzustand oder einem niedrige-Drehzahl bzw. Geschwindigkeit/niedrige-Last-Zustand läuft, ist eine maximale Temperatur des Abgases, welche mit der Nacheinspritzung erhöht bzw. erzielt werden kann, ungefähr 450°C bis 500°C, da die Temperatur des Abgases zu niedrig ist. In diesem Fall kann der Partikelfilter nicht regeneriert werden, und folglich werden zusätzliche Mittel zum Erhöhen der Temperatur des Abgases auf eine Temperatur, welche höher ist als die Regenerationstemperatur, benötigt.
  • Die obige Information, welche in diesem Hintergrundabschnitt offenbart ist, dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, welche keinen Stand der Technik bilden, der Fachleuten in diesem Land bereits bekannt ist.
  • Die in diesem Hintergrundabschnitt 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.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung wurden mit dem Bestreben gemacht, einen Partikelfilter und ein Abgassystem, welches den Partikelfilter verwendet, bereitzustellen, welche Vorteile haben des Anhebens einer Temperatur von Abgas auf eine Temperatur, die höher ist als eine Regenerationstemperatur, ohne eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz bzw. des Kraftstoffverbrauchs in einem Fahrzeug, welches in einem Leerlaufzustand oder einem niedrige-Drehzahl/niedrige-Last-Zustand läuft.
  • Zum Beispiel kann ein als Beispiel dienender Partikelfilter der vorliegenden Erfindung aufweisen: eine erste Schicht, welche zusammengesetzt ist aus (d. h., welche besteht aus oder aufweist) einer ersten Kohlenwasserstoff-Falle, welche Kahlenwasserstoff, der in einem Abgas enthalten ist, bei einer niedrigen Temperatur absorbiert (oder adsorbiert), und eine zweite Schicht, welche zusammengesetzt ist aus (d. h., welche besteht aus oder aufweist) einem ersten Oxidationskatalysator, der den Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, oxidiert, wobei der Kohlenwasserstoff, der an der ersten Schicht absorbiert/adsorbiert ist, bei einer hohen Temperatur abgegeben wird, und wobei der abgegebene Kohlenwasserstoff an der zweiten Schicht oxidiert wird, um eine Temperatur des Abgases zu erhöhen.
  • Die erste Kohlenwasserstoff-Falle kann ein Beta-Zeolith sein. Der Beta-Zeolith kann Siliziumdioxid und Aluminiumoxid aufweisen, und ein Gewichtsverhältnis von dem Siliziumdioxid zu dem Aluminiumoxid kann ungefähr 24 bis 38% sein. Darüber hinaus kann die Menge von dem Beta-Zeolith ungefähr 30 bis 50% der Menge des Washcoats betragen.
  • Der Partikelfilter kann ferner aufweisen: zumindest einen Einlasskanal, der (genau) ein offenes Ende, durch welches das Abgas einströmt, und (genau) ein geschlossenes Ende hat, zumindest einen Auslasskanal, der (genau) ein geschlossenes Ende und (genau) ein offenes Ende hat, durch welches das Abgas ausströmt, und eine Wand, welche eine Grenze zwischen benachbarten von dem zumindest einen Einlasskanal und dem zumindest einen Auslasskanal definiert und welche konfiguriert ist, um dem Abgas zu ermöglichen, von dem zumindest einen Einlasskanal zu dem zumindest einen Auslasskanal zu strömen. Die erste Schicht und die zweite Schicht sind jeweils angeordnet an zumindest einem von einem Innenumfang (bzw. einer Innenumfangsfläche) des zumindest einen Einlasskanals und einem Innenumfang (bzw. einer Innenumfangsfläche) des zumindest einen Auslasskanals.
  • Die erste Schicht und die zweite Schicht können an dem Innenumfang des zumindest einen Einlasskanals angeordnet sein, wobei die erste Schicht an der Wand angeordnet ist, und wobei die zweite Schicht auf der ersten Schicht angeordnet ist. Die erste Schicht kann auch an dem Innenumfang des zumindest einen Einlasskanals angebracht sein, wobei die zweite Schicht an dem Innenumfang des zumindest einen Auslasskanals angebracht ist. Alternativ können die erste Schicht und die zweite Schicht an dem Innenumfang des zumindest einen Einlasskanals angeordnet sein, wobei die zweite Schicht an bzw. auf der Wand angeordnet ist, und wobei die erste Schicht auf der zweiten Schicht angeordnet ist.
  • Die Wand kann aus einem porösen Material hergestellt sein, so dass das Abgas durch die Wand strömen kann, aber Partikelmaterial, das in dem Abgas enthalten ist, nicht durch die Wand strömen kann. Die Wand kann eine Porosität von ungefähr 50% oder mehr haben.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Abgassystem mit einem beispielhaften Partikelfilter aufweisen: einen Oxidationskatalysator, der in einem Abgas enthaltene Materialien oxidiert, sowie einen Partikelfilter, der stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet ist und in dem Abgas enthaltenen Ruß fängt, wobei der Partikelfilter der Partikelfilter gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Der Oxidationskatalysator kann ein Dieseloxidationskatalysator sein.
  • Der Dieseloxidationskatalysator kann eine dritte Schicht, welche zusammengesetzt ist aus (d. h. besteht aus oder aufweist) einer zweiten Kohlenwasserstoff-Falle, welche den Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, bei einer niedrigen Temperatur absorbiert/adsorbiert, und eine vierte Schicht aufweisen, welche zusammengesetzt ist aus einem zweiten Oxidationskatalysator, der in dem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoff oxidiert. Der an der dritten Schicht absorbierte/adsorbierte Kohlenwasserstoff wird bei einer hohen Temperatur abgegeben, und der abgegebene Kohlenwasserstoff wird an der vierten Schicht oder der zweiten Schicht oxidiert, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen.
  • Die zweite Kohlenwasserstoff-Falle kann ein Beta-Zeolith sein. Der Beta-Zeolith kann Siliziumdioxid und Aluminiumoxid aufweisen, und das Gewichtsverhältnis von dem Siliziumdioxid und dem Aluminiumoxid kann ungefähr 24 bis 38% sein. Die Menge von dem Beta-Zeolith kann ungefähr 30 bis 50% von der Washcoat-Menge sein.
  • Die dritte Schicht kann auf einem Träger angeordnet sein, und die vierte Schicht kann auf der dritten Schicht angeordnet sein.
  • Der Partikelfilter und der Dieseloxidationskatalysator können integral bzw. einstückig ausgebildet sein, wobei der Dieseloxidationskatalysator dem Partikelfilter vorgelagert ist.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich sind aus oder im Detail dargelegt sind in der angehängten Zeichnung, welche hierin mit aufgenommen ist, und der folgenden detaillierten Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines als Beispiel dienenden Abgassystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Querschnitts-Teilansicht eines als Beispiel dienenden Partikelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Querschnitts-Teilansicht eines anderen beispielhaften Partikelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Querschnitts-Teilansicht von noch einem anderen beispielhaften Partikelfilter gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine schematische Ansicht, welche den Betrieb eines als Beispiel dienenden Abgassystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert, wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist.
  • 6 ist eine schematische Ansicht, welche den Betrieb eines beispielhaften Abgassystems gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert, wenn die Temperatur des Abgases hoch ist.
  • 7 ist eine schematische Ansicht, welche einen als Beispiel dienenden Dieseloxidationskatalysator und einen als Beispiel dienenden Partikelfilter zeigt, welche in einem als Beispiel dienenden Abgassystem gemäß der vorliegenden Erfindung integral geformt sind.
  • 8 ist ein Diagramm, welches die Austrittstemperatur eines als Beispiel dienenden Partikelfilters über der Leerlaufzeit zeigt für einen Fall, wo ein Fahrzeug mit einem beispielhaften Abgassystem gemäß der vorliegenden Erfindung im Leerlauf betrieben wird und der beispielhafte Partikelfilter nach einer Zeitspanne regeneriert wird.
  • 9 ist ein Diagramm, welches die Austrittstemperatur eines als Beispiel dienenden Partikelfilters über der Zeit zeigt für ein Fahrzeug mit einem als Beispiel dienenden Abgassystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in der angehängten Zeichnung gezeigt und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschrieben wird, sollte es verständlich sein, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu dienen soll, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen einzuschränken. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche in dem Geist und Umfang der Erfindung, die er durch die angehängten Ansprüche definiert wird, enthalten sein können.
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Abgassystems gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, weist das Abgassystem einen Motor 10, eine Abgasleitung 20, eine Abgasrückführungs(EGR)-Vorrichtung 30, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 40, einen Partikelfilter 60 und einen Steuerabschnitt bzw. Regelabschnitt 90 auf.
  • Der Motor 10, insbesondere Verbrennungsmotor, verbrennt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, in dem Kraftstoff und Luft gemischt sind, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Motor 10 ist mit einem Einlasskrümmer 16 verbunden, um die Luft in einer Verbrennungskammer 12 aufzunehmen, und ist ferner mit einem Abgaskrümmer bzw. Abgassammler 18 verbunden, so dass das Abgas, welches in dem Verbrennungsprozess erzeugt wird, in dem Abgaskrümmer 18 gesammelt und nach außen ausgestoßen wird. Ein Injektor (oder mehrere Injektoren) 14 ist in der Verbrennungskammer 12 montiert, um den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 12 einzuspritzen.
  • Darüber hinaus kann ein Motor mit verschiedenen Verdichtungsverhältnissen verwendet werden, vorzugsweise mit einem Verdichtungsverhältnis niedriger als oder gleich 16,5.
  • Die Abgasleitung 20 ist mit dem Abgassammler 18 verbunden, um das Abgas zu der Außenseite des Fahrzeugs auszustoßen. Der DOC 40 und der Partikelfilter 60 sind an der Abgasleitung 20 montiert, um Partikelmaterial (PM) Kohlenwasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Stickoxid oder andere Schadstoffe, welche in dem Abgas enthalten sind, zu entfernen. Für diesen Zweck kann an der Abgasleitung 20 ein Denitrifikations bzw. Entstickungs-Katalysator (DeNOx Katalysator) oder eine selektive-katalytische-Reduktion(SCR)-Vorrichtung montiert sein, welche das Stickoxid oder andere Schadstoffe entfernen. Obgleich in dieser Anmeldung lediglich der Partikelfilter im Detail offenbart ist, sollte es verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den Partikelfilter beschränkt ist. Die Einfügung eines DeNOx-Katalysators oder einer SCR-Vorrichtung sowie des Partikelfilters 60, der an der Abgasleitung 20 montiert ist, ist in dem Bereich der vorliegenden Erfindung.
  • Hierbei soll in dieser Beschreibung Kohlenwasserstoff für alle Komponenten stehen, welche aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen und in dem Abgas und dem Kraftstoff enthalten sind. Daher sollte es verständlich sein, dass Kohlenstoffmonoxid in Kohlenwasserstoff inbegriffen ist.
  • Die Abgasrückführungs-Vorrichtung 30 ist an der Abgasleitung 20 montiert, und das von dem Motor 10 ausgestoßene Abgas strömt durch die Abgasrückführungs-Vorrichtung 30. Darüber hinaus ist die Abgasrückführungs-Vorrichtung 30 mit dem Einlasskrümmer 16 verbunden, um die Verbrennungstemperatur zu steuern/regeln durch Mischen von einem Teil des Abgases mit der Luft. Die Verbrennungstemperatur wird durch den Steuerabschnitt 90 gesteuert/geregelt. D. h., der Steuerabschnitt 90 schaltet ein EGR-Ventil, welches an der Abgasrückführungs-Vorrichtung 30 bereitgestellt ist, an oder aus, um eine Menge des Abgases, welches dem Einlasskrümmer 16 zugeführt wird, zu steuern/regeln.
  • Der DOC 40 ist an der Abgasleitung 20 stromabwärts der Abgasrückführungs-Vorrichtung 30 montiert. Der DOC 40 oxidiert in dem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoff (HC) zu Kohlenstoffdioxid (CO2). Darüber hinaus oxidiert der DOC 40 in dem Abgas enthaltenes Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2).
  • Der Partikelfilter 60 ist an der Abgasleitung 20 stromabwärts des DOC 40 montiert. Der Partikelfilter 60 fängt Partikelmaterial, welches in dem Abgas enthalten ist, das durch die Abgasleitung 20 strömt.
  • Darüber hinaus ist an der Abgasleitung 20 ein Druckdifferenzsensor 62 montiert. Der Druckdifferenzsensor 62 detektiert eine Druckdifferenz zwischen einem Einlassabschnitt und einem Auslassabschnitt des Partikelfilters 60 und übermittelt ein entsprechendes Signal an den Steuerabschnitt 90. Der Steuerabschnitt 90 ist eingerichtet, um den Partikelfilter 60 zu regenerieren, wenn die Druckdifferenz, welche von dem Druckdifferenzsensor 62 detektiert wird, größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. In diesem Fall spritzt der Injektor 14 den Kraftstoff nach (Nacheinspritzung), um den Ruß zu verbrennen, welcher in dem Partikelfilter 60 gefangen ist.
  • Ein Temperatursensor 64 ist stromabwärts des Partikelfilters 60 an der Abgasleitung 20 montiert, um eine Temperatur des Abgases zu detektieren, welches durch den Partikelfilter 60 tritt, und übermittelt ein entsprechendes Signal an den Steuerabschnitt 90.
  • Der Steuerabschnitt 90 empfängt das der Druckdifferenz entsprechende Signal und das der Temperatur entsprechende Signal von dem Druckdifferenzsensor 62 bzw. dem Temperatursensor 64 und steuert/regelt einen Betrieb des Injektors 14. Im Detail, wenn die Druckdifferenz, welche von dem Druckdifferenzsensor 62 detektiert wird, größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, wird die Nacheinspritzung durchgeführt, um den Partikelfilter 60 zu regenerieren. Ferner, wenn die Temperatur, welche von dem Temperatursensor 64 detektiert wird, niedriger oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, während der Regeneration des Partikelfilters 60, wird der Injektor 14 gesteuert, um eine Menge der Nacheinspritzung zu erhöhen. Da solch ein Betrieb des Steuerabschnitts 90 einem Fachmann gut bekannt ist, wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
  • Zusätzlich zu der Druckdifferenz und der Temperatur können weitere Parameter, wie zum Beispiel eine Kohlenwasserstoffkonzentration, gemessen und als Steuersignale verwendet werden.
  • Im Folgenden wird der Partikelfilter 60 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weiter beschrieben.
  • 2 ist eine Querschnitts-Teilansicht eines Partikelfilters gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; 3 ist eine Querschnitts-Teilansicht eines Partikelfilters gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und 4 ist eine Querschnitts-Teilansicht eines Partikelfilters gemäß noch anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in den 2 bis 4 gezeigt ist, weist der Partikelfilter 60 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Kanälen 72 und 74 darin auf. Die Kanäle 72 und 74 sind unterteilt in einen Einlasskanal 72 und einen Auslasskanal 74.
  • Der Einlasskanal 72 ist ein Kanal, durch den das Abgas, welches durch den DOC 40 tritt, einströmt. Zu diesem Zweck ist ein Ende (das linke Ende in der Zeichnung) des Einlasskanals 72 offen, und das andere Ende (das rechte Ende in der Zeichnung) ist mittels eines Kanal-Stopfens 78 verschlossen.
  • Der Auslasskanal 74 ist ein Kanal, durch den das Abgas in dem Partikelfilter 60 ausströmt. Zu diesem Zweck ist ein Ende (das linke Ende in der Zeichnung) des Auslasskanals 74 mittels des Kanal-Stopfens 78 verschlossen, und das andere Ende (das rechte Ende in der Zeichnung) ist offen.
  • Der Einlasskanal 72 und der Auslasskanal 74 sind im Wesentlichen parallel zueinander. Eine Wand 76 ist zwischen dem Einlasskanal 72 und dem benachbarten Auslasskanal 74 geformt, um eine Grenze zwischen dem Einlasskanal 72 und dem Auslasskanal 74 zu definieren. Die Wand 76 ist aus einem porösen Material geformt, so dass das Abgas durch die Wand hindurch treten kann, aber das Partikelmaterial (d. h., Ruß), welches in dem Abgas enthalten ist, nicht durch die Wand treten kann. Daher strömt das Abgas durch den Einlasskanal 72 in den Partikelfilter 60, durchdringt die Wand 76 und strömt dann durch den Auslasskanal 74 aus dem Partikelfilter 60 aus. Bei diesem Prozess wird der Ruß an dem anderen Endabschnitt des Einlasskanals 72 gefangen. In verschiedenen Ausführungsformen hat die Wand eine Porosität von mehr als 50%, jedoch ist die Wand nicht hierauf eingeschränkt.
  • Der Partikelfilter 60 weist ferner eine erste Schicht 68, an der eine erste Kohlenwasserstoff-Falle aufgebracht ist (insb. in Form einer Beschichtung), sowie eine zweite Schicht 70 auf, an der ein erster Oxidationskatalysator aufgebracht ist (insb. in Form einer Beschichtung).
  • Eine Vielzahl von Materialien kann als die Kohlenwasserstoff-Falle verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen wird für die erste Kohlenwasserstoff-Falle ein Beta-Zeolith verwendet. Der Beta-Zeolith hat eine 12-Ring-Struktur und weist Siliziumdioxid (SiO2) und Aluminiumoxid (Al2O3) auf. In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Gewichtsverhältnis von dem Siliziumdioxid zu dem Aluminiumoxid ungefähr 24 bis 38%. Die erste Kohlenwasserstoff-Falle absorbiert/adsorbiert den Kohlenwasserstoff bei einer Temperatur, die niedriger ist als eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel ungefähr 250°C), und gibt den absorbierten/adsorbierten Kohlenwasserstoff bei einer Temperatur ab, welche höher oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist.
  • Als der erste Oxidationskatalysator kann irgendein Oxidationskatalysator verwendet werden, der in einem Abgassystem für ein Fahrzeug verwendet wird. Der Oxidationskatalysator, der Platin (Pt) und Palladium (Pd) aufweist, ist in dem Abgassystem für das Fahrzeug weit verbreitet, aber der Oxidationskatalysator ist nicht hierauf eingeschränkt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist eine Menge des Beta-Zeoliths ungefähr 30 bis 50% der Washcoat-Menge, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf eingeschränkt. Hier ist die Washcoat-Menge die Summe von einer Menge des Beta-Zeoliths und einer Menge des ersten Oxidationskatalysators.
  • Die erste Schicht 68 und die zweite Schicht 70 sind angeordnet auf zumindest einem von dem Innenumfang des Einlasskanals 72 und dem Innenumfang des Auslasskanals 74.
  • Wie in 2 gezeigt ist, sind die erste Schicht 68 und die zweite Schicht 70 lediglich an dem Einlasskanal 72 angeordnet. Darüber hinaus ist die erste Schicht 68 an der Wand 76 angeordnet bzw. auf die Wand 76 aufgebracht, und die zweite Schicht 70 ist auf der ersten Schicht 68 angeordnet. In diesem Fall wird ein Teil des Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, das durch den Einlasskanal 72 strömt, an der zweiten Schicht 70 oxidiert, und der andere Teil oder ein anderer Teil des Kohlenwasserstoffs wird an der ersten Schicht 68 absorbiert/adsorbiert. Anschließend wird das Abgas, von dem eine gewisse Menge des Kohlenwasserstoffs entfernt ist, durch den Auslasskanal 74 aus dem Partikelfilter 60 ausgestoßen.
  • Wie in 3 gezeigt ist, ist die erste Schicht 68 an der Wand 76 des Einlasskanals 72 angeordnet, und die zweite Schicht 70 ist an der Wand 76 des Auslasskanals 74 angeordnet. In diesem Fall wird ein Teil des Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, das durch den Einlasskanal 72 strömt, an der ersten Schicht 68 absorbiert, und das Abgas strömt zu dem Auslasskanal 74. Anschließend wird der andere Teil oder ein anderer Teil des Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, an der zweiten Schicht 70 oxidiert. Gemäß dem Partikelfilter 60, der in 3 gezeigt ist, wird ein Anstieg des Gegendrucks gemäß der Anordnung der ersten Schicht 60 und der zweiten Schicht 70 minimiert.
  • Wie in 4 gezeigt ist, sind die erste Schicht 68 und die zweite Schicht 70 lediglich an dem Einlasskanal 72 angeordnet. Ferner ist die zweite Schicht 70 an der Wand 76 angeordnet bzw. auf diese aufgebracht, und die erste Schicht 68 ist auf der zweiten Schicht 70 angeordnet. In diesem Fall wird ein Teil des Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, welches durch den Einlasskanal 72 strömt, an der ersten Schicht 68 absorbiert, und der andere Teil oder ein anderer Teil wird an der zweiten Schicht 70 oxidiert. Anschließend wird das Abgas, von dem eine gewisse Menge von Kohlenwasserstoff entfernt ist, durch den Auslasskanal 74 aus dem Partikelfilter 60 ausgestoßen. Der Partikelfilter 60, der in 4 gezeigt ist, kann verglichen mit den Partikelfiltern 60, welche in 2 und 3 gezeigt sind, den Kohlenwasserstoff bei einer höheren Temperatur absorbieren.
  • Im Folgenden werden der Betrieb des DOC 40 und der Betrieb des Abgassystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
  • 5 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Betriebs eines Abgassystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei eine Temperatur des Abgases niedrig ist, und 6 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Betriebs eines Abgassystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei eine Temperatur des Abgases hoch ist.
  • Wie in 5 und 6 gezeigt ist, weist der DOC 40 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Träger 42, eine dritte Schicht 44 und eine vierte Schicht 46 auf.
  • Ein Träger, der in dem Oxidationskatalysator für ein Fahrzeug verwendet wird, kann als der Träger 42 verwendet werden. Die dritte Schicht 44 ist auf dem Träger 42 angeordnet, wobei an der dritten Schicht eine zweite Kohlenwasserstoff-Falle aufgebracht ist, insb. in der Form einer Beschichtung. Die zweite Kohlenwasserstoff-Falle kann dieselbe sein wie oder unterschiedlich sein zu der ersten Kohlenwasserstoff-Falle und zwar in Bezug auf die Materialzusammensetzung, körperliche Abmessungen, das Gewicht, Verhältnisse und/oder andere chemische und physikalische Parameter. In verschiedenen Ausführungsformen wird als die zweite Kohlenwasserstoff-Falle ein Beta-Zeolith verwendet. Der Beta-Zeolith hat eine 12-Ring-Struktur und weist Siliziumdioxid (SiO2) und Aluminiumoxid (Al2O3) auf. In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Gewichtsverhältnis von dem Siliziumdioxid zu dem Aluminiumoxid ungefähr 24 bis 38%. Die zweite Kohlenwasserstoff-Falle absorbiert/adsorbiert den Kohlenwasserstoff bei einer Temperatur, die niedriger ist als eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel ungefähr 250°C), und gibt den absorbierten Kohlenwasserstoff bei einer Temperatur ab, die größer oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist.
  • Die vierte Schicht 46 ist auf der dritten Schicht 44 angeordnet, und der zweite Oxidationskatalysator ist an der vierten Schicht 46 aufgebracht, insbesondere in der Form einer Beschichtung. Der zweite Oxidationskatalysator kann derselbe sein wie oder unterschiedlich sein zu dem ersten Oxidationskatalysator in Bezug auf die Materialzusammensetzung, die körperlichen Abmessungen, das Gewicht, das Verhältnis und/oder andere chemische und physikalische Parameter. Ein Oxidationskatalysator, der in einem Abgassystem für ein Fahrzeug verwendet wird, kann als der zweite Oxidationskatalysator verwendet werden. Der Oxidationskatalysator, der Platin (Pt) und Palladium (Pd) aufweist, wird in dem Abgassystem für das Fahrzeug häufig verwendet, aber die Erfindung ist nicht hierauf eingeschränkt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist die Menge des Beta-Zeoliths ungefähr 30 bis 50% der Washcoat-Menge, aber die Erfindung ist nicht hierauf eingeschränkt. Hierbei ist die Menge des Washcoats die Summe einer Menge des Beta-Zeoliths und einer Menge des zweiten Oxidationskatalysators.
  • Wie in 5 gezeigt ist, wenn eine Temperatur des Abgases niedrig ist (d. h., die Temperatur des Abgases ist niedriger als die vorbestimmte Temperatur, zum Beispiel ungefähr 250°C), wird ein Teil des Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, an der vierten Schicht 46 und der zweiten Schicht 70 oxidiert, und der andere Teil oder ein anderer Teil des Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, wird an der dritten Schicht 44 und der ersten Schicht 68 absorbiert.
  • Bei diesem Zustand, wenn die Temperatur des Abgases hoch wird (d. h., die Temperatur des Abgases wird größer oder gleich der vorbestimmten Temperatur), wird der Kohlenwasserstoff, der an der dritten Schicht 44 und der ersten Schicht 68 absorbiert ist, frei gesetzt bzw. abgegeben, und der abgegebene Kohlenwasserstoff und ein weiterer Teil von Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, werden an der vierten Schicht 46 und der zweiten Schicht 70 oxidiert. Daher steigt die Temperatur des Abgases weiter an und die Regeneration des Partikelfilters 60 wird problemlos durchgeführt.
  • 7 ist eine schematische Ansicht, welche einen Dieseloxidationskatalysator und einen Partikelfilter zeigt, welche integral bzw. einstückig miteinander in einem Abgassystem gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geformt sind.
  • Wie in 7 gezeigt ist, können der DOC 40 und der Partikelfilter 60 integral miteinander geformt sein. In verschiedenen Ausführungsformen ist der DOC 40 an einem Frontabschnitt bzw. vorderen Abschnitt des Partikelfilters 60 angeordnet.
  • 8 zeigt die Austrittstemperatur eines beispielhaften Partikelfilters über der Leerlaufzeit für einen Fall, wo bzw. in dem ein Fahrzeug mit einem beispielhaften Abgassystem gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Leerlaufzustand betrieben wird und der beispielhafte Partikelfilter nach einer Zeitspanne regeneriert wird.
  • Wie in 8 gezeigt ist, ist die Austrittstemperatur des Partikelfilters 60 zu Beginn ohne einen Leerlauf ungefähr 460°C. In diesem Fall, da die Temperatur des Abgases, welches durch den Partikelfilter 60 strömt, niedriger ist als eine Regenerationstemperatur (ungefähr 600°C), wird der Partikelfilter nicht regeneriert.
  • Nach zwei Stunden Leerlauf ist die Austrittstemperatur des Partikelfilters 60 höher als die Regenerationstemperatur und der Partikelfilter 60 wird regeneriert. Während des Leerlaufs, da die Temperatur des Abgases niedrig ist, wird der Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, in der dritten Schicht 44 und der ersten Schicht 68 absorbiert. Bei diesem Zustand, wenn eine Nacheinspritzung durchgeführt wird, um den Partikelfilter 60 zu regenerieren, wird die Temperatur des Abgases angehoben und der Kohlenwasserstoff, der an der dritten Schicht 44 und der ersten Schicht 68 absorbiert ist, wird frei gegeben und oxidiert. Die Temperatur des Abgases steigt schnell an auf eine Temperatur, die höher ist als die Regenerationstemperatur, infolge von Oxidationswärme, welche bei diesem Prozess erzeugt wird.
  • 9 zeigt die Austrittstemperatur des Partikelfilters über der Zeit für ein Fahrzeug mit einem Abgassystem gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 9 gezeigt ist, ist die Temperatur des Abgases in einer X-Region aufgrund des Leerlaufs niedrig. D. h., in der X-Region wird der Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, an der dritten Schicht 44 und der ersten Schicht 68 absorbiert/adsorbiert.
  • Der Steuerabschnitt 90 führt in einer Y-Region die Nacheinspritzung durch, um den Partikelfilter 60 zu regenerieren. Zu dieser Zeit, da der Kohlenwasserstoff, der an der dritten Schicht 44 und der ersten Schicht 68 absorbiert ist, abgegeben und oxidiert wird, steigt die Temperatur des Abgases schnell an.
  • Da die Temperatur des Abgases in der Z-Region größer oder gleich der Regenerationstemperatur ist, wird der Partikelfilter 60 regeneriert.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Temperatur von Abgas bei einem Fahrzeug, welches bei einem Leerlaufzustand oder bei einem niedrige-Drehzahl/niedrige-Last-Zustand betrieben wird, auf eine Temperatur angehoben werden, die größer oder gleich einer Regenerationstemperatur ist, ohne die Verwendung einer großen Kraftstoffmenge. Daher kann die Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz bzw. des Kraftstoffverbrauchs vermieden werden.
  • Darüber hinaus können durch effizientes Regenerieren des Partikelfilters die Motorleistung verbessert und eine Beschädigung des Partikelfilters vermieden werden.
  • Zur leichteren Beschreibung und genauen Definition in angehängten Ansprüchen werden die Ausdrücke „höher” oder „niedriger”, „innen” oder „außen” etc. verwendet, um Merkmale der als Beispiel dienenden Ausführungsformen mit Bezug auf deren Position in den gezeigten Figuren zu beschreiben.
  • Die vorhergehende Beschreibung von spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde präsentiert zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarten genauen Formen einschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre 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 exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und anzuwenden. 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 10-2011-0046889 [0001]

Claims (20)

  1. Ein Partikelfilter (60) für ein Fahrzeug, aufweisend: eine erste Schicht (68), welche zusammengesetzt ist aus einer ersten Kohlenwasserstoff-Falle, welche bei einer niedrigen Temperatur einen Teil des Kohlenwasserstoffs absorbiert, der in dem Abgas enthalten ist; und eine zweite Schicht (70), welche zusammengesetzt ist aus einem ersten Oxidationskatalysator, welcher Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, oxidiert, wobei der an der ersten Schicht (68) absorbierte Kohlenwasserstoff bei einer hohen Temperatur frei gesetzt wird, wobei der frei gesetzte Kohlenwasserstoff an der zweiten Schicht (70) oxidiert wird, wodurch die Temperatur des Abgases erhöht wird.
  2. Der Partikelfilter (60) nach Anspruch 1, wobei die erste Kohlenwasserstoff-Falle ein Beta-Zeolith ist.
  3. Der Partikelfilter (60) nach Anspruch 2, wobei der Beta-Zeolith Siliziumdioxid und Aluminiumoxid aufweist, wobei ein Gewichtsverhältnis des Siliziumdioxids zu dem Aluminiumoxid ungefähr 24 bis 38% ist.
  4. Der Partikelfilter (60) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei eine Menge von dem Beta-Zeolith ungefähr 30 bis 50% von einer Washcoat-Menge ist.
  5. Der Partikelfilter (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: zumindest einen Einlasskanal (72), der ein offenes Ende, durch welches das Abgas einströmt, und ein geschlossenes Ende hat; zumindest einen Auslasskanal (74), der ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende hat, durch welches das Abgas ausströmt; und eine Wand (76), die eine Grenze zwischen und benachbart zu dem zumindest einen Einlasskanal (72) und dem zumindest einen Auslasskanal (74) definiert und die konfiguriert ist, um dem Abgas zu ermöglichen, von dem zumindest einen Einlasskanal zu dem zumindest einen Auslasskanal zu strömen, wobei die erste Schicht (68) und die zweite Schicht (70) jeweils an zumindest einem von einem Innenumfang des zumindest einen Einlasskanals (72) und einem Innenumfang des zumindest einen Auslasskanals (74) angeordnet sind.
  6. Der Partikelfilter (60) nach Anspruch 5, wobei die erste Schicht (68) und die zweite Schicht (70) an dem Innenumfang des zumindest einen Einlasskanals (72) angeordnet sind, und wobei die erste Schicht (68) an der Wand (76) angeordnet ist, und wobei die zweite Schicht (70) auf der ersten Schicht (68) angeordnet ist.
  7. Der Partikelfilter (60) nach Anspruch 5, wobei die erste Schicht (68) an dem Innenumfang des zumindest einen Einlasskanals (72) angeordnet ist, und wobei die zweite Schicht (70) an dem Innenumfang des zumindest einen Auslasskanals (74) angeordnet ist.
  8. Der Partikelfilter (60) nach Anspruch 5, wobei die erste Schicht (68) und die zweite Schicht (70) an dem Innenumfang des zumindest einen Einlasskanals (72) angeordnet sind, und wobei die zweite Schicht (70) an der Wand (76) angeordnet ist, und wobei die erste Schicht (68) auf der zweiten Schicht (70) angeordnet ist.
  9. Der Partikelfilter (60) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Wand (76) eine Porosität von ungefähr 50% oder mehr hat.
  10. Ein Abgassystem, aufweisend: einen Oxidationskatalysator (40), der in einem Abgas enthaltene Stoffe oxidiert; und einen Partikelfilter (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der stromabwärts des Oxidationskatalysators (40) angeordnet ist.
  11. Das Abgassystem nach Anspruch 10, wobei der Oxidationskatalysator (40) aufweist: eine dritte Schicht (44), welche zusammengesetzt ist aus einer zweiten Kohlenwasserstoff-Falle, welche bei einer niedrigen Temperatur Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, absorbiert; und eine vierte Schicht (46), welche zusammengesetzt ist aus einem zweiten Oxidationskatalysator, welcher Kohlenwasserstoff, der in dem Abgas enthalten ist, oxidiert, wobei der Kohlenwasserstoff, der an der dritten Schicht (44) absorbiert ist, bei einer hohen Temperatur freigegeben wird, und wobei der freigegebene Kohlenwasserstoff an der vierten Schicht (46) oder der zweiten Schicht (70) oxidiert wird, wodurch die Temperatur des Abgases erhöht wird.
  12. Das Abgassystem nach Anspruch 11, wobei die zweite Kohlenwasserstoff-Falle ein Beta-Zeolith ist.
  13. Das Abgassystem nach Anspruch 12, wobei der Beta-Zeolith Siliziumdioxid und Aluminiumoxid aufweist, und wobei ein Gewichtsverhältnis des Siliziumdioxids zu dem Aluminiumoxid ungefähr 24 bis 38% ist.
  14. Das Abgassystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine Menge des Beta-Zeoliths ungefähr 30 bis 50% einer Washcoat-Menge ist.
  15. Das Abgassystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die dritte Schicht (44) auf einem Träger (42) angeordnet ist, und wobei die vierte Schicht (46) auf der dritten Schicht (44) angeordnet ist.
  16. Das Abgassystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Partikelfilter (60) und der Oxidationskatalysator (40) integral bzw. einstückig geformt sind, wobei der Oxidationskatalysator vor dem Partikelfilter angeordnet ist.
  17. Der Partikelfilter (60) nach Anspruch 5, wobei die Wand (76) aus einem porösen Material hergestellt ist, so dass das Abgas durch die Wand hindurch strömen kann, in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial jedoch nicht durch die Wand hindurch strömen kann.
  18. Das Abgassystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der Oxidationskatalysator (40) ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) ist.
  19. Das Abgassystem nach Anspruch 18, wobei der Partikelfilter (60) und der Oxidationskatalysator (40) integral geformt sind, wobei der Dieseloxidationskatalysator dem Partikelfilter vorgelagert ist.
  20. Der Partikelfilter (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die hohe Temperatur zum Freigeben des Kohlenwasserstoffs, der an der ersten Schicht (68) absorbiert ist, ungefähr 600°C oder mehr ist.
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