DE102015219803A1 - Nachbehandlungssystem eines dieselfahrzeugs zum reduzieren von h2s - Google Patents

Nachbehandlungssystem eines dieselfahrzeugs zum reduzieren von h2s Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs bereit, in dem ein LNT-Katalysator und ein DPF sequentiell im Abgaskanal des Motors eingebracht sind. Das Nachbehandlungssystem schließt folgendes ein: einen LNT-Katalysator, der dafür eingerichtet ist, Stickstoffoxid (NOx) unter magerer Atmosphäre zu adsorbieren und Stickstoffoxid (NOx) unter fetter Atmosphäre zu desorbieren, auf Basis des Fensters des theoretischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses; und einen Dieselpartikelfilter (DPF). Der DPF beinhaltet einen ersten Reiniger, der an einem hinteren Ende des LNT-Katalysators angebracht ist und Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) aufarbeitet, und einen zweiten Reiniger, der an einem hinteren Ende des ersten Reinigers angebracht ist und Schwefelwasserstoff (H2S) aufarbeitet.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs, das in der Lage ist, Emission zu reduzieren.
  • HINTERGRUND
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation in Bezug auf die vorleigende Offenbarung und müssen keinen Stand der Technik bilden.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs, in dem ein Lean-NOx-Speicherkatalysator (lean NOx trap catalyst, LNT-Katalysator) und ein Dieselpartikelfilter (DPF) sequentiell eingebracht sind, um eine Emission von H2S zum Zeitpunkt der Regeneration des LNT-Katalyators zu reduzieren und Partikelmaterial des Dieselpartikelfilters (DPF) bei niedriger Temperatur einfach zu entfernen.
  • Allgemein wird Abgas, das aus einem Motor durch eine Abgassammelleitung emittiert wird, in einen im Abgasrohr installierten katalytischen Umwandler eingeführt und gereinigt, und wird dann durch ein Auspuffendrohr in die Atmosphäre abgegeben, wobei der Lärm reduziert wird, indem es durch einen Schalldämpfer geleitet wird.
  • Der katalytische Umwandler reinigt von Verunreinigungen, die im Abgas enthalten sind. Weiterhin ist das Abgasrohr mit einem Rußfilter versehen, um Partikelmaterial (PM), das im Abgas enthalten ist, einzusammeln.
  • Ein Denitrifizierungskatalysator (DeNOx-Katalysator) ist ein Typ eines katalytischen Umwandlers, der Stickstoffoxidgas (NOx), das im Abgas enthalten ist, aufbereitet. Wenn dem Abgas Reduktionsmittel, wie Harnstoff, Ammoniak, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe (hydrocarbon, HC) zur Verfügung gestellt werden, so reduziert der Denitrifizierungskatalysator das im Abgas enthaltene Stickstoffoxid durch eine Oxidations-Reduktions-Reaktion mit den Reduktionsmitteln.
  • Unter den Denitrifizierungskatalysatoren adsorbiert ein Lean-NOx-Speicherkatalysator (LNT-Katalysator) das im Abgas enthaltene Stickstoffoxid, wenn der Motor unter magerer (lean) Atmosphäre betrieben wird und desorbiert das adsorbierte Stickstoffoxid, wenn der Motor unter fetter (rich) Atmosphäre betrieben wird. In diesem Fall wird der Lean-NOx-Speicherkatalysator durch eine Schwefel (S)-Komponente, die im Treibstoff und einem Schmiermittel enthalten ist, vergiftet, nachdem das Fahrzeug für eine lange Zeitspanne gefahren wurde, und so wird seine Leistung verschlechtert.
  • Als Ergebnis muss eine entschwefelnde Regeneration zum Entfernen der vergiftenden Schwefelkomponente in vorbestimmten Zeitabständen durchgeführt werden. Dabei entfernt die Entschwefelungsregeneration den Schwefel, der den LNT-Katalysator vergiftet hat, unter Verwendung einer fetten Hochtemperatursteuerung des Motors.
  • In diesem Fall wird Schwefelwasserstoff (H2S) gebildet, ein farbloses, giftiges Gas mit Geruch, bis der Schwefel desorbiert ist. Daher besteht Bedarf, den Schwefelwasserstoff (H2S), der während der Regeneration des LNT-Katalyators gebildet wird, durch Entschwefelung des Schwefelwasserstoffs zu entfernen.
  • Das bestehende Verfahren zum Entschwefeln, wobei, nachdem ein Stickstoffoxid-absorbierender Katalysator kontinuierlich durch die Schwefelkomponenten im Abgas vergiftet wurde, ein Dieselpartikelfilter (DPF) regeneriert wird und dann kontinuierlich eine Entschwefelung durchgeführt wird, ist im Detail als Entschwefelungsverfahren für ein LNT-System des Standes der Technik bekannt.
  • Allerdings haben wird entdeckt, dass beim bestehenden Verfahren die Regenerationskontrolle in Abhängigkeit von der Vergiftung und des Verschlechterungsgrads des Katalysators nicht angemessen durchgeführt werden kann, und dass eine Beschränkung bei der Verbesserung der Reinigungsleistung von schädlichen Oxiden besteht.
  • Weiterhin haben wir entdeckt, dass das bestehende Verfahren noch nicht das Problem löst, dass der während des Entschwefelungsverfahren zum Entfernen des vergiftenden Schwefels S gebildete Schwefelwasserstoff ohne Aufbereitung in die Atmosphäre emittiert wird und so Luftverschmutzung verursacht.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs zum Reduzieren von H2S, das in der Lage ist Schwefelwasserstoff (H2S), der ein Faktor der Geruchsbildung ist, zu reduzieren und einfach Partikelmaterial eines Dieselpartikelfilters (DPF) bei niedriger Temperatur zu entfernen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt ein Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs zum Reduzieren von H2S, indem ein LNT-Katalysator und ein DPF sequentiell vom Motor her im Abgaskanal des Motors eingebracht sind, das folgende ein: einen LNT-Katalysator, der dazu eingerichtet ist, Stickstoffoxid (NOx) unter magerer Atmosphäre zu adsorbieren und Stickstoffoxid (NOx) unter fetter Atmosphäre zu desorbieren, auf Basis eines eines Fensters des theoretischen Luft-Treibstoffverhältnisses; und einen Dieselpartikelfilter (DPF), der so eingerichtet ist, dass er einen ersten Reiniger, der am hinteren Ende des LNT-Katalysators angebracht ist und Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) aufbereitet, und einen zweiten Reiniger, der an einem hinteren Ende des ersten Reinigers angebracht ist und Schwefelwasserstoff (H2S) aufbereitet, einschließt.
  • Der Dieselpartikelfilter kann eine vordere Oberfläche aufweisen, die mit einer Oxidationskatalysatorbeschichtung beschichtet ist, die Mangan (Mn) und Aluminium (Al) einschließt.
  • Die Oxidationskatalysatorbeschichtung kann weiterhin Platin (Pt) einschließen.
  • Der erste Reiniger kann weiterhin eine Edelmetallbeschichtung einschließen, wobei die vordere Oberfläche mit einem Edelmetall beschichtet ist, in dem Platin (Pt) und Palladium (Pd) in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 gemischt sind.
  • Die Edelmetallbeschichtung kann weiterhin mit dem Edelmetall beschichtet sein, das Platin (Pt) und Palladium (PD) zu ungefähr 5 bis 12 g/ft3 einschließt.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier gelieferten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele nur dem Zwecke der Illustration dienen sollen, und nicht den Bereich der vorliegenden Offenbarung beschränken sollen.
  • ZEICHNUNGEN
  • Zum guten Verständnis der Offenbarung werden nun verschiedene Formen davon mittels Beispielen beschrieben, wobei auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird:
  • 1 ist ein Diagramm, das ein Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs zum Reduzieren von H2S gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 2 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Dieselpartikelfilters (DPF) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
  • 3 ist ein Graph, der die Regenerationseffizienz in Abhängigkeit von der Temperatur für einen bestehenden Dieselpartikelfilter und Beispiele der vorliegenden Offenbarung illustriert.
  • Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich dem Zwecke der Illustration, und sollen den Bereich der vorliegenden Offenbarung nicht in irgendeiner Weise Beschränken.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Einsatzzwecke nicht beschränken. Es versteht sich, das über die Zeichnungen hindurch entsprechende Bezugsziffern ähnliche oder einander entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
  • 1 ist ein Diagramm, das ein Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs zum Reduzieren von H2S gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
  • Wie in 1 illustriert, handelt es sich beim Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs zum Reduzieren von H2S um eine Nachbehandlung eines Dieselfahrzeugs, in dem ein LNT-Katalysator und ein Dieselpartikelfilter (DPF) sequentiell in Flussrichtung des Abgases in einen Abgaskanal eingebracht sind, und es beinhaltet einen LNT-Katalysator (10), der Stickstoffoxid (NOx) in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors absorbiert oder desorbiert, und einen Dieselpartikelfilter (20), der einen ersten Reiniger (21) und einen zweiten Reiniger (22) einschließt.
  • Der LNT-Katalysator (10) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung absorbiert das Stickstoffoxid (NOx) unter magerer Atmosphäre, in der der Luftanteil auf Basis eines Fensters des theoretischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses hoch ist, und desorbiert das Stickstoffoxid (NOx) unter fetter Atmosphäre, in der der Anteil des Treibstoffs hoch ist.
  • 2 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Dieselpartikelfilters (DPF) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 2 illustriert beinhaltet der Dieselpartikelfilter (20) einen ersten Reiniger (21), der Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) aufbereitet, und einen zweiten Reiniger (22), der am hinteren Ende des ersten Reinigers (21) angebracht ist, um Schwefel (S), der den LNT-Katalysator (10) vergiftet, zu entschwefeln, um den zum Zeitpunkt der Regeneration gebildeten Schwefelwasserstoff (H2S) aufzuarbeiten.
  • Eine vordere Oberfläche des Dieselpartikelfilters (20) ist mit einer Oxidationskatalysatorbeschichtung (100) versehen, die Mangan (Mn) und Aluminium (Al) einschließt. In einer Form der vorliegenden Offenbarung schließt der Dieselpartikelfilter (20) weiterhin Platin (Pt) ein.
  • Daher kann die Oxidationskatalysatorbeschichtung (100) gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Reinigungsleistung für Schwefelwasserstoff (H2S) gegenüber der bestehenden Beschichtung aus Kupfer (Cu) und Aluminium (Al) noch weiter verbessern. Weiterhin kann die Oxidationskatalysatorbeschichtung (100) gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Platin (Pt) einschließen, um die Oxidationseffizienz gegenüber Partikelmaterial (Ruß) zu verbessern.
  • Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der erste Reiniger (21), der am hinteren Ende des LNT-Katalysators (10) angebracht ist, weiterhin eine Edelmetallbeschichtung (200) einschließen, die mit Edelmetallen, worin Platin (Pt) und Palladium (Pd) in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 gemischt sind, beschichtet ist.
  • Dadurch wird die Leistung beim Entfernen von Partikelmaterial (Ruß) bei niedriger Temperatur unterhalb von 600°C verbessert.
  • In diesem Fall kann die Edelmetallbeschichtung (200) gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Edelmetall einschließlich Platin (Pt) und Palladium (Pd) zu ungefähr 5 bis 12 g/ft3 beschichtet sein. Der Grund dafür ist, dass die Effizienz des Entfernens von Partikelmaterial (Ruß) reduziert wird und die Regenerationseffizienz des Dieselpartikelfilters (20) reduziert wird, wenn das Edelmetall weniger als 5 g/ft3 ausmacht, und die Herstellungskosten deutlich ansteigen, wenn das Edelmetall mehr als 12 g/ft3 ausmacht.
  • 3 ist ein Graph, der für den bestehenden Dieselpartikelfilter und Beispiele der vorliegenden Ausführungsform die Regenerationseffizienz in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt. Vergleichsmaterial 1 und Vergleichsmaterial 2 sind jeweils ein kommerzieller Dieselpartikelfilter (DPF) eines Kanals (5) und ein kommerzieller Dieselpartikelfilter (DPF) eines Kanals (6) und Beispiel 1 ist der Dieselpartikelfilter (DPF), auf den die Oxidationskatalysatorbeschichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufgebracht ist, und Beispiel 2 ist der Dieselpartikelfilter (DPF), auf den die Oxidationskatalysatorbeschichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit der Edelmetallbeschichtung aufgebracht ist.
  • Wie in 3 illustriert, kann die beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Regenerationseffizienz zeigen, die gleich oder höher ist als die des bestehenden Vergleichsmaterials bei einer niedrigen Temperatur von weniger als 600°C.
  • Insbesondere ist ersichtlich, dass das Beispiel 2, in dem die Edelmetallbeschichtung (200) im ersten Reiniger (21) aufgebracht ist, eine Regenerationseffizienz von etwa 50 % bei 580°C aufweist, und daher gegenüber dem Vergleichsmaterial 1, das eine Regenerationseffizienz von etwa 42 % aufweist, um etwa 20 % verbessert ist, und gegenüber dem Vergleichsmaterial 2, das eine Regenerationseffizienz von etwa 35 % aufweist, um etwa 40 % verbessert ist.
  • Weiterhin ist ersichtlich, dass Beispiel 2 eine Regenerationseffizienz von etwa 24 % bei 540°C aufweist und daher gegenüber dem Vergleichsmaterial 1, das eine Regenerationseffizienz von etwa 12 % aufweist, um etwa 100 % verbessert ist, und gegenüber dem Vergleichsmaterial 2, das eine Regenerationseffizienz von etwa 4 % aufweist, um etwa 600 % verbessert ist.
  • Daher ist ersichtlich, dass der Dieselpartikelfilter (20) gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Regenerationseffizienz aufweist, die höher ist als die von bestehenden Dieselpartikelfiltern (DPF).
  • Gemäß den beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Partikelmaterial (Ruß) sogar bei einer Temperatur von 600°C oder weniger durch den Dieselpartikelfilter (DPF) des Dieselfahrzeugs einfach zu entfernen, und Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) zu oxidieren und zu entfernen.
  • Weiterhin ist es möglich, in die Atmosphäre emittierten Schwefelwasserstoff (H2S) zu reduzieren, indem die Reinigungseffizienz für Schwefelwasserstoffe (H2S) verbessert wird.
  • Wie oben beschrieben, versteht der Fachmann, obgleich die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhaften Ausführungsformen davon beschrieben wurde, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Bereich und Geist der vorliegenden Offenbarung, wie in den beiliegenden Ansprüchen offenbart, abzuweichen.

Claims (9)

  1. Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs, das dafür eingerichtet ist, Schwefelwasserstoff (H2S) im Abgas eines Motors zu reduzieren, wobei das Nachbehandlungssystem umfasst: einen Lean-NOx-Speicher-(LNT)-Katalysator, der dafür eingerichtet ist, Stickstoffoxid (NOx) unter magerer Atmosphäre zu adsorbieren und Stickstoffoxid (NOx) unter fetter Atmosphäre zu desorbieren, auf Basis eines Fensters des theoretischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses; und einen Dieselpartikelfilter (DPF), umfassend: einen ersten Reiniger, der an einem hinteren Ende des LNT-Katalysators angebracht ist und dafür eingerichtet ist, Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) aufzuarbeiten; und einen zweiten Reiniger, der an einem hinteren Ende des ersten Reinigers angebracht ist, und dafür eingerichtet ist, Schwefelwasserstoff (H2S) aufzuarbeiten.
  2. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, worin der LNT-Katalysator und der DPF sequentiell in Flussrichtung des Abgases im Abgaskanal des Motors eingebracht sind.
  3. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Dieselpartikelfilter eine vordere Oberfläche aufweist, die mit einer Oxidationskatalysatorbeschichtung beschichtet ist, die Mangan (Mn) und Aluminium (Al) einschließt.
  4. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 3, worin die Oxidationskatalysatorbeschichtung weiterhin Platin (Pt) einschließt.
  5. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 3 oder 4, worin der erste Reiniger weiterhin eine Edelmetallbeschichtung einschließt, wobei eine vordere Oberfläche mit einem Edelmetall beschichtet ist, worin Platin (Pt) und Palladium (Pd) in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:1 gemischt sind.
  6. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 5, worin die Edelmetallbeschichtung mit Edelmetall beschichtet ist, das Platin (Pt) und Palladium (Pd) zu etwa 5 bis 12 g/ft3 einschließt.
  7. Nachbehandlungssystem eines Dieselfahrzeugs zum Reduzieren von Schwefelwasserstoff (H2S) im Abgas eines Motors, wobei das Nachbehandlungssystem umfasst: einen Lean-NOx-Speicher-(LNT)-Katalysator, der dafür eingerichtet ist, Stickstoffoxid (NOx) unter magerer Atmosphäre, in der der Anteil von Luft in einem Fenster des theoretischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses hoch ist, zu adsorbieren, und Stickstoffoxid (NOx) unter fetter Atmosphäre, in der der Treibstoffanteil im Fenster des theoretischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses hoch ist, zu desorbieren; und einen Dieselpartikelfilter (DPF), umfassend: einen ersten Reiniger, der dafür eingerichtet ist, Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) aufzuarbeiten, wobei ein Abschnitt des ersten Reinigers mit einem Edelmetall, das Platin (Pt) und Palladium (Pd) gemäß eines vorbestimmten Gewichtsverhältnisses enthält, beschichtet ist, und der dafür eingerichtet ist, Partikelmaterial bei einer Temperatur von weniger als 600°C zu entfernen; und einen zweiten Reiniger, der dafür eingerichtet ist, Schwefelwasserstoff (H2S) aufzuarbeiten, wobei der erste Reiniger zwischen dem LNT-Katalysator und dem zweiten Reiniger eingebracht ist.
  8. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 7, worin das vorbestimmte Gewichtsverhältnis 1:1 ist, und das Edelmetall mindestens 5 g/ft3 an Platin (Pt) und Palladium (Pd) einschließt.
  9. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 7 oder 8, worin eine Schicht des Edelmetalls auf eine Oxidationskatalysatorbeschichtung des DPF, die Mangan (Mn) und Aluminium (Al) umfasst und dafür eingerichtet ist, Schwefelwasserstoff (H2S) aufzuarbeiten, aufgebracht ist.
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