-
BEREICH DER ERFINDUNG UND FRÜHERE TECHNIK
-
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff zu Patentanspruch 1. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Kraftfahrzeug, das mit einer solchen Abgasnachbehandlungsvorrichtung ausgestattet ist.
-
Um die zurzeit geltenden Abgasreinigungsanforderungen zu erfüllen, sind die heutigen Kraftfahrzeuge in der Regel mit einem oder mehreren Katalysatoren in der Abgasleitung ausgestattet, um eine katalytische Umwandlung von umweltschädlichen Bestandteilen der Abgase in weniger umweltschädliche Stoffe zu erzielen. Eine angewendete Methode zur Erzielung einer wirksamen katalytischen Umwandlung basiert auf der Einspritzung eines Reduktionsmittels in die Abgase vor einem Katalysator. Ein Reduktionsstoff, der ein Bestandteil eines Reduktionsmittels ist oder vom Reduktionsmittel gebildet wird, wird durch die Abgase in den Katalysator geleitet, wo dieser Reduktionsstoff aktiv adsorbiert wird, so dass sich der Reduktionsstoff im Katalysator ansammelt. Der angesammelte Reduktionsstoff kann dann mit einem Abgasstoff reagieren, so dass dieser Abgasstoff in einen weniger umweltschädlichen Stoff umgewandelt wird. Ein solcher Reduktionskatalysator kann beispielsweise ein SCR-Katalysator sein (SCR = selective catalytic reduction = selektive katalytische Reduktion). Diese Katalysator-Ausführung wird im Folgenden als SCR-Katalysator bezeichnet. Ein SCR-Katalysator reduziert Stickoxide (NOx) in den Abgasen. Bei einem SCR-Katalysator wird in der Regel ein Reduktionsmittel in Form von Harnstoff in die Abgase vor dem Katalysator eingespritzt. Bei der Einspritzung von Harnstoff in die Abgase entsteht Ammoniak als Reduktionsstoff, der zur katalytischen Umwandlung im SCR-Katalysator beiträgt. Ammoniak sammelt sich im Katalysator durch aktive Adsorption an. In den Abgasen enthaltene NOx werden in Stickstoffgas und Wasser umgewandelt, wenn sie im Katalysator aktiv mit dem dort angesammelten Ammoniak in Kontakt gebracht werden.
-
Wenn Harnstoff als Reduktionsmittel verwendet wird, wird dieser in Form einer flüssigen Harnstofflösung mithilfe eines Einspritzorgans in die Abgase eingespritzt. Die Einspritzung erfolgt in einen von den Abgasen durchströmten Kanal, der sich vor dem Katalysator befindet. Im nachstehenden Beschreibungstext und in den nachstehenden Patentansprüchen wird die Benennung „Mischungskanal“ für diesen Kanal verwendet, in den das Reduktionsmittel eingespritzt wird und in dem das Reduktionsmittel mit den Abgasen vermischt wird. Das Einspritzorgan besitzt eine Düse, durch welche die Harnstofflösung unter Druck in fein verteilter Form als Spray in den Mischungskanal eingespritzt wird. In einem weiten Bereich der Betriebszustände eines Dieselmotors haben die Abgase eine ausreichend hohe Temperatur, um die Harnstofflösung zu verdampfen, so dass Ammoniak entsteht. Es ist jedoch schwierig zu vermeiden, dass ein Teil der zugeführten Harnstofflösung in nicht verdampftem Zustand mit den Innenwänden des Mischungskanals in Kontakt kommt und dort haften bleibt. Wenn die Temperatur der Wandfläche weniger als etwa 190 °C beträgt, kann sich an der mit der Harnstofflösung in Kontakt kommenden Wandfläche ein Film aus Harnstofflösung bilden, der dann von der Abgasströmung mitgerissen wird. Nachdem sich dieser Film über eine bestimmte Distanz in der Abgasleitung bewegt hat, verdampft das Wasser in der Harnstofflösung aufgrund der Einwirkung der heißen Abgase. Zurück bleibt fester Harnstoff, der durch die Wärme in der Abgasleitung langsam verdampft. Wenn die zugeführte Menge von festem Harnstoff größer ist als die verdampfende Menge, kommt es zu einer Ansammlung von festem Harnstoff in der Abgasleitung. Wenn die Harnstoffschicht ausreichend dick ist, reagieren der Harnstoff und dessen Zerfallsprodukte miteinander, so dass einfache Polymere auf Harnstoffbasis entstehen, die als Harnstoffklumpen bezeichnet werden. Solche Harnstoffklumpen können im Laufe der Zeit eine Abgasleitung verstopfen. Deshalb ist es bei einem Kaltstart ungünstig, die Einspritzung von Harnstoff zu starten, bevor die Wandflächen des Mischungskanals von den an ihnen vorbei strömenden Abgasen auf eine Temperatur von 190 °C erwärmt wurden. Folglich verzögert sich die NO
x reduzierende Wirkung des SCR-Katalysators beim Kaltstart. So vergehen beispielsweise bei einem Lastkraftwagen bei einem Kaltstart in der Regel etwa 300 bis 500 Sekunden, bis sich die Wandflächen des Mischungskanals auf die erforderliche Temperatur von etwa 190 °C aufgewärmt haben, falls diese Wandflächen nur durch die Abgase erwärmt werden, die durch den Mischungskanal strömen. Um eine bessere Abgasreinigung zu erzielen, ist es sinnvoll, beim Kaltstart für eine schnellere Erwärmung der Wandflächen des Mischungskanals zu sorgen, um die Verzögerung der NO
x reduzierenden Wirkung des SCR-Katalysators zu verringern. Beispielsweise durch
WO 2012/050509 A1 und
US 2010/0212301 A1 ist bereits bekannt, die Abgase auf die Außenseite der Wände des Mischungskanals zu leiten, bevor die Abgase in den Mischungskanal geleitet werden, so dass sich die Erwärmung der Wandflächen des Mischungskanals beim Kaltstart beschleunigt.
-
Bei einem mit einem SCR-Katalysator ausgestatteten Kraftfahrzeug befindet sich in der Regel ein Partikelfilter in der Abgasleitung vor dem SCR-Katalysator und oft auch ein Oxidationskatalysator in der Abgasleitung vor dem Partikelfilter. Der Oxidationskatalysator wandelt Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO2) um. Wenn das Partikelfilter regeneriert werden muss, d. h. von Partikeln befreit werden muss, die sich darin abgesetzt haben, wird unverbrannter Kraftstoff von den Abgasen in den Oxidationskatalysator mitgerissen. Dort oxidiert der Kraftstoff, so dass sich die Temperatur der Abgase erhöht und dadurch eine Verbrennung der im Partikelfilter vorhandenen Partikel erfolgt. Der genannte Kraftstoff kann beispielsweise mithilfe einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in die Abgasleitung vor dem Oxidationskatalysator eingespritzt werden. Alternativ dazu kann der unverbrannte Kraftstoff, der von den Abgasen mitgerissen wird, durch Nacheinspritzungen in einen oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt werden. Die Nacheinspritzungen erfolgen so spät während der jeweiligen Betriebsphase, dass keine Verbrennung des durch diese Nacheinspritzungen eingespritzten Kraftstoffs im Zylinder/in den Zylindern stattfindet.
-
US 2010 / 0 132 342 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Dieselmotor, einem Abgasrohr sowie einem Dieselpartikelfilter, wobei stromauf des Dieselpartikelfilters eine Wärmequelle vorgesehen ist.
DE 102 21 174 A1 offenbart eine Abgasanlage für Dieselmotoren, die einen Partikelfilter aufweist, wobei dem Partikelfilter ein Wärmetauscher zugeordnet ist für Wärmeaustausch zwischen von dem Partikelfilter abströmendem Abgas und zu dem Partikelfilter zuströmenden Abgas.
DE 40 39 688 A1 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Katalysatorvorrichtung im Abgasweg eines Verbrennungsmotors zum Bearbeiten der Abgase des Motors, einer Adsorptionsvorrichtung im Abgasweg zwischen der Katalysatorvorrichtung und dem Verbrennungsmotor zum Bearbeiten der Abgase des Motors, und einem Wärmetauscher, um einen Wärmetransfer zwischen den Abgasen, die von dem Verbrennungsmotor zur Adsorptionsvorrichtung fließen, und den Abgasen, die von der Adsorptionsvorrichtung zur Katalysator fließen, durchzuführen.
-
AUFGABE DER ERFINDUNG
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Weiterentwicklung der durch die oben genannten Dokumente bereits bekannten Technik zu erzielen, um eine Lösung bereitzustellen, die eine schnellere Erwärmung der Wandflächen des Mischungskanals bei einem Kaltstart und dadurch einen schnelleren Start der Reduktionsmitteleinspritzung ermöglicht.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die genannte Aufgabe mithilfe einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung erreicht, welche die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
-
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst:
- - einen Einlass zur Aufnahme der Abgase eines Verbrennungsmotors,
- - ein hinter dem Einlass angeordnetes Partikelfilter,
- - einen hinter dem Partikelfilter angeordneten Mischungskanal, der in der Radialrichtung durch eine röhrenförmige Wand begrenzt wird,
- - einen hinter dem Mischungskanal angeordneten SCR-Katalysator,
- - ein Einspritzorgan zur Einspritzung des Reduktionsmittels in den Mischungskanal sowie
- - einen zwischen dem genannten Einlass und dem Partikelfilter angeordneten Wärmeübertragungskanal, der sich entlang der Außenseite von mindestens einem Teil der genannten röhrenförmigen Wand erstreckt und dazu dient, Wärme von den durch den Wärmeübertragungskanal strömenden Abgasen auf die röhrenförmige Wand und die durch den Mischungskanal strömenden Abgase zu übertragen.
-
Der Wärmeübertragungskanal ist vom Partikelfilter getrennt, so dass die Abgase, die durch den genannten Einlass in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung strömen, keine Wärme an das Partikelfilter abgeben können, bevor sie durch den Wärmeübertragungskanal geströmt sind. Die Abgase, die durch den Wärmeübertragungskanal strömen, geben Wärme an die röhrenförmige Wand des Mischungskanals ab, deren Innenseite eine Innenwandfläche des Mischungskanals ist. Dadurch wird eine Erwärmung dieser Innenwandfläche des Mischungskanals sowie der durch den Mischungskanal strömenden Abgase erzielt. Bei einem Kaltstart ist das vor dem SCR-Katalysator angeordnete Partikelfilter kalt, so dass das Partikelfilter sich allmählich erwärmt, indem es Wärme von den durch es strömenden Abgasen aufnimmt. Folglich werden bei einem Kaltstart die Abgase beim Durchströmen des Partikelfilters gekühlt. Die Partikelfilter-Ausführung, die normalerweise bei einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors verwendet wird, weist große Flächen aus Aluminiumoxidkeramik auf und hat eine relativ hohe thermische Trägheit. Folglich erwärmt sich das Partikelfilter bei einem Kaltstart relativ langsam, so dass es während relativ langer Zeit eine kühlende Wirkung auf die Abgase ausübt. Durch die Erwärmung der röhrenförmigen Wand des Mischungskanals mithilfe von Abgasen, die noch nicht in einen Wärmeübertragungskontakt mit dem Partikelfilter gekommen sind, erfolgt bei einem Kaltstart die Erwärmung dieser röhrenförmigen Wand und des hinter dem Mischungskanal angeordneten SCR-Katalysators schneller als wenn die röhrenförmige Wand des Mischungskanals mithilfe von Abgasen erwärmt wird, die schon in einen Wärmeübertragungskontakt mit dem Partikelfilter gekommen sind und einen Teil ihrer Wärmeenergie an das Partikelfilter abgegeben haben.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen zwischen dem Wärmeübertragungskanal und dem Partikelfilter angeordneten Oxidationskatalysator. Dabei ist der Wärmeübertragungskanal vom Oxidationskatalysator getrennt, so dass die Abgase, die durch den genannten Einlass in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung strömen, keine Wärme an den Oxidationskatalysator abgeben können, bevor sie durch den Wärmeübertragungskanal geströmt sind. Bei einem Kaltstart ist der vor dem SCR-Katalysator angeordnete Oxidationskatalysator kalt, so dass sich der Oxidationskatalysator allmählich erwärmt, indem er Wärme von den durch ihn strömenden Abgasen aufnimmt. Folglich werden bei einem Kaltstart die Abgase beim Durchströmen des Oxidationskatalysators gekühlt. Ein Oxidationskatalysator weist große Keramikflächen und eine relativ große thermische Trägheit auf, so dass sich der Oxidationskatalysator bei einem Kaltstart relativ langsam erwärmt. Folglich übt der Oxidationskatalysator während relativ langer Zeit eine kühlende Wirkung auf die Abgase aus. Durch die Erwärmung der röhrenförmigen Wand des Mischungskanals mithilfe von Abgasen, die noch nicht in einen Wärmeübertragungskontakt mit dem Oxidationskatalysator gekommen sind, wird bei einem Kaltstart eine schnellere Erwärmung dieser röhrenförmigen Wand und des hinter dem Mischungskanal angeordneten SCR-Katalysators erzielt als wenn die röhrenförmige Wand des Mischungskanals mithilfe von Abgasen erwärmt wird, die schon mit dem Oxidationskatalysator in einen Wärmeübertragungskontakt gekommen sind und einen Teil ihrer Wärmeenergie an den Oxidationskatalysator abgegeben haben.
-
Bei der Lösung gemäß der Erfindung kann außerdem die Temperaturerhöhung, die beim Strömen der Abgase durch den Oxidationskatalysator eintritt, bei der Regenerierung des Partikelfilters genutzt werden, um die Abgase zu erwärmen, die in den Oxidationskatalysator geleitet werden. Die Abgase, die in diesem Fall durch den Mischungskanal geleitet werden, haben nämlich aufgrund der Wärmeentwicklung im Oxidationskatalysator eine höhere Temperatur als die Abgase, die durch den Wärmeübertragungskanal strömen. Dadurch kann die Kraftstoffmenge, die bei der Regenerierung des Partikelfilters dem Oxidationskatalysator zugeführt werden muss, und die Edelmetallmenge, die im Oxidationskatalysator erforderlich ist, um die gewünschte Regenerierungsleistung zu erzielen, verringert werden. Indem die Abgase, die bei der Regenerierung des Partikelfilters durch den Mischungskanal strömen, Wärme an die Abgase abgeben, die durch den Wärmeübertragungskanal strömen, verringert sich außerdem die Wärmezunahme des SCR-Katalysators bei der Regenerierung. Dadurch kann eine höhere Regenerierungstemperatur verwendet werden, ohne dass die Funktion des SCR-Katalysators beeinträchtigt wird. Eine Erhöhung der Regenerierungstemperatur ermöglicht ihrerseits eine schnellere Regenerierung und eine Verringerung der Kraftstoffmenge, die bei der Regenerierung dem Oxidationskatalysator zugeführt werden muss.
-
Weitere vorteilhafte Merkmale der Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung sind aus den unselbstständigen Patentansprüchen und der nachstehenden Beschreibung zu ersehen.
-
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen, die in Patentanspruch 7 angegeben sind.
-
Figurenliste
-
Die Erfindung wird im Folgenden mithilfe von Ausführungsbeispielen und Verweisen auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Abbildungsliste:
- ist eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit dem dazugehörenden Abgassystem, das eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst,
- ist eine Schnittdarstellung der in gezeigten Mischungs- und Wärmeübertragungskanäle gemäß der Linie II-II in , und
- ist eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit dem dazugehörenden Abgassystem, das eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung umfasst.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung wird im Folgenden für ihren Einsatz bei einem Kraftfahrzeug beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung begrenzt, sondern kann in allen Fällen eingesetzt werden, in denen ein SCR-Katalysator mit der dazugehörenden Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung und ein Partikelfilter in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors enthalten sind.
-
Die und zeigen schematisch einen Verbrennungsmotor 1 eines Kraftfahrzeugs 2. Die Abgase, die aus dem Verbrennungsmotor strömen, werden von einem Abgassystem 3 aufgenommen, das eine an den Verbrennungsmotor 1 angeschlossene Abgasleitung 4 und eine in der Abgasleitung angeordnete Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 umfasst. Die Abgase aus dem Verbrennungsmotor 1 strömen durch die Abgasleitung 4 und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10, bevor sie durch einen Abgasauslass 5 in die Umgebung geleitet werden.
-
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 umfasst:
- - einen an die Abgasleitung 4 angeschlossenen Einlass 11 zur Aufnahme der Abgase aus dem Verbrennungsmotor 1,
- - einen Auslass 12 zur Abführung der Abgase, nachdem diese durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 geleitet wurden,
- - einen hinter dem Einlass 11 angeordneten Wärmeübertragungskanal 13,
- - ein hinter dem Wärmeübertragungskanal 13 angeordnetes Partikelfilter 14,
- - einen hinter dem Partikelfilter 14 angeordneten Mischungskanal 15,
- - einen hinter dem Mischungskanal 15 angeordneten SCR-Katalysator 16 sowie
- - ein Einspritzorgan 17 in Form einer Einspritzdüse oder dergleichen zur Einspritzung des Reduktionsmittels in den Mischungskanal 15.
-
Der Wärmeübertragungskanal 13, das Partikelfilter 14, der Mischungskanal 15 und der SCR-Katalysator 16 sind hintereinander so angeordnet, dass sie der Reihe nach von den Abgasen des Verbrennungsmotors 1 durchströmt werden.
-
Das Partikelfilter 14 kann beispielsweise mit Innenflächen aus Aluminiumoxidkeramik ausgeführt sein.
-
Der Mischungskanal 15 ist in der Radialrichtung durch eine röhrenförmige Wand 18 begrenzt, die vorzugsweise aus Metall besteht und sich zwischen dem Einlass und dem Auslass der Mischungskammer erstreckt. Der Wärmeübertragungskanal 13 erstreckt sich an der Außenseite der röhrenförmigen Wand 18 des Mischungskanals entlang, um eine Wärmeübertragung von den durch den Wärmeübertragungskanal 13 strömenden Abgasen auf die röhrenförmige Wand 18 und die durch den Mischungskanal 15 strömenden Abgase zu ermöglichen. Der Wärmeübertragungskanal 13 kann so angeordnet sein, dass er sich entlang der Außenseite der gesamten Wand 18 des Mischungskanals oder eines bestimmten Teils dieser Wand erstreckt.
-
Bei den dargestellten Ausführungsformen umgibt der Wärmeübertragungskanal 13 die röhrenförmige Wand 18 des Mischungskanals. Der Wärmeübertragungskanal 13 hat in diesem Fall, wie in gezeigt, einen kreisförmigen Querschnitt. Der Mischungskanal 15 und der Wärmeübertragungskanal 13 sind, wie in gezeigt, in vorteilhafter Weise konzentrisch.
-
Bei den dargestellten Ausführungsformen dient das Einspritzorgan 17 dazu, ein flüssiges Reduktionsmittel in Form von Harnstoff als Spray 21 unter Druck in den Mischungskanal 15 einzuspritzen. Dabei ist das Einspritzorgan 17 im Verhältnis zum Wärmeübertragungskanal 13 so angeordnet, dass der Wärmeübertragungskanal sich entlang der Außenseite des Teils der röhrenförmigen Wand 18 des Mischungskanals erstreckt, auf den das Harnstoffspray 21 gesprüht wird. Ein Aufbewahrungsbehälter 22 für das Reduktionsmittel ist an das Einspritzorgan 17 angeschlossen. Die Zufuhr von Reduktionsmittel zum Einspritzorgan 17 wird mithilfe eines Regelventils 23 geregelt, das zwischen dem Aufbewahrungsbehälter 22 und dem Einspritzorgan 17 angeordnet ist. Das Regelventil 23 wird von einer elektronischen Steuereinheit (nicht gezeigt) gesteuert, die feststellt, welche Menge an Reduktionsmittel jeweils in die Abgase gesprüht werden muss. Die Steuereinheit regelt über das Regelventil 23 die Reduktionsmittelmenge, die in die Abgase gespritzt wird. In der Speiseleitung 24 zwischen dem Aufbewahrungsbehälter 22 und dem Regelventil 23 ist eine Pumpe 25 angeordnet, die dazu dient, Reduktionsmittel aus dem Aufbewahrungsbehälter zu dem Regelventil unter Aufrechterhaltung eines bestimmten Drucks des dem Regelventil zugeführten Reduktionsmittels zu pumpen.
-
Der Wärmeübertragungskanal 13 ist vom Partikelfilter 14 getrennt, so dass die Abgase, die durch den Einlass 11 in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 strömen, keine Wärme an das Partikelfilter 14 abgeben können, bevor sie durch den Wärmeübertragungskanal 13 geströmt sind. Der Wärmeübertragungskanal 13 ist folglich im Verhältnis zum Partikelfilter 14 so angeordnet, dass die Wände des Wärmeübertragungskanals keinen Wärmeübertragungskontakt zum Partikelfilter 14 oder zur Umhüllung 26 des Partikelfilters haben. Ein wärmeisolierendes Medium, beispielsweise Luft, oder ein wärmeisolierendes Material ist in dem Bereich 27 zwischen der Außenwand 28 des Wärmeübertragungskanals und der Umhüllung 26 des Partikelfilters angeordnet, um den Wärmeübertragungskanal 13 vom Partikelfilter 14 thermisch isoliert zu halten. Bei einem Kaltstart, d. h. wenn der Verbrennungsmotor 1 in kaltem Zustand gestartet wird, sind die verschiedenen Komponenten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 zunächst kalt. Wenn die warmen Abgase des Verbrennungsmotors nach dem Kaltstart durch den Wärmeübertragungskanal 13 strömen, geben sie Wärme an die Wände 18 des Mischungskanals und an die durch den Mischungskanal 15 strömenden Abgase ab, so dass sich die genannten Wände 18 relativ schnell erwärmen. Wenn die Wände 18 eine Temperatur von etwa 190 °C erreicht haben, kann die Einspritzung von Reduktionsmittel in den Mischungskanal 15 beginnen, so dass der SCR-Katalysator 16 mit voller Leistung arbeiten kann. In der Anfangsphase nach einem Kaltstart, bevor das Partikelfilter 14 ausreichend durch die Abgase, die durch das Partikelfilter strömen, erwärmt wurde, geben die Abgase beim Durchströmen des Partikelfilters 14 einen beträchtlichen Teil ihrer Wärmeenergie an das Partikelfilter ab. Folglich haben die Abgase, die in den Mischungskanal 15 strömen, während dieser Anfangsphase eine wesentlich niedrigere Temperatur als die Abgase, die in den Wärmeübertragungskanal 13 strömen.
-
Bei der in dargestellten Ausführungsform umfasst die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 neben den oben angegebenen Komponenten auch einen Oxidationskatalysator 29, der in Reihe mit und zwischen dem Wärmeübertragungskanal 13 und dem Partikelfilter 14 angeordnet ist. Der Wärmeübertragungskanal 13 ist sowohl vom Partikelfilter 14 als auch vom Oxidationskatalysator 29 getrennt, so dass die Abgase, die durch den Einlass 11 in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 strömen, auch keine Wärme an den Oxidationskatalysator 29 abgeben können, bevor sie durch den Wärmeübertragungskanal 13 geströmt sind. Der Wärmeübertragungskanal 13 ist folglich im Verhältnis zum Oxidationskatalysator 29 so angeordnet, dass die Wände des Wärmeübertragungskanals keinen Wärmeübertragungskontakt zum Oxidationskatalysator 29 oder zur Umhüllung 30 des Oxidationskatalysators haben. Ein wärmeisolierendes Medium, beispielsweise Luft, oder ein wärmeisolierendes Material ist in dem Bereich 31 zwischen der Außenwand 28 des Wärmeübertragungskanals und der Umhüllung 30 des Oxidationskatalysators angeordnet, um den Wärmeübertragungskanal 13 vom Oxidationskatalysator 29 thermisch isoliert zu halten. Bei einem Kaltstart sind der Oxidationskatalysator 29 und das Partikelfilter 14 zunächst kalt. In der Anfangsphase nach einem Kaltstart, bevor der Oxidationskatalysator 29 und das Partikelfilter 14 ausreichend durch die Abgase, die durch den Oxidationskatalysator und das Partikelfilter strömen, erwärmt wurde, geben die Abgase beim Durchströmen des Oxidationskatalysators 29 und des Partikelfilters 14 einen beträchtlichen Teil ihrer Wärmeenergie an den Oxidationskatalysator 29 und das Partikelfilter 14 ab. Folglich haben die Abgase, die in den Mischungskanal 15 strömen, während dieser Anfangsphase eine wesentlich niedrigere Temperatur als die Abgase, die in den Wärmeübertragungskanal 13 strömen.
-
Wenn das Partikelfilter 14 der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 gemäß regeneriert werden muss, wird unverbrannter Kraftstoff von den Abgasen in den Oxidationskatalysator 29 mitgerissen. Dort oxidiert der Kraftstoff, so dass sich die Temperatur der Abgase erhöht und dadurch eine Verbrennung der im Partikelfilter 14 vorhandenen Partikel erfolgt. Bei der in dargestellten Ausführungsform wird der genannte unverbrannte Kraftstoff von den Abgasen mitgerissen, indem er durch Nacheinspritzungen in einen oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors 1 eingespritzt wird. Die Nacheinspritzungen erfolgen so spät während der jeweiligen Betriebsphase, dass keine Verbrennung des durch diese Nacheinspritzungen eingespritzten Kraftstoffs im Zylinder/in den Zylindern stattfindet. Alternativ dazu kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 mit einer separaten Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgestattet werden, die dazu dient, bei der Regenerierung des Partikelfilters 14 Kraftstoff an einer Einspritzungsstelle zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Oxidationskatalysator 29 in die Abgase einzuspritzen. Bei der Regenerierung des Partikelfilters 14 haben die Abgase, die in den Mischungskanal 15 strömen, aufgrund der Wärmeentwicklung im Oxidationskatalysator 29 eine wesentlich höhere Temperatur als die Abgase, die in den Wärmeübertragungskanal 13 strömen. Folglich werden in diesem Fall die Abgase, die zum Oxidationskatalysator 29 und zum Partikelfilter 14 strömen, beim Durchströmen des Wärmeübertragungskanals 13 durch die Einwirkung der Abgase, die durch den Mischungskanal 15 strömen, erwärmt. Dies führt zu einer Minderung der Temperaturerhöhung, die während der Regenerierungszeit bei den Abgasen bei deren Durchtritt durch den Oxidationskatalysator 29 erfolgen muss. Dies führt zu einer Verringerung der Kraftstoffmenge, die den Abgasen zugeführt werden muss, um die gewünschte Regenerierungsleistung zu erzielen.
-
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 kann außerdem einen hinter dem SCR-Katalysator 16 angeordneten Schlupfkatalysator 32 umfassen, der in der Lage ist, wie in gezeigt, Ammoniak zu oxidieren.
-
Bei den dargestellten Ausführungsformen sind die Komponenten 13,14,15,16,29 und 32 der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 in drei separaten Einheiten 33,34 und 35 angeordnet, die über die Rohrleitungen 36 und 37 miteinander verbunden sind. Alternativ dazu können die Komponenten 13,14,15,16,29 und 32 der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 gemäß der Erfindung jedoch in ein gemeinsames Modul integriert werden und über Innenkanäle dieses Moduls miteinander verbunden werden.
-
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist speziell für schwere Kraftfahrzeuge vorgesehen, wie beispielsweise Busse, Zugfahrzeuge oder Lastkraftwagen.
-
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung dürften viele Möglichkeiten für Änderungen der Erfindung offensichtlich sein, ohne dass die Erfindung von dem Erfindungsrahmen abweicht, der in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt ist.
