DE102014223515A1 - Abgasnachbehandlungsvorrichtung und Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12) zur Behandlung eines Abgases (13), das während eines Betriebs eines Motors (11) eines Kraftfahrzeugs (10) entsteht, bereitgestellt. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12) umfasst eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15), eine stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) angeordnete zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) und eine stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) angeordnete dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung (17). Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15) ist ein Kohlenwasserstoff-Adsorber. Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) ist ein Dieseloxidationskatalysator oder ein Stickoxidadsorber oder ein passiver Stickoxidadsorber. Die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung (17) ist ein Stickoxidadsorber oder ein passiver Stickoxidadsorber oder ein Selektiv-Katalytischer-Reduktions-Katalysator oder ein katalytisch beschichteter Dieselpartikelfilter. Erfindungsgemäß weist die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung (17) ein größeres Volumen zur Aufnahme des Abgases auf als die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16). Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16) weist einen höheren Anteil von Metallen der Platingruppe auf als die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung (17). Zudem wird ein Kraftfahrzeug (10) mit dieser Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12) beansprucht.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Abgases, das während eines Betriebs eines Motors eines Kraftfahrzeugs entsteht, sowie ein Kraftfahrzeug mit dieser Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
- Abgasnachbehandlungsvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die
US 20030140620 A1 ein Dieselabgasreinigungssystem, welches eine Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid bei niedrigen Temperaturen gewährleistet. Das System nutzt dazu einen Platin-Katalysator auf Zirkoniumoxid stabilisierten Siliziumdioxid-Träger, der Stickstoffmonoxid im Abgas zu Stickstoffdioxid oxidiert und das Stickstoffdioxid in einer ausreichenden Menge gebraucht, um in einem Partikelfilter gefangene Partikel zu oxidieren. - Die
US 2013/0312392 A1 - Aus der
DE 10 2013 200 361 A1 gehet ein Abgasnachbehandlungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem turbogeladenen Verbrennungsmotor hervor. Dabei ist eine großvolumige Mager-NOx-Falle (LNT) mittels eines kurzen Verbindungsrohrs mit einem Ausgang eines Turboladers verbunden. Die Mager-NOx-Falle weist einen ersten Bereich zur Speicherung/Reduzierung von NOx und Oxidation von NO nach NO2 aber auch zur Oxidation von Kohlenwasserstoff (HC) und/oder Kohlenmonoxid (CO) im Abgas und einen stromabwärts des ersten Bereichs liegenden zweiten Bereich zur Speicherung und/oder Reduktion von Stickoxiden (NOx) im Abgas auf. Dabei weist der erste Bereich einen höheren Anteil an Metallen der Platingruppe auf als der zweite Bereich. Hierzu kann der erste Bereich eine Beschichtung mit einem relativ hohen PGM Anteil und relativ wenig oder keinem NOx-Speichermaterial enthalten und der zweite Bereich relativ wenig PGM und relativ viel NOx-Speichermaterial enthalten. Die Mager-NOx-Falle ist bevorzugt großvolumig ausgelegt. - Die
WO 0183087 A1 - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Abgasnachbehandlungsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit dieser bereitzustellen.
- Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 sowie einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 4 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
- Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist zur Behandlung eines Abgases, das während eines Betriebs eines Motors eines Kraftfahrzeugs entsteht, ausgebildet. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst zur Behandlung des Abgases mehrere Abgasnachbehandlungseinrichtungen, wobei eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung von allen Abgasnachbehandlungseinrichtungen am weitesten stromaufwärts in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordnet ist. Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung ein Kohlenwasserstoff-Adsorber.
- Damit ist es vorteilhaft ermöglicht, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe bei niedrigen Abgastemperaturen aus dem Abgas zu adsorbieren und diese reaktionsfreudigen Stoffe davon abzuhalten eine Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid zu behindern. Das Abgas trifft zuerst auf die als Kohlenwasserstoff-Adsorber ausgebildete erste Abgasnachbehandlungseinrichtung.
- Durch die Adsorption des Kohlenstoffmonoxids und der Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas in der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung ist eine effektivere Behandlung in folgenden stromabwärtsangeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtungen ermöglicht.
- Unmittelbar stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung auf, die ein Dieseloxidationskatalysator oder ein Stickoxidadsorber oder ein passiver Stickoxidadsorber ist.
- Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung profitiert von der Ausgestaltung der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung als Kohlenwasserstoff-Adsorber in der Weise, dass in der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung eine effektivere Oxidation erfolgen kann.
- Unmittelbar stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung auf, die ein Stickoxidadsorber oder ein passiver Stickoxidadsorber oder ein Selektiv-Katalytischer-Reduktions-Katalysator oder ein katalytisch beschichteter Dieselpartikelfilter ist.
- Der höhere Anteil an Stickstoffdioxid im Abgas verbessert sowohl die Anlagerungsrate von Stickoxiden im Stickoxid-Adsorber als auch das Anspringverhalten der Katalysatoren mit selektiver katalytischer Reduktion.
- Die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung weist erfindungsgemäß ein größeres Volumen zur Aufnahme des Abgases auf als die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung.
- Damit ist die Aufnahmekapazität der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung vergrößert.
- Zudem weist die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung einen höheren Anteil von Metallen der Platingruppe als die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung auf.
- Damit sind die Kosten für dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung gesenkt.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung sind die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung und die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
- Damit sind die einzelnen Abgasnachbehandlungseinrichtungen möglichst nah aneinander angeordnet. Die Behandlungen können zeitnah nacheinander stattfinden und die Effektivität der Abgasnachbehandlung ist erhöht.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine stromaufwärts der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Einspritzanlage zum Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung auf.
- Damit kann auch die Abgasnachbehandlung nach der selektiven katalytischen Reduktion von der Vorschaltung des Kohlenwasserstoff-Adsorbers profitieren.
- Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist in allen Ausgestaltungen bevorzugt in ein Kraftfahrzeug mit einem während eines Betriebs Abgas erzeugenden Motor integriert. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist dabei Abgas aufnehmend mit dem Motor verbunden.
- Die Vorteile der Abgasnachbehandlungsvorrichtung kommen damit dem Kraftfahrzeug zugute. Das Kraftfahrzeug kann damit strengere Abgasgrenzwerte einhalten und trägt zu einer Schonung der Umwelt bei.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung unmittelbar stromabwärts des Motors oder stromabwärts einer Abgasturbine angeordnet.
- Damit bleibt das Abgas bis zur Behandlung möglichst warm, was die Arbeitsfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtungen verbessert.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, -
2 eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einer ersten Ausgestaltung und -
3 die Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einer zweiten Ausgestaltung. - In der
1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug10 in einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht. Das Kraftfahrzeug10 umfasst einen Motor11 und eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungs-vorrichtung12 . - Der Motor
11 ist ein Verbrennungsmotor11 , der während seines Betriebs Abgas13 erzeugt. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 ist mit dem Motor11 in der Weise verbunden, das das erzeugte Abgas13 des Motors11 in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 strömt. - Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung
12 ist bevorzugt unmittelbar stromabwärts des Motors11 angeordnet beziehungsweise unmittelbar stromabwärts einer hier nicht dargestellten Abgasturbine. Unmittelbar ist die Anordnung im Sinne der Erfindung, wenn zwischen dem Motor11 und der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 keine andere Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordnet ist. Unmittelbar meint zudem, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 möglichst nah am Motor angeordnet ist, sodass das Abgas13 einen möglichst kurzen Weg von einem Motorausgang oder einem Abgasturbinenausgang bis zur Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 zurücklegen muss. Die Anordnung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 ist dabei abhängig vom Typ des Kraftfahrzeugs11 . Der möglichst kurze Weg des Abgases13 vom Motor11 bis zur Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 gewährleistet eine Behandlung, die möglichst rasch nach dem Erzeugen des Abgases13 außerhalb von Brennkammern des Motors11 stattfindet. - In den
2 und3 ist die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 in zwei beispielhaften Ausgestaltungen veranschaulicht. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 ist ausgebildet, das während des Betriebs des Motors11 entstehende Abgas13 aufzunehmen, zu behandeln und als ein behandeltes Abgas14 abzugeben. Das Abgas13 durchströmt die Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 . - Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung
12 dient der Behandlung des Abgases13 außerhalb der Brennkammern des Motors11 . Die Behandlung ist damit eine sogenannte Nachbehandlung. Aus dem Abgas13 wird durch die Behandlung mittels der Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 das behandelte Abgas14 . Zur Behandlung des Abgases13 weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 drei Abgasnachbehandlungseinrichtungen15 ,16 ,17 auf. Eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung15 ist ein Kohlenwasserstoff Adsorber (HC-Trap). Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung15 ist von allen Abgasnachbehandlungseinrichtungen15 ,16 ,17 am weitesten stromaufwärts in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 angeordnet. - Die gezeigten Ausführungen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung
12 weisen zudem zwei weitere Abgasnachbehandlungseinrichtungen16 ,17 innerhalb eines Gehäuses20 auf. Dabei ist stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung15 eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung16 und stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung16 eine dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung17 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses20 sind dadurch drei Zonen geschaffen in denen unterschiedliche Abgasnachbehandlungen stattfinden können. - Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung
16 ist bevorzugt unmittelbar stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung15 angeordnet. Zwischen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung15 und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung16 ist keine andere Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet und der Abstand zwischen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung15 und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung16 ist möglichst klein. - Auch die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung
17 ist bevorzugt unmittelbar stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung16 angeordnet. Zwischen der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung16 und der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung17 ist keine andere Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet und der Abstand zwischen der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung16 und der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung17 ist möglichst klein. - Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung
16 ist ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) oder ein Stickoxidadsorber (LNT) oder ein passiver Stickoxidadsorber (PNA). - Die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung
17 ist ein Stickoxidadsorber (LNT) oder ein passiver Stickoxidadsorber (PNA), wie es in der2 veranschaulicht ist, oder ein Selektiv-Katalytischer-Reduktions-Katalysator (SCR) oder ein katalytisch beschichteter Dieselpartikelfilter (sDPF), wie es in der3 veranschaulicht ist. - Die in der
2 gezeigte Ausführung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 weist zudem eine vierte Abgasnachbehandlungseinrichtung18 auf. Diese ist beispielsweise ein Dieselpartikelfilter (DPF). Es ist auch möglich, dass die vierte Abgasnachbehandlungseinrichtung18 ebenfalls im selben Gehäuse20 wie eine oder alle der übrigen Abgasnachbehandlungseinrichtungen15 ,16 ,17 untergebracht ist. - Die in der
3 gezeigte Ausführung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 weist eine Einspritzanlage19 auf. Die Einspritzanlage19 ist stromaufwärts der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung17 , also hier stromaufwärts des Selektiv-Katalytischer-Reduktions-Katalysators (SCR) oder des katalytisch beschichteten Dieselpartikelfilters (SDPF) angeordnet. Die Einspritzanlage19 ist ausgebildet eine wässrige Harnstofflösung in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung12 zu injizieren. - Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung
16 weist einen größeren Anteil an Metallen der Platingruppe (PGM) auf als die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung17 . Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung16 umfasst bevorzugt eine Beschichtung, die Metalle der Platingruppe (PGM) aufweist. Die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung17 kann ebenfalls eine Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung17 weist dabei einen geringeren Anteil an Metallen der Platingruppe (PGM) auf als die Beschichtung der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung16 . - Die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung
17 weist zudem ein größeres Volumen als die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung16 auf und besitzt damit eine größere Kapazität bei der Behandlung, die diese ausrichtet. Als Stickoxidadsorber oder als passiver Stickoxidadsorber ausgebildet, weist die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung17 damit eine höhere Speicherkapazität für Stickoxide (NOx) auf. - Die einzelnen Ausführungen und deren Funktionsweise der Abgasnachbehandlungseinrichtungen
15 ,16 ,17 ,18 sind jede für sich im Stand der Technik bekannt. - Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung
15 , die erfindungsgemäß ein Kohlenwasserstoff-Adsorber ist, adsorbiert Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) aus dem Abgas13 bei niedrigen Abgastemperaturen. Da die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung15 im Kraftfahrzeug10 unmittelbar stromabwärts des Motors11 beziehungsweise der Abgasturbine angeordnet ist, geschieht das Adsorbieren so rasch wie möglich nach dem Entstehen des Abgases13 . Dies ermöglicht in der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung16 mit katalytischer Beschichtung eine effektivere Oxidation und eine möglichst rasche Konversion von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2). Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung15 sorgt dafür, einen hohen Anteil von Stickstoffdioxid (NO2) im Abgas zu erreichen, um damit die Anlagerung von Stickoxiden (NOx) in der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung17 als Stickoxid-Adsorber oder passiver Stickoxid-Adsorber zu erleichtern. - Auch Ausgestaltung der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung
17 als Selektiv-Katalytischer-Reduktions-Katalysator oder als katalytisch beschichteter Dieselpartikelfilter profitiert von dem erhöhten Anteil an Stickstoffdioxid (NO2). So wird das anspringverhalten der Katalysatoren verbessert, durch die schnellere selektive katalytische Reduktion. Dazu ist insbesondere beabsichtigt ein ausgeglichenes Verhältnis von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2) zu erreichen. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Motor
- 12
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 13
- Abgas
- 14
- Behandeltes Abgas
- 15
- Erste Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 16
- Zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 17
- Dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 18
- Vierte Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 19
- Einspritzanlage
- 20
- Gehäuse
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- US 20030140620 A1 [0002]
- US 2013/0312392 A1 [0003]
- DE 102013200361 A1 [0004]
- WO 0183087 A1 [0005]
Claims (5)
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung (
12 ) zur Behandlung eines Abgases (13 ), das während eines Betriebs eines Motors (11 ) eines Kraftfahrzeugs (10 ) entsteht, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12 ) eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15 ), eine stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung (15 ) angeordnete zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16 ) und eine stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung (16 ) angeordnete dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung (17 ) umfasst, wobei die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15 ) ein Kohlenwasserstoff-Adsorber ist und wobei die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16 ) ein Dieseloxidationskatalysator oder ein Stickoxidadsorber oder ein passiver Stickoxidadsorber und wobei die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung (17 ) ein Stickoxidadsorber oder ein passiver Stickoxidadsorber oder ein Selektiv-Katalytischer-Reduktions-Katalysator oder ein katalytisch beschichteter Dieselpartikelfilter ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung (17 ) ein größeres Volumen zur Aufnahme des Abgases aufweist als die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16 ) und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16 ) einen höheren Anteil von Metallen der Platingruppe aufweist als die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung (17 ). - Abgasnachbehandlungsvorrichtung (
12 ) nach Anspruch 1, wobei die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung (15 ) und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung (16 ) und die dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung (17 ) in einem gemeinsamen Gehäuse (20 ) angeordnet sind. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung (
12 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine stromaufwärts der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung (17 ) angeordnete Einspritzanlage (19 ) zum Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung aufweist. - Kraftfahrzeug (
10 ) mit einem während eines Betriebs Abgas (13 ) erzeugenden Motor (11 ) und einer mit dem Motor (11 ) das Abgas aufnehmend verbundenen Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12 ) nach einem der vorherigen Ansprüche. - Kraftfahrzeug (
10 ) nach Anspruch 4, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (12 ) unmittelbar stromabwärts des Motors (11 ) oder stromabwärts einer Abgasturbine angeordnet ist.
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