DE102017128510A1 - Russoxidationskatalysatormaterialien und selektive katalytische reduktionsfiltervorrichtungen, die diese beinhalten - Google Patents

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Abstract

Selektive katalytische Reduktionsfilter (SCRF)-Vorrichtungen und Systeme, die diese Vorrichtungen beinhalten, sind vorgesehen. Die Systeme können eine Abgasquelle, eine Abgasleitung, die einen Abgasstrom aus der Abgasquelle aufnehmen kann, und eine SCRF-Vorrichtung, die mit dieser in Fluidverbindung steht, beinhalten. Die SCRF-Vorrichtung kann einen Filter, einen selektiven katalytischen Reduktionsmittel- (SCR)-Katalysator, der auf mindestens einem Teil des Filters angeordnet ist, und ein Rußoxidationskatalysator (SOC)-Material beinhalten, das auf mindestens einem Teil eines oder mehrerer der Filter und des SCR-Katalysators angeordnet ist. Das SOC-Material kann ein oder mehrere Übergangsmetalloxide beinhalten, ausgenommen Platingruppenmetalle. Das SOC-Material kann eines oder mehrere von Titanoxid, Eisenoxid, Wolframoxid, Ceroxid und saures Zirkonoxid beinhalten. Das SOC-Material kann in amorpher Form vorliegen. Das SOC-Material kann gegen die stromaufwärts gelegene Seite des Filters vorgespannt werden.

Description

  • EINLEITUNG
  • Während eines Verbrennungszyklus eines Verbrennungsmotors (ICE) werden Luft-/Kraftstoffgemische Zylindern des ICE bereitgestellt. Die Luft-/Kraftstoffgemische werden komprimiert und/oder gezündet und verbrannt, um ein Abtriebsdrehmoment bereitzustellen. Nach der Verbrennung drängen die Kolben des Verbrennungsmotors die Abgase in den Zylindern durch Auslassventilöffnungen in ein Abgassystem. Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, abgegeben wird, ist eine heterogene Mischung, die gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxide (NOx) und Schwefeloxide (SOx) sowie kondensierte Phasenmaterialien (Flüssigkeiten und Feststoffe), enthält, die Feststoffe darstellen. Flüssigkeiten können beispielsweise Wasser und Kohlenwasserstoffe beinhalten.
  • Abgasbehandlungssysteme können Katalysatoren in einer oder mehreren Komponenten einsetzen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Nachbehandlungsverfahren, wie die Reduktion von NOx, durchführen, um tolerierbarere Abgasbestandteile von Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) zu erzeugen. Eine Art von Abgastechnologie zur Reduktion von NOx-Emissionen ist eine selektive katalytische Reduktions(SCR)-Vorrichtung, die im Allgemeinen ein Substrat oder einen Träger mit einer darauf angeordneten Katalysatorverbindung beinhaltet. Durch Leiten des Abgases über den Katalysator werden bestimmte oder alle Abgasbestandteile in gewünschte Verbindungen, wie z. B. nicht regulierte Abgaskomponenten, umgewandelt. Ein Reduktionsmittel wird typischerweise in heiße Abgase stromaufwärts des SCR gesprüht, in Ammoniak zersetzt und von der SCR-Vorrichtung absorbiert. Der Ammoniak reduziert dann NOx zu Stickstoff und Wasser bei Vorhandensein des SCR-Katalysators.
  • Zur Rußabscheidung kann ein Partikelfilter (PF) verwendet werden, der stromaufwärts und/oder stromabwärts vom SCR angeordnet ist. Wasserdampf, Stickstoff und reduzierte Abgase verlassen danach das Abgassystem. Ein PF und ein SCR können als selektiver katalytischer Reduktionsfilter (SCRF) integriert werden. Im Laufe der Zeit sammeln sich Partikel an und müssen regelmäßig regeneriert werden. Die Filterregeneration beinhaltet oft eine Rußverbrennung bei hohen Temperaturen, die durch eine Reihe von Verfahren erreicht werden kann. Alle derartigen Verfahren führen jedoch zu einer erheblichen thermischen Energieeinbringung in das Abgassystem und die umliegenden Komponenten und können die Wirksamkeit des Abgasbehandlungssystems und die ICE-Effizienz mindern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform ist ein selektiver katalytischer Reduktionsfilter (SCRF) vorgesehen. Die SCRF-Vorrichtung kann einen Mantel, einen Filter, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, mit einer stromaufwärts und einer stromabwärts gelegenen Seite, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), der innerhalb des Gehäuses auf mindestens einem Teil des Filters angeordnet ist, und ein Rußoxidationskatalysator (SOC)-Material, das auf mindestens einem Teil eines oder mehrerer Teile des Filters und des SCR-Katalysators angeordnet ist, beinhalten. Das SOC-Material kann ein oder mehrere Übergangsmetalloxide beinhalten. Die Übergangsmetalloxide können Platingruppenmetalle ausschließen. Das SOC-Material kann eines oder mehrere von Titanoxid, Eisenoxid, Wolframoxid, Ceroxid und saures Zirkonoxid beinhalten. Das SOC-Material kann in amorpher Form vorliegen. Das SOC-Material kann gegen die stromaufwärts gelegene Seite des Filters vorgespannt werden. Die SCRF-Vorrichtung kann bis zu etwa 12 Gramm SOC-Material pro Liter Volumen, wie durch den Mantel definiert, beinhalten. Die SCRF-Vorrichtung kann mindestens etwa 0,25 Gramm SOC-Material pro Liter Volumen, wie durch den Mantel definiert, beinhalten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform ist ein Abgasbehandlungssystem vorgesehen, worin das System eine Abgasquelle, eine Abgasleitung, die einen Abgasstrom aus der Abgasquelle aufnehmen kann, eine Oxidationskatalysatorvorrichtung in Fluidverbindung mit der Abgasleitung, eine SCRF-Vorrichtung in Fluidverbindung mit der Abgasleitung, die in Bezug auf die Oxidationskatalysatorvorrichtung stromabwärts angeordnet ist, beinhaltet, worin die SCRF-Vorrichtung einen Mantel, einen in dem Mantel angeordneten Filter mit einer stromaufwärts und einer stromabwärts gelegenen Seite, einen SCR-Katalysator, der in dem Mantel auf mindestens einem Teil des Filters angeordnet ist, und ein Rußoxidationskatalysator-SOC-Material, das auf mindestens einem Teil eines oder mehrerer Teile des Filters und des SCR-Katalysators angeordnet ist, umfasst. Das SOC-Material kann ein oder mehrere Übergangsmetalloxide beinhalten. Die Übergangsmetalloxide können Platingruppenmetalle ausschließen. Das SOC-Material kann eines oder mehrere von Titanoxid, Eisenoxid, Wolframoxid, Ceroxid und saures Zirkonoxid beinhalten. Das SOC-Material kann in amorpher Form vorliegen. Das SOC-Material kann gegen die stromaufwärts gelegene Seite des Filters vorgespannt werden. Das System kann optional darüber hinaus eine Oxidationskatalysatorvorrichtung in Fluidverbindung mit der Abgasleitung und stromaufwärts von der SCRF-Vorrichtung angeordnet sein.
  • Obgleich viele der Ausführungsformen hierin im Zusammenhang mit SCRF-Vorrichtungen beschrieben sind, die SOC-Materialien beinhalten, insbesondere in Abgasbehandlungssystemen von Fahrzeugen, eignen sich die Ausführungsformen hierin im Allgemeinen für alle Anwendungen, worin die Erhöhung der Effizienz der Rußverbrennung einen Vorteil darstellt.
  • Weitere Zwecke, Vorteile und neuartige Merkmale der Ausführungsbeispiele ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den beigefügten Zeichnungen.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Partikelfilters gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hierin offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Substanzen und Weisen der Nutzung der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Wie Fachleute verstehen, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
  • Im Allgemeinen integriert diese Offenbarung Rußoxidationskatalysator (SOC)-Materialien sowie Vorrichtungen und Systeme, die diese beinhalten und in der Lage sind, die Effizienz und/oder Wirksamkeit aktiver Regenerationstechniken zu erhöhen, wie nachfolgend beschrieben. Insbesondere bezieht sich diese Offenbarung auf selektive katalytische Reduktionsfilter (SCRF)-Vorrichtungen mit erhöhter aktiver Regenerationseffizienz, Effizienz und/oder Leistungsfähigkeit, worin die SCRF-Vorrichtungen so konfiguriert sind, dass sie Abgasströme von einer Abgasquelle aufnehmen. Abgasströme werden in einigen Ausführungsformen durch Verbrennungsmotoren (ICE) erzeugt, die beispielsweise ein Fahrzeug mit Leistung versorgen können. Wie hierin verwendet, bezieht sich „NOx“ auf ein oder mehrere Stickoxide. NOx-Substanzen können NyOx-Substanzen beinhalten, worin y>0 und x>0. Nichtbeschränkende Beispiele von Stickoxiden können NO, NO2, N2O, N2O2, N2O3, N2O4 und N2O5 beinhalten. Abgaspartikel sind im Allgemeinen kohlenstoffhaltiger Ruß und andere feste und/oder flüssige kohlenstoffhaltige Stoffe, die in einem Abgasbehandlungssystem abgasrelevante Bestandteile bilden.
  • 1 veranschaulicht ein Abgasbehandlungssystem 10 zur Behandlung und/oder Überwachung der Bestandteile des Abgases 15 aus einem ICE 12. Das hierin beschriebene Abgasnachbehandlungssystem 10 kann in verschiedenen ICE-Systemen implementiert werden, die Dieselmotorsysteme, Benzin-Direkteinspritzsysteme und homogene Ladungs-Selbstzündermotorsysteme einschließen können, aber nicht darauf beschränkt sind. Die ICEs werden hierin zur Verwendung bei der Erzeugung von Drehmoment für Fahrzeuge beschrieben, doch liegen andere Nicht-Fahrzeuganwendungen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung. Wenn daher auf ein Fahrzeug Bezug genommen wird, sollte diese Offenbarung dahingehend ausgelegt werden, dass sie für jede Anwendung eines ICE gilt. Darüber hinaus kann der ICE 12 im Allgemeinen jede Vorrichtung darstellen, die in der Lage ist, einen Abgasstrom 15 zu erzeugen, der gasförmige (z. B. NOx, O2) kohlenstoffhaltige und/oder partikelförmige Substanzen umfasst, und die Offenbarung hierin sollte dementsprechend als auf alle diese Vorrichtungen anwendbar angesehen werden. Es versteht sich außerdem, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen zur Behandlung von Ableitungsströmen anwendbar sein können, die keine kohlenstoffhaltigen und/oder partikelförmigen Substanzen umfassen, und in diesen Fällen kann der ICE 12 auch im Allgemeinen jede Vorrichtung repräsentieren, die zum Erzeugen eines Ableitungsstroms in der Lage ist, der solche Substanzen umfasst. Der ICE 12 kann zum Beispiel eine Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Kolben (nicht dargestellt) beinhalten, die mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden sind, welche mit einem Antriebssystem wirkverbunden sein kann, wie einem Fahrzeugantriebssystem (nicht dargestellt), um Antriebsdrehmoment an das Antriebssystem zu liefern. ICE 12 kann beispielsweise jede Motorkonfiguration oder - anwendung sein, einschließlich verschiedener Fahrzeuganwendungen (z. B. in Automobilen, Wasserfahrzeugen und dergleichen) sowie verschiedener Nicht-Fahrzeuganwendungen (z. B. Pumpen, Generatoren und dergleichen).
  • Das Abgasnachbehandlungssystem 10 beinhaltet im Allgemeinen eine oder mehrere Abgasleitungen 14 sowie eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen. Die Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, befördert Abgas 15 vom IC-Motor 12 an verschiedene Abgasnachbehandlungsvorrichtungen des Abgasnachbehandlungssystems 10. In einigen exemplarischen Ausführungsformen kann das Abgas 15 NOx-Spezies umfassen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform beinhalten die Vorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10 eine optionale Oxidationskatalysator (OC)-Vorrichtung 30 und eine selektive katalytische Reduktions (SCR)-Vorrichtung 26. Die OC-Vorrichtung 30 und eine selektive katalytische Reduktions (SCR)-Vorrichtung 26 können in einigen Ausführungsformen stromabwärts von einem Turbolader angeordnet sein (nicht dargestellt). SCR-Vorrichtungen können SCRF-Vorrichtungen beinhalten, wie nachfolgend beschrieben. Stromaufwärts und stromabwärts wird bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases 15 aus der ICE 12 definiert. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die SCR-Vorrichtung 26 eine stromaufwärts gerichtete Seite 26' und eine stromabwärts gerichtete Seite 26".
  • Wie ersichtlich ist, kann das Abgasnachbehandlungssystem 10 der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen von einer oder mehreren der in 1 dargestellten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen und/oder andere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen (nicht dargestellt) umfassen, und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt. Das Abgasbehandlungssystem 10 kann weiterhin ein Steuermodul 50 beinhalten, das über eine Anzahl von Sensoren betriebsfähig verbunden ist, um den Motor 12 und/oder das Abgasbehandlungssystem 10 zu überwachen.
  • Das Steuermodul 50 kann funktionsfähig mit dem Motor 12 und/oder verschiedenen Komponenten des Abgasbehandlungssystems 10 verbunden sein. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten. Das Steuermodul 50 kann beispielsweise funktionsfähig an die vorstehend beschriebenen Abgasbehandlungsvorrichtungen, einschließlich der OC-Vorrichtung 30, der SCRF-Vorrichtung 26 und einem oder mehreren Gassensoren (nicht dargestellt) und/oder Temperatursensoren (nicht dargestellt) angebracht werden.
  • Die OC-Vorrichtung 30 kann stromaufwärts von der SCRF-Vorrichtung 26 positioniert sein, und kann ein durchströmtes Metall oder Keramik-Monolith-Substrat beinhalten, das in einem Mantel oder Kanister verpackt ist. Der Mantel oder Kanister beinhaltet einen Einlass und Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 und kann idealerweise einen gegenüber den Abgasbestandteilen, wie zum Beispiel Edelstahl, einen im wesentlichen inerten Werkstoff umfassen. Das Substrat kann eine darauf angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung enthalten. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere Metalloxidkatalysatoren und Kombinationen davon, enthalten. Ein Metalloxidkatalysator kann beispielsweise Eisenoxide, Zinkoxide, Perovksite und Kombinationen davon beinhalten. Die OC-Vorrichtung 30 ist für die Behandlung von unverbranntem gasförmigem und nicht-flüchtigem Kohlenwasserstoff und CO nützlich, welche oxidieren, um Kohlendioxid und Wasser auszubilden.
  • Die OC-Vorrichtungen werden im Allgemeinen stromaufwärts von SCR- und SCRF-Vorrichtungen positioniert, um mehrere katalytische Funktionen zu erfüllen. Wenn PF- und SRCRF-Vorrichtungen mit Partikeln (z. B. Ruß) verunreinigt werden und eine Regeneration bei hohen Temperaturen erforderlich ist, wird die OC-Vorrichtung zur Regeneration nach der Einspritzung verwendet. Die Nach-Einspritz-Regenerationsstrategien beeinflussen die Motorkalibrierungen so, dass der Kraftstoff nach dem Einspritzen in die Zylinder des Motors unverbrannt in das Abgassystem ausgestoßen wird. Wenn der nacheingespritzte Kraftstoff die OC-Vorrichtung 30 kontaktiert, wird während der Brennstoffoxidation freigesetzte Wärme dem Abgasbehandlungssystem 10 zugeführt, um die SCRF-Vorrichtung 26 von einem Teil oder allem angesammelten Partikelmaterial zu reinigen. Zweitens wandeln die OC-Vorrichtungen NO in NO2 um, was durch die stromabwärts angeordnete SCR-Vorrichtung, wie zum Beispiel die SCRF-Vorrichtung 26, effizienter und bevorzugt in gewünschte Substanzen reduziert wird.
  • Im Allgemeinen enthält die SCR-Vorrichtung 26 alle Vorrichtungen, die ein Reduktionsmittel 36 und einen Katalysator für NO und NO2 in harmlose Komponenten. Die SCR-Vorrichtung 26 kann beispielsweise ein Durchfluss-Keramik- oder Metall-Monolith-Substrat beinhalten, das in einem Mantel oder einem Behälter mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 und optional anderen Abgasbehandlungsvorrichtungen verpackt werden kann. Der Mantel oder Behälter kann idealerweise einen gegenüber den Abgasbestandteilen, wie z. B. Edelstahl, weitgehend inerten Werkstoff umfassen. Das Substrat kann eine SCR-Katalysatorverbindung beinhalten, die darauf aufgebracht wird.
  • Der Substratkörper kann beispielsweise ein keramischer Ziegelstein, eine Plattenstruktur oder jede andere geeignete Struktur sein, wie eine monolithische Wabenstruktur, die mehrere hundert bis mehrere tausend parallele Durchflusszellen pro Quadratzoll enthält, obwohl andere Konfigurationen geeignet sind. Jede der Durchflusszellen kann durch eine Wandoberfläche definiert werden, auf der die SCR-Katalysatorzusammensetzung per Washcoat-Verfahren aufgetragen werden kann. Der Substratkörper kann aus einem Material ausgebildet sein, das den Temperaturen und der chemischen Umgebung, die mit dem Abgas 15 verbunden ist, standhalten kann. Einige spezifische Beispiele für Materialien, die verwendet werden können, beinhalten Keramik, wie extrudiertes Cordierit, α-Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Zirkonoxid, Mullit, Spodumen, Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Magnesiumoxid, Zirkoniumsilikat, Sillimanit, Petalit, oder ein hitze- und korrosionsbeständiges Metall, wie Titan oder Edelstahl. Das Substrat kann zum Beispiel ein nichtsulfatierendes TiO2 Material umfassen. Der Substratkörper kann eine PF-Vorrichtung sein, wie nachfolgend erläutert.
  • Die SCR-Katalysatorzusammensetzung ist im Allgemeinen ein poröses Material mit großer Oberfläche, das effizient arbeiten kann, um NOx Bestandteile im Abgas 15 bei Vorhandensein eines Reduktionsmittels 36, wie Ammoniak, umzuwandeln. So kann beispielsweise die Katalysatorzusammensetzung einen Zeolith und eine oder mehrere Basismetallkomponenten, wie Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu) oder Vanadium (V), Natrium (Na), Barium (Ba), Titan (Ti), Wolfram (W) und Kombinationen davon, enthalten. In einer bestimmten Ausführungsform kann die Katalysatorzusammensetzung einen Zeolith enthalten, der mit einem oder mehreren von Kupfer, Eisen oder Vanadium imprägniert ist. In einigen Ausführungsformen kann der Zeolith ein β-Zeolith, ein Y-Zeolith, ein ZM5-Zeolith oder eine beliebige andere kristalline Zeolithstruktur, wie ein Chabazit oder ein USY (ultrastabiler Y-Typ)-Zeolith, sein. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst der Zeolith Chabazit. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst der Zeolith SSZ. Geeignete SCR-Katalysatorzusammensetzungen können eine hohe thermische Strukturstabilität aufweisen, insbesondere wenn sie im Tandem mit Partikelfilter (PF)-Vorrichtungen verwendet werden oder wenn sie in die nachstehend beschriebenen SCRF-Vorrichtungen integriert werden, die mithilfe von Hochtemperatur-Rußverbrennungsverfahren regeneriert werden.
  • Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann optional auch ein oder mehrere basische Metalloxide als Promotoren umfassen, um die SO3-Bildung weiter zu verringern und die Standzeit des Katalysators zu verlängern. Die einen oder mehreren basischen Metalloxide können in einigen Ausführungsformen WO3, Al2O3, und MoO3 beinhalten. In einer Ausführungsform kann WO3, Al2O3, und MoO3 in Kombination mit V2O5 verwendet werden.
  • Die SCR-Vorrichtung 26 verwendet im Allgemeinen ein Reduktionsmittel 36, um NOx-Spezies (z. B. NO und NO2) in unschädliche Bestandteile zu reduzieren. Harmlose Bestandteile beinhalten beispielsweise eine oder mehrere Spezies, die keine NOx Spezies, zweiatomigen Stickstoff, stickstoffhaltige inerte Spezies oder Spezies, die als annehmbare Emissionen angesehen werden, sind. Das Reduktionsmittel 36 kann Ammoniak (NH3) sein, wie z. B. wasserfreies Ammoniak oder wässriges Ammoniak, oder aus einer Stickstoff- und wasserstoffreichen Substanz, wie Harnstoff (CO (NH2)2), erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Reduktionsmittel 36 jede Zusammensetzung sein, die in der Lage ist, sich bei Vorhandensein von Abgas 15 und/oder Wärme zu zersetzen oder zu reagieren, um Ammoniak auszubilden. Die Gleichungen (1) - (5) liefern exemplarische chemische Reaktionen für NOx-Reduktion mit Ammoniak. 6NO+4NH3→­5N2+6H2O (1) 4NO+4NH3+O2→­4N2+6H2O (2) 6NO2+8NH3→­7N2+12H2O (3) 2NO2+4NH3+O2→­3N2+6H2O (4) NO+NO2+2NH3­2N2+3H2O (5)
  • Es versteht sich, dass die Gleichungen (1) - (5) lediglich veranschaulichend sind und nicht dazu gedacht sind, die SCR-Vorrichtung 26 auf einen bestimmten NOx-Reduktionsmechanismus oder -mechanismen zu begrenzen, noch den Betrieb anderer Mechanismen auszuschließen. Die SCR-Vorrichtung 26 kann so konfiguriert sein, dass sie eine der oben genannten NOx-Reduktionsreaktionen, Kombinationen der vorstehenden NOx-Reduktionsreaktionen und andere NOx-Reduktionsreaktionen ausführt.
  • Das Reduktionsmittel 36 kann in verschiedenen Implementierungen mit Wasser verdünnt werden. Bei Implementierungen, bei denen das Reduktionsmittel 36 mit Wasser verdünnt wird, verdampft die Wärme (z. B. aus dem Abgas) das Wasser, und Ammoniak wird der SCR-Vorrichtung 26 zugeführt. Nicht-Ammoniak-Reduktionsmittel können, wie gewünscht, als vollständige oder teilweise Alternative zu Ammoniak verwendet werden. Bei Implementierungen, bei denen das Reduktionsmittel 36 Harnstoff enthält, reagiert der Harnstoff mit dem Abgas, um Ammoniak zu erzeugen, und Ammoniak wird der SCR-Vorrichtung 26 zugeführt. Die SCR-Vorrichtung 26 kann Ammoniak, das von dem Reduktionsmittel 36 zum Zusammenwirken mit dem Abgas 15 zugeführt wird, speichern (d. h. absorbieren und/oder adsorbieren). Die nachfolgende Reaktion (6) stellt eine exemplarische chemische Reaktion der Ammoniakproduktion durch Harnstoffzersetzung bereit. CO(NH2)2+H2O→­2NH3+CO2 (6)
  • Es versteht sich, dass die Gleichung (6) lediglich veranschaulichend, und nicht dazu gedacht ist, die Zersetzung von Harnstoff oder eines anderen Reduktionsmittels 36 auf einen bestimmten einzigen Mechanismus zu beschränken und den Betrieb anderer Mechanismen auszuschließen.
  • Ein Reduktionsmittel 36 kann von einer Reduktionsmittel-Zuführquelle (nicht dargestellt) zugeführt und in die Abgasleitung 14 an einer Stelle stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 26 unter Verwendung einer Einspritzdüse 46 oder eines anderen geeigneten Verfahrens zur Zufuhr des Reduktionsmittels 36 in das Abgas 15 eingespritzt werden. Das Reduktionsmittel 36 kann in Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Lösung, wie einer wässrigen Harnstofflösung, vorliegen. Das Reduktionsmittel 36 kann mit Luft in der Einspritzdüse 46 gemischt werden, um die Dispersion des eingespritzten Sprays zu unterstützen. Ein Mischer oder ein Turbulator 48 kann auch innerhalb der Abgasleitung 14 in unmittelbarer Nähe der Einspritzdüse 46 angeordnet sein, um das gründliche Mischen des Reduktionsmittels 36 mit dem Abgas 15 und/oder sogar die Verteilung über die gesamte SCR-Vorrichtung 26 weiter zu unterstützen.
  • Ein Beispiel für eine Abgasbehandlungsvorrichtung ist eine PF-Vorrichtung. Eine PF-Vorrichtung kann stromabwärts der OCR-Vorrichtung 30 angeordnet sein, oder kann stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet sein oder kann stromabwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet sein. So kann beispielsweise eine PF-Vorrichtung einen Dieselpartikelfilter (DPF) beinhalten. Eine PF-Vorrichtung arbeite, um Kohlenstoff, Ruß und andere Partikel aus dem Abgas 15 herauszufiltern. Eine PF-Vorrichtung kann einen Filter 23 beinhalten, wie in 2 dargestellt. Der Filter 23 kann ein keramischer SiC-Wandströmungsmonolithfilters sein, der in einem Mantel oder einem Behälter verpackt sein kann, der einen Einlass und einen Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 aufweist. Der Mantel oder Behälter kann idealerweise einen gegenüber den Abgasbestandteilen, wie z. B. Edelstahl, weitgehend inerten Werkstoff umfassen. Es versteht sich, dass der keramische oder SiC-Wandströmungsmonolithfilter lediglich exemplarisch ist, und dass die PF-Vorrichtung andere Filtervorrichtungen, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schaumstoffe, gesinterte Metallfasern usw., umfassen kann. Der Filter 23 kann eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Durchgängen 24 und 25 aufweisen, die durch sich in Längsrichtung erstreckende Wände definiert sind. Die Durchgänge beinhalten eine Untergruppe von Einlasskanälen 24, die über ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende verfügen, sowie eine Untergruppe von Auslasskanälen 25, die über ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende verfügen. Das durch die Einlassenden der Einlasskanäle 24 in den Filter 23 eintretende Abgas 15 wird gezwungen, durch die angrenzenden längsverlaufenden Wände in die Auslasskanäle 25 überzugehen. Durch diesen Wandströmungsmechanismus werden Kohlenstoff und andere Partikel aus dem Abgas 15 herausgefiltert.
  • Ein Beispiel für eine Abgasbehandlungsvorrichtung ist eine SCRF-Vorrichtung, welche die Eigenschaften von SCR- und PF-Vorrichtungen in einer einzigen Vorrichtung vereint. In 1 ist die SCR-Vorrichtung 26 mit einem PF-Filter 23 dargestellt und umfasst dementsprechend eine SCRF-Vorrichtung 26. Die SCRF-Vorrichtung 26 umfasst den PF-Filter 23, der mit einer aktiven katalytischen Komponente, wie den vorstehend beschriebenen SCR-Katalysatorkomponenten, beschichtet ist. Die katalytische Komponente kann als Washcoat auf die Innenwände der Einlasskanäle 24 des Filters, die Auslasskanäle 25 des Filters oder auf beide aufgebracht werden. Im Allgemeinen kann der Washcoat in einer Menge von ca. 60g bis ca. 180g pro Liter des Volumens der SCRF-Vorrichtung 26 volumetrisch aufgebracht werden. In einigen Ausführungen kann der Washcoat in einer Dicke von ca. 15 µm bis ca. 50 µm aufgebracht werden. Während des Betriebs sammelt die SCRF-Vorrichtung 26 innerhalb des Kanals 24 und bisweilen innerhalb des Kanals 25 Partikel an, und das Reduktionsmittel 36 wird im Allgemeinen durch Adsorption und/oder Aufnahme auf der katalytischen Komponente angeordnet, um mit dem Abgas 15 zusammenzuwirken. Es versteht sich, dass die Beschreibung der SCRF-Vorrichtung 26 nicht dazu gedacht ist, die Definition einer SCRF-Vorrichtung zu beschränken und die Verwendung verschiedener zusätzlicher oder alternativer SCRF-Konstruktionen in Verbindung mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen auszuschließen.
  • Im Laufe der Zeit können sich in Filtervorrichtungen, zum Beispiel der SCRF-Vorrichtung 26 ebenfalls Partikel ansammeln und müssen regeneriert werden. Die Ansammlung von bestimmten Partikeln kann z. B. bei einer ICE 12 den Wirkungsgrad der SCRF-Vorrichtung 26 verschlechtern und den Gegendruck erhöhen. Die Regeneration beinhaltet im Allgemeinen die Oxidation oder Verbrennung der angesammelten Partikel in der SCRF-Vorrichtung 26. So können beispielsweise kohlenstoffhaltige Rußpartikel während des Regenerationsverfahrens oxidiert werden, um gasförmiges Kohlendioxid zu erzeugen. Im Allgemeinen kann das Erwärmen kohlenstoffhaltiger Abgasablagerungen auf Temperaturen von mindestens etwa 600°C das Verbrennen von Ruß auslösen. Durch das Verbrennen von Ruß können kohlenstoffhaltige Feststoffe in Gase, wie zum Beispiel Kohlendioxid, umgewandelt werden oder eine chemische oder physikalische Veränderung des Rußes oder der Ablagerungen bewirkt werden, sodass sich die Ablagerungen von der SCRF-Vorrichtung 26 lösen. Für die Zwecke dieser Offenbarung umfasst die aktive Regeneration eine Erhöhung der Abgastemperatur 15 auf mindestens 550 °C.
  • Die aktive Regeneration umfasst in vielen Fällen eine Erhöhung der Abgas 15 Temperatur oder der Temperatur von zugehörigen Vorrichtungen. Die Erhöhung der Abgas 15 Temperatur kann durch eine Anzahl von Verfahren erreicht werden, wie zum Beispiel das Anpassen der Kalibrierungsparameter des Motors an die vorstehend beschriebene Nacheinspritzstrategie, das Anpassen der Kalibrierungsparameter zum Implementieren einer Nacheinspritzstrategie, die Verwendung einer optionalen EHC-Vorrichtung (nicht dargestellt) und Kombinationen davon. Die optionale EHC-Vorrichtung kann beispielsweise innerhalb der OC-Vorrichtung 30 angeordnet werden und beinhaltet einen Monolith und eine elektrische Heizung. Die elektrische Heizung kann mit einer elektrischen Quelle verbunden werden, um Energie dafür bereitzustellen und kann selektiv aktiviert werden, um den Monolithen zu erwärmen. Es sollte einem Fachmann auf dem Gebiet der Technik klar sein, dass die hierin beschriebenen Techniken der aktiven Regeneration ohne Einschränkung der aktiven Regenerationstechniken sind und dass jene, die hierin nicht beschrieben werden, als ähnlich geeignet für die Verwendung in Kombination mit den bereitgestellten Materialien und Vorrichtungen gelten.
  • Eine Nacheinspritzstrategie ist eine Abwandlung einer normalen ICE-Einspritzstrategie. Während des Betriebs eines ICE, wie beispielsweise dem ICE 12, führen ein oder mehrere Kolben des ICE vier Hübe in einem oder mehreren entsprechenden Zylindern aus: einen Einlasshub, einen Kompressionshub, einen Verbrennungshub und einen Auslasshub. Während des Einlasshubs beginnt der Kolben am oberen Totpunkt (TDC) und endet am unteren Totpunkt (BDC). Das Zylindereinlassventil erreicht eine offene Position, um dem Kolben zu ermöglichen, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder zu ziehen, indem er durch seine Abwärtsbewegung einen Unterdruck in den Zylinder erzeugt. Der Kompressionshub beginnt anschließend am BDC und endet am TDC. Bei geschlossenen Ein- und Auslassventilen des Zylinders verdichtet der Kolben das Kraftstoff-Luft-Gemisch als Vorbereitung für die Zündung. Während des anschließenden Verbrennungshubs befindet sich der Kolben am TDC und das Druckluft-Kraftstoff-Gemisch wird durch eine Zündkerze (im Benzinmotor) oder durch die beim Verdichtungshub erreichte Verdichtung (Dieselmotoren) gezündet. Nach der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs gibt die Verbrennung den Kolben zwangsweise an den BDC zurück und übersetzt mechanische Arbeit zu einer zugeordneten Kurbelwelle. Während des anschließenden Auslasshubs kehrt der Kolben mit geöffnetem Auslassventil von BDC nach TDC zurück, um das verbrauchte Kraftstoff-Luft-Gemisch in ein Abgassystem, wie beispielsweise das Abgasbehandlungssystem 10, abzuführen.
  • Eine Nacheinspritzstrategie umfasst das Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorzylinder, nachdem das Luft-Kraftstoff-Gemisch während des Ansaughubs in den Zylinder eingeleitet wurde. Die Nacheinspritzung tritt während des Verbrennungshubs auf, bevor die Auslassventile während des Auslasshubs öffnen und nachdem das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch bereits verbrannt ist oder brennt. Genauer gesagt tritt die Nacheinspritzung auf, wenn der Kolben ausreichend nahe am TDC ist, sodass der nacheingespritzte Kraftstoff im Wesentlichen oder vollständig im Zylinder verbrennen kann. Durch das Einleiten von zusätzlichem Kraftstoff in den Zylinder erhöht die Nacheinspritzung dementsprechend die Temperatur des aus dem Zylinder austretenden Abgases.
  • Eine Nacheinspritzstrategie leitet Kraftstoff in das Abgasbehandlungssystem 10, sodass der Kraftstoff mit einer katalytischen Komponente des Systems 10 verbrennt und/oder reagiert und die Temperatur des Abgases 15 erhöht. Insbesondere umfasst eine Nacheinspritzstrategie das Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorzylinder, nachdem das Luft-Kraftstoff-Gemisch während des Ansaughubs in den Zylinder eingeleitet wurde. Eine Nacheinspritzung tritt während des Verbrennungshubs und/oder Auslasshubs auf, während das Auslassventil geöffnet ist oder kurz bevor sich das Auslassventil öffnet. Insbesondere tritt eine Nacheinspritzung auf, während der Kolben ausreichend weit vom TDC entfernt ist und/oder nachdem das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch bereits so verbrannt ist, dass der nacheingespritzte Kraftstoff im Zylinder nicht verbrennt. Der nacheingespritzte Kraftstoff wird während des Auslasshubs unverbrannt aus dem Zylinder ausgestoßen und dem Abgassystem zugeführt. Wenn der nacheingespritzte Kraftstoff die OC-Vorrichtung 30 kontaktiert, wird während der Brennstoffoxidation freigesetzte Wärme dem Abgasbehandlungssystem 10 zugeführt, um die SCRF-Vorrichtung 26 von einem Teil oder allem angesammelten Partikelmaterial zu reinigen.
  • Die aktive Regeneration von Filtervorrichtungen wie z. B. die SCRF-Vorrichtung 26, kann aufgrund der erheblichen Wärmeenergie, die durch einen oder mehrere der beschriebenen aktiven Regenerationsprozesse eingebracht wird, für die Vorrichtungen des Systems 10 und die umliegenden Komponenten schädlich sein. Weitere, aktive Regenerationsstrategien können sich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs und/oder die Leistung des ICE 12 auswirken. Demzufolge sind hierin enthaltene SOC-Materialien und dazugehörige Vorrichtungen und Systeme vorgesehen, die die Effizienz und/oder Wirksamkeit der aktiven Regeneration erhöhen und dadurch Temperatur, Dauer und/oder Notwendigkeit der Implantation aktiver Regenerationstechniken eliminieren oder reduzieren können. Die hierin zur Verfügung gestellten SOC-Materialien können auch passive Rußoxidationsfähigkeiten (d. h. Rußoxidation bei Temperaturen unter der aktiven Regenerationstemperatur) bereitstellen. Die folgenden Konzepte werden in Bezug auf das Abgassystem 10 nur zur Veranschaulichung beschrieben, und ein Fachmann auf dem Gebiet wird derartige Darstellungen als nicht einschränkend wahrnehmen.
  • In einer Ausführungsform weist eine SCRF-Vorrichtung 26 mit einer stromaufwärts liegenden Seite 26' und einer stromabwärts liegenden Seite 26" einen Mantel, wie er vorstehend beschrieben ist, einen Filter 23, wie er vorstehend beschrieben ist, und einen SCR-Katalysator, wie er vorstehend beschrieben ist, auf, der im Mantel angeordnet ist. Der SCR-Katalysator kann in einigen Ausführungsformen auf mindestens einem Teil des Filters 23 beschichtet oder auf andere Weise angeordnet werden. Die SCRF Vorrichtung 26 umfasst weiterhin eine SOC-Materialbeschichtung, die auf mindestens einem Teil des Filters 23 angeordnet ist.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die aktive Regenerationseffizienz durch das erhöhte Vorhandensein von in-situ NO2 (d. h., NO2 innerhalb der SCRF-Vorrichtung 26), die bei der Beseitigung der Partikel hilft, verbessert wird. So zum Beispiel nur, und mit der Erkenntnis, dass andere zusätzliche oder alternative Mechanismen vorhanden sein können, veranschaulicht Gleichung (7) die Rolle von NO2 bei der Umwandlung kohlenstoffhaltiger Ablagerungen in gasförmige Substanzen: 2NO2 + C → 2NO + CO2 (7)
  • Dementsprechend sind die hierin beschriebenen SOC-Materialien in der Lage, in-situ NO2 zu erzeugen. So zum Beispiel nur, und mit der Erkenntnis, dass andere zusätzliche oder alternative Mechanismen vorhanden sein können, veranschaulicht Gleichung (8) die Bildung von in-situ NO2 als katalysiert durch die hierin beschriebenen SOC-Materialien: NO + O2 → NO2 (8)
  • Die hierin beschriebenen SCRF-Vorrichtungen können eines oder mehrere SOC-Materialien beinhalten. Das SOC-Material kann ein oder mehrere Übergangsmetalloxide umfassen. Übergangsmetalle sind jene, die in den periodischen Gruppen IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, IB und IIB vorkommen. In einigen Ausführungsformen beinhalten Übergangsmetalle auch jene, die in den periodischen Gruppen IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIII, IB und IIB vorkommen, mit Ausnahme von Platingruppenmetallen (PGM), d. h. mit Ausnahme von Nickel, Palladium und Platin. Spezifische Beispiele für Übergangsmetalloxide sind Titanoxide, Eisenoxide, Wolframoxide und Ceroxide. Eisenoxide können in einigen Ausführungsformen Fe2O3 und Fe3O4 beinhalten. Wolframoxide können Wolfram beinhalten, das auf Zironoxid gestützt ist (z. B. WOx unterstützt auf ZrO2), oder z. B. Wolfram, unterstützt auf Titaniumoxid (z. B. WOx unterstützt auf TiO2). In einer Ausführungsform umfasst ein SOC-Material saures Zirkonoxid, wie z. B. ein mit Salzsäure imprägniertes Zirkonoxid (z. B. ZrClx auf ZrO2). In einer Ausführungsform umfasst ein SOC-Material einen Perowskit. Ein Perowskit kann definiert werden als ABO3, worin A La und Ca beinhalten kann und B kann Co, Mn, Fe, Cu und Ti beinhalten. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst der Perowskit CaTiO3.
  • PGMs sind keine geeigneten SOC-Materialien, da sie starke Oxidationsmittel sind, die in der Lage sind, Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak) innerhalb der SCRF-Vorrichtung 26 in NOx Substanzen umzuwandeln. So liefert beispielsweise Gleichung (9) einen exemplarischen Mechanismus, bei dem Ammoniak über einen Platinkatalysator zu NO oxidiert wird. 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (9)
  • Dementsprechend ist ein geeignetes SOC-Material ein geeignetes Material, das in-situ NO2 ohne oxidierende Reduktionsmittel erzeugen kann, oder eines, das einen in-situ NO2 erzeugenden Nutzen in Bezug auf seine Reduktionsmittel 36 oxidierende Wirkung verleiht. Einem Reduktions 36 Oxidationseffekt kann entgegengewirkt werden, indem man die Abgabe des Reduktionsmittels 36 an die SCRF-Vorrichtung 26 erhöht. In einem Beispiel weist ein SOC-Material ein geeignetes Netz in-situ NO2 erzeugender Nutzen im Verhältnis zu seiner reduzierenden oxidierenden Wirkung auf, wenn das Netz in-situ NO2 Generation zu einer Kraftstoffersparnis von 1 % führt (z. B. durch Verlängerung des Intervalls zwischen den Regenerationen) und bis zu etwa 5 % Erhöhung der Zufuhr des Reduktionsmittels 36 erforderlich ist, um dem Oxidationseffekt des Reduktionsmittels 36 entgegenzuwirken. In einigen Ausführungsformen weist ein SOC-Material ein geeignetes Netz in-situ NO2 erzeugender Nutzen im Verhältnis zu seiner reduzierenden oxidierenden Wirkung auf, wenn das Netz in-situ NO2 Generation zu einer Kraftstoffeinsparung von 1 % führt und bis zu etwa 3 % bis etwa 5 % mehr Reduktionsmittel 36 erforderlich ist, um der Oxidationswirkung des Reduktionsmittels 36 entgegenzuwirken.
  • Da sie auf mindestens einem Teil des Filters 23 angeordnet sind, können die einen oder mehreren SOC-Materialien in „amorpher“ Form vorliegen, indem sie nicht in der Einheitszelle und/oder der kristallinen Struktur eines Zeoliths, eines metallorganischen Gerüstes oder einem ähnlichen Material imprägniert sind. Die SOC-Materialbeschichtung kann in einer Menge von etwa 1g/L bis etwa 12g/L aufgebracht werden, worin sich g/L auf die Gramm SOC-Material pro Liter Volumen innerhalb der SCRF-Vorrichtung 26 bezieht. Das Volumen der SCRF-Vorrichtung 26 kann z. B. über ihren Behälter oder Mantel definiert werden. In einer Ausführungsvariante kann die SOC-Materialbeschichtung in einer Menge bis ca. 8 g/L, bis ca. 10 g/L, bis ca. 12 g/L oder bis ca. 14 g/L aufgebracht werden. In einer Ausführungsform kann die SOC-Beschichtung in einer Menge von mindestens etwa 0,25 g/L, mindestens etwa 0,50 g/L, mindestens etwa 0,75 g/L, mindestens etwa 1,0 g/L oder mindestens etwa 1,25 g/L aufgebracht werden. In einer bestimmten Ausführungsform kann die SOC-Beschichtung in einer Menge von ca. 1,0 g/L bis ca. 12 g/L aufgebracht werden.
  • Das SOC-Material kann auf mindestens einem Teil des Filters 23 und/oder auf mindestens einem Teil des SOC-Materials aufgebracht werden. Das SOC-Material kann auf den Filter 23 aufgebracht werden, nachdem ein SCR-Katalysator auf mindestens einen Teil des Filters 23 aufgebracht wurde. In dieser Ausführungsform kann das SOC-Material auf den zuvor aufgebrachten SCR-Katalysator aufgebracht werden, wodurch eine separate Schicht gebildet wird. In anderen Ausführungsformen kann das SOC-Material in Kombination mit einem SCR-Katalysator auf den Filter 23 aufgebracht werden, um eine kombinierte Schicht zu bilden. Die SOC-Beschichtung kann in einigen Ausführungsformen als Washcoat auf den Filter 23 aufgebracht werden. Die SOC-Beschichtung kann als Aufschlämmung aufgebracht werden, worin die Aufschlämmung das SOC-Material und Wasser beinhaltet. So kann beispielsweise die Aufschlämmung etwa 30 Gew.-% bis 45 Gew.-% SOC-Material ausmachen, wobei der Rest Wasser umfasst. So kann beispielsweise die Aufschlämmung etwa 25 Gew.-% bis 60 Gew.-% SOC-Material ausmachen, wobei der Rest Wasser umfasst. In einer weiteren Ausführungsform kann das SOC-Material und der SCR-Katalysator als eine Aufschlämmung bestehend aus einem SOC-Material, SCR-Katalysator und Wasser verwendet werden.
  • Die SOC-Beschichtung kann in Richtung der stromaufwärts gerichteten Seite 26' der SCRF-Vorrichtung 26" vorgespannt werden. Eine stromaufwärts gerichtete Beschichtung kann eine größere Menge an SOC-Material auf dem Filter 23 und/oder SCR-Katalysator in der Nähe der stromaufwärts gerichteten Seite 26' im Vergleich zur stromabwärts gerichteten Seite 26" beinhalten. So können beispielsweise bis ca. 10 %, bis ca. 20 %, bis ca. 30 %, bis ca. 40 % oder bis ca. 50 % der Länge der SCRF-Vorrichtung 26, gemessen von der stromaufwärts gerichteten Seite 26', mit dem SOC-Material beschichtet werden. Eine stromaufwärts gerichtete Beschichtung kann einen Teil des Filters 23 und/oder SCR-Katalysators in der Nähe der stromabwärts gerichteten Seite 26" beinhalten, der kein SOC-Material beinhaltet. Eine stromaufwärts gerichtete Beschichtung kann eine SOC-Materialdicke beinhalten, die sich von der stromaufwärts gerichteten Seite 26' zur stromabwärts gerichteten Seite 26" der SCRF-Vorrichtung 26 verringert. In Ausführungsformen, bei denen das SOC-Material in der Lage ist, das Reduktionsmittel 36 zu NOx, insbesondere NO, zu oxidieren, bietet eine stromaufwärts gerichtete Beschichtung dem in-situ NO mehr Raum, mit dem SCR-Katalysator zusammenzuwirken, bevor sie die stromabwärts gerichtete Seite 26" der SCRF-Vorrichtung 26 verlässt. In einigen Ausführungsformen kann eine zweite SCR-Vorrichtung (nicht dargestellt) optional stromabwärts der SCRF-Vorrichtung 26 angeordnet werden, um sicherzustellen, dass ein eventuell vorhandener NOx Schlupf gemildert wird. Der NOx Schlupf beinhaltet den Austritt der NOx Substanzen aus der SCRF-Vorrichtung 26. Eine derartige Minderung kann zum Beispiel das Reduzieren oder Speichern der NOx Substanzen durch die zweite SCR-Vorrichtung einschließen.
  • Obgleich exemplarische Ausführungsformen vorstehend beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen in keiner Weise alle möglichen Formen beschreiben, die die Ansprüche in sich begreifen. Vielmehr dienen die in der Spezifikation verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Einschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Obgleich verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale vorgezogen zu werden, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass eine oder mehrere Merkmale oder Charakteristika beeinträchtigt werden können, um die gewünschten Gesamtsystemeigenschaften zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Eigenschaften können unter anderem Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw., beinhalten. Daher liegen Ausführungsformen, die im Vergleich zu anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik als weniger wünschenswert in Bezug auf eine oder mehrere Merkmale beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims (10)

  1. Abgasbehandlungssystem, das System umfassend: eine Abgasquelle; eine Abgasleitung, die einen Abgasstrom aus der Abgasquelle aufnehmen kann; und eine selektive katalytische Reduktionsfilter (SCRF)-Vorrichtung in Fluidverbindung mit der Abgasleitung, die in Bezug auf die Oxidationskatalysatorvorrichtung stromabwärts angeordnet ist, worin die SCRF-Vorrichtung Folgendes beinhaltet: einen Mantel, einen Filter, der innerhalb des Mantels angeordnet ist und eine stromaufwärts gerichtete Seite und eine stromabwärts gerichtete Seite aufweist, einen selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator, der im Mantel auf mindestens einem Teil des Filters angeordnet ist, und ein Rußoxidationskatalysator (SOC)-Material, das auf mindestens einem Teil eines oder mehrerer Filter und des SCR-Katalysators angeordnet ist.
  2. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Oxidationskatalysatorvorrichtung in Fluidverbindung mit der Abgasleitung, die stromaufwärts von der SCRF-Vorrichtung angeordnet ist.
  3. Selektive katalytische Reduktionsfilter-(SCRF)-Vorrichtung, die Vorrichtung umfassend: einen Mantel; einen Filter, der innerhalb des Mantels eine stromaufwärts gerichtete Seite und eine stromabwärts gerichtete Seite aufweist; einen selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Katalysator, der innerhalb des Mantels auf mindestens einem Teil des Filters angeordnet ist; und ein Rußoxidationskatalysator (SOC)-Material, das auf mindestens einem Teil eines oder mehrerer Filter und des SCR-Katalysators angeordnet ist.
  4. Abgasbehandlungssysteme oder SCRF-Vorrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das SOC-Material ein Übergangsmetalloxid umfasst, worin das Übergangsmetalloxid keine Platingruppenmetalle beinhaltet.
  5. Abgasbehandlungssysteme oder SCRF-Vorrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das SOC-Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Übergangsmetalloxiden, ausgenommen Platingruppenmetalle.
  6. Abgasbehandlungssysteme oder SCRF-Vorrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das SOC-Material ein oder mehrere eines Perowskits, eines Titanoxids, eines Eisenoxids, eines Wolframoxids, eines Ceroxids, eines sauren Zirkonoxids, eines Wolframs, das auf Zirkonoxid aufgebracht ist, und eines Wolframs, das auf Titanoxid aufgebracht ist, umfasst.
  7. Abgasbehandlungssysteme oder SCRF-Vorrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das SOC-Material in amorpher Form vorliegt.
  8. Abgasbehandlungssysteme oder SCRF-Vorrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das SOC-Material und der SCR-Katalysator auf mindestens einen Teil des Filters als eine einzige Schicht aufgebracht werden.
  9. Abgasbehandlungssysteme oder SCRF-Vorrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das SOC-Material in Richtung zur stromaufwärts gerichteten Seite des Filters vorgespannt ist.
  10. Abgasbehandlungssysteme oder SCRF-Vorrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das SOC-Material in der Lage ist, in-situ NO2 zu erzeugen und einen geeigneten in-situ NO2 erzeugenden Nutzen im Verhältnis zu seiner Reduktionsmittel oxidierenden Wirkung verleiht.
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