DE102016216780A1

DE102016216780A1 - Verfahren zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016216780A1
Application number: DE102016216780.4A
Authority: DE
Inventors: Udo Reiländer; Bodo Durst; Manfred Schleich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs, bei dem stromab von einem Katalysator (3) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) in einen Abgasstrom ein flüssiges Medium mit einer Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) eingebracht wird, um ein Aerosol zu bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs.
Mit Einführung neuer Emissionsgesetze wird zusätzlich zur ausgestoßenen Partikelmasse auch die Partikelmenge (in Stck/km) reglementiert. Moderne Verbrennungsmotoren, wie Otto- oder Dieselmotoren, emittieren zwar insgesamt eine geringere Partikelmasse. Da jedoch die einzelnen Partikel winzig und zahlreich sind, werden die Anforderungen an die Partikelanzahl nur mit Zusatzmaßnahmen, wie z. B. erfüllt. Die Verwendung solcher Bauteile hat neben den hohen Kosten weitere Nachteile. Z. B. bewirken solche Bauteile einen erhöhten Abgas-Gegendruck, der zu Leistungsverlust oder höherer Bauteilbelastung in Verbindung mit höherem Verbrauch führt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Wege aufzuzeigen, wie mit geringerem Aufwand die Partikelanzahl im Abgas eines Kraftfahrzeugs reduziert werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs, bei dem stromab von einem Katalysator einer Abgasnachbehandlungseinrichtung in einen Abgasstrom ein flüssiges Medium mit einer Einspritzeinrichtung eingebracht wird, um ein Aerosol zu bilden. Dabei wird unter einem Aerosol in ein heterogenes Gemisch (Dispersion) aus festen oder flüssigen Schwebeteilchen in einem Gas verstanden. Das Aerosol kann Tropfen aufweisen, deren Größe im Bereich von 10 μm bis 100 μm liegt. An den Tropfen des Aerosols sammeln sich die Abgaspartikel an und werden gebunden, so dass aus vielen kleinen Abgaspartikeln weniger größere Partikelcluster entstehen. Damit wendet sich die vorliegende Erfindung davon ab, Partikel mit einem Filter zurückzuhalten oder Partikel zu zerstören, sondern wählt den Weg, mehrere Partikel zu größeren Partikelclustern zu vereinigen und so die Partikelanzahl zu reduzieren. So können die Grenzwerte einer Reglementierung der Partikelanzahl erreicht werden, ohne dass ein Abgasgegendruck durch Filter relevant erhöht wird. Des Weiteren ist kein Filter nötig, der beladen wird und ggf. irgendwann ausgetauscht werden muss. So können gesetzliche Vorgaben erfüllt werden und der Kraftstoffverbrauch sowie der Service-Aufwand werden reduziert.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass als flüssiges Medium zumindest Wasser eingebracht wird. So kann ein leicht verfügbares und gefahrlos bei Nachfüllvorgängen handzuhabendes Medium verwendet werden. Dem Wasser können Tenside zugegeben werden um seine Oberflächenspannung herabzusetzen, um so die Bildung des Aerosols zu erleichtern.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Ultraschallvernebler oder ein Kompressorvernebler zum Bilden des Aerosols verwendet werden. Bei einem Ultraschallvernebler erfolgt die Aerosolerzeugung durch mechanischer Schwingungen von bis zu 3 MHz, die auf einen Flüssigkeitsfilm übertragen werden. Diese Schwingungen werden in der Regel durch piezokeramische Elemente erzeugt, die elektrische Schwingungen in mechanische umwandeln. Die mechanischen Schwingungen können an einer Oberfläche des Flüssigkeitsfilmes zur Ausbildung von Kapillarwellen führen, die sich mit steigender Anregungsfrequenz exponentiell aufrichten. Erreicht die Anregungsfrequenz einen bestimmten Wert, können sich Tropfen eines bestimmten Durchmessers ausbilden. Der Tropfendurchmesser sinkt mit steigender Anregungsfrequenz bzw. höherer Dichte und kleinerer Oberflächenspannung der jeweiligen Flüssigkeit. Kompressorvernebler hingegen vernebeln mit Hilfe von Druckluft ein flüssiges Medium in feinste Tropfen. Zugleich kann ein Kompressorvernebler die Tropfen mit einem Impuls beaufschlagen, so dass eine vergleichmäßigte Tropfenverteilung über eine Leitungsquerschnitt des Abgasrohres erreicht werden kann. So kann mit zuverlässigen Techniken ein Aerosol gebildet werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einspritzeinrichtung stromab des Katalysators angeordnet ist. Somit werden die von dem Katalysator bereits von dem Katalysator vorbehandelten Abgase einer weiteren Behandlung unterzogen, um die Partikelanzahl zu reduzieren. Somit werden im Abgasstrom nachfolgende angeordnete Komponente nicht mit einer großen Partikellast beaufschlagt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Schalldämpferbaugruppe mit einem Vorschalldämpfer und einem Endschalldämpfer zugeordnet ist, wobei die Einspritzeinrichtung zwischen dem Vorschalldämpfer und dem Endschalldämpfer angeordnet ist. Somit befindet sich die Einspritzeinrichtung an einer Position, an der die Abgase aufgrund der vergrößerten Distanz von dem Verbrennungsmotor eine reduzierte Temperatur aufweisen und so sichergestellt ist, dass das flüssige Medium beim Einspritzen nicht verdampft.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Abgasnachbehandlungseinrichtung ine Schalldämpferbaugruppe zugeordnet ist, wobei die Einspritzeinrichtung stromab Schalldämpferbaugruppe angeordnet ist. Somit befindet sich die Einspritzeinrichtung an einer Position, an der die Abgase eine nochmals reduzierte Temperatur aufweisen und sichergestellt ist, dass das flüssige Medium beim Einspritzen nicht verdampft.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Abgas nach Passieren der Einspritzeinrichtung mit einem Partikelfilter gefiltert wird, wobei der Partikelfilter eine Maschenweite aufweist, die größer ist als die Partikelgröße von Partikeln im Abgasstrom vor dem Passieren der Einspritzeinrichtung.
Ferner gehört zur Erfindung eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs, mit einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von einem flüssigen Medium in einen Abgasstrom um ein Aerosol zu bilden, wobei die Einspritzeinrichtung (stromab von einem Katalysator einer Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist.
Es wird nun die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs.
Es wird auf 1 Bezug genommen.
Darstellt ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, wie eines Otto- oder Dieselmotors, insbesondere mit Direkteinspritzung.
Durch ein Abgasrohr 8 werden Abgase zu einem Katalysator 3 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 geleitet, der eine erste Reinigung des Abgases bewirkt. Stromab des Katalysators 3 ist eine Schalldämpferbaugruppe 9 angeordnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Vorschalldämpfer 5 und einen Endschalldämpfer 6 aufweist.
Der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 ist eine Vorrichtung 1 zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs zu geordnet.
Mit der Vorrichtung 1 kann ein flüssiges Medium, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Wasser in den Abgasstrom eingespeist werden, um ein Aerosol zu bilden. Hierzu kann die Vorrichtung 1 z. B. einen Ultraschallvernebler (nicht dargestellt) oder einen Kompressorvernebler (nicht dargestellt) aufweisen.
Die Tropfen können eine Größe von maximal 100 μm aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Tropfen eine Größe auf, die im Bereich von 5 μm bis 20 μm liegt.
An den Tropfen des Aerosols sammeln sich Abgaspartikel im Abgasstrom an und werden gebunden, so dass aus vielen kleinen Abgaspartikeln weniger größere Partikelcluster entstehen.
Die Vorrichtung 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Zuführleitung 7 auf, die zu drei Einspritzeinrichtungen 2a, 2b, 2c verzweigt, um das flüssige Medium aus einem Vorratstank (nicht dargestellt) zu den drei Einspritzeinrichtungen 2a, 2b, 2c zu fördern.
Eine erste Einspritzeinrichtung 2a ist stromab von dem Katalysator 3 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 und stromauf des Vorschalldämpfers 5 angeordnet.
Eine zweite Einspritzeinrichtung 2b ist stromab von dem Vorschalldämpfer 5 und stromauf des Endschalldämpfers 6 angeordnet.
Eine dritte Einspritzeinrichtung 2c ist stromab des Endschalldämpfers 6 angeordnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können die drei Einspritzeinrichtungen 2a, 2b, 2c einzeln mit dem flüssigen Medium beaufschlagt werden. Zur Ansteuerung der drei Einspritzeinrichtungen 2a, 2b, 2c ist eine Ansteuerung 10 vorgesehen.
So kann entsprechend der Temperatur des Abgases das flüssige Medium an der Stelle eingebracht werden, an der die Temperatur des Abgasstromes so niedrig ist, dass das eingebrachte flüssige Medium nicht verdampft.
Des Weiteren kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 einen Partikelfilter 11 aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Partikelfilter 11 stromab der Schalldämpferbaugruppe 9 angeordnet. Alternativ kann der Partikelfilter 11 auch zwischen dem Vorschalldämpfer 5 und dem Endschalldämpfer 6 oder stromauf der Schalldämpferbaugruppe 9 und stromab der ersten Einspritzeinrichtung 2a angeordnet sein.
Aufgrund der Vorbehandlung des Abgases mit der Vorrichtung 1 kann der nachgeschaltete Partikelfilter 11 eine vergrößerte Maschenweite bzw. Porengröße aufweisen. Damit erzeugt ein derartiger Partikelfilter einen reduzierten Abgasgegendruck, was auf den Partikelfilter zurückzuführende Leistungsverluste reduziert. Z. B. kann die Maschenweite bzw. Porengröße eine Größe aufweisen, die größer ist als Partikelgröße der Partikel im Abgasstrom nach dem Verlassen des Katalysators 3 und vor dem Passieren der ersten Einspritzeinrichtung 2a.
Somit wird im Betrieb ein flüssiges Medium in den Abgasstrom eingebracht, wobei das sich bildende Aerosol Tropfen aufweist, an denen sich Abgaspartikel im Abgasstrom sammeln und so aus vielen kleinen Abgaspartikeln wenige größere Partikelcluster werden.
So können die Grenzwerte einer Reglementierung der Partikelanzahl erreicht werden, ohne dass ein Abgasgegendruck durch Filter relevant erhöht wird. Des Weiteren ist kein Filter nötig, der beladen wird und ggf. irgendwann ausgetauscht werden muss. So können gesetzliche Vorgaben erfüllt werden und der Kraftstoffverbrauch sowie der Service-Aufwand werden reduziert.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2a: Einspritzeinrichtung
2b: Einspritzeinrichtung
2c: Einspritzeinrichtung
3: Katalysator
4: Abgasnachbehandlungseinrichtung
5: Vorschalldämpfer
6: Endschalldämpfer
7: Zuführleitung
8: Ansteuerung
9: Schalldämpferbaugruppe
10: Ansteuerung
11: Partikelfilter

Claims

Verfahren zur Abgasnachbehandlung von, Abgasen eines Kraftfahrzeugs, bei dem stromab von einem Katalysator (3) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) in einen Abgasstrom ein flüssiges Medium mit einer Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) eingebracht wird, um ein Aerosol zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als flüssiges Medium zumindest Wasser eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Ultraschallvernebler oder ein Kompressorvernebler zum Bilden des Aerosols verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) stromab des Katalysators (3) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) eine Schalldämpferbaugruppe (9) mit einem Vorschalldämpfer (5) und einem Endschalldämpfer (6) zugeordnet ist, wobei die Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) zwischen dem Vorschalldämpfer (5) und dem Endschalldämpfer (6) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) eine Schalldämpferbaugruppe (9) zugeordnet ist, wobei die Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) stromab Schalldämpferbaugruppe (9) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Abgas nach Passieren der Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) mit einem Partikelfilter (11) gefiltert wird, wobei der Partikelfilter (11) eine Maschenweite aufweist, die größer ist als die Partikelgröße von Partikeln im Abgasstrom vor dem Passieren der Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c).
Vorrichtung (1) zur Abgasnachbehandlung von Abgasen eines Kraftfahrzeugs, mit einer Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) zum Einspritzen von einem flüssigen Medium in einen Abgasstrom um ein Aerosol zu bilden, wobei die Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) stromab von einem Katalysator (3) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, als flüssiges Medium zumindest Wasser einzubringen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Vorrichtung (1) einen Ultraschallvernebler oder einen Kompressorvernebler zum Bilden des Aerosols aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) stromab des Katalysators (3) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) eine Schalldämpferbaugruppe (9) mit einem Vorschalldämpfer (5) und einem Endschalldämpfer (6) zugeordnet ist, wobei die Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) zwischen dem Vorschalldämpfer (5) und dem Endschalldämpfer (6) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) eine Schalldämpferbaugruppe (9) zugeordnet ist, wobei die Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c) stromab Schalldämpferbaugruppe (9) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) ein Partikelfilter (11) zugeordnet ist, wobei der Partikelfilter (11) eine Maschenweite aufweist, die größer ist als die Partikelgröße von Partikeln im Abgasstrom vor dem Passieren der Einspritzeinrichtung (2a, 2b, 2c).