DE102017102966A1 - Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors sowie Verbrennungsmotor - Google Patents

Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors sowie Verbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung (1) zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors (20), wobei die Reinigungsvorrichtung (1) in einem Abgasstrang (21) des Verbrennungsmotors (20) anordenbar ist und einen NOx-Speicherkatalysator (10), einen Partikelfilter (11) und einen SCR-Katalysator (14) aufweist, wobei ferner in einer Strömungsrichtung (23) des Abgases im Abgasstrang (21) der NOx-Speicherkatalysator (10) vor dem Partikelfilter (11) und der SCR-Katalysator (14) nach dem Partikelfilter (11) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor (20) mit einem Abgasstrang (21) und einer Reinigungsvorrichtung (1) zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors (20), wobei die Reinigungsvorrichtung (1) fluidkommunizierend im Abgasstrang (21) angeordnet und/oder fluidkommunizierend mit dem Abgasstrang (21) verbunden ist, und wobei die Reinigungsvorrichtung (1) von Abgas des Verbrennungsmotors (20) in einer Strömungsrichtung (23) durchströmbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasstrang und einer Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors.
  • Bei modernen Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Dieselmotoren, ist es bekannt, in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors Reinigungsvorrichtungen für das Abgas vorzusehen. Durch diese Reinigungsvorrichtungen, die beispielsweise Katalysatoren und/oder Partikelfilter umfassen können, kann das Abgas gereinigt werden, beispielsweise um gesetzliche Vorgaben zu erfüllen. Um diese gesetzlichen Zielwerte beispielsweise für Stickoxidemissionen zu erreichen, werden in Abgassträngen von Dieselmotoren oftmals SCR-Katalysatoren eingesetzt. In diesen SCR-Katalysatoren werden selektive katalytische Reduktionen (selective catalytic reduction, SCR) verwendet, um eben diese Stickoxide selektiv aus dem Abgas zu entfernen. Eine derartige Reinigungsvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 123 345 B1 bekannt.
  • Bekannte Reinigungsvorrichtungen weisen oftmals den Nachteil auf, dass eine optimale Reinigung des Abgases insbesondere hinsichtlich eines Gehalts an Stickoxiden (NOx) nicht zu allen Zeiten eines Betriebs des Verbrennungsmotors sichergestellt werden kann. Dies kann zum Beispiel durch einen SCR-Katalysator, der bei einem Beginn eines Betriebs des Verbrennungsmotors einen für eine Ermöglichung der selektiven katalytischen Reduktion erforderlichen Temperaturbereich noch nicht erreicht hat, bedingt sein. Auch bei mittleren Motorlasten und Abgastemperaturen sowie bei sehr dynamischem Motorbetrieb kann ein Betrieb des SCR-Katalysators nicht immer sichergestellt werden. Eine nicht ausreichende Reinigung des Abgases und insbesondere beispielsweise eine zu hoher Anteil an Stickoxiden im Abgas können dadurch auftreten.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors sowie einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die in besonders einfacher und kostengünstiger Weise eine Reinigung des Abgases verbessern, wobei insbesondere ein Anteil an Stickoxiden im Abgas zu jederzeit, insbesondere beispielsweise auch zu einem Beginn eines Betriebs des Verbrennungsmotors, verringert werden kann.
  • Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors, wobei die Reinigungsvorrichtung in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors anordenbar ist und einen NOx-Speicherkatalysator, einen Partikelfilter und einen SCR-Katalysator aufweist, wobei ferner in einer Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang der NOx-Speicherkatalysator vor dem Partikelfilter und der SCR-Katalysator nach dem Partikelfilter angeordnet ist, und wobei der Partikelfilter eine SCR-Beschichtung für eine selektive katalytische Teil-Reinigung des Abgases in dem Partikelfilter aufweist.
  • Durch eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung kann ein Abgas eines Verbrennungsmotors, bevorzugt eines Dieselmotors, gereinigt werden. Eine derartige Reinigung kann dabei dazu beitragen, eine Belastung der Umwelt beim Betreiben des Verbrennungsmotors zu verringern. Auch eine Einhaltung gesetzlicher Regelungen, beispielsweise hinsichtlich eines maximalen Gehalts an Schadstoffen im Abgas, können mit Hilfe einer derartigen Reinigungsvorrichtung eingehalten werden. Für diesen Zweck ist eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors anordenbar, bevorzugt in diesen integrierbar. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass Teile der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung als Teilabschnitte des Abgasstrangs ausgebildet sind. Auch eine Ausgestaltung, in der der Abgasstrang sogar abschnittsweise durch Elemente einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung gebildet ist, ist möglich. Insgesamt sind die Elemente der Reinigungsvorrichtung fluidkommunizierend im Abgasstrang anordenbar oder mit diesem verbindbar, so dass Abgas vom Verbrennungsmotor zu den einzelnen Elementen der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung strömen kann.
  • Eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung weist dabei einen NOx-Speicherkatalysator auf. Ein derartiger NOx-Speicherkatalysator ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, Stickoxide (NOx) aus dem Abgas zu filtern und zu speichern. Um eine Sättigung des NOx-Speicherkatalysators zu verhindern, bei der eine weitere Aufnahme von Stickoxiden nicht mehr möglich wäre, ist ein derartiger NOx-Speicherkatalysator dabei regenerierbar ausgebildet. Für eine derartige Regeneration wird zumeist der Verbrennungsmotor in einem unterstöchiometrischen Bereich betrieben. Dadurch können die im NOx-Speicherkatalysator eingelagerten Stickoxide mit den dann im Abgas erhöht vorhandenen Anteilen an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kraftstoffkomponenten reagieren, hauptsächlich zu Kohlendioxid, Wasser und Luftstickstoff, und so aus dem NOx-Speicherkatalysator wieder entfernt werden. Eine derartige Regeneration kann dabei regelmäßig, beispielsweise alle ca. 60–120 Sekunden, oder bedarfsabhängig, beispielsweise gesteuert und/oder geregelt über einen Sensor, vorgenommen werden. Der Sensor kann dabei zum Beispiel als ein Stickoxidsensor ausgebildet sein, der bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases nach dem NOx-Speicherkatalysator angeordnet ist. Eine durch den Sensor detektierte Erhöhung eines Gehalts an Stickoxiden im Abgas kann dabei als ein möglicher Hinweis auf eine Sättigung des NOx-Speicherkatalysators verwendet werden.
  • Ein weiteres Element einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung stellt ein Partikelfilter dar. Dieser Partikelfilter ist in einer Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang nach dem NOx-Speicherkatalysator angeordnet. Durch einen derartigen Partikelfilter können größere Partikel, das heißt, Partikel, die insbesondere deutlich größer sind als molekulare Bestandteile des Abgases wie zum Beispiel Stickoxide oder Kohlendioxid, aus dem Abgas gefiltert werden. Eine mögliche, insbesondere bei Dieselmotoren eingesetzte, Ausgestaltungsform eines Partikelfilters kann dabei beispielsweise ein Rußpartikelfilter sein. Nach einem Durchgang durch einen derartigen Partikelfilter weist das Abgas somit eine verminderte, insbesondere verschwindend geringe, Anzahl an derartigen Partikeln auf. Eine Verstopfung von weiteren Elementen einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung durch derartige Partikel und ein Austragen der Partikel in die Umwelt kann somit vermieden werden.
  • Ferner weist eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung als weiteres Element, das insbesondere in einer Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang nach dem Partikelfilter angeordnet ist, einen SCR-Katalysator auf. Ein derartiger SCR-Katalysator ist dabei insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass er eine SCR-Beschichtung (selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) aufweist. Diese SCR-Beschichtung bewirkt dabei zusammen mit einem zusätzlich bereitgestellten Reduktionsmittel, zum Beispiel Ammoniak (NH3), bei einer ausreichenden Temperatur des SCR-Katalysators katalytische Reduktionen, die selektiv Stickoxide aus dem Abgas entfernen. Der benötigte Ammoniak kann beispielsweise durch eine Einspritzung einer Harnstoff-Wasser-Lösung in das Abgas im Abgasstrang vor dem SCR-Katalysator bereitgestellt werden. Dabei werden durch die SCR-Beschichtung Stickoxide zusammen mit Ammoniak im Wesentlichen zu Wasser und Luftstickstoff reduziert. Bei einer ausreichenden Temperatur des SCR-Katalysators kann dabei eine besonders gute Reinigung des Abgases von Stickoxiden bereitgestellt werden.
  • Zusätzlich zu den oben beschriebenen Elementen einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass auch der Partikelfilter, der erfindungsgemäß bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang zwischen dem NOx-Speicherkatalysator und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, eine derartige SCR-Beschichtung aufweist. Dabei wird ausgenützt, dass bei einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators neben den oben aufgeführten Komponenten Kohlendioxid, Wasser und Luftstickstoff auch Ammoniak entsteht. Dieser Ammoniak wird vom strömenden Abgas mitgeführt und kann dann zusammen mit der SCR-Beschichtung im Partikelfilter die oben beschriebene selektive katalytische Reduktion auslösen. Eine weitere Verminderung der Stickoxide im Abgas ist somit bereits im Partikelfilter erreichbar. Da sich der Partikelfilter durch seine erfindungsgemäße Anordnung im Abgasstrang nah am Verbrennungsmotor befindet, insbesondere näher als der SCR-Katalysator, weist er bereits unmittelbar nach einem Betriebsbeginn eine Betriebstemperatur auf, die für ein Ablaufen der selektiven katalytischen Reduktion erforderlich ist. Somit kann auch bei Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, bei denen eine selektive katalytische Reduktion im SCR-Katalysator nicht beziehungsweise noch nicht ablaufen kann, beispielsweise bei einem Betriebsbeginn, bei mittleren Motorlasten und Abgastemperaturen sowie bei sehr dynamischem Motorbetrieb, durch die SCR-Beschichtung des Partikelfilters im Zusammenwirken mit einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators ein Entfernen von Stickoxiden aus dem Abgas bereitgestellt werden. Insgesamt kann somit durch eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung eine besonders gute Reinigung des Abgases, insbesondere hinsichtlich eines Gehalts an Stickoxiden, für alle Abgastemperaturbereiche und Betriebszustände des Verbrennungsmotors bereitgestellt werden.
  • Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung vorgesehen sein, dass der NOx-Speicherkatalysator und der Partikelfilter und/oder der Partikelfilter und der SCR-Katalysator durch Abgasleitungen fluidkommunizierend verbunden sind, wobei insbesondere die Abgasleitungen Teile des Abgasstrangs des Verbrennungsmotors bilden. Dabei können die Abgasleitungen auch als Teil der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung ausgebildet sein. Durch das fluidkommunizierende Verbinden durch Abgasleitungen kann besonders einfach sichergestellt werden, dass das Abgas sicher und ohne ein Austreten in die Umwelt zwischen den einzelnen Elementen einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung geleitet werden kann. Insbesondere können durch derartige Abgasleitungen eine besonders gute und dabei einfache Integration beziehungsweise Anordenbarkeit der Elemente einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung in den Abgasstrang bereitgestellt werden.
  • Auch kann eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung dahingehend ausgebildet sein, dass der NOx-Speicherkatalysator und der Partikelfilter direkt benachbart angeordnet sind, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dabei sind diese beiden Elemente einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung in dieser Ausgestaltungsform insbesondere abstandsfrei und ohne leitungsabstand direkt aufeinander folgend im Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnet. Dies kann bevorzugt beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der NOx-Speicherkatalysator und der Partikelfilter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Eine besonders kompakte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung kann dadurch bereitgestellt werden. In diese Ausgestaltung ist ferner vorteilhaft, dass der bei einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators entstehende Ammoniak keine langen Leitungswege zurücklegen muss, bevor er an der SCR-Beschichtung des Partikelfilters mit den Stickoxiden des Abgases reagiert.
  • Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung vorgesehen sein, dass die Reinigungsvorrichtung zumindest einen Strömungsabschnitt mit einer PGM-Beschichtung zur weiteren Behandlung des Abgases aufweist, wobei der Strömungsabschnitt im Abgasstrang des Verbrennungsmotors anordenbar ist. Bevorzugt kann der Strömungsabschnitt dabei im Abgasstrang integriert sein. Der Strömungsabschnitt kann dabei in ein bereits vorhandenes Element einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung integriert sein und/oder als ein eigenständiges Element der Reinigungsvorrichtung ausgebildet sein. Eine derartige PGM-Beschichtung weist dabei insbesondere Platinmetalle (PGM, platinum group metal) wie beispielsweise Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder Platin auf. Diese Metalle bewirken im Abgas eine Oxidation insbesondere von Schwefelwasserstoff (H2S) und ermöglichen somit eine weitere Erhöhung einer Reinigungsleistung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung. Ferner kann durch Reaktionen an einer derartigen PGM-Beschichtung innerhalb der Stickoxide ein Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Stickstoffmonoxid gezielt dahingehend beeinflusst werden, dass es für ein Betreiben des SCR-Katalysators optimal oder zumindest im Wesentlichen optimal ist. Auch dadurch kann eine Reinigungsleistung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung weiter verbessert werden.
  • Auch kann eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung dahingehend weiterentwickelt sein, dass der zumindest eine Strömungsabschnitt nach dem Partikelfilter oder nach dem SCR-Katalysator im Abgasstrang anordenbar ist. Insgesamt kann der Strömungsabschnitt an verschiedenen Stellen im Abgasstrang angeordnet sein. Eine besonders große Gestaltungsfreiheit bei einer Auslegung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung kann dadurch bereitgestellt werden.
  • Bevorzugt kann dabei bei einem Strömungsabschnitt als eigenständiges Element einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung vorgesehen sein, dass der Strömungsabschnitt in einer Abgasleitung zwischen dem Partikelfilter und dem SCR-Katalysator anordenbar, insbesondere dort in den Abgasstrang integrierbar, ist. Die oben beschriebene Einstellung eines Verhältnisses von Stickstoffdioxid zu Stickstoffmonoxid im Abgas, das für einen Betrieb des SCR-Katalysators besonders gut geeignet ist, kann dadurch besonders einfach eingestellt werden.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Strömungsabschnitt in den Partikelfilter integriert ist. Durch diese Integration in ein bereits vorhandenes Element stellt dies eine besonders platzsparende Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung dar. Dabei kann der Partikelfilter zumindest abschnittsweise mit der PGM-Beschichtung versehen sein. Durch die Ausgestaltung als Partikelfilter weist dieses Element einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung bereits eine hohe Oberfläche auf, wodurch die PGM-Beschichtung besonders effektiv und großflächig mit dem Abgas des Verbrennungsmotors in Wechselwirkung treten kann. Eine besonders gute Beeinflussung des Abgases durch die PGM-Beschichtung kann dadurch erreicht werden.
  • Besonders bevorzugt kann eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung ferner dahingehend ausgebildet sein, dass die Reinigungsvorrichtung eine Einbringvorrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang nach dem Partikelfilter und vor dem SCR-Katalysator aufweist. Durch eine derartige Einbringvorrichtung kann das vom Ermöglichen der selektiven katalytischen Reduktionen im SCR-Katalysator benötigte Reduktionsmittel besonders einfach bereitgestellt werden. Die Einbringvorrichtung kann dabei bevorzugt hinter dem Partikelfilter im Abgasstrang angeordnet sein, beispielsweise als eine Einspritzdüse in einer Abgasleitung. Ferner kann die Einbringvorrichtung auch Mischelemente aufweisen, durch die ein Einmischen des Reduktionsmittels in das Abgas weiter verbessert werden kann. Eine besonders gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas kann dadurch insgesamt erreicht werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung kann ferner vorgesehen sein, dass die Einbringvorrichtung zum Einbringen eines Ammoniak bildenden Reduktionsmittels, insbesondere eines Harnstoff-Wasser-Gemischs, in den Abgasstrang ausgebildet ist. Ammoniak ist eine sehr reaktive Verbindung, so dass an Vorratsbehälter und/oder Leitungen, die mit Ammoniak in Kontakt kommen, entsprechend hohe Anforderungen gestellt sind. Darüber hinaus ist Ammoniak giftig und kann zu Tränen reizen und erstickend wirken. Auch in bereits geringen Konzentrationen kann von Ammoniak eine hohe Geruchsbelästigung ausgehen, die von einem Benutzer des Verbrennungsmotors, insbesondere einem Fahrer eines Fahrzeugs mit diesem Verbrennungsmotor, als störend empfunden werden kann. Durch die Verwendung eines Ammoniak bildenden Reduktionsmittels kann eine Notwendigkeit, Ammoniak selbst bereitstellen zu müssen, vermieden werden. Das Ammoniak bildende Reduktionsmittel wird dabei in das Abgas eingebracht, wo es dann mit Komponenten des Abgases erst zu Ammoniak umgewandelt wird. Bevorzugt wird dabei beispielsweise als Reduktionsmittel ein Harnstoff-Wasser-Gemisch verwendet, das oftmals als AdBlue® bezeichnet wird. Ein besonders sicheres Betreiben einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung kann auf diese Weise ermöglicht werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasstrang und einer Reinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors, wobei die Reinigungsvorrichtung fluidkommunizierend im Abgasstrang angeordnet und/oder fluidkommunizierend mit dem Abgasstrang verbunden ist, und wobei die Reinigungsvorrichtung vom Abgas des Verbrennungsmotors in einer Strömungsrichtung durchströmbar ist. Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. In einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor wird somit eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwendet, um ein Abgas des Verbrennungsmotors zu reinigen. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert worden sind. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung dabei fluidkommunizierend in einem Abgasstrang des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors angeordnet oder zumindest fluidkommunizierend mit diesem verbunden. Ein Leiten des Abgases durch die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung und damit ein Reinigen des Abgases, insbesondere hinsichtlich eines Gehalts an Stickoxiden, kann dadurch sichergestellt werden.
  • Besonders bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor oder ein, insbesondere mager betriebener, Ottomotor ist. Diese Motoren erzeugen oftmals Abgase, die einen besonders hohen Gehalt an Stickoxiden aufweisen. Durch einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor, der insbesondere eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist, kann somit ein Dieselmotor oder ein insbesondere mager betriebener Ottomotor bereitgestellt werden, die ein insbesondere hinsichtlich eines Gehalts an Stickoxiden besonders gut gereinigtes Abgas ausstoßen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Es zeigen schematisch:
  • 1 eine erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors, und
  • 2 eine zweite Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.
  • 1 zeigt eine erste mögliche Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 20. Der Verbrennungsmotor 20 ist dabei bevorzugt als ein Dieselmotor oder als ein mager betriebener Ottomotor ausgebildet. In einem Abgasstrang 21 des Verbrennungsmotors 20 ist eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 1 angeordnet. Durch Abgasleitungen 22 des Abgasstrangs 21 sind dabei die einzelnen Elemente der Reinigungsvorrichtung 1 fluidkommunizierend miteinander und auch mit dem restlichen Abgasstrang 21 des Verbrennungsmotors 20 verbunden. Abgas des Verbrennungsmotors 20 kann somit in einer Strömungsrichtung 23 den Abgasstrang 21 und die darin fluidkommunizierend angeordneten Elemente der Reinigungsvorrichtung 1 durchströmen. Als erstes Element der Reinigungsvorrichtung 1 ist dabei im Abgasstrang 21 ein NOx-Speicherkatalysator 10 angeordnet. Dieser NOx-Speicherkatalysator 10 ist dabei dahingehend ausgebildet, dass durch ihn ein zumindest vorübergehendes Speichern von Stickoxiden aus dem Abgas bereitstellbar ist. Als zweites Element entlang der Strömungsrichtung 23 ist ein Partikelfilter 11 vorgesehen. In dieser Ausgestaltungform sind der NOx-Speicherkatalysator 10 und der Partikelfilter 11 direkt aneinander angrenzend angeordnet, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse 13. Eine besonders kompakte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 1 kann dadurch bereitgestellt werden. Ferner ist in dieser Ausgestaltungsform ein Strömungsabschnitt 15 in den Partikelfilter 11 integriert. Dieser Strömungsabschnitt 15 weist dabei eine PGM-Beschichtung auf, die insbesondere ein Platinmetall, beispielsweise Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und/oder Platin, umfasst. Durch diese Beschichtung beziehungsweise die dadurch ermöglichten Reaktionen des Abgases kann beispielsweise Schwefelwasserstoff aus dem Abgas entfernt werden und/oder ein Verhältnis von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid gezielt eingestellt werden. In der Abgasleitung 22, die im Abgasstrang 21 auf das gemeinsame Gehäuse 13 des NOx-Speicherkatalysators 10 und der Partikelfilters 11 folgt, ist eine Einbringvorrichtung 16 angeordnet, durch die ein Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht werden kann. Als Reduktionsmittel kann dabei Ammoniak, bevorzugt aber ein Ammoniak bildendes Reduktionsmittel verwendet werden, beispielsweise ein Harnstoff-Wasser-Gemisch. Das Reduktionsmittel, beziehungsweise der daraus gebildete Ammoniak, wird im nächsten Element der Reinigungsvorrichtung 1, einem SCR-Katalysator 14, verwendet, um das Abgas weiter zu reinigen. Der SCR-Katalysator 14 ist dabei insbesondere zum Auslösen selektiver katalytischer Reduktionen (SCR, selective catalytic reduction) im Abgas ausgebildet. Im SCR-Katalysator 14 reagiert der Ammoniak, der durch die Einbringvorrichtung 16 direkt oder zumindest indirekt bereitgestellt wird, katalysiert durch den SCR-Katalysator 14 mit den Stickoxiden des Abgases zu Wasser und Luftstickstoff. Eine besonders gute Reinigung des Abgases von Stickoxiden kann dadurch bereitgestellt werden. Allerdings wird für ein Auslösen dieser selektiven katalytischen Reduktionen eine bestimmte Mindesttemperatur des SCR-Katalysators 14 benötigt. Diese Mindesttemperatur kann jedoch, insbesondere bedingt durch den Abstand des SCR-Katalysators 14 vom Verbrennungsmotor 20, nicht für alle Betriebszustände des Verbrennungsmotors 20 bereitgestellt werden. Aus diesem Grund weist in einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 1 auch der Partikelfilter 11 eine SCR-Beschichtung 12 auf. Diese SCR-Beschichtung 12 kann dabei dieselbe oder zumindest eine ähnliche Zusammensetzung aufweisen, wie sie für das aktive Material des SCR-Katalysators 14 verwendet wird. Ferner wird bei einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 1 ausgenützt, dass der NOx-Speicherkatalysator 10 regenerierbar ist. Bei einer derartigen Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 10, die beispielsweise über einen unterstöchiometrischen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 20 ausgelöst werden kann, werden die im NOx-Speicherkatalysator 10 gespeicherten Stickoxide durch im Abgas erhöht vorhandenen Anteilen an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kraftstoffkomponenten wieder gelöst und zumeist in Form von Kohlendioxid, Wasser und Luftstickstoff aus dem NOx-Speicherkatalysator 10 ausgetragen. Ein Teil der gespeicherten Stickoxide reagiert mit dem vorbeiströmenden Abgas jedoch auch zu Ammoniak, der dann wiederum im Partikelfilter 11, ermöglicht durch die SCR-Beschichtung 12, mit den Stickoxiden des Abgases zu Luftstickstoff und Wasser reagiert. Durch die im Vergleich zum SCR-Katalysator 14 größere Nähe des Partikelfilters 11 zum Verbrennungsmotor 20 heizt sich der Partikelfilter 11 und damit die SCR-Beschichtung 12 im Partikelfilter 11, sehr schnell auf, so dass bereits bei einem Betriebsbeginn des Verbrennungsmotors 20 die Reinigungsfunktion der SCR-Beschichtung 12 bereitgestellt werden kann. Auf diese Weise kann somit bei einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 1 auch bei Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 20, bei denen der SCR-Katalysator 14 nicht effizient betrieben werden kann, beispielsweise einem Betriebsbeginn, bei mittleren Motorlasten und Abgastemperaturen sowie bei sehr dynamischem Motorbetrieb, die SCR-Beschichtung 12 des Partikelfilters 11 im Zusammenwirken mit einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 10 ein Entfernen von Stickoxiden aus dem Abgas bereitgestellt werden. Insgesamt kann somit durch eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 1 eine besonders gute Reinigung des Abgases, insbesondere hinsichtlich eines Gehalts an Stickoxiden, für alle Abgastemperaturbereiche und Betriebszustände des Verbrennungsmotors 20 bereitgestellt werden.
  • In 2 ist eine Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor 20 gezeigt, der sich hinsichtlich der Anordnung der einzelnen Elemente der verwendeten erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 1, nicht jedoch hinsichtlich der Funktion der einzelnen Elemente unterscheidet. Im Folgenden werden daher nur die Unterschiede der beiden Ausgestaltungsformen beschrieben, in Bezug auf die Funktion wird auf 1 verwiesen. In dieser Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 1 ist der NOx-Speicherkatalysator 10 und der Partikelfilter 11 als getrennte Elemente der Reinigungsvorrichtung 1 vorgesehen. Dies ist beispielsweise bei Verbrennungsmotoren 20 vorteilhaft, die bezüglich eines für den Abgasstrang 21 vorhandenen Bauraums limitiert sind. Eine besonders flexible Auslegungsmöglichkeit der einzelnen Elemente der Reinigungsvorrichtung 1 kann dadurch bereitgestellt werden. Diese hohe Flexibilität kann dabei durch die Anordnung des Strömungsabschnitts 15 als eigenständiges Element nach dem SCR-Katalysator 14 weiter erhöht werden. Dabei ist eine Anordnung des Strömungsabschnitts 15 als eigenständiges Element auch beispielsweise zwischen dem Partikelfilter 11 und dem SCR-Katalysator 14 möglich. Durch die Bereitstellung einer SCR-Beschichtung 12 im Partikelfilter 11 kann in Verbindung mit einer Regeneration des NOx-Speicherkatalysators 10 und zusammen mit dem SCR-Katalysator 14 auch in dieser Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 1 und damit eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 20 die in Bezug auf 1 bereits beschriebene gute Reinigung des Abgases bereitgestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Reinigungsvorrichtung
    10
    NOx-Speicherkatalysator
    11
    Partikelfilter
    12
    SCR-Beschichtung
    13
    Gehäuse
    14
    SCR-Katalysator
    15
    Strömungsabschnitt
    16
    Einbringvorrichtung
    20
    Verbrennungsmotor
    21
    Abgasstrang
    22
    Abgasleitung
    23
    Strömungsrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2123345 B1 [0002]

Claims (10)

  1. Reinigungsvorrichtung (1) zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors (20), wobei die Reinigungsvorrichtung (1) in einem Abgasstrang (21) des Verbrennungsmotors (20) anordenbar ist und einen NOx-Speicherkatalysator (10), einen Partikelfilter (11) und einen SCR-Katalysator (14) aufweist, wobei ferner in einer Strömungsrichtung (23) des Abgases im Abgasstrang (21) der NOx-Speicherkatalysator (10) vor dem Partikelfilter (11) und der SCR-Katalysator (14) nach dem Partikelfilter (11) angeordnet ist, und wobei der Partikelfilter (11) eine SCR-Beschichtung (12) für eine selektive katalytische Teil-Reinigung des Abgases in dem Partikelfilter (11) aufweist.
  2. Reinigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (10) und der Partikelfilter (11) und/oder der Partikelfilter (11) und der SCR-Katalysator (14) durch Abgasleitungen (22) fluidkommunizierend verbunden sind, wobei insbesondere die Abgasleitungen (22) Teile des Abgasstrangs (21) des Verbrennungsmotors (20) bilden.
  3. Reinigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Speicherkatalysator (10) und der Partikelfilter (11) direkt benachbart angeordnet sind, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse (13) angeordnet sind.
  4. Reinigungsvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) zumindest einen Strömungsabschnitt (15) mit einer PGM-Beschichtung zur weiteren Behandlung des Abgases aufweist, wobei der Strömungsabschnitt (15) im Abgasstrang (21) des Verbrennungsmotors (20) anordenbar ist.
  5. Reinigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Strömungsabschnitt (15) nach dem Partikelfilter (11) oder nach dem SCR-Katalysator (14) im Abgasstrang (21) anordenbar ist.
  6. Reinigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsabschnitt (15) in den Partikelfilter (11) integriert ist.
  7. Reinigungsvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) eine Einbringvorrichtung (16) zum Einbringen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrang (21) nach dem Partikelfilter (11) und vor dem SCR-Katalysator (14) aufweist.
  8. Reinigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringvorrichtung (16) zum Einbringen eines Ammoniak bildenden Reduktionsmittels, insbesondere eines Harnstoff-Wasser-Gemischs, in den Abgasstrang (21) ausgebildet ist.
  9. Verbrennungsmotor (20) mit einem Abgasstrang (21) und einer Reinigungsvorrichtung (1) zur Reinigung eines Abgases eines Verbrennungsmotors (20), wobei die Reinigungsvorrichtung (1) fluidkommunizierend im Abgasstrang (21) angeordnet und/oder fluidkommunizierend mit dem Abgasstrang (21) verbunden ist, und wobei die Reinigungsvorrichtung (1) von Abgas des Verbrennungsmotors (20) in einer Strömungsrichtung (23) durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.
  10. Verbrennungsmotor (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) ein Dieselmotor oder ein, insbesondere mager betriebener, Ottomotor ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102018133046A1 (de) * 2018-12-20 2020-06-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug, Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2123345B1 (de) 2008-05-23 2010-08-04 Umicore AG & Co. KG Vorrichtung zur Reinigung von Dieselabgasen

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